Viele Menschen stellen sich ihr Gehirn als einen Computer voller Mikrochips und Drähte vor, als einen Speicher voller Erinnerungen und gelernter Dinge, als eine Uhr mit Millionen von Mechanismen, die eng miteinander verflochten sind, so dass es unglaublich ist, sich vorzustellen, dass jemand mit viel weniger als dem leben kann, mit nur einer Gehirnhälfte. Und ja, das kann vorkommen. Es ist selten, aber es gibt einige Dutzend Menschen, die ohne große Teile ihres Gehirns leben, die Hälfte oder sogar weniger.
Diese Menschen wurden nicht so geboren. Meistens hatten sie in der Kindheit eine Krankheit, wie die Rasmussen-Enzephalitis, bei der epileptische Anfälle sehr häufig sind. Wir können uns Epilepsie als ein elektrisches Gewitter vorstellen, das in einem bestimmten Bereich des Gehirns drängt und sich über das Gehirn ausbreitet, als wären es Wolken, die sich vorwärts bewegen und Blitze auslösen. Wenn diese Impulswelle ein bestimmtes Gebiet erreicht, beginnen die Neuronen in diesem Gebiet zu feuern, und der Sturm breitet sich weiter aus. Wenn die Welle der Stromstöße also den Bereich des Gehirns erreicht, der an den Bewegungen beteiligt ist, den motorischen Kortex, werden viele schnelle Muskelkontraktionen in verschiedenen Bereichen des Körpers ausgelöst, und es kommt zu Krämpfen.
Es gibt viele Epilepsien, die gut auf Medikamente ansprechen und perfekt kontrolliert werden, aber es gab schon immer einen Prozentsatz, der als refraktär bezeichnet wird und nicht auf Behandlungen anspricht, sowie andere Krankheiten, bei denen das Hirngewebe geschädigt ist. Die Anfälle können so häufig sein, dass sich das Kind, denn in diesen Fällen handelt es sich um Kinder, nicht normal entwickeln kann, weil das Gehirn nie zur Ruhe kommt, einen Anfall hat oder sich von einem Anfall erholt. Eine Lösung besteht darin, den epileptischen Herd, den Ausgangspunkt, zu zerstören, aber wenn er nicht identifiziert werden kann und das Gehirn durch die Anfälle geschädigt wird, besteht eine andere Möglichkeit darin, einen großen Bereich zu entfernen.
Eine aktuelle Studie 1 von Kliemann et al. aus dem November 2019 hat die Gehirne von sechs Menschen analysiert, denen bei dieser Operation eine Gehirnhälfte entfernt worden war, was als Hemisphärektomie bezeichnet wird. Die Ergebnisse wurden mit denen von sechs anderen gesunden Erwachsenen verglichen, bei denen ebenfalls Scans durchgeführt wurden, sowie mit einer Datenbank, die die Ergebnisse von 1.500 anderen gesunden Erwachsenen mit einem Durchschnittsalter von 22 Jahren enthielt.
Der jüngste Patient war zum Zeitpunkt der Operation drei Monate alt, während der älteste 11 Jahre alt war. Alle sechs Patienten litten seit ihrer Kindheit an epileptischen Anfällen, einer von ihnen hatte die ersten Anfälle bereits wenige Minuten nach der Geburt. Bei vier von ihnen wurde die rechte Gehirnhälfte entfernt, bei den beiden anderen die linke. Die Ursachen waren unterschiedlich: In zwei Fällen handelte es sich um einen Schlaganfall um die Geburt herum, in drei anderen um die Rasmussen-Enzephalitis, die Epilepsie und Hirnschäden verursacht, und im sechsten Fall um eine kortikale Dysplasie.
Die sechs Patienten meldeten sich freiwillig für eine funktionelle MRT, eine Technik, die es ihnen ermöglicht, das funktionierende Gehirn mit guter räumlicher und zeitlicher Auflösung am California Institute of Technology (Caltech) Brain Imaging Center in Pasadena zu betrachten. Die Ergebnisse wurden mit denen von sechs anderen gesunden Erwachsenen verglichen, die ebenfalls gescannt wurden, sowie mit einer Datenbank, die die Ergebnisse von 1 500 anderen gesunden Erwachsenen mit einem Durchschnittsalter von 22 Jahren enthielt. Auffallend war, dass diese Menschen, die jetzt in ihren Zwanzigern oder Dreißigern waren, bemerkenswert gut funktionierten, einen Job hatten, ihre Sprachfunktionen waren normal und als sie in den Scanner gelegt wurden, unterhielten sie sich wie jeder normale Mensch.
Die Forscher unterteilten das Gehirn in 400 Bereiche, 200 in jeder Hemisphäre, und stellten sieben funktionelle Netzwerke fest. Das gleiche Muster von Plots, das bei gesunden Menschen zu sehen ist, konnte bei Menschen mit einem halben Gehirn leicht unterschieden werden. Die zweite Phase bestand darin, zu sehen, ob die gleiche Person nach einiger Zeit erneut gescannt wurde und bei der gleichen Person und für die gleiche Aufgabe das gleiche Aktivitätsmuster zu sehen war, was als Fingerprinting bekannt ist. Das Ergebnis dieses zweiten Teils der Studie ist, dass die Aktivitätsmuster über die Zeit hinweg konsistent waren. Dies war die Grundlage für die abschließende Studie, in der untersucht werden sollte, ob die funktionellen Netzwerke von Teilnehmern mit einem halben Gehirn dieselben sind oder sich von denen gesunder Menschen unterscheiden.
Im Gehirn gibt es eine Reihe von neuronalen Netzen, von Funktionskreisen, von denen man annimmt, dass sie das Substrat unserer Emotionen, unserer Kognition und unseres Verhaltens sind. Die Forscher untersuchten insbesondere die Hirnaktivität in den Netzwerken, die das Sehen, die Bewegung, die Emotionen und das Denken regulieren, die so genannten kognitiven Prozesse. Da sich neuronale Netze, die für eine einzige Regulierungsfunktion zuständig sind, oft über beide Hemisphären erstrecken, erwartete das Forscherteam eine schwächere neuronale Aktivität bei Hemisphärektomie-Patienten, was jedoch nicht der Fall war. Die Gruppe von Wissenschaftlern war in der Lage, die gleichen Netzwerke bei den Patienten mit Hemisphärektomie zu erkennen, und die wichtigste und überraschende Schlussfolgerung war, dass die sechs operierten Personen und die Kontrollen eine starke und ähnliche Verbindung zwischen den Regionen der Hirnregionen zeigten, die normalerweise dem gleichen funktionellen Netzwerk zugeordnet werden. Allerdings war die Konnektivität zwischen Regionen verschiedener Netzwerke bei allen Teilnehmern, denen eine Hemisphäre entfernt worden war, und zwischen allen Netzwerken viel größer als bei den Kontrollpersonen. Diese Kontrollpersonen waren hinsichtlich Intelligenzniveau, Alter, Handpräferenz, d. h., ob sie Links- oder Rechtshänder waren, und dem Geschlecht.
Die Ärzte hatten bereits gesehen, dass die Patienten mit Hemisphärektomie hervorragend funktionierten, aber was am meisten auffiel, war der hohe Grad an Kompensation, der sich in der Neuroimaging-Studie zeigte. Alle Patienten, selbst diejenigen, denen die linke Hemisphäre entfernt worden war, in der sich bei den meisten Menschen die sprachbezogenen Areale wie das Broca- oder das Wernicke-Areal befinden, waren in der Lage zu sprechen. Es scheint, dass der Sprachbereich nach der Operation von einer Hemisphäre zur anderen verschoben wird. Wenn die linke Hemisphäre fehlt oder beschädigt ist, befindet sich das Sprachareal in der rechten Hemisphäre. Diese Ergebnisse stützen die Hypothese, dass ein gemeinsames System funktioneller Netzwerke Kognition ermöglicht, und legen nahe, dass Interaktionen zwischen verschiedenen Netzwerken ein Schlüsselaspekt der funktionellen Reorganisation nach einer Hemisphärektomie sein könnten.
Diese Ergebnisse waren unerwartet und interessant, da viel kleinere Läsionen, die durch einen Schlaganfall, einen Unfall, einen Tumor oder andere Gründe verursacht werden, verheerende Auswirkungen haben. Diese große Genesungsfähigkeit beruht wahrscheinlich auf zwei Aspekten: Das Gehirn verfügt über viele redundante Systeme und, was vielleicht noch auffälliger ist, über eine enorme Anpassungs- und Flexibilitätsfähigkeit, die als neuronale Plastizität bezeichnet wird. Es wäre daher wichtig zu verstehen, wie das Gehirn diese Wiederherstellungs- oder Kompensationsprozesse in Gang setzt, um Strategien zu entwickeln, die die Aussichten dieser Behandlungen verbessern.