Neurophysiologische Grundlagen visuo-taktil induzierter Empathie

Abstract

Das Phänomen, dass somatosensorische Hirnareale durch die bloße visuelle Wahrnehmung der Berührung einer anderen Person aktiviert werden, wird taktile Empathie genannt. Neue Studien (Keysers et al. 2004, Avenanti et al. 2005) zeigen, dass die Beobachtung einer Berührung, eine bedeutende Aktivierung von contralateralen primären somatosensorischen und bilateralen sekundären somatosensorischen Kortices erzeugt. Andere Studien (Singer et al. 2004), die die Gehirntätigkeit während der Beobachtung schmerzhafter Stimuli untersuchen, weisen darauf hin, dass Schmerzempathie nicht nur sensorische sondern auch affektive Komponenten der cerebralen Schmerzmatrix, beispielsweise vorderer Gyrus cinguli (ACC) und bilateraler vorderer Insula (AI), in deren Aktivität beeinflusst. Die vorliegende Studie hatte zum Ziel, die neurophysiologischen Grundlagen der schmerzhaften und nichtschmerzhaften, taktilen Empathie mittels Magnetoencephalographie (MEG) zu untersuchen. Wir untersuchten Schmerzempathie bei 32 gesunden Paaren (Alter 19-58 Jahre) unter der Annahme, dass kortikale Antworten auf somatosensorische Stimuli durch die Empathie für einander moduliert werden. Die jeweils weiblichen Partner wurden mittels MEG gemessen. Wir betrachteten die abgeleitete Hirnaktivität, die durch pneumatische, nichtschmerzhafte Stimulation der Lippe und des rechen Zeigefingers (d2) hervorgerufen wurde, während die Probandinnen die rechte Hand ihres Partners beobachteten, die schmerzhaft gereizt wurde. Die Modulation der hierbei hervorgerufenen somatosensorisch- evozierten Potentiale während der Beobachtung der schmerzhaften Stimulation war von speziellem Interesse. Zudem wurden die Paare in zwei Testgruppen von jeweils 16 Paaren einteilt. Die zwei Gruppen wurden über den schmerzhaften Stimulus, die ihr Partner erhielt, verschieden informiert. Vor dem Experiment wurde den Frauen der einen Gruppe der schmerzhafte Stimulus selbst spürbar gemacht (perception group), während die Frauen der anderen Gruppe nur eine genaue Beschreibung des Stimulus erhielten (informed group). Die Absicht dieser Experimente war es, die Modulation der Gehirntätigkeit sowohl zwischen dem schmerzhaften und den nichtschmerzhaften Ereignissen als auch zwischen den zwei Testgruppen durch die Unterschiede in den Gehirnaktivitätsunterschieden zu bestimmen. Nach dem Experiment wurden die weiblichen Teilnehmerinnen gebeten, die Intensität der schmerzhaften Stimuli, ihr Partner gefühlt hat, auf einer analogen Schmerzskala (0-10) abzuschätzen. Die Beobachtung des Schmerzstimulus (ihres Partners) reduzierte klar das Ausmaß der kortikalen Antworten, die durch die nichtschmerzhaften, pneumatischen Stimuli bei den weiblichen Partnern hervorgerufen wurden. Die kortikale Aktivität auf die pneumatischen Stimuli wurde für die Zeigefingerbedingung signifikant reduziert, wohingegen die Beobachtung der schmerzhaften Reizung des Partners keine signifikante Wirkung auf die neuronalen Antworten der Lippenstimulation hatte. Obwohl die informierte Gruppe höhere Werte in der Schmerzschätzung vergab (informed group: 4,5, perception: 3,4), zeigte die Gruppe, die den Reiz zuvor wahrgenommen hatte, stärkere Effekte der Amplitudenabnahme während des Beobachtens der schmerzhaften Stimuli. Aufgrund der Unterschiede in der Amplitudenabnahme zwischen Zeigefinger- und Lippenstimulation schließen wir jedoch einen allgemeinen Aufmerksamkeitseffekt als ursächlich für die Reduktion aus. Empathie für den Schmerz des Partners scheint nur kortikale Antworten in Spiegelneuronen hervorzurufen, die die gleiche Körperpartie betreffen. Die eigene Erfahrung über einen schmerzhaften Stimulus scheint stärkere Empathie für den Schmerz, den der Partner erfährt, hervorzurufen. Es kann angenommen werden, dass selbst empfundener, bekannter Schmerz vornehmlich primäre somatosensorische Gehirnareale beeinflusst, wohingegen die Beobachtung von nur vorstellbarem Schmerz höhere kognitive Hirnareale und somit Bereiche, die mit dem affektiven Bestandteilen der Schmerzmatrix verbunden sind, beeinflussen. Leider könnten wir abschließend nicht gänzlich ausschließen, dass die Amplitudenreduktion der neuronalen Aktivität auch durch „repetition suppression“, der Unterdrückung neuronaler Aktivität nach häufiger, gleichförmiger Wiederholung erzeugt sein kann. Diesbezüglich könnten weiterführende Studien auf unseren Ergebnissen aufbauend, zur weiteren Klärung fortgeführt werden.

The phenomenon of activating an observer´s somatosensory brain areas by watching another person being taktilely stimulated is called tactile empathy. Recent studies (Keysers et al. 2004, Avenanti et al. 2005) show that the observation of touch, produces a significant activation of contralateral primary somatosensory and bilateral secondary somatosensory cortex as there are Brodman area (BA) 1,2,3a and 3b (S1) as well as BA 40 and 43 (S2). Other studies (Singer et al. 2004) which examine brain activity within observing painful stimuli suggest that empathy for pain involves not only sensory but also affective components of the pain matrix like anterior cingulate cortex (ACC) and bilateral anterior insula (AI). This magnetencephalography (MEG) study aimed to clarify the neurophysiology behind painful and non-painful tactile empathy.

We investigated pain-empathy in 32 healthy couples (age 19-58 years) under the assumption that couples are likely to feel empathy for each other. We assessed brain activity in the female partner while watching the right hand of their partner receiving painful stimuli. At the same time we applied non-painful pneumatic stimuli to the females lip and index finger to release a characteristic brain answer in the MEG. The change of this background activity by observing painful tactile stimuli to the partner and simultaneously receiving non-painful stimuli was of special interest. The couples were equally divided in two test groups of 16 couples each. The two groups were differently informed about the tactile stimuli, which their partner received. In a test that was rum before the experiment, one group of subjects experienced the tactile painful stimulus itself, the other group only got a description of the stimulus. The goal of these experiments was to determine the modulation of brain activity for painful and the non-painful events for the two groups of subjects. In order to correlate changes in brain amplitudes participants were asked to rate the pain their partner has felt on an analogous pain rating scale (0-10).

During the observation of painful stimulation the amplitude of the background brain activity in primary somatosensory areas, particularly the brain activity of the pneumatic index finger stimulation was significantly decreased compared to the non-painful situation. An attentional effect can be excluded, because there was no decrease detected in the lip activity. The activity decrease was significantly larger in the group, which percepted the stimulus before, than in the group, which got just a description of it. Though the last one rated the pain their partner received significantly higher (4,5) than the perception group (3,4).

We conclude empathy for pain in observing painful stimulation is associated with activation of mirror neurons depending on the parts of the body, which are stimulated. We assume that it can be lead back to repetitive suppression. Very important for empathy is the knowledge about the stimulation. Observation of preliminarily percepted pain activates more primary somatosensory brain areas whereas observation of reported feelings is proceeded in higher cognitive areas and involves affective components of pain matrix. The results are discussed in the context of recent findings on empathy in pain.