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In Deutschland leiden rund 6,7 Millionen Menschen an Migräne. Dass die unerträglichen Kopfschmerzen viel mit Physik zu tun haben, weiß der Berliner Forscher Markus Dahlem.

In Deutschland leiden nach Schätzungen rund 6,7 Millionen Menschen an Migräne. Nicht nur unerträgliche Kopfschmerzen erschweren das Leben der Patienten. Schon vor den Kopfschmerzen können eine Reihe anderer belastender Symptome auftreten.

Der Physiker Markus Dahlem arbeitet als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Technischen Universität Berlin. Ende Juli organisierte Dahlem dort einen internationalen interdisziplinären Workshop zum Thema "Physik und Migräne". Mediziner, Informatiker, Psychologen und Physiker diskutierten zwei Tage lang über mathematische Modelle und neue Perspektiven der Migräne-Forschung.

Technology Review: Was hat Physik mit Migräne zu tun?

Markus Dahlem: Als theoretischer Physiker interessiere ich mich für das Gehirn. Wie läuft Kommunikation im Gehirn? Was passiert, wenn diese Kommunikation außer Kontrolle gerät? Dieses außer Kontrolle geraten hängt direkt mit der Migräne zusammen.

TR: Was genau untersuchen Sie?

Dahlem: Vorweg: Das Klinische an der Migräne wird gerne mit Kopfschmerzen gleichgesetzt. Das kann man so eigentlich nicht machen, weil Kopfschmerzen nur ein Symptom sind. Migräne ist die Krankheit, die dieses Symptom auslöst. Aber es gibt mehr Symptome als Kopfschmerzen.

Ein Beispiel ist die sogenannte Migräne-Aura, das ist eine neurologische Reiz- und Ausfallerscheinung. Das bedeutet beispielsweise, das etwas im Sichtfeld gesehen wird, das eigentlich gar nicht vorhanden ist. Es gibt auch Ausfallerscheinungen, das könnte eine Einschränkung des Gesichtsfeldes sein, also das man bestimmte Sachen einfach nicht sieht, die man normalerweise sehen würde. Eine Kombination zwischen Reiz- und Ausfallerscheinungen muss aber nicht nur sichtbar sein, es kann auch sein, dass etwas gefühlt wird, ein Kribbeln oder ein Taubheitsgefühl. Die meisten Ausfallerscheinungen bei Migräne wandern, das heißt im Gesicht wandert eine Erscheinung über das Gesichtsfeld oder ein Kribbeln wandert den Arm entlang. Dieser Wanderprozess wollen wir mit einem mathematischen Modell simulieren. Das was wir da sehen ist eine Art Wellenausbreitungsprozess.

TR: Wie kann man diese Wellen beschreiben?

Dahlem: Diese Wellen sind vergleichbar mit einer Laola-Welle im Fußballstadion. Wenn ein paar Fußballfans, oder in unserem Fall übererregte Neuronen aufspringen. Wenn es nur ganz wenige sind, passiert nichts. Sind es aber ganz viele, dann kann sich eine Welle von diesem Standpunkt auslösen ohne das jemand da sein muss, der das steuert. Dieser Prozess ist vollkommen selbstorganisiert und beruht auf einfachen Regeln. Trotzdem wird das Laola-Muster erzeugt. Diese Art von Musterbildung im Gehirn untersuchen wir.

TR: Wie untersuchen Sie das?

Dahlem: Wir machen das in der Theorie, teilweise auf einem Blatt Papier, teilweise am Computer und in enger Zusammenarbeit mit klinischen Forschern. Die liefern uns zum Beispiel Daten aus dem Kernspintomographen, auf denen eine Wanderwelle direkt am Menschen auch zu beobachten ist. Ein sehr wichtiges Standbein sind auch Daten die wir direkt von Patienten bekommen. Das sind beispielsweise Zeichnungen, die sie zu Hause während einer Sehstörungen machen: Sie haben sich also vor ein Blatt Papier gesetzt, ein Kreuzchen gemacht auf das sie die ganze Zeit sehen. Dann machen die Personen eine halbe Stunde lang jede Minute einen Strich wo die Sehstörung ist. Wir kriegen dann diese Zeichnungen mit 30 Strichen.

Ein Patient, der besonders präzise Angaben gemacht hat, wurde dann nachträglich im Kernspintomographen gemessen. Die Netzhaut ist auf der Großhirnrinde typographisch abgebildet und wir konnten dann die Strichzeichnungen des Patienten auf die Großhirnrinde projizieren. So konnten wir nachvollziehen, dass die Welle die er im Gesichtsfeld sieht, stark mit der Krümmung in diesem Bereich korreliert die das Gesichtsfeld zeigt.

TR: Wie verhält sich diese Welle?

Dahlem: Die Welle verfolgt ganz bestimmte Windungen der Gehirnrindenkrümmungen. Das neue daran ist, dass sie sich nicht wie bei einer Laola-Welle verläuft. Wenn sie überhaupt losläuft, dann nur ganz begrenzt. Das ist ein lokaler kleiner Spot. Also nicht eine globale einmal über die gesamte Hirnrinde rüberlaufende Welle, sondern nur ein ganz kleines Wellensigment. Die Nervenzellen die am Rand sind, lassen sich nicht mitreißen und somit ist die eigentliche Welle relativ begrenzt. Manchmal läuft sie auch gar nicht los weil zu wenig Neuronen betroffen sind.

TR: Wie können diese Forschungsergebnisse konkret für die Migräneforschung genutzt werden?

Dahlem: Ich arbeite als Physiker nicht direkt mit Patienten. Wir wenden uns an die Kliniker und arbeiten mit Ihnen zusammen, beispielsweise in diesem Workshop. Wir schlagen neue Methoden vor, neue Ideen wie die Welle, die Migräne auslöst, besser unterdrückt werden kann. Da gibt es den Gedanken das mit einer transkraniellen Magnetfeldstimulation zu machen, also der Beeinflussung von Gehirnbereichen über ein starkes Magnetfeld. Dabei könnte die Kontrolle auf die Musterbildung abstimmt werden.

Wir haben sozusagen das Know-How darüber, wie diese Musterbildungsprozesse verhindert oder unterdrückt werden könnten und versuchen dieses Wissen mit den Medizinern in gemeinsamen Projekten zu teilen. Wir sagen aber nicht – so, morgen haben wir eine neue Migränetherapie, da darf man keinen falschen Hoffnungen wecken.

TR: Wie ist die Resonanz und auch Akzeptanz bei den Medizinern?

Sehr gut – mittlerweile. Ich bin seit fast 18 Jahren dabei und muss sagen, die letzten neun Jahre ist es sehr offen geworden. Gerade von der klinischen Seite, dass sich mit den Konzepten die wir aus der Physik einbringen beschäftigt wird. Die Leute haben ein großes Interesse und wollen unsere Konzepte lernen. Das war nicht immer so. Das hängt aber auch damit zusammen, dass Migräne lange Zeit als eine vaskuläre, also die Blutgefäße betreffende Krankheit galt. Mittlerweile wird immer klarer, dass die primäre Ursache eine neuronale ist und das die eigentlichen Auslöser der Krankheit eher im Gehirn zu suchen sind und nicht in den Blutgefäßen. Dieses Umdenken hat aber erst durch den Nachweis dieser Wellen im Gehirn stattgefunden, durch Aufnahmen aus Kernspinthomographen.

Das glauben aber auch noch nicht unbedingt alle Mediziner. Die Mehrheit akzeptiert, dass diese Wellen in der Großhirnrinde laufen und die Migräne-Aura-Symptome verursachen. Kritischer ist, ob diese später auch die Kopfschmerzen verursachen. Das wird einerseits von vielen geglaubt, andererseits gibt es auch die Hypothese, dass das zwei verschiedene Krankheiten sind, die nur sehr stark miteinander korrelieren. Wir Physiker halten uns aus solchen diagnostischen Sachen natürlich raus. Letztendlich sind beides wichtige Probleme, ob wir nun eine Methode entwickeln diese Wellen zu unterdrücken und dann gleichzeitig den Kopfschmerz auch mit unterdrücken, oder erstmal nur diese neurologischen Ausfallerscheinungen.

TR: Was wird in Zukunft weiter in diesem Forschungsbereich gemacht?

Dahlem: Wir haben bei dem Workshop eine Diskussionsrunde, in der wir versuchen einen Blick in die Zukunft zu werfen. Was ist mit den therapeutischen Maßnahmen? Welche Auswirkungen hat das auf die transkranielle Magnetfeldstimulation und andere Techniken? Da bin ich selber gespannt wie die Leute das einschätzen, in welche Richtungen es geht, um solche neuartigen, auf der Chaoskontrolle basierenden Schritte zu machen.

Wir in Berlin selber arbeiten an einem Migräne-, Schlaganfall- und Epilepsieprojekt, für das auch Fördergelder beantragt wurden. Bei diesen unterschiedlichen Krankheiten gibt es starke Ähnlichkeiten, der Wellenprozess kann auch dort stattfinden. In enger Zusammenarbeit mit den Klinikern werden wir im Model versuchen, diese Vorhersagbarkeit der Wellen konkret nachzuvollziehen und die Daten in ein physikalisches Modell einfließen lassen. Daraus erhoffen wir uns später,zum Beispiel ganz konkrete Dosierungen vorhersagen zu können. Dieses Projekt wird vier Jahre dauern. Weiterhin soll es noch einen Sonderforschungsbereich geben, der sich mit Kontrollstrategien auch wieder in Verbindung mit Migräne beschäftigt. Wir haben also relativ viel "Manpower" und einige Projekte in Planung.

In Amerika gibt es ähnliche Modelle um die Migräne durch transkranielle Magnetfeldstimulation "wegzuzappen". Dieser Zapper ist ein Gerät, ungefähr so groß wie ein Fön. Die Idee ist, dass man dieses Gerät mit nach Hause nimmt und sich selbst einen Magnetpuls auf die Hirnrinde applizieren kann. So soll die Migräne unterbrochen werden. Momentan funktioniert das aber noch nicht. Wir haben aber eine Idee wie unsere neuen Paradigmen das auf eine andere Art umsetzen könnten. Darüber kann ich aber noch nicht genauer sprechen. (bsc [1])

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