A1 Epilepsie (Übererregbarkeit, synchrone Entladungen)

Thema

Das kortikale Netzwerk erhält seine normale Aktivität durch ein Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung aufrecht, das die kollektive Aktivität seiner Neuronen begrenzt. Bei Epilepsie verliert das kortikale Netzwerk einen Teil dieser Hemmung, wodurch es in einen Zustand anhaltender oder instabiler Aktivität gerät: Je größer der Verlust an Hemmung ist, desto weiter entfernt sich das kortikale Netzwerk von seinem ursprünglichen Gleichgewichtspunkt. Diese Verschiebung lässt sich mithilfe einer Stabilitätsanalyse vorhersagen, die auf demselben Wilson-Cowan-Modell basiert, das das kortikale Netzwerk beschreibt. Diese Analyse untersucht, wie das kortikale Netzwerk auf kleine Störungen um sein Gleichgewicht reagiert: Werden diese Störungen gedämpft, bleibt das Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung erhalten; nehmen sie jedoch ungehindert zu, kündigt dieses Wachstum den Übergang des kortikalen Netzwerks in den iktalen Zustand an.

Innerhalb des kortikalen Netzwerks trägt jedes Neuron durch Veränderungen seiner eigenen Ionenströme zu dieser Verschiebung bei: Die Reduktion der Kaliumleitfähigkeit des Neurons und das Auftreten anhaltender Natriumströme – eine Erweiterung desselben Ionenleitfähigkeitsmodells, das die neuronale Aktivität beschreibt – senken die Auslöseschwelle des Neurons. Je niedriger die Kaliumleitfähigkeit, desto niedriger wird diese Schwelle, und je größer der anhaltende Natriumstrom, desto leichter kann das Neuron wiederholt feuern, anstatt nur einmal zu feuern und dann aufzuhören. Diese Leichtigkeit der wiederholten Feuerung in jedem einzelnen Neuron, multipliziert mit allen Neuronen im kortikalen Netzwerk, erhält auf zellulärer Ebene die im vorherigen Absatz beschriebene Übererregbarkeit des kortikalen Netzwerks aufrecht.

Diese Übererregbarkeit des kortikalen Netzwerks manifestiert sich erst dann als epileptischer Anfall, wenn die neuronalen Entladungen synchronisiert sind. Diese pathologische Synchronisation des kortikalen Netzwerks wird in einem Synchronisationsindikator zusammengefasst, der misst, welcher Anteil des kortikalen Netzwerks synchron feuert. Dieser Indikator stammt aus demselben Rahmenwerk, das zur Beschreibung der Synchronisation gekoppelter Oszillatornetzwerke verwendet wird: Je mehr Neuronen gleichzeitig feuern, desto höher steigt der Synchronisationsindikator. Überschreitet der Synchronisationsindikator einen kritischen Schwellenwert, markiert dies den klinischen Beginn des epileptischen Anfalls.

Sobald ein epileptischer Anfall in einem Bereich des kortikalen Netzwerks ausgelöst wird, bleibt die Entladung nicht lokal begrenzt. Sie breitet sich wie eine vorrückende Front durch das kortikale Netzwerk aus, analog zur Ausbreitungsfront, die zur Beschreibung der neuronalen Migration verwendet wird. Dabei treibt die Aktivität eines bereits synchronisierten Bereichs des kortikalen Netzwerks die Synchronisation des benachbarten Bereichs an, und dieser wiederum die des nächsten. Diese sich ausbreitende frontartige Propagation bewirkt, dass der epileptische Anfall kein lokales Phänomen mehr ist, sondern ausgedehnte Bereiche des kortikalen Netzwerks betrifft.

Nach einem epileptischen Anfall verbleibt das kortikale Netzwerk nicht in einem hyperexzitablen Zustand: Seine Erregbarkeit erholt sich exponentiell während der postiktalen Phase. Diese Erholung stellt allmählich das Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung wieder her, das das kortikale Netzwerk vor dem Anfall kennzeichnete, und schließt so den Kreislauf, der zum Anfall führte. Das Verständnis dieser Abfolge, vom anfänglichen Verlust der Hemmung bis zur postiktalen Erholung, ermöglicht es uns vorherzusagen, wann das kortikale Netzwerk den Übergang in einen iktalen Zustand erreicht und wie lange es benötigt, um das Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung wiederherzustellen, das ihm die Rückkehr zur normalen Funktion ermöglicht.

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