Die elektrische Stimulation des Gehirns ist ein Forschungsfeld, das in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen hat. Es umfasst verschiedene Techniken, die darauf abzielen, die neuronale Aktivität durch elektrische, magnetische oder mechanische Impulse zu beeinflussen. Diese Methoden werden sowohl in der Forschung eingesetzt, um die Funktionsweise des Gehirns besser zu verstehen, als auch in der Therapie, um neurologische und psychiatrische Erkrankungen zu behandeln.
Tiefenhirnstimulation bei Parkinson
Die Tiefenhirnstimulation (THS) ist ein etabliertes Verfahren, bei dem feine Elektroden in bestimmte Bereiche des Gehirns implantiert werden. Diese Elektroden geben elektrische Impulse ab, um krankheitsbedingte Störungen zu lindern. Ein bekanntes Anwendungsgebiet ist die Behandlung von fortgeschrittenem Parkinson. Durch die Stimulation bestimmter Hirnareale können vor allem schwere Bewegungsstörungen gelindert werden.
Beta-Wellen und Parkinson-Beschwerden
Forschende haben die bei der THS eingesetzten Elektroden genutzt, um gezielt bestimmte Hirnwellen zu untersuchen. Dabei stellten sie fest, dass die Stärke der sogenannten Beta-Wellen (circa 20 Schwingungen pro Sekunde) bei Parkinson-Erkrankten mit der Ausprägung der Bewegungsstörungen zunimmt. Eine Studie mit 119 Parkinson-Patienten bestätigte diesen Zusammenhang.
Nicht-rhythmische Hirnaktivität
Das Leipziger Team konnte erstmals erkennen, dass bei Parkinson die nicht-rhythmische Hirnaktivität zunimmt. Im Gegensatz zu rhythmischen Hirnwellen, die Prozesse in einzelnen Hirnbereichen synchronisieren, kann man die nicht-rhythmische Hirnaktivität mit einem Rauschen vergleichen. Die veränderten Hirnwellen, insbesondere die nicht-rhythmische Aktivität, geben Hinweise für den genauen Einsatzort der Elektroden.
Personalisierung der Tiefenhirnstimulation
Die Erkenntnisse über die veränderten Hirnwellen bei Parkinson könnten dazu beitragen, die THS wirksamer zu machen. Bisher werden bei der THS eher kontinuierliche Impulse gesendet und die benötigte Lage der Elektroden aufwendig manuell bestimmt. In Zukunft könnten adaptive Elektroden eingesetzt werden, die die Impulse an die Hirnwellen anpassen. Durch den Vergleich der Hirnwellen beider Hirnhälften kann die große klinische Vielfalt bei Parkinson-Erkrankten besser berücksichtigt werden.
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Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) bei Depressionen
Die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist eine nicht-invasive Methode der Hirnstimulation, bei der über Elektroden auf der Kopfhaut ein schwacher Gleichstrom angelegt wird. Die tDCS wird intensiv erforscht und bereits vereinzelt als Behandlungsmethode gegen Depressionen angeboten.
Wirkungsweise und Anwendung
Bei der klinischen Anwendung der tDCS wird über Elektroden auf der Kopfhaut mittels einer Kappe oder eines Stirnbandes für 20 bis 30 Minuten ein schwacher Strom angelegt. Dieser wirkt auf den dorsolateralen präfrontalen Kortex, ein Gehirnareal, das unter anderem an der Entscheidungsfindung beteiligt ist. Bei Menschen mit Depressionen zeigen die Nervenzellen in diesem Areal eine veränderte Aktivität.
Studienergebnisse und Expertenmeinungen
Eine randomisierte Studie untersuchte die Anwendung der tDCS im privaten Umfeld bei Patienten mit mittelschwerer Depression. Die Ergebnisse zeigten, dass die tDCS bei mehr als der Hälfte der Betroffenen die Symptome abschwächen konnte. Allerdings sind die Ergebnisse klinischer Studien bislang noch widersprüchlich und belegen nicht klar die Wirksamkeit der Methode. Daher raten Experten von einer Anwendung zu Hause ab.
Zukünftige Forschung
Weitere Forschungen könnten anhand von MRT-Bildern des Gehirns und elektrischen Aufzeichnungen untersuchen, warum ein Patient auf die tDCS anspricht und ein anderer nicht. Ziel ist es, die Stimulation auf der Ebene der neuronalen Netzwerke im Gehirn besser zu verstehen und Wege zu finden, sie zu personalisieren.
Transkranielle elektrische Stimulation (TES) und Lernfähigkeit
Die transkranielle elektrische Stimulation (TES) ist eine nicht-invasive Methode zur Hirnstimulation, bei der bestimmte Gehirnbereiche gezielt stimuliert werden. Studien haben gezeigt, dass die TES die Lernfähigkeit verbessern kann, wenn ein bestimmter Nervenbereich angesprochen wird.
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Nachteile der Hirnstimulation
Eine Studie der University of Oxford ergab, dass die TES zwar beim Lernen hilft, aber gleichzeitig die natürlichen Automatismen verschlechtert. Das bedeutet, dass die Fähigkeit, Aufgaben zu erledigen, ohne darüber nachdenken zu müssen, beeinträchtigt wird. Die Forscher verglichen die Leistungen von drei Gruppen, wobei die erste Gruppe eine Stimulation im Bereich des präfrontalen Kortex erhielt, die zweite Gruppe im Bereich der Parietalrinde stimuliert wurde und die dritte Gruppe keine Stimulation erhielt.
Vagusnervstimulation
Der Vagusnerv ist einer von zwölf Hirnnerven und verbindet unter anderem den Verdauungstrakt, die Lunge und das Herz mit dem Gehirn. Die Stimulation des Vagusnervs wird als vielversprechende Methode zur Behandlung verschiedener Symptome und Erkrankungen angesehen.
Wirkungsweise und Anwendungsgebiete
Die Vagusnervstimulation soll entspannend wirken und den Parasympathikus aktivieren. Dieser ist Teil des vegetativen Nervensystems und steuert unbewusste Körperfunktionen, die für Erholung und Regeneration wichtig sind. Die Stimulation des Vagusnervs kann bei Antriebslosigkeit, Depressionen, Epilepsie oder auch Störungen im Stoffwechsel oder der Verdauung helfen. Zudem könnte die Stimulation bei Trägheit oder Fatigue helfen.
Methoden der Vagusnervstimulation
Es gibt verschiedene Methoden der Vagusnervstimulation, darunter Selbstmassage des Halses, Atemübungen und elektronische Geräte. Am Uniklinikum Tübingen wird die Vagusnervstimulation in Studien mit einer elektronischen Stimulation über das Ohr erforscht. Dabei läuft über die Elektrode ein spezielles Programm ab, das eine gewisse Abfolge an Impulsen vorgibt.
Kommerzielle Geräte und wissenschaftliche Evidenz
Im Internet werden freiverkäufliche Systeme zur Vagusnervstimulation mit großen Versprechungen beworben. Allerdings gibt es keine nennenswerten Studien zur Wirksamkeit vieler Geräte. Experten raten daher zur Vorsicht und empfehlen, sich nicht von den Heilsversprechen der Hersteller blenden zu lassen.
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Tiefe Hirnstimulation bei Alzheimer
Das Universitätsklinikum Würzburg (UKW) beteiligt sich an einer Studie, die den Einfluss der THS auf das Denken und Erinnern bei Alzheimer-Patienten untersucht. In früheren Studien wurde beobachtet, dass eine mit dem Hippocampus verbundene THS die kognitive Funktion zu verbessern scheint.
Risikokarte für kognitive Probleme
Forschende haben eine "Risikokarte" erstellt, die voraussagt, wann kognitive Probleme nach einer THS wahrscheinlich auftreten. Die Ergebnisse zeigen, dass Gedächtnis- oder Denkprobleme nicht zufällig auftreten, sondern davon abhängen, welche Netzwerke im Gehirn durch Stimulation erreicht werden.
Rolle des Hippocampus
Die Studie ergab, dass sowohl bei Parkinson als auch bei Alzheimer das Alter und insbesondere der funktionelle Zustand des Gedächtniszentrums im Gehirn (Hippocampus) entscheidende Rollen spielen. Wenn der Hippocampus bereits geschädigt ist, neigen Stimulationsstellen, die stärker mit ihm verbunden sind, dazu, die kognitive Funktion zu verbessern. Erscheint der Hippocampus hingegen gesund, neigen diese Stellen dazu, die kognitive Funktion zu beeinträchtigen.
Weitere Formen der Neurostimulation
Neben den bereits genannten Methoden gibt es noch weitere Formen der Neurostimulation, die in der Forschung und Therapie eingesetzt werden:
- Transkranielle Magnetstimulation (TMS): Ein nicht-invasives Verfahren, bei dem ein pulsierendes Magnetfeld elektrische Ströme im Hirngewebe induziert.
- Transkranielle Pulsstimulation (TPS): Ein nicht-invasives Verfahren, bei dem fokussierte Stoßwellen mit relativ niedriger Energie in das Gehirn appliziert werden.
- Nicht-invasive Vagusnervstimulation (nNVS): Ein nicht-invasives Verfahren, bei dem elektrische Impulse durch die Haut am Hals abgegeben werden, um den Vagusnerv zu stimulieren.
- Elektrokonvulsionstherapie (EKT): Eine Methode, bei der unter Vollnarkose ein epileptischer Anfall ausgelöst wird, um psychische Erkrankungen zu behandeln.
- Rückenmarkstimulation (SCS): Ein minimal-invasives Verfahren, bei dem Elektroden in das Rückenmark implantiert werden, um chronische Schmerzen zu lindern.
Neuroplastizität, Modulation und Stimulation
- Neuroplastizität: Die Fähigkeit von Neuronen und neuronalen Netzwerken, ihre Anatomie und Funktion entsprechend ihrer Nutzung anzupassen.
- Neuromodulation: Die gezielte Beeinflussung der Nervenaktivität durch Reize oder Medikamente, um die Plastizität der Neuronen therapeutisch zu nutzen.
- Neurostimulation: Die Anwendung kontrollierter elektrischer, elektromagnetischer oder mechanischer Impulse zur gezielten Beeinflussung neuronaler Aktivität.
Invasive vs. nicht-invasive Neurostimulation
- Nicht-invasive Neurostimulation: Verfahren, die das Nervensystem stimulieren, ohne dass chirurgische Eingriffe notwendig sind (z. B. TMS, tDCS, TPS).
- Invasive Neurostimulation: Verfahren, bei denen kleine Geräte unter Vollnarkose in den Körper implantiert werden (z. B. THS, VNS).
Kostenübernahme durch die Krankenkasse
Die Kostenübernahme für Neurostimulationsverfahren durch die Krankenkasse ist unterschiedlich geregelt. Die TMS oder TPS sind bisher nicht im Leistungskatalog der gesetzlichen Krankenkassen enthalten. Bei stationärer Behandlung übernehmen die gesetzlichen Krankenkassen die Kosten für eine TMS-Therapie nur bei Depression und Schizophrenie. Eine Kostenübernahme durch private Krankenversicherungen ist bisher die Regel.
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