Tief im Inneren des Gehirns liegt die Inselrinde, die Schmerz, Wärme und Signale aus den inneren Organen verarbeitet. Forscher haben sie bei 87 Patienten mit Hirnelektroden gezielt elektrisch gereizt und dabei vier klar getrennte Zonen gefunden. Je nach Zone spürten die Patienten Schmerz oder Hitze in einem bestimmten Körperteil, Übelkeit oder plötzliche Angst. Die vorderste Zone löste dagegen fast nie eine Empfindung aus, schickt den übrigen Zonen aber stärkere Signale, als sie von ihnen erhält. Die Daten stammen von Epilepsiepatienten, deren Elektroden aus medizinischen Gründen eingesetzt wurden.
Die Inselrinde, in der Fachsprache Insula, ist ein Teil der Großhirnrinde, der von außen nicht zu sehen ist. Sie liegt versteckt in der Tiefe der seitlichen Hirnfurche, überdeckt von Teilen des Stirn-, Scheitel- und Schläfenlappens. Seit Jahrzehnten gilt sie als Knotenpunkt für die Wahrnehmung des eigenen Körpers, von Schmerz und Temperatur bis zu Herzrasen oder einem flauen Gefühl im Magen. Wie sie innen aufgebaut ist und welche ihrer Teile welche Aufgabe übernehmen, war dagegen weitgehend offen. Ein Team um den Neurologen Josef Parvizi von der Stanford University hat dazu nun im Fachjournal Nature eine Funktionskarte der Inselrinde vorgelegt.
Beteiligt waren auch Forscher aus Deutschland. Erstautor Julian Quabs arbeitet neben Stanford am Institut für Anatomie I der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und am Institut für Neurowissenschaften und Medizin am Forschungszentrum Jülich, ebenso wie die Anatomin Svenja Caspers. Die beiden haben einen Atlas entwickelt, der die Inselrinde anhand des mikroskopischen Aufbaus ihrer Zellschichten in 16 Areale gliedert. Diesen Atlas legte das Team über die Messdaten der Patienten und prüfte, welche Areale bei elektrischer Reizung ähnlich reagieren. Ergänzt wurde die Studie durch Daten einer italienischen Patientengruppe vom Institut für Neurowissenschaften des Nationalen Forschungsrats in Parma.
Weil die Inselrinde tief im Gehirn liegt, stützte sich die Forschung am Menschen bisher vor allem auf bildgebende Verfahren wie die funktionelle Magnetresonanztomografie. Sie zeigt, welche Hirnregionen bei einer Empfindung aktiver durchblutet werden, aber nicht, ob eine Region diese Empfindung tatsächlich hervorbringt. Dazu kommt, dass das Messsignal nur indirekt mit der Arbeit der Nervenzellen zusammenhängt, weshalb Forscher bereits diskutiert haben, ob Hirnscans teils systematisch falsch gedeutet wurden. Ursächliche Belege liefern dagegen Elektroden direkt im Gewebe, mit denen sich einzelne Stellen gezielt reizen lassen. Gesunden Menschen solche Elektroden einzusetzen, wäre jedoch unethisch.
Das Team griff deshalb auf Patienten mit fokaler Epilepsie zurück. Bei ihnen setzen Neurochirurgen vor einer möglichen Operation dünne Tiefenelektroden ins Gehirn, um den Ursprung der Anfälle zu finden. Die 87 Teilnehmer wurden laut der frei zugänglichen Vorabfassung der Studie zwischen 2012 und 2025 an der Stanford University untersucht, waren zwischen 19 und 67 Jahre alt und hatten ihre Elektroden ausschließlich aus klinischen Gründen erhalten. Da die Elektroden oft schräg durch die Inselrinde geführt wurden, lagen bei vielen Patienten mehrere Messpunkte in dieser Region. Bei 50 von ihnen schickten die Forscher am Krankenbett kurze Stromreize von wenigen Milliampere durch benachbarte Kontakte und fragten, was die Patienten spürten. Gewertet wurde eine Empfindung nur, wenn sie bei einer Scheinreizung ausblieb, sich bei wiederholter Reizung derselben Stelle zeigte und mit der Stromstärke zunahm.
Am hinteren und oberen Ende der Inselrinde liegt die erste der vier Zonen. Ihre Reizung löste Schmerz, Wärme oder beides aus, und zwar häufig in genau einem Körperteil wie Hand, Arm, Bein oder Mund. Die Körperteile sind dort wie auf einer Landkarte angeordnet: Das Bein liegt ganz hinten, der Arm in der Mitte und der Mund weiter vorn. Laut der Vorabfassung nimmt die Hand besonders viel Raum ein, und ein Kältegefühl erzeugte keine einzige gereizte Stelle. Die zweite Zone schließt sich weiter unten an und erzeugte vor allem Kribbeln, Taubheit oder Druck, häufig in mehreren Körperteilen zugleich. Die Forscher vermuten, dass hier Signale aus verschiedenen Körperregionen zusammengeführt werden. Wo bei vier Patienten eine Elektrode die Grenze zwischen beiden Zonen kreuzte, wechselte die Empfindung abrupt von Kribbeln zu Schmerz oder Hitze, genau an der Grenze, an der sich auch der Zellaufbau der Hirnrinde ändert.
Dass die hinteren Zonen tatsächlich Körpersignale empfangen, bestätigte die italienische Gruppe auf anderem Weg. Bei 37 Patienten reizten die Forscher Nerven von Unterkiefer, Hand und Bein und maßen die Antworten an 218 Kontakten in der Inselrinde. Antworten auf alle drei Nerven traten nur in der ersten Zone auf, und die Lage der Antworten passte zur Anordnung, die bei der direkten Reizung im Gehirn aufgefallen war. Damit verhält sich diese Zone wie ein primäres Sinnesfeld, also wie die erste Station, an der Signale aus dem Körper in der Hirnrinde ankommen.
Ein ganz anderes Bild zeigte der mittlere vordere Teil der Inselrinde. Hier spürten die Patienten keine Schmerzen in Armen oder Beinen, sondern Empfindungen aus dem Körperinneren: Übelkeit, Schwindel, Druck oder ein Gefühl der Fülle in der Brust und Wellen, die durch Bauch, Brustkorb oder Hals zu laufen schienen. Bei einigen Patienten löste die Reizung in dieser Zone zudem eine aufsteigende Nervosität oder Angst aus, in der Vorabfassung sind es fünf Personen. In den hinteren Zonen kam das nicht vor, selbst wenn dort deutlich unangenehme Schmerzen ausgelöst wurden. Angst ist in diesem Fall also kein bloßes Nebenprodukt von Schmerz. Bei den Patienten, die nach der Reizung Angst beschrieben, lagen die Werte in einem gängigen Fragebogen zur Ängstlichkeit höher als bei jenen, die nur körperliche Empfindungen oder gar nichts spürten.
Das passt zu einer verbreiteten Vorstellung über Angststörungen, nach der fehlgedeutete Signale aus dem Körper eine wichtige Rolle spielen. Bislang gab es für Angstgefühle bei Reizung der Inselrinde allerdings nur Einzelberichte. Die Forscher gehen davon aus, dass diese Zone weniger Signale empfängt als vielmehr Befehle an die Organe sendet, weil ihr Zellaufbau eine ausgeprägte Ausgangsschicht und kaum eine Eingangsschicht aufweist. Diese Deutung beruht auf der Anatomie und wurde in der Studie nicht eigens geprüft.
Die überraschendste Rolle hat die vierte Zone ganz vorn an der Spitze der Inselrinde. Ihre Reizung blieb fast immer folgenlos, laut der Vorabfassung an 87 Prozent der Kontakte, obwohl dort ähnlich starke Ströme flossen wie an benachbarten Stellen, die deutliche Empfindungen auslösten. Aktiv wurde diese Zone dagegen bei einer Aufmerksamkeitsaufgabe. Die Patienten sahen am Bildschirm Stadtansichten, bei denen sie klicken sollten, und seltene Bergbilder, bei denen sie den Klick zurückhalten mussten. Gerade in diesen Momenten, wenn etwas Auffälliges geschah und das gewohnte Verhalten geändert werden musste, stieg die Aktivität an der Spitze der Inselrinde. Das Muster blieb erhalten, als die Regeln bei sechs Patienten umgekehrt wurden und sie nur bei Bergen klicken sollten.
Um zu prüfen, wie die Zonen miteinander verbunden sind, setzten die Forscher einzelne kurze Stromimpulse und maßen, wie stark und wie schnell andere Stellen darauf antworteten. Die vordere Spitze schickte deutlich stärkere Signale an die übrigen drei Zonen, als sie von ihnen zurückbekam. Zugleich ist sie eng mit Bereichen des Stirnhirns verbunden, die für Planung, Bewertung und Gefühle zuständig sind, darunter der vordere Gürtelkortex. Die hintere Schmerzzone ist dagegen vor allem mit Arealen verknüpft, die Berührung verarbeiten. Die Inselrinde lese den Körper nicht nur ab, sondern beeinflusse teilweise auch, wie er sich anfühlen soll, sagte Parvizi dem Nachrichtenteil von Nature.
Der Befund verbindet zwei lange konkurrierende Vorstellungen. Nach der ersten fließen Körpersignale in der Inselrinde von hinten nach vorn und werden dabei schrittweise zu bewussten Gefühlen verarbeitet. Nach der zweiten sagt das Gehirn Körperzustände eher voraus und gleicht sie von vorn nach hinten mit den eintreffenden Signalen ab. Die Messungen zeigen Verbindungen in beide Richtungen, wobei die Wirkung von vorn nach hinten überwiegt. Damit wäre ein Weg beschrieben, über den Erwartungen und Bewertungen beeinflussen, wie stark ein Schmerz oder ein Unwohlsein empfunden wird. Ähnliche Effekte kennt die Forschung etwa vom Placeboeffekt, der im Gehirn messbare Spuren hinterlässt.
Für chronische Schmerzen und Angststörungen formulieren die Autoren eine Hypothese: Ist das Zusammenspiel zwischen der vorderen Spitze und den übrigen Zonen gestört, könnten Schmerz- oder Organsignale verstärkt weitergegeben oder bedrohliche Körperzustände erwartet werden, obwohl im Körper nichts Schädliches geschieht. Bewiesen ist das nicht, es handelt sich um eine Deutung der Verbindungsdaten. Praktisch könnte die Karte helfen, Verfahren der Hirnstimulation gegen chronische Schmerzen genauer auszurichten, etwa bei Schmerzen im Gesicht auf den passenden Abschnitt der hinteren Schmerzzone. Auch Ansätze, die ohne Strom auskommen, zielen auf die Schmerzverarbeitung im Gehirn, so wie eine Achtsamkeitsmeditation, die neuronale Schmerzschaltkreise dämpft. Die Masken der vier Zonen hat das Team in einem Standard-Koordinatensystem frei zugänglich gemacht, damit andere Gruppen sie nutzen können.
Alle Teilnehmer hatten Epilepsie, gesunde Vergleichspersonen konnten aus ethischen Gründen nicht untersucht werden. Die Forscher halten die Ergebnisse dennoch für übertragbar, weil die Inselrinde bei den meisten Patienten unauffällig war und laut der Vorabfassung nur bei zehn Patienten der Reizungsgruppe im Anfallsursprung lag. Die betroffenen Messpunkte wurden aus der Auswertung entfernt. Lage und Zahl der Elektroden richteten sich allein nach den medizinischen Erfordernissen, sodass jede Zone nur bei einem Teil der Patienten erfasst wurde. Die Angstreaktionen beruhen zudem auf wenigen Personen. Die Autoren betonen selbst, dass die Vierteilung den Stand dieser Messungen beschreibt und feinere Verfahren künftig weitere Unterteilungen zeigen dürften. An der Grundaussage, dass die Inselrinde aus spezialisierten Zonen mit einer klaren Rangordnung besteht, ändert das nach ihrer Einschätzung nichts.
Die vollständige Studie mit den Karten und Messdaten ist im Fachjournal Nature unter dem Titel Functional architecture of the human insula erschienen. Nach Ansicht der Autoren ist die Inselrinde damit keine reine Empfangsstation für Körpersignale, denn mindestens ein Teil von ihr wirkt aktiv auf die Wahrnehmung des eigenen Körpers zurück.
Nature, Functional architecture of the human insula; doi:10.1038/s41586-026-11175-2
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