Weltweit erster umfassender Atlas des menschlichen Vagusnervs: Neue Koordinaten für präzise Neuromodulation

Der weltweit erste umfassende Atlas des menschlichen Vagusnervs: Neue Koordinaten für präzise Neuromodulation

Einleitung: Eine Würdigung der Spenderinnen und Spender

Am 27. Juli 2026 gaben die Feinstein Institutes for Medical Research, die zu Northwell Health in den USA gehören, die Veröffentlichung des weltweit ersten umfassenden anatomischen Atlas des menschlichen Vagusnervs für die Forschungsgemeinschaft bekannt. Der Mitteilung zufolge gewann das Team über einen Zeitraum von rund drei Jahren beidseitige Vagusnerven von Dutzenden Körperspenderinnen und -spendern und kombinierte Dissektion, Ultraschall, microCT und Immunhistochemie , um eine multiskalige, multimodale Karte des menschlichen Vagusnervs zu erstellen.

Diese Leistung begann nicht mit einem bestimmten Instrument, sondern mit den Entscheidungen der Spenderinnen und Spender sowie ihrer Familien. Jedes Nervensegment und jeder Gewebeschnitt spiegelt Vertrauen in den medizinischen Fortschritt wider. Wichtig ist dabei: Ein „umfassender Atlas“ ist nicht dasselbe wie eine abgeschlossene „definitive Karte“: Die öffentlich verfügbaren Daten werden weiterhin erweitert. Diese Ressource liefert ein bislang beispielloses Koordinatensystem, aber keine Standardantwort auf jede Frage.

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

Forschungshintergrund: Die Herausforderung innerhalb eines einzigen Nervs

Der Vagusnerv ist der zehnte Hirnnerv (CN X) und liegt auf beiden Körperseiten vor. Er entspringt im Hirnstamm, verläuft durch Hals und Brustkorb und reicht bis in den Bauchraum. Er leitet Informationen über den Zustand der inneren Organe zum Gehirn zurück und überträgt gleichzeitig regulatorische Signale vom Gehirn an Herz, Lunge, Magen-Darm-Trakt und weitere Organe. Er ist an kardiopulmonalen Funktionen, Verdauung und neuroimmunen Reflexen beteiligt. Ein einzelner Vagusnerv enthält ungefähr 100.000 Fasern, von denen einige unmyelinisierte Fasern mit einem Durchmesser von etwa 0,5 μm sind.

Die Herausforderung besteht darin, dass diese rund 100.000 Fasern nicht sauber parallel verlaufen. Stattdessen sind sie in zahlreiche Faszikel organisiert, die sich entlang des Nervs teilen, zusammenführen und drehen und Äste zu unterschiedlichen Geweben bilden. Die invasive Vagusnervstimulation (iVNS) ist für ausgewählte Patientinnen und Patienten mit Epilepsie und therapieresistenter Depression zugelassen, aktuelle Geräte stimulieren jedoch in der Regel ein gesamtes Nervensegment. Die Selektivität ist begrenzt, und gleichzeitig können auch nicht anvisierte Fasern aktiviert werden. Um präzisere Neuromodulationzu erreichen, müssen Forschende zunächst verstehen, wie die „Drähte im Kabel“ angeordnet sind. Im Jahr 2022 investierten die U.S. National Institutes of Health rund 6,7 Millionen US-Dollar in den Start dieses Kartierungsprojekts.

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

Methoden: Ein Panorama-Scan des Nervs

Die Forschenden führten zunächst serielle Mikrodissektionen vom Hals über den Brustkorb bis in den Bauchraum durch, kennzeichneten Äste anhand der Zielgewebe, die sie erreichten, und dokumentierten den Prozess mit Fotos und Video. 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 in Lugolscher Iodlösung behandelt und anschließend mittels Mikro-Computertomografie (microCT) mit einer Voxelgröße von 9 μm gescannt, um die dreidimensionale Architektur der Faszikel zu rekonstruieren.

Jedes Segment wurde weiter in 0,5 cm lange Untersegmente unterteilt. 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 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 zugängliche Sammlung und das zugehörige Preprint stützen 29 Spender und 58 Nerven. Die beiden Zahlen spiegeln den Unterschied zwischen dem angekündigten Projektumfang und dem derzeit öffentlich verfügbaren Material wider.

Abbildung 3. Beispiel einer microCT-Faszikelsegmentierung in den benachbarten Proben C1L und C2L aus der linken Halsregion. Die blassgelben Bereiche markieren annotierte Faszikel, die roten Endpunkte stellen die Zuordnung über die Segmente hinweg her.

Ergebnisse: Was der Atlas zeigt

Der zentrale Wert dieser Ressource besteht darin, zuvor fragmentierte anatomische Informationen in einem einheitlichen Koordinatensystem zusammenzuführen. Auf makroskopischer Ebene dokumentiert sie, wo organbezogene Äste aus dem Hauptstamm austreten; auf mesoskopischer Ebene rekonstruiert sie Anzahl, Form und relative Position der Faszikel in verschiedenen Segmenten; und auf mikroskopischer Ebene werden histologische Marker verwendet, um unterschiedliche Fasermerkmale zu charakterisieren. Das zugehörige Preprint klassifiziert beobachtete Äste außerdem als sympathisch, muskulär, vaskulär, kardial, pulmonal, ösophageal oder auf mehrere Ziele gerichtet und bietet damit eine stärker standardisierte Referenz für die chirurgische Lokalisation.

Der Atlas sollte jedoch nicht so interpretiert werden, als sei „jede Faser vom Hirnstamm bis zu einem bestimmten Organ verfolgt worden“. Ein microCT-Voxel von 9 μm reicht aus, um Faszikel sichtbar zu machen, nicht jedoch, um einzelne unmyelinisierte Fasern mit etwa 0,5 μm Durchmesser kontinuierlich aufzulösen. Ebenso identifiziert der Atlas nicht direkt „die Stimulationsparameter, die am besten funktionieren“. Er liefert vielmehr die bislang fehlende anatomische Grundlage: wo die Faszikel 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 entwickeln und anschließend in funktionellen Experimenten zu prüfen, ob Zielfasern selektiv aktiviert werden.

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

Mechanistische Diskussion: Was präzise Stimulation weiterhin erfordert

Elektrische Stimulation unterscheidet nicht automatisch zwischen „Herzfasern“ und „antiinflammatorischen 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 Off-Target-Effekten wie Heiserkeit und Husten auftreten. Präzise Neuromodulation erfordert daher eine Evidenzkette, die den anatomischen Atlas, Computermodellierung, elektrophysiologische Aufzeichnungen und die Validierung physiologischer Effekte miteinander verbindet.

Deshalb ist auch die Immunhistochemie wichtig. Neurofilament (NF) hilft, die Axonstruktur sichtbar zu machen; Myelin-Basisprotein (MBP) weist auf myelinisierte Bestandteile hin; Cholinacetyltransferase (ChAT) steht mit einem cholinergen Phänotyp in Verbindung; und Tyrosinhydroxylase (TH) ist ein Marker, der mit katecholaminergen Fasern assoziiert ist. Diese Marker können Hinweise darauf geben, wie verschiedene Fasertypen auf Faszikel verteilt sind, doch anhand der Farbe allein lässt sich nicht bestimmen, welches Organ eine bestimmte Faser letztlich erreicht. Eine weitere wichtige Abgrenzung: Ultraschall ist in diesem Datensatz ein bildgebendes Verfahren und keine validierte Ultraschallbehandlung.

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

Ausblick: Vom Atlas zur Therapie

Dieser offene Atlas kann künftig Daten weiterer Spenderinnen und Spender aufnehmen und dadurch sowohl individuelle Variabilität als auch gemeinsame anatomische Muster besser definieren. Er kann außerdem Mehrkontakt-Elektroden und personenspezifische Computermodelle unterstützen und Forschenden damit eine belastbarere Grundlage für die Auswahl von Stimulationsorten und -parametern geben. Darüber hinaus könnte er 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 liegt darin, dass er ein gemeinsames, berechenbares und überprüfbares Koordinatensystem für die nächste Generation präziserer Neuromodulationbereitstellt.

Für die Vagusnervstimulation ist dieser Atlas mehr als nur eine anatomische Ressource; er ist ein menschliches Koordinatensystem für präzise Neuromodulation. Historisch umschlossen Elektroden häufig ein gesamtes Nervensegment, sodass Ziel- und Off-Target-Fasern gleichzeitig aktiviert werden konnten und therapeutische Effekte gemeinsam mit Heiserkeit, Husten und anderen Reaktionen auftreten konnten. Forschende können den Atlas nun nutzen, um Elektrodenkontakte, Implantationsorte und Computermodelle gezielter zu optimieren, und sich damit von einem breiten „Hauptschalter“ hin zur selektiven Modulation definierter Faszikel und Organbahnen bewegen. Der Atlas bietet außerdem eine gemeinsame Grundlage für Mehrkontakt-Elektroden, individualisierte Parameter, bildgestützte Planung und Closed-Loop-Stimulation, wodurch sich technische Entwicklung, funktionelle Experimente und klinische Studien besser miteinander verbinden lassen. Er identifiziert weder direkt optimale Parameter noch belegt er Wirksamkeit, liefert aber einen entscheidenden Ausgangspunkt, um Nebenwirkungen zu reduzieren, das therapeutische Fenster zu erweitern und neue Indikationen zu untersuchen – und bringt die Vagusnervstimulation näher an eine adressierbare, programmierbare und überprüfbare neuronale Schnittstelle.

Literatur

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

Zanos, S., Jayaprakash, N., Khaled, Q., Nasrallah, Z., Barbe, M., Chen, F. L., miller, larry, Zanos, T., Levy, T. J., Vardhan, A., Cang, J., Toth, V., Coppa, K., Ben-Shalom, N., Song, W., Carpentiere, N., Kanavos, T., Birbas, E., Bahadir, S., & Saleknezhad, P. (2026). Human vagus nerve anatomical reconstruction using microCT immunohistochemistry and ultrasound - f011 [Dataset]. In SPARC REVA FEINSTEIN (Version 2). SPARC Portal. https://doi.org/10.26275/QCMB-KMBX

A standardized, surgically relevant map for emergence of organ-specific branches from the human vagus nerve. bioRxiv, 2026.

U.S. FDA. SetPoint System, PMA P240039, decision date 2025-07-30. FDA