Atlas des Vagusnervs: Die weltweit erste umfassende Karte für präzise Neuromodulation

Einleitung: Den Atlas des menschlichen Vagusnervs verstehen

Ein Atlas des Vagusnervs ist eine detaillierte anatomische Karte, die Struktur, Organisation und Verteilung der Nervenfasern innerhalb des menschlichen Vagusnervs darstellt. Durch einen umfassenden Überblick über die Anatomie des Vagusnervs und die Anordnung seiner Fasern schafft ein solcher Atlas eine Grundlage für präzisere Ansätze in der Neuromodulation und Vagusnervstimulation.

Am 27. Juli 2026 gaben die Feinstein Institutes for Medical Research, Teil von Northwell Health in den Vereinigten Staaten, die Veröffentlichung des weltweit ersten umfassenden anatomischen Atlas des menschlichen Vagusnervs für die Forschungsgemeinschaft bekannt. Laut der Mitteilung gewann das Team über einen Zeitraum von etwa drei Jahren beidseitige Vagusnerven von Dutzenden Körperspendern und kombinierte Dissektion, Ultraschall, Mikro-CT und Immunhistochemie, um einen multiskaligen, multimodalen Atlas des menschlichen Vagusnervs zu erstellen.

Dieser Fortschritt begann nicht mit einem bestimmten Instrument, sondern mit den Entscheidungen der Spender und ihrer Familien. Jedes Nervensegment und jeder Gewebeschnitt spiegelt Vertrauen in den medizinischen Fortschritt wider. Wichtig ist, dass ein „umfassender Atlas“ nicht mit einer abgeschlossenen „definitiven Karte“ gleichzusetzen ist: Die öffentlich verfügbaren Daten werden weiterhin erweitert. Diese Ressource bietet ein bislang beispielloses Koordinatensystem für die Kartierung des Vagusnervs, jedoch keine Standardantwort auf jede Fragestellung.

Abbildung 1. Mikroskopischer Querschnitt des menschlichen Vagusnervs. Die Fluoreszenzmarkierung zeigt deutlich die dicht gepackten Nervenfasern und ihre faszikuläre Organisation.

Forschungshintergrund: Die Herausforderung der Kartierung des menschlichen Vagusnervs

Der Vagusnerv ist der zehnte Hirnnerv (CN X) und verläuft jeweils auf beiden Körperseiten. Er entspringt im Hirnstamm, zieht durch Hals und Brustkorb und reicht bis in den Bauchraum. Er übermittelt Informationen über den Zustand der inneren Organe an das Gehirn und leitet gleichzeitig regulatorische Signale vom Gehirn an Herz, Lunge, Magen-Darm-Trakt und weitere Organe weiter.

Der Vagusnerv ist an der Herz-Lungen-Funktion, der Verdauung und neuroimmunen Reflexen beteiligt. Ein einzelner Vagusnerv enthält etwa 100.000 Fasern, von denen einige unmyelinisierte Fasern mit einem Durchmesser von ungefähr 0,5 μm sind.

Die Herausforderung besteht darin, dass diese rund 100.000 Fasern des Vagusnervs nicht sauber parallel verlaufen. Stattdessen sind sie in zahlreiche Faszikel organisiert, die sich entlang des Nervs teilen, zusammenführen und drehen und dabei Äste zu unterschiedlichen Geweben abgeben.

Die invasive Vagusnervstimulation (iVNS) ist für ausgewählte Patienten mit Epilepsie und therapieresistenter Depression zugelassen, doch heutige Geräte stimulieren in der Regel ein gesamtes Nervensegment. Die Selektivität ist begrenzt, sodass gleichzeitig auch nicht zielgerichtete Fasern aktiviert werden können.

Um eine präzisere Neuromodulation zu erreichen, müssen Forschende zunächst verstehen, wie die innere Struktur des Nervs organisiert ist. Der Atlas des menschlichen Vagusnervs begegnet dieser Herausforderung, indem er einen Referenzrahmen für die Lage und Organisation unterschiedlicher Faszikel bereitstellt.

Im Jahr 2022 investierten die U.S. National Institutes of Health rund 6,7 Millionen US-Dollar in den Start dieses Projekts zur Kartierung des menschlichen Vagusnervs.

Abbildung 2. Eine frühe Darstellung des menschlichen Vagusnervs aus dem REVA-Projekt: A zeigt das ursprüngliche mikroskopische Bild, B das computergestützt verbesserte Bild und C eine weiterführende Analyse auf Ebene einzelner Nervenfasern.

Methoden: Erstellung des ersten umfassenden Atlas des Vagusnervs

Die Forschenden führten zunächst serielle Mikrodissektionen vom Hals über den Brustkorb bis in den Bauchraum durch, kennzeichneten Äste entsprechend den von ihnen erreichten Zielgeweben und dokumentierten den Prozess mit Fotografien und Videos.

Anschließend nutzten sie Ultraschall, um zweidimensionale Bilder aufzunehmen und dreidimensionale Volumina zu rekonstruieren. Der Hauptnervenstamm wurde in 1,5 cm lange Segmente geschnitten, eine Woche lang mit Lugol-Iodlösung behandelt und mittels Mikro-Computertomografie (Mikro-CT) bei einer Voxelgröße von 9 μm gescannt, um die dreidimensionale Architektur der Faszikel zu rekonstruieren.

Jedes Segment wurde anschließend weiter in 0,5 cm lange Untersegmente geteilt. Auf mehreren Ebenen wurden 5 μm dicke Schnitte für Hämatoxylin-Eosin-Färbung und Immunhistochemie angefertigt.

Version 2 des zugehörigen f011-Datensatzes enthält den linken und rechten Vagusnerv einer weiblichen Körperspenderin und umfasst 1.351 Dateien mit insgesamt etwa 3,22 TB Daten.

Die Pressemitteilung nennt für das Gesamtprojekt „30 Spender und 60 Nerven“; die derzeit öffentlich verfügbare Sammlung und der zugehörige Preprint belegen 29 Spender und 58 Nerven. Die beiden Zahlen spiegeln den Unterschied zwischen dem angekündigten Projektumfang und dem aktuell öffentlich zugänglichen Material wider.

Abbildung 3. Beispiel für die Mikro-CT-Segmentierung von Faszikeln in den benachbarten Proben C1L und C2L aus dem linken Halsbereich. Die hellgelben Bereiche kennzeichnen annotierte Faszikel, während die roten Endpunkte die Zuordnung zwischen den Segmenten herstellen.

Ergebnisse: Was der Atlas des Vagusnervs zeigt

Der zentrale Wert dieses Atlas des Vagusnervs liegt darin, zuvor fragmentierte anatomische Informationen in einem einheitlichen Koordinatenrahmen zusammenzuführen.

Auf makroskopischer Ebene dokumentiert der Atlas, wo organbezogene Äste aus dem Hauptstamm hervorgehen. Auf mesoskopischer Ebene rekonstruiert er Anzahl, Form und relative Position der Faszikel in unterschiedlichen Nervensegmenten. Auf mikroskopischer Ebene werden histologische Marker verwendet, um verschiedene Fasereigenschaften zu charakterisieren und zusätzliche Informationen über die Anatomie des Vagusnervs bereitzustellen.

Der zugehörige Preprint klassifiziert die beobachteten Äste außerdem als sympathisch, muskulär, vaskulär, kardial, pulmonal, ösophageal oder multi-target und liefert damit eine stärker standardisierte Referenz für die chirurgische Lokalisation und zukünftige Forschung zur Vagusnervstimulation.

Der Atlas sollte jedoch nicht so interpretiert werden, als sei „jede einzelne Faser vom Hirnstamm bis zu einem bestimmten Organ verfolgt worden“. Ein Mikro-CT-Voxel von 9 μm reicht aus, um Faszikel sichtbar zu machen, jedoch nicht, um einzelne unmyelinisierte Fasern von etwa 0,5 μm Durchmesser kontinuierlich aufzulösen.

Der Atlas bestimmt auch nicht direkt „die optimalen Stimulationsparameter“. Stattdessen liefert er die bislang fehlende anatomische Grundlage: wo die Faszikel des Vagusnervs liegen, wie sie sich entlang des Nervs verändern und welche Muster zwischen verschiedenen Menschen übereinstimmen.

Forschende können diese Grundlage nutzen, um Elektrodengeometrie und -platzierung zu verbessern, realistischere Computermodelle zu erstellen und anschließend in funktionellen Experimenten zu prüfen, ob bestimmte Zielfasern selektiv aktiviert werden können.

Abbildung 4. Beispiel eines immunhistochemischen Mosaiks und der Nummerierung von Untersuchungsregionen auf einer Ebene nahe dem Pharynxast/Nervus accessorius (Hirnnerv XI) im linken zervikalen Abschnitt von f011.

Mechanistische Diskussion: Was präzise Neuromodulation weiterhin erfordert

Elektrische Stimulation unterscheidet nicht automatisch zwischen „Herzfasern“ und „entzündungshemmenden Fasern“. Axondurchmesser, Myelinisierung, Verlauf und Abstand zur Elektrode beeinflussen alle die Reihenfolge, in der Fasern aktiviert werden.

Wenn eine Elektrode mehrere Faszikel abdeckt, kann das gewünschte therapeutische Signal gemeinsam mit unerwünschten Effekten wie Heiserkeit und Husten auftreten. Präzise Neuromodulation erfordert daher eine Evidenzkette, die den Atlas des Vagusnervs mit Computermodellierung, elektrophysiologischen Aufzeichnungen und der Validierung physiologischer Effekte verbindet.

Dies ist auch der Grund, warum Immunhistochemie wichtig ist. Neurofilament (NF) hilft dabei, axonale Strukturen sichtbar zu machen; Myelin-Basisprotein (MBP) weist auf myelinisierte Bestandteile hin; Cholinacetyltransferase (ChAT) ist mit einem cholinergen Phänotyp verbunden; und Tyrosinhydroxylase (TH) ist ein Marker für katecholaminerge Fasern.

Diese Marker können Hinweise darauf geben, wie unterschiedliche Fasertypen auf die Faszikel verteilt sind, doch anhand der Farbe allein lässt sich nicht bestimmen, welches Organ eine bestimmte Faser letztlich erreicht.

Eine weitere wichtige Unterscheidung: Ultraschall dient in diesem Datensatz als Bildgebungsverfahren zur anatomischen Rekonstruktion und nicht als validierte Ultraschallbehandlung.

Abbildung 5. Repräsentative NF-, MBP-, TH- und ChAT-Immunfluoreszenzkanäle aus derselben Geweberegion.

Zukunftsausblick: Vom Atlas des Vagusnervs zur Präzisionstherapie

Dieser offene Atlas des menschlichen Vagusnervs kann kontinuierlich durch Daten weiterer Spender ergänzt werden und Forschenden helfen, sowohl individuelle Unterschiede als auch gemeinsame anatomische Muster zu bestimmen.

Er kann außerdem Multi-Kontakt-Elektroden und patientenspezifische Computermodelle unterstützen und damit eine bessere Grundlage für die Auswahl von Stimulationsorten und Parametern schaffen.

Darüber hinaus könnte der Atlas als anatomische Referenz für explorative Studien zu chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen, Herzinsuffizienz, Diabetes und weiteren Erkrankungen dienen, wobei die tatsächliche Wirksamkeit durch funktionelle Experimente und klinische Studien geprüft werden muss.

Im Jahr 2025 genehmigte die U.S. Food and Drug Administration das SetPoint System für bestimmte Erwachsene mit mittelschwerer bis schwerer aktiver rheumatoider Arthritis. Diese Zulassung erfolgte jedoch vor der öffentlichen Veröffentlichung des Atlas und gilt unter streng definierten Bedingungen.

Die Bedeutung des neuen Atlas des Vagusnervs besteht darin, dass er ein gemeinsames, computergestützt nutzbares und überprüfbares Koordinatensystem für die nächste Generation präziser Neuromodulation bereitstellt.

Für die Vagusnervstimulation ist dieser Atlas mehr als eine anatomische Ressource; er stellt ein menschliches Koordinatensystem für präzise Neuromodulation dar.

Historisch umschlossen Elektroden häufig ein gesamtes Nervensegment, sodass Ziel- und Nicht-Zielfasern gemeinsam aktiviert werden konnten und therapeutische Effekte mit Heiserkeit, Husten und anderen Reaktionen einhergehen konnten.

Forschende können den Atlas nun nutzen, um Elektrodenkontakte, Implantationsstellen und Computermodelle zu optimieren und von einem breit angelegten „Hauptschalter“-Ansatz hin zur selektiven Modulation definierter Faszikel und Organbahnen überzugehen.

Der Atlas bietet außerdem eine gemeinsame Grundlage für Multi-Kontakt-Elektroden, individualisierte Parameter, bildgestützte Planung und Closed-Loop-Stimulation und hilft dabei, Ingenieurwissenschaft, funktionelle Experimente und klinische Studien besser miteinander zu verbinden.

Er bestimmt weder direkt optimale Stimulationsparameter noch belegt er klinische Wirksamkeit, bietet jedoch einen entscheidenden Ausgangspunkt, um Nebenwirkungen zu reduzieren, das therapeutische Fenster zu erweitern und neue Indikationen zu untersuchen.

Letztlich bringt dieser Durchbruch bei der Kartierung des Vagusnervs die Vagusnervstimulation näher an eine adressierbare, programmierbare und überprüfbare neuronale Schnittstelle.

Referenzen

Feinstein Institutes. Feinstein Institutes unveils world's first comprehensive vagus nerve map. 2026-07-27.

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