Gedankentraining lässt Hirnregionen wachsen
Die Plastizität des Gehirn kann dazu beitragen, neurologische Ausfälle auszugleichen - Forscher suchen daher nach Möglichkeiten, diese Fähigkeit gezielt zu fördern – Foto: ©vchalup - stock.adobe.com
Mit Hilfe einer Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) lassen sich allein durch Gedanken signifikante Veränderungen des Gehirns erzielen. Das zeigt die Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams unter Mitwirkung der Technischen Universität (TU) Berlin. Demnach kann mit nur einer Stunde Training die Plastizität des Gehirns angeregt werden. Die Hoffnung der Forscher ist es nun, dass die Technik zum Beispiel Schlaganfall-Patienten zugutekommt. Diese könnten verlorengegangene Funktionen wieder erlernen oder rein durch Gedanken Hilfsmittel steuern. Die gemeinsam von Forschern der TU Berlin, des Max-Planck-Instituts für Kognitions- und Neurowissenschaften Leipzig und der Staatliche Universität von Navarra durchgeführte Studie wurde im „Journal of Physiology“ veröffentlicht.
Brain-Computer-Interface verstärkt Rückkoppelung von Gedanken
Die Wirkung eines sogenannten Brain-Computer-Interfaces (BCI, Gehirn-Computer-Schnittstelle) beruht darauf, dass die bloße Vorstellung einer Handlung schon messbare Veränderungen der elektrischen Hirnaktivität auslöst. Diese Signale können über ein EEG (Elektro-Enzephalographie) ausgelesen, ausgewertet und dann über maschinelle Lernsysteme in Steuersignale umgesetzt werden, die zum Beispiel einen Computer bedienen oder auch eine Prothese bewegen können.
Für die aktuelle Studie wurde der Einfluss von zwei verschiedenen BCI-Arten auf das Gehirn von Probanden untersucht. Aufgabe der ersten Teilgruppe war es, sich vorzustellen, dass sie ihren Arm oder ihre Füße bewegten, also eine Aufgabe durchführten, die das motorische System des Gehirns beansprucht. Die zweite Teilnehmergruppe wiederum erhielt eine Aufgabe, die das visuelle Zentrum des Gehirns ansprach: Sie sollten Buchstaben auf einem Bildschirm erkennen und auswählen. Vor und nach den jeweiligen Experimenten mit dem Brain Computer Interface wurde das Gehirn der Testpersonen mittels MRT (Magnetresonanztomographie) untersucht.
Wenn Gedanken Nervenzellen wachsen lassen
Erfahrungsgemäß werden bei der visuellen Aufgabe von Anfang an gute Ergebnisse erreicht, die sich durch weiteres Training auch nicht verbessern lassen. Die Ansprache des motorischen Systems des Gehirns ist hingegen deutlich komplexer und erfordert Übung. Die Forscher untersuchten nun die durch das BCI unterstützte Wirkung des Trainings auf das Gehirn.
„Es ist bekannt, dass zum Beispiel intensives körperliches Training auch Auswirkungen auf die Plastizität des Gehirns hat“, erklärt Dr. Till Nierhaus vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften. Plastizität meint dabei die Fähigkeit des Gehirns, sich in Abhängigkeit seiner Nutzung zu verändern. Dabei unterscheidet man zwischen funktioneller Plastizität, bei der sich lediglich die Intensität der Signale zwischen den einzelnen Synapsen verändert, und der strukturellen Plastizität.
Von letzterer spricht man, wenn es um die Veränderung oder gar Neubildung von Nervenzellen geht. „Wir haben uns die Frage gestellt, ob diese Effekte auf die Plastizität des Gehirns auch auftreten, wenn die Aufgabe im Rahmen eines BCI-Versuches rein mental, also nur gedacht, aber nicht körperlich durchgeführt wird“, erläutert Dr. Carmen Vidaurre, Wissenschaftlerin an der Staatlichen Universität von Navarra.
Schon kurzes Training fördert Plastizität des Gehirns
Tatsächlich fanden die Forscher messbare Veränderungen in genau den Hirnregionen, die für die jeweiligen Aufgaben benutzt wurden – und das sowohl bei der visuellen also auch bei der motorischen Aufgabenstellung. Besonders interessant dabei: Die Veränderungen traten bereits innerhalb einer Stunde Trainings mit dem BCI auf. „Noch offen ist dabei die Frage, ob diese Veränderungen auch auftreten würden, wenn die Probanden keine Rückkopplung über das BCI-System bekommen würden, dass ihre Hirnsignale erfolgreich ausgelesen werden konnten“, so Nierhaus.
Hoffnung auf neue Therapieoptionen
Insgesamt weisen die Ergebnisse nach Auffassung der Forscher darauf hin, dass das Training mit dem Brain-Computer-Interface eventuell therapeutisch genutzt werden könnte, um gezielt bestimmte Hirnregionen anzuregen. „Gerade die räumliche Spezifität der BCI-Effekte könnte die Möglichkeit eröffnen, zum Beispiel bei Schlaganfallpatient*innen, gezielt die Hirnregionen anzusprechen, die Schaden genommen haben“, so Prof. Dr. Arno Villringer, Direktor der Abteilung Neurologie am MPI für Kognitions- und Neurowissenschaften. Die therapeutischen Möglichkeiten müssten nun in weiteren Studien untersucht werden.
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