Die Erforschung des menschlichen Gehirns und seiner Funktionsweise ist ein komplexes und faszinierendes Feld. Dabei spielen Elektroden eine wichtige Rolle, sowohl in der Forschung als auch in der Therapie. Dieser Artikel beleuchtet verschiedene Aspekte von Gehirnelektroden, von Forschungsprojekten zur Behandlung von Alzheimer bis hin zu Erfahrungen mit Bewusstseinsveränderungen durch elektrische Stimulation und psychoaktive Substanzen.
Gehirnstimulation in der Alzheimer-Forschung
Neue Ansätze zur Behandlung der Alzheimer-Krankheit werden dringend gesucht. Neben der Erprobung neuer Wirkstoffe gewinnen die nicht-medikamentösen Therapieansätze immer mehr an Bedeutung. Die Universitätsmedizin Greifswald, Klinik und Poliklinik für Neurologie, unter der Projektleitung von Prof. Dr. Agnes Flöel, forscht an der Kombination aus intensivem kognitiven Training und Hirnstimulation durch Gleichstrom. Das Projekt lief vom 01. Januar 2020 bis zum 31. Dezember 2022 und wurde mit 119.500,00 Euro gefördert.
Das Forschungsprojekt im Detail
Die Forscherinnen arbeiten mit insgesamt 46 Probandinnen, die sich in einem sehr frühen Krankheitsstadium befinden. Entweder nehmen diese eine Verschlechterung ihrer Gedächtnisleistung selbst wahr, ohne dass sich dies durch Tests bestätigen ließe, oder sie haben messbare leichte kognitiven Beeinträchtigungen, die jedoch noch keine Einbußen im Alltag hervorrufen. Untersucht werden soll sowohl der Einfluss dieses Ansatzes auf Aufgaben, welche die Probandinnen vorher trainiert haben, als auch auf zuvor nicht eingeübte Aufgaben. Ziel des Forschungsprojekts ist es, die Wirkung dieses Ansatzes bei Probandinnen mit leichten Gedächtnisproblemen nachzuweisen. Es soll auch geklärt werden, wie lange die Wirkung der Behandlung andauert und ob das Training zu einer generellen Verbesserung der Gedächtnisleistung führt.
Ergebnisse des Forschungsprojekts
In ihrem Forschungsprojekt konnten Prof. Dr. Flöel und ihr Team zeigen, dass die Hirnstimulation mit Gleichstrom die Lernfähigkeit der Probandinnen verbesserte. Die Fähigkeit, Neues zu erlernen, war bei den Probandinnen, die eine Kombination aus einem mehrwöchigen Gedächtnistraining und der Hirnstimulation erhielten, verbessert. Jedoch konnten durch die Stimulation keine alten Gedächtnisfunktionen wiederhergestellt werden. Die Gehirne der Testpersonen wurden mittels MRT untersucht und es wurde beobachtet, dass die Behandlung mit Gleichstrom zu einer besseren Verknüpfung innerhalb der Gehirnnetzwerke führte, die für das Gedächtnis wichtig sind. Die Verbesserung der Lernfähigkeit war auch von der Dosis der Hirnstimulation abhängig. Prof. Dr. Flöel möchte in weiteren Studien der Frage nachgehen, wie noch individualisiertere Protokolle zur Gehirnstimulation den Effekt weiter steigern können.
Verwendung der Fördermittel
Die Fördermittel wurden hauptsächlich für die Bezahlung eines Neuropsychologen (108.000 Euro) verwendet. Die weiteren Fördermittel wurden zur Aufwandsentschädigung der Probanden verwendet (11.500 Euro).
Lesen Sie auch: Faszination Nesseltiere: Wie sie ohne Gehirn leben
Wissenschaftliche Publikationen
Auf Basis des geförderten Projekts entstand unter anderem folgende Publikation: Thams, F., Kuzmina, A., Backhaus, M., Li, S.C., Grittner, U., Antonenko, D., Flöel, A. (2020) Cognitive training and brain stimulation in prodromal Alzheimer’s disease (AD-Stim) - study protocol for a double-blind randomized controlled phase IIb (monocenter) trial. Alzheimer’s Research & Therapy. 12:142.
Tiefe Hirnstimulation bei neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen
Die Tiefe Hirnstimulation (THS) ist ein weiteres Anwendungsgebiet von Gehirnelektroden. Bei diesem Verfahren werden Elektroden in bestimmte Hirnareale implantiert, um elektrische Impulse abzugeben. Die THS wird hauptsächlich zur Behandlung von Bewegungsstörungen wie Parkinson eingesetzt, kann aber auch bei anderen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen wie Zwangsstörungen und Depressionen eingesetzt werden.
Funktionsweise der Tiefen Hirnstimulation
Bei der THS werden feine Mikroelektroden in das Gehirn implantiert. "Mit ihnen können wir die elektrische Aktivität Millimeter für Millimeter messen. Dann schauen wir, wo die größte, elektrische Störung ist und führen anschließend eine Test-Stimulation durch", erklärt die Hirnspezialistin Professor Veerle Visser-Vandevalle von der Uniklinik Köln. Die Elektroden werden mit Kabeln verbunden und an einen Generator angeschlossen. Dieser Generator wird unterhalb des Schlüsselbeines implantiert und liefert permanent Strom.
Anwendungsbereiche der Tiefen Hirnstimulation
Die THS wird hauptsächlich zur Behandlung von Parkinson eingesetzt. Bei dieser Erkrankung verursacht das Gehirn Störungen, die zu Muskelanspannungen, Zittern und Steifigkeit führen können. Durch die THS können diese Symptome gelindert werden. Auch bei Zwangsstörungen kann die THS eingesetzt werden. "Ein bestimmtes Areal ist aktiv, wenn wir uns fragen: 'Habe ich das Licht ausgeschaltet?' Bei Zwangserkrankten bleibt dieses Areal elektrisch aktiv", erklärt Visser-Vandevalle. Durch die THS kann die Aktivität dieses Areals reduziert werden. Die THS wird auch bei Depressionen eingesetzt, allerdings befindet sich dieser Bereich noch in den Anfängen der Forschung.
Risiken und Chancen der Tiefen Hirnstimulation
Die THS ist ein invasiver Eingriff, der mit Risiken verbunden ist. Dazu gehören unter anderem Infektionen, Blutungen und neurologische Komplikationen. Allerdings kann die THS auch zu einer deutlichen Verbesserung der Lebensqualität der Patienten führen. "Viele der Parkinson-Patienten fühlen sich nach der Operation wie neu geboren, als sei ihnen ein zweites Leben geschenkt worden", so Visser-Vandevalle.
Lesen Sie auch: Lesen Sie mehr über die neuesten Fortschritte in der Neurowissenschaft.
Transkranielle Stimulation
Neben der invasiven Tiefen Hirnstimulation gibt es auch nicht-invasive Verfahren zur Stimulation des Gehirns, wie die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) und die transkranielle Magnetstimulation (TMS). Bei diesen Verfahren werden Elektroden oder Magnetspulen auf die Kopfhaut aufgesetzt, um elektrische oder magnetische Felder zu erzeugen, die die Aktivität der Gehirnzellen beeinflussen.
Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS)
Bei der tDCS wird ein schwacher Gleichstrom über Elektroden auf der Kopfhaut angelegt. Dieser Strom kann die Erregbarkeit der Gehirnzellen erhöhen oder verringern, je nachdem, welche Polarität verwendet wird. Die tDCS wird in der Forschung zur Untersuchung der Gehirnfunktion eingesetzt und auch zur Behandlung von Depressionen, Schmerzen und anderen Erkrankungen.
Transkranielle Magnetstimulation (TMS)
Bei der TMS wird eine Magnetspule auf die Kopfhaut aufgesetzt, die kurze, starke Magnetimpulse erzeugt. Diese Impulse können die Aktivität der Gehirnzellen stimulieren oder hemmen. Die TMS wird in der Forschung zur Untersuchung der Gehirnfunktion eingesetzt und auch zur Behandlung von Depressionen, Migräne und anderen Erkrankungen.
Bewusstseinsveränderungen durch Gehirnstimulation und psychoaktive Substanzen
Die Beeinflussung der Gehirnaktivität kann zu Veränderungen des Bewusstseins führen. Dies kann sowohl durch elektrische Stimulation als auch durch die Einnahme psychoaktiver Substanzen geschehen.
Klarträume und Gehirnstimulation
Klarträume sind Träume, in denen man sich bewusst ist, dass man träumt. Einige Studien haben gezeigt, dass die Stimulation des Gehirns mit Gamma-Frequenzen Klarträume induzieren kann. "Und wir haben festgestellt, dass wenn wir mit Gamma stimulieren dass wir dann in der Lage sind, beim Träumer luzide Elemente zu induzieren, das heißt in der Hauptsache sehen sich die Versuchspersonen von außen. Sie berichten, dass sie sich gesehen haben, und der Traum lief ab wie auf einem Bildschirm, oder sie haben sich von oben gesehen oder aus der Ferne", erklärt die Psychologin Ursula Voss.
Lesen Sie auch: Tinnitus und Gehirnaktivität: Ein detaillierter Einblick
Psychoaktive Substanzen und Bewusstseinsveränderung
Psychoaktive Substanzen wie Psilocybin (enthalten in Magic Mushrooms) können ebenfalls zu tiefgreifenden Veränderungen des Bewusstseins führen. "Die Aktivität geht hoch und runter, wie verrückt. Nimmt erst stark zu und dann wieder stark ab. Und was wir wirklich beeindruckend fanden: Wenn man einen Probanden ins fMRT legt und dort schlafen lässt und er dann irgendwann auch träumt", erklärt Enzo Tagliazucchi von der Universität Kiel. Traum und Rausch sind also offenbar eng miteinander verwandt.
Das "Default Mode Network" und halluzinogene Drogen
Unter Einfluss von psychedelischen Substanzen verzerrt sich üblicherweise die Wahrnehmung. "Aber anstelle von Veränderungen in den sensorischen Bereichen der Großhirnrinde stießen wir auf etwas ganz anderes: auf eine Veränderung im sogenannten "Default Mode Network"", so Tagliazucchi. "Die Zustände in diesem Netzwerk ändern sich im psychedelischen Zustand schneller und sprunghafter. Das Bewusstsein zu einem bestimmten Zeitpunkt hängt weniger eng zusammen mit dem Zustand, der gerade noch wenige Augenblicke zuvor herrschte."
Brain-Tech und Mind-Machines
Neben der medizinischen Anwendung von Gehirnelektroden gibt es auch kommerzielle Angebote im Bereich "Brain-Tech" und "Mind-Machines". Diese Geräte versprechen Entspannung, Stressabbau und Leistungssteigerung durch Licht- und Tonstimulation oder elektrische Impulse.
Funktionsweise von Mind-Machines
Die Aktivität der Hirnwellen ist durch optische und akustische Reize beeinflussbar. Lichtblitze und Töne in bestimmten Frequenzen sollen entnervte Zivilisationsopfer minutenschnell in sanftmütige, frohgelaunte Zeitgenossen verwandeln. Die Töne wirken eher im Unterbewußtsein. Die Atmung werde gleichmäßig und ruhig.
Kritik an Brain-Tech-Angeboten
Die Wirksamkeit von Brain-Tech-Angeboten ist umstritten. Kritiker befürchten, dass die Geräte wie "das große Rauschgift Nr. 2" wirken könnten. Dem allerdings stehen die Erfahrungen der Hirntrainer entgegegen. Die Geräte funktionierten vielmehr »wie Stützräder an einem Kinderfahrrad": »Sie machen sich selbst überflüssig.« Sobald der Mensch gelernt habe, sich zu entspannen, brauche er »das Pieppiep und das Blink-blink« nicht mehr.
Neurostimulation bei chronischen Schmerzen
Die Neurostimulation ist ein junges und dynamisches medizinisches Feld mit einer ganzen Reihe von neuromodulatorischen Ansätzen. Bei einigen Patienten mit chronischen Schmerzen versagt die medikamentöse Therapie. Hier kann eine elektrische Stimulation der Nerven helfen.
Invasive und nicht-invasive Ansätze
"Zu unterscheiden sind hierbei grundsätzlich invasive und nicht-invasive Ansätze", erklärte Dr. Tim Jürgens vom Institut für Systemische Neurowissenschaften am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf. Die Elektroden können zum einen mittels eines operativen Eingriffs in die Nähe der Nerven platziert werden, wo sie dauerhaft verbleiben. Oder sie werden einfach auf die Haut geklebt.
Occipitalis-Nervenstimulation
En vogue sei derzeit die Occipitalis-Nervenstimulation. Hierbei wird ein Herzschrittmacher-ähnliches Gerät in den Brustmuskel oder die Gesäßmuskulatur implantiert, das über ein Kabel Impulse an Elektroden sendet, die direkt unter der Haut im Nacken des Patienten liegen. Dort stimulieren sie kontinuierlich den Nervus occipitalis major, den großen Hinterhauptsnerv.
Stimulation des Ganglion sphenopalatinum
Ein weiteres Verfahren ist die Stimulation des Ganglion sphenopalatinum, eines Nervenknotens im Gesicht, der Nervenfasern zu Auge und Nase schickt. Dieser Ansatz wird bei Patienten mit therapierefraktärem chronischem Cluster-Kopfschmerz eingesetzt. Anders als bei der Occipitalis-Nervenstimulation werden nicht kontinuierliche Stromimpulse gesendet, sondern die Elektroden nur bei einem akuten Anfall vom Patienten selbst eingeschaltet.
Transkutane Stimulationsverfahren
Der Trend in der Neurostimulation ginge derzeit in Richtung nicht-invasiver Ansätze, bei denen die Elektroden außen auf der Haut angebracht werden. Zu den transkutanen Stimulationsverfahren zählt die supraorbitale Stimulation, bei der ein Reif mit Elektroden wie eine Brille oder ein Stirnreif auf die Stirn gezogen wird. Dort reizt er den Trigeminus-Nerv.
tags: #gehirn #elektroden #trip