Einführung
Der Nucleus accumbens (NAc), ein wichtiger Teil des Striatums, spielt eine zentrale Rolle bei der Übersetzung von emotionalen Informationen in motorische Handlungen. Er ist ein entscheidender Knotenpunkt im Belohnungssystem des Gehirns und beeinflusst Motivation, Vergnügen und Suchtverhalten. Läsionen in diesem Bereich können weitreichende Folgen haben und zu Verhaltensänderungen, Motivationsstörungen und einer erhöhten Anfälligkeit für psychiatrische Erkrankungen führen. Dieser Artikel beleuchtet die komplexen Funktionen des Nucleus accumbens, die Auswirkungen von Läsionen und die therapeutischen Möglichkeiten, die sich durch die tiefe Hirnstimulation (THS) ergeben.
Anatomie und Funktion des Nucleus Accumbens
Der Nucleus accumbens ist eine Kernregion im Bereich der Basalganglien und bildet zusammen mit dem Nucleus caudatus und dem Putamen das Striatum. Er befindet sich im unteren Vorderhirn und dient als wichtige Verknüpfungsstelle zwischen den Basalganglien und dem limbischen System. Seine Neurone sind über Nervenfasern mit vielen anderen Regionen des Gehirns verbunden.
Schlüsselrolle im Belohnungssystem
In funktioneller Hinsicht kann man den Nucleus accumbens als eine Art Bindeglied zwischen dem limbischen System und den Basalganglien betrachten. Er spielt eine wichtige Rolle bei der Entstehung sowie Aufrechterhaltung von Motivation zu gewissen Tätigkeiten und Verhaltensweisen. Dies geschieht hauptsächlich über das aus dem ventralen tegmentalen Areal (VTA) ankommende Dopamin, welches über die ansässigen D2-Rezeptoren eine positive Verstärkerfunktion ausübt. Erlebte Momente von Glück und Freude sorgen somit für einen motorischen Antrieb und für ein bestimmtes Verhalten. Das Belohnungssystem funktioniert im Allgemeinen folgendermaßen:
- Eine Tätigkeit oder ein Erlebnis, wie zum Beispiel Essen, Sport, Geschlechtsverkehr oder ein Erfolgserlebnis, aktivieren das VTA.
- Hier wird dadurch Dopamin ausgeschüttet, welches über Nervenfasern zum Nucleus accumbens gelangt und dessen Aktivität steigert.
- Die zweite Wirkung besteht darin, dass der Nucleus accumbens (ebenfalls hemmend über GABA) wieder auf das VTA zurück projiziert, damit durch eine negative Rückkopplung keine überschießende Wirkung zustande kommt.
Eine Balance in diesem Belohnungssystem ist essentiell wichtig für eine stabile Persönlichkeit sowie für rationale Handlungsweisen.
Verbindungen und Modulation
Der Nucleus accumbens wird vom präfrontalen Cortex (PFC) moduliert, der seinerseits Informationen aus sensorischen und limbischen Gehirnbereichen erhält. Der mediale Bereich des PFC (mPFC) moduliert dopaminerge und cholinerge Neuronen im Hirnstamm, im basalen Vorderhirn und im Septum, die an den Nucleus accumbens sowie die Amygdala und Hippocampus im limbischen System senden und beeinflusst damit deren Aktivität. Es besteht eine Wechselwirkung zwischen dem PFC und subkortikalen Regionen, bei der das jeweilige Aktivitätsverhältnis die Aktivität des Nucleus accumbens reguliert. Auch die Amygdala und der Hippocampus beeinflussen die Aktivität des Nucleus accumbens, indem sie emotionale bzw. Kontextinformationen an ihn senden.
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Auswirkungen von Läsionen des Nucleus Accumbens
Läsionen des Nucleus accumbens können vielfältige Auswirkungen auf das Verhalten und die Motivation haben.
Verhaltensänderungen und Kriminalität
Hirnverletzungen führen manchmal dazu, dass Menschen, die bisher nicht mit dem Gesetz in Konflikt geraten sind, Straftaten verüben. Eine Studie führt dies auf Störungen in einem „läsionalen Netzwerk“ von Hirnverbindungen zurück, die moralische Entscheidungen beeinflussen. Die Ergebnisse konnten in einer zweiten Kohorte bestätigt werden. Bei allen 17 Personen waren die Läsionen funktionell mit Regionen des Frontal- und Temporallappens verbunden, in denen der menschliche Verstand („exekutive Funktionen“) beheimatet ist und die für moralische Entscheidungen zuständig sind. Weitere Verbindungen bestanden zum Nucleus accumbens, einem Teil des limbischen Systems, das das Gefühlsleben des Menschen bestimmt und über das Belohnungssystem das Verhalten steuern kann.
Störungen in dem „Lesion Network Mapping“ könnten plausibel erklären, warum Menschen nach Hirnverletzungen auf die „schiefe Bahn“ geraten und zu kriminellem Verhalten neigen. Fox betont selbst, dass Hirnläsionen allein Menschen vermutlich nicht zum Straftäter werden lassen. Es sei jedoch bekannt, dass Menschen mit bestimmten Hirnerkrankungen häufiger kriminell werden. Am deutlichsten ist dies bei Patienten mit frontotemporaler Demenz, die nach anderen Untersuchungen zu 57 Prozent wegen krimineller Aktivität auffällig werden. Bei Frontallappen-Verletzungen beträgt der Anteil 14 Prozent.
Veränderungen in der Dopamin-Transmission
Verringerte Eingangssignale auf dopaminerge Neurone der VTA scheinen die tonische Dopamin-Ausschüttung im Nucleus accumbens zu reduzieren, was wiederum zu einer Sensibilisierung der subkortikalen Dopamin-Rezeptoren führt (Upregulation). Dabei kommt es wohl darauf an, auf welcher Hirnseite die Läsion erfolgt. Die dopaminerge Aktivität subkortikaler Regionen hängt offenbar vom Dopaminspiegel im mPFC in den beiden Gehirnhemisphären ab. Unkontrollierbarer Stress erhöhte Dopamin, insbesondere im rechten Cortex. Dopaminmangel im linken oder rechten PFC, mPFC oder ACC erhöhte die Stressanfälligkeit.
Auswirkungen auf Motivation und Anstrengungsbereitschaft
Der Nucleus accumbens wird benötigt, um physische oder kognitive Kosten bei der Verfolgung der Belohnung zu überwinden oder um aversive Reize zu vermeiden. Eine Studie an Ratten mit Okklusion der anterioren Zerebralarterie (ACAo) zeigte, dass eine Woche nach ACAo das Motivationsverhalten beeinträchtigt war, was sich unter anderem darin äußerte, dass die Motivationsschwelle reduziert war und sich die Reaktionszeiten an der Nosepoke-Einheit verlängerten. Einen Monat nach der Operation näherten sich auch ACA-Tiere mit größerer Läsion wieder dem präoperativen Level an. Die verringerte Motivationsschwelle war zudem positiv mit dem reduzierten FDG-Signal im ACC korreliert.
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Beteiligung an psychiatrischen Erkrankungen
Bezüglich des klinischen Kontexts steht der Nucleus accumbens vor allem wegen seiner Beteiligung bei Suchterkrankungen im Vordergrund. Auf die Psyche einwirkende Substanzen aktivieren nämlich direkt oder indirekt die dopaminergen Neurone des mesolimbischen Systems, vor allem diejenigen im Nucleus accumbens. Das Resultat: Es kommt nach Konsum zu einer Aktivierung des Belohnungssystems mit entsprechender Euphorie und Wohlbefinden. Daraus folgt wiederum eine Verhaltensverstärkung und es entsteht der Wunsch nach mehr. Im Allgemeinen aktivieren Drogen über diverse Wege die Dopamin-Rezeptoren im Nucleus accumbens. Dies geschieht dabei allerdings stärker und länger, als es natürlicherweise der Fall wäre. Zum Teil kann die Wirkung bis zu zehn Mal stärker sein als zum Beispiel die Freisetzung bei der Nahrungsaufnahme. Die Droge Kokain hemmt beispielsweise direkt ein Transportsystem für den Botenstoff Dopamin. Das führt dazu, dass Dopamin in den kleinen Spalträumen zwischen zwei Synapsen länger als üblich verweilt.
Neben seiner Rolle in der Suchtentwicklung kann der Nucleus accumbens auch bei anderen psychiatrischen Erkrankungen involviert sein. Eine Studie mit adolescenten Makaken, die depressive Verhaltensweisen zeigten, identifizierte zellspezifische transkriptomische Veränderungen im Nucleus accumbens, insbesondere in Astrozyten.
Tiefe Hirnstimulation (THS) als therapeutische Option
Die tiefe Hirnstimulation (THS) ist ein therapeutisches Verfahren der Neurochirurgie und Neurologie, welches primär zur Behandlung von Bewegungsstörungen, insbesondere eines fortgeschrittenen idiopathischen Parkinsonsyndroms, erfolgreich eingesetzt werden kann. Das Verfahren beruht auf der Implantation von Elektroden, die mit einem Impulsgeber mittels subkutan verlegter Kabel verbunden sind. In Abhängigkeit von der Stromfrequenz kann in der jeweiligen Hirnregion ein Stimulationsreiz oder ein Deaktivierungsreiz erfolgen. Die THS nutzt elektrische Impulse, um neuronale Aktivitäten in spezifischen Gehirnregionen zu regulieren.
Anwendungsbereiche der THS
Die primäre Zielsetzung der THS ist die symptomatische Behandlung von Bewegungsstörungen und bestimmten psychiatrischen Zuständen. Zu den Anwendungsbereichen gehören:
- Idiopathisches Parkinson Syndrom: Unter Beachtung der Indikationen und Kontraindikationen stellt die tiefe Hirnstimulation eine Behandlungsmethode für Patienten mit medikamentös refraktären on-off Fluktuationen und Dyskinesien infolge eines fortgeschrittenen idiopathischen Morbus Parkinson dar. Zur Behandlung erfolgt die Stimulation des Nucleus subthalamicus, aber auch des Nucleus ventralis intermedius thalami als Teil des Thalamus und des Nucleus pedunculopontinus.
- Dystonie: Die tiefe Hirnstimulation mit den Zielregionen des Thalamus oder des Globus pallidus internum ist eine weitere Therapieoption.
- Essentieller Tremor: Nur bei der Hälfte aller Patienten mit einem vererbten essentiellen Tremor sind die Symptome der Krankheit in ausreichendem Maße mit Medikamenten zu behandeln.
- Neuropathischer Schmerz: Neuropathische Schmerzen, die zum Beispiel nach einer Blutung des Thalamus als sogenanntes Thalamus-Schmerzsyndrom auftreten können, lassen sich teilweise effektiv mit der tiefen Hirnstimulation behandeln.
- Tourette Syndrom: Im Rahmen klinischer Studien werden Patienten, die an einem Tourette Syndrom leiden, mit tiefer Hirnstimulation behandelt. Zielregionen stellen beispielsweise der Thalamus, der Globus pallidus internus, die Capsula interna sowie der Nucleus accumbens dar.
- Zwangsstörungen: Auch bei Zwangsstörungen, die häufig die Sexualität, Reinlichkeit und Kontrolle betreffen, kann die Stimulation bestimmter Regionen des zentralen Nervensystems von Erfolg sein.
- Depression: In der Therapie der Depression selbst kann das Verfahren jedoch auch erfolgreich sein.
Implantation und Nachsorge
Zur Implantation des Hirnstimulators werden dem Patienten in einer stereotaktischen Operation kleine Löcher in die Kalotte gebohrt, über die die Elektroden in die jeweilige Region des Gehirns eingeführt werden können. Typischerweise erfolgt dies bei vollem Bewusstsein, sodass Lage und Funktion der Elektroden sofort überprüft werden können. Der Impulsgeber selbst kann im Rahmen der Implantation der Elektroden oder am Folgetag installiert werden. Zur Anpassung der Stimulationsparameter kann der Impulsgeber über Telemetrie korrekt und patientenspezifisch eingestellt werden.
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Nachsorgeuntersuchungen dienen der Überprüfung des Stimulationserfolges und gegebenenfalls der Anpassung der Therapie. Zur ausreichenden Funktion muss eine sinnvolle Kombination mit Medikamenten erfolgen, sofern diese notwendig sind. Des Weiteren muss die optimale Stimulationsstärke individuell ermittelt werden, was teilweise einige Monate in Anspruch nehmen kann.
Mögliche Nebenwirkungen
Auch bei einer erfolgreichen Implantation der Elektroden und des Impulsgebers können eine temporäre oder persistierende Dysarthrie oder ein meist vorübergehendes manisches Verhalten mit inadäquat gehobener Stimmung, abnormer Antriebssteigerung, materiellem Verschwendungsverhalten und starker Einschränkung der persönlichen Leistungsfähigkeit folgen. Des Weiteren findet sich insbesondere bei Patienten, die unter einem idiopathischen Parkinsonsyndrom leiden, trotz Besserung der motorischen Störungen eine leichte bis höhergradige Depression bzw. depressive Episode. Bei unerwünschten Wirkungen der Stimulation, beispielsweise Depressionen, kann eine psychologische oder psychiatrische Therapie sinnvoll sein. Da unter anderem beim Parkinsonsyndrom viele Bewegungsmuster vor der Therapie nicht korrekt ausgeführt werden können, muss nach Implantation die Physiotherapie zur Wiedererlernung komplexer Bewegungsmuster genutzt werden. Im Rahmen der Ergotherapie kann vornehmlich die Feinmotorik der Patienten verbessert werden. Weiterhin müssen zum Beispiel eingenommene Fehlhaltungen korrigiert werden.
Kontraindikationen
Andere Kontraindikationen müssen individuell bestimmt werden. Vor Durchführung der Therapie muss präzise evaluiert werden, ob und inwieweit ein Patient von einer tiefen Hirnstimulation profitieren kann. Weiterhin muss eine Abwägung aller Risikofaktoren und dem möglichen Nutzen der Therapie erfolgen. Mögliche Kontraindikationen für die Operation müssen beurteilt werden. Außerdem muss dem Patienten mitgeteilt werden, dass bei Nebenwirkungen oder einem nicht ausreichenden Therapieerfolg die Stimulation gestoppt und die Applikation entfernt werden kann.