Werner Schuster und die Nervensystemforschung: Ein Überblick

Die Nervensystemforschung ist ein komplexes und interdisziplinäres Feld, das sich mit der Struktur, Funktion, Entwicklung, Genetik, Biochemie, Physiologie, Pharmakologie und Pathologie des Nervensystems befasst. Neurowissenschaftler suchen nach Antworten auf die Fragen, wie wir lernen und Informationen speichern, welche Prozesse im Gehirn verantwortlich sind und in welchem Zeitrahmen diese ablaufen. Ein zentrales Thema ist das Verständnis sogenannter kritischer Phänomene im Gehirn, die mithilfe mathematischer und physikalischer Modelle beschrieben werden können. Diese Modelle finden auch Anwendung in anderen Bereichen wie Erdbebenforschung, Waldbrandanalyse und der Untersuchung der Ausbreitung von Epidemien.

Grundlagen der Nervensystemforschung

Die Nervensystemforschung umfasst ein breites Spektrum an Themen, von der molekularen Ebene einzelner Nervenzellen bis hin zur systemischen Ebene, die das Zusammenspiel verschiedener Hirnregionen betrachtet. Zu den zentralen Fragestellungen gehören:

• Lernen und Gedächtnis: Wie werden Informationen im Gehirn gespeichert und abgerufen? Welche neuronalen Mechanismen liegen dem Lernen zugrunde?
• Kognitive Prozesse: Wie entstehen Wahrnehmung, Aufmerksamkeit, Sprache und Bewusstsein? Welche Rolle spielen verschiedene Hirnregionen bei diesen Prozessen?
• Neuronale Netzwerke: Wie sind Nervenzellen miteinander verbunden und wie kommunizieren sie miteinander? Wie entstehen komplexe Verhaltensmuster durch die Aktivität neuronaler Netzwerke?
• Neurologische und psychiatrische Erkrankungen: Welche Veränderungen im Nervensystem verursachen Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson, Depressionen oder Schizophrenie? Wie können diese Erkrankungen behandelt werden?

Werner Schusters Beitrag

Werner Schuster ist Professor (em.) für Theoretische Physik an der Universität Kiel. Im Laufe seiner akademischen Karriere war er Professor an der Universität Frankfurt am Main und Gastprofessor am Weizmann-Institut für Wissenschaften in Israel und am California Institute of Technology in Pasadena, USA. Er ist Autor und Herausgeber von Forschungsmonographien und Themenhandbüchern über Chaos Theorie, nichtlineare Dynamik und neuronale Netze, aber auch über populärwissenschaftliche Bücher und Herausgeber einer Wiley-Reihe über nichtlineare Physik und Komplexität.

Kritische Phänomene im Gehirn

Ein besonderer Schwerpunkt der aktuellen Forschung liegt auf den sogenannten kritischen Phänomenen im Gehirn. Diese Phänomene manifestieren sich in Form von komplexen Mustern neuronaler Aktivität, die an der Grenze zwischen Ordnung und Chaos auftreten.

Modellierung mit Methoden der Physik

Die Beschreibung kritischer Phänomene im Gehirn erfolgt häufig mithilfe mathematischer und physikalischer Modelle. Diese Modelle ähneln denen, die auch zur Beschreibung anderer komplexer Systeme verwendet werden, wie beispielsweise Erdbeben, Waldbrände oder die Ausbreitung von Epidemien. Durch die Anwendung dieser Modelle können Forscher Gesetzmäßigkeiten und Mechanismen identifizieren, die dem komplexen Verhalten des Gehirns zugrunde liegen.

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Bedeutung für die Hirnfunktion

Es wird vermutet, dass kritische Phänomene eine wichtige Rolle für die optimale Funktion des Gehirns spielen. Sie ermöglichen dem Gehirn, flexibel auf unterschiedliche Anforderungen zu reagieren, Informationen effizient zu verarbeiten und neue Lerninhalte zu integrieren. Störungen in der kritischen Dynamik des Gehirns könnten zu neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen beitragen.

Aktuelle Forschungsansätze

Aktuelle Forschungsansätze zur Untersuchung kritischer Phänomene im Gehirn umfassen:

• Elektrophysiologische Messungen: Ableitung von Hirnströmen (EEG, MEG) zur Analyse der neuronalen Aktivität in verschiedenen Hirnregionen.
• Bildgebende Verfahren: Anwendung von bildgebenden Verfahren wie fMRT (funktionelle Magnetresonanztomographie) zur Visualisierung der Hirnaktivität während verschiedener Aufgaben.
• Mathematische Modellierung: Entwicklung und Anwendung von mathematischen Modellen zur Simulation und Analyse der neuronalen Dynamik.
• Experimentelle Studien: Durchführung von experimentellen Studien zur Untersuchung der Auswirkungen von Manipulationen der neuronalen Aktivität auf das Verhalten.

Klinische Relevanz

Die Erkenntnisse aus der Nervensystemforschung haben eine große Bedeutung für die Entwicklung neuer Therapien für neurologische und psychiatrische Erkrankungen. Durch das Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen von Krankheiten können gezieltere und wirksamere Behandlungen entwickelt werden.

Beispiele für klinische Anwendungen

• Alzheimer-Krankheit: Forschung zur Identifizierung von Biomarkern für die Früherkennung der Alzheimer-Krankheit und Entwicklung von Medikamenten zur Reduktion von Amyloid-Plaques und Tau-Fibrillen.
• Parkinson-Krankheit: Entwicklung von neuen Therapien zur Behandlung von motorischen und nicht-motorischen Symptomen der Parkinson-Krankheit, wie beispielsweise tiefe Hirnstimulation oder Gentherapie.
• Depressionen: Untersuchung der neuronalen Grundlagen von Depressionen und Entwicklung von neuen Antidepressiva oder nicht-invasiven Hirnstimulationsverfahren.
• Schizophrenie: Identifizierung von genetischen und umweltbedingten Risikofaktoren für Schizophrenie und Entwicklung von Medikamenten zur Behandlung von psychotischen Symptomen.
• Epilepsie: Entwicklung von neuen Antiepileptika und chirurgischen Verfahren zur Behandlung von Epilepsie, insbesondere bei Patienten, bei denen Medikamente nicht ausreichend wirken.

Forschungseinrichtungen und Netzwerke

Die Nervensystemforschung wird weltweit an zahlreichen Universitäten, Forschungsinstituten und Kliniken betrieben. Bedeutende Forschungseinrichtungen in Deutschland sind beispielsweise das Deutsche Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), das Bernstein Center for Computational Neuroscience Berlin und verschiedene Max-Planck-Institute.

Klinisches Studienzentrum der Universitätsklinik für Neurologie

Ein Beispiel für eine Einrichtung, die sich der klinischen Forschung im Bereich der Neurologie widmet, ist das Klinische Studienzentrum der Universitätsklinik für Neurologie. Dieses Zentrum stellt die Infrastruktur für die Durchführung von klinischen Studien zur Verfügung und konzentriert sich auf Bereiche wie Amyotrophe Lateralsklerose (ALS), Demenz, Epilepsie, Multiple Sklerose, Parkinson-Syndrome und Schlaganfall.

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Nationale und internationale Vernetzung

Das Klinische Studienzentrum legt großen Wert auf die nationale und internationale Vernetzung. So wurden von Ulm aus Netzwerke wie das Deutsche Netzwerk für Motoneuronerkrankungen (MND-NET), das Register zur Epidemiologie von ALS in Schwaben, das Kompetenznetz Demenzen - FTLD und das Europäische Huntington Netzwerk initiiert. Darüber hinaus besteht eine Zusammenarbeit mit dem Peking University Health Science Center. Das Zentrum ist auch an Projekten des Kompetenznetzes Multiple Sklerose (KKNMS) und der German Parkinson Study Group (GPS) beteiligt.

Beispiele für aktuelle Studien

Das Klinische Studienzentrum führt eine Reihe von klinischen Studien durch, um neue Therapieformen zu erproben und zu überprüfen. Zu den aktuellen Studien gehören:

• LIPCAL-ALS II: Eine Studie zur Untersuchung des Effekts einer hochkalorischen PEG-Nahrung im Vergleich zu einer isokalorischen PEG-Nahrung bei Patienten mit ALS.
• Eine Studie zur Bewertung der Wirksamkeit und Sicherheit von CORT113176 bei Patienten mit ALS. Cort113176 ist ein selektiver Modulator des Glukokortikoidrezeptors (GR).
• Eine Studie zur Untersuchung der Sicherheit und Verträglichkeit von Latozinemab bei Patienten mit frontotemporaler Lobärdegeneration (FTLD).
• ToSEE: Eine multizentrische, prospektive, kontrollierte, doppelblinde, randomisierte Studie zum Vergleich von intravenösem Valproat (VPA) und Levetiracetam (LEV) bei der Behandlung des Status epilepticus bei älteren Patienten.
• X-ACKT (XPF-010-303): Eine multizentrische, randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte Phase-3-Studie zur Beurteilung der Sicherheit, Verträglichkeit und Wirksamkeit von XEN1101 als begleitende Therapie bei primären generalisierten tonisch-klonischen Krampfanfällen.
• Eine Studie zur Untersuchung der Sicherheit von BP42230 bei Patienten mit progredienter Multipler Sklerose.
• Eine Studie zur Untersuchung der Wirksamkeit und Sicherheit von Efgartigimod subcutan bei Patienten mit Myositis.
• MyClad MS700568_0183: Eine prospektive, multizentrische, randomisierte, doppelblinde Studie bei Myasthenia gravis zur Untersuchung der Wirksamkeit und Sicherheit von oralem Cladribine im Vergleich zu Placebo.
• SAVANT: Eine Globale, multizentrische, prospektive Nachbeobachtungsstudie bei Morbus Pompe zur Erhebung von Daten zur Langzeit-Sicherheitsaspekten unter Therapie mit Avalglucosidase alfa.
• Lupin: Eine Globale, multizentrische, prospektive Nachbeobachtungsstudie bei nicht-dystropher Myotonie zur Erhebung von Daten zur Langzeit-Sicherheitsaspekten unter Therapie mit Mexiletine.
• Fulcrum REACH: Eine Prospektive, multizentrische, randomisierte,,doppelblinde Studie zur Untersuchung, ob Losmapimod den Musekeluntergang durch Blockade der DUX-​Proteinbildung stoppen kann und die Lähmungen stabilisiert bei Patienten mit fazioskapulohumerale Muskeldystrophie FSHD 1 und 2.
• Eine Prospektive, multizentrische, randomisierte Studie bei Dermatomyositis zur Untersuchung, ob die zusätzliche subcutane Gabe von Immunglobulinen die Symptome kontrolliert.
• Eine Studie zur Untersuchung, ob die zusätzliche Gabe von Milvexian zur Standardtherapie das Risiko eines weiteren Schlaganfalls verringert bei Patienten mit akutem nicht-kardioembolischem Schlaganfall oder Hochrisiko TIA.
• Eine Studie zur Untersuchung, ob die zusätzliche Gabe von Asundexian zur Standardtherapie das Risiko eines weiteren Schlaganfalls verringern kann bei Patienten mit akutem nicht-kardioembolischem ischämischem Schlaganfall oder Hochrisiko TIA.

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