Was im Gehirn passiert, wenn wir Phantomschmerzen haben

Jeden Freitag erzähle ich dir von Erkenntnissen aus Neurowissenschaft und Psychologie, die du kennen solltest. Heute geht es um Schmerzen von Körperteilen, die gar nicht mehr existieren.

Du gehst eine Treppe herunter. Du hast es eilig, und schaust dabei aufs Handy. Plötzlich stolperst du, du stürzt vorn über. Während du fällst, versuchst du dich mit deinem Arm abzufangen. Du willst schließlich nicht voll aufs Gesicht fallen. Dein Gehirn reagiert blitzschnell: Arm ausstrecken, Muskeln anspannen!

Das Problem: Den Arm, mit dem du versuchst dich abzufangen, gibt es nicht. Du hast ihn vor einem Jahr bei einem Autounfall verloren. Er musste amputiert werden. Trotzdem wollte dein Gehirn ihn benutzen, um dich zu schützen.

Das Phantomglied-Syndrom ist die Wahrnehmung einer nicht mehr vorhandenen Gliedmaße, oft begleitet von Schmerzen, die als stechend, brennend oder pochend empfunden werden können. Phantomschmerzen sind dabei uralt. Menschen haben schon immer Körperteile verloren, durch Krieg oder Unfälle. Und genauso lange berichten sie von Phantomschmerzen.

Früher machte dieser Spuk im fehlenden Bein den Menschen Angst. Also auch denen, die gar nicht betroffen waren. Manche dachten, Phantomglieder seien der Beweis dafür, dass die menschliche Seele nicht an den Körper gebunden ist: Wie sonst könnten wir etwas empfinden in einem Körperteil, das es nicht mehr gibt?

Heute weiß man deutlich mehr darüber. Wenn man sich damit beschäftigt, wie genau Phantomschmerzen entstehen, lernt man auch viel darüber, wie das Gehirn es überhaupt schafft, irgendwelche Empfindungen in Armen, Beinen und Händen zu haben. Und dass dabei auch eine ganze Menge schiefgehen kann.

Entschuldigen Sie, dürfte ich kurz ein paar Ihrer Nervenzellen elektroschocken?

Der Weg vom „Spuk im fehlenden Bein“ bis hin zum neurobiologischen Verständnis, was Phantomglieder entstehen lässt, war holprig. Aber nur, bis Neurowissenschaftler:innen bildgebende Verfahren entwickelt haben, mit denen man dem Gehirn beim Arbeiten zusehen kann. Du kennst sie, ich erwähne sie hier immer wieder. Eine der wichtigsten: fMRT. Also: funktionelle Magnetresonanztomographie.

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Schon zuvor wusste man, dass das Gehirn die Körperteile auf eine bestimmte Art „repräsentieren“ muss. Bereits Ende des 19. bzw. Anfang des 20. Jahrhunderts fand man die motorische Rinde. Stimuliert man die Nervenzellen dort (beispielsweise während einer Operation), bewegen sich gezielte Körperteile. Dahinter, im Gyrus postcentralis, liegt die somatosensorische Rinde. Wenn dort (z.B. bei Operationen oder Läsionen) etwas passiert, ist Fühlen (Berührung, Temperatur, Schmerz) in bestimmten Körperbereichen verändert.

Durch fMRTs konnte man nun sehen, was genau im Gehirn von Menschen passiert, wenn sie etwas tun. Zum Beispiel, eine Hand bewegen. Man legt sie in den Scanner, lässt sie abwechselnd die linke Hand bewegen und sieht: Wenn die Person die linke Hand ballt, sind diese Nervenzellen aktiv. Wenn sie die rechte Hand ballt, sind andere Nervenzellen aktiv.

Hirnforscher:innen arbeiteten sich Körperteil für Körperteil vor. Es entstand eine Art Landkarte der Körperteile im Gehirn. Der sogenannte Homunculus.

Wie du auf der Grafik siehst: Es ist nicht etwa so, dass große Körperteile (zum Beispiel der Rücken) im Gehirn auch zwangsläufig von größeren Regionen und damit von mehr Nervenzellen repräsentiert werden. Die Hände können extrem präzise und differenzierte Bewegungen ausführen, zum Beispiel schreiben oder Klavier spielen. Dafür benötigt das Gehirn viele Nervenzellen und ein großes Gebiet im Motorkortex. Die Hände sind auch mit vielen sensorischen Rezeptoren ausgestattet, die Berührung, Schmerz, Temperatur und Vibration wahrnehmen. Deshalb nehmen die Hände auf dem sensorischen Homunculus ebenfalls ein großes Areal ein.

Der Rücken hingegen ist eher Grobmotoriker. Deshalb funktioniert auch der sogenannte Blindspot-Test, der bei Kindern besonders beliebt ist. Man legt zwei oder mehr Finger sanft und gleichzeitig auf verschiedene Punkte am Rücken der Testperson. Die Person soll angeben, wie viele Berührungspunkte sie wahrnimmt. Meistens spürt sie nur einen. Das liegt daran, dass der Rücken nur über wenige Nervenzellen verfügt, was dazu führt, dass du relativ schlecht darin bist zu bestimmen, wo auf der Haut du berührt, gedrückt oder gepiekst wirst. Deswegen ist dem Rücken auf dem sensorischen Homunculus auch nur ein kleines Areal mit wenigen Nervenzellen zugewiesen.

Hallo? Ist da jemand? Irgendjemand? Ein Arm zum Beispiel?

Was passiert jetzt bei Menschen, die ein Körperteil verlieren? Bleiben wir mal beim Arm. Wenn ich jemanden, der sein Arm verloren hat, in den Gehirn-Scanner lege, und ihm sage, dass er seinen Arm bewegen soll, dann sind die gleichen Neuronen aktiv wie bei Menschen, die noch alle beide Arme haben. Das heißt: Der Mensch spürt nicht nur einen Arm, den es nicht gibt, das Gehirn geht auch scheinbar davon aus, dass er noch da wäre.

Warum? Wenn jemand seinen Arm verliert, werden erstmal ziemlich viele Nervenzellen arbeitslos. Normalerweise warten diese Zellen im somatosensorischen Kortex auf Input von den Haut- und Muskelzellen deines Armes. Aber da kommt nichts. Nervenzellen hassen es, sich zu langweilen. Also schauen sie sich um, sehen die Nervenzellen neben sich, die beispielsweise für die Kopfhaut zuständig sind, und denken: Ha, vielleicht helfe ich denen einfach!

Die Nervenzellen können praktisch eine Initiativbewerbung abgeben und den Job wechseln. Der Homunculus kann sich also verändern (Opens in a new window). Die Nervenzellen wechseln aber nicht alle zeitgleich und ohne Onboarding in den neuen Job. Der Prozess zieht sich. Das führt dazu, dass einige Nervenzellen schon den neuen Job angetreten (Opens in a new window) sind, während ihre Nachbarzellen noch auf Input vom amputierten Arm warten. Benachbarte Nervenzellen aktivieren sich allerdings mit ziemlich hoher Wahrscheinlichkeit gegenseitig. Also werden Nervenzellen aktiviert, die den Arm repräsentieren – obwohl es ihn nicht mehr gibt. Und schon spüren wir Körperteile, die wir nicht mehr haben.

Phantomschmerzen haben die Schmerzforschung revolutioniert

Wissenschaftler:innen haben herausgefunden (Opens in a new window): Je stärker diese Veränderung nach einer Amputation, desto stärker die Phantomschmerzen. Bleibt die Frage: Warum tut das weh? Warum können Körperteile, die es nicht gibt, schmerzen? Wir scheinen Schmerzen haben zu können, ohne überhaupt verletzt zu sein.