Hirnimplantate, die elektrische Impulse aussenden, die auf die individuellen Gefühle und Verhaltensweisen einer Person zugeschnitten sind - ist das Science-Fiction oder Realität? Obwohl sich diese Technologie noch in der Entwicklung befindet, deutet die Forschung an, dass sie bald eine vielversprechende Behandlungsoption für schwere psychische Erkrankungen darstellen könnte. Zwei Forscherteams haben mit der Erprobung sogenannter Closed-Loop-Implantate begonnen. Diese Implantate sollen Muster in der Hirnaktivität erkennen, die beispielsweise mit Stimmungsschwankungen während einer schweren depressiven Phase zusammenhängen, und das Gehirn dann durch gezielte Elektrostimulation wieder in einen gesunden Zustand "zurückschocken". Dieser Ansatz, der im November 2017 auf dem Jahrestreffen der US-amerikanischen Society for Neuroscience in Washington D. C. vorgestellt wurde, könnte eines Tages neue Möglichkeiten zur Behandlung schwerer psychischer Erkrankungen eröffnen, bei denen herkömmliche Therapien bisher versagen. Allerdings wirft er auch heikle ethische Fragen auf, insbesondere weil das Verfahren praktisch in Echtzeit einen Einblick in die Gefühle eines Menschen ermöglicht.
Tiefe Hirnstimulation (THS): Ein Überblick
Die Tiefe Hirnstimulation (THS), im anglo-amerikanischen Raum als Deep Brain Stimulation (DBS) oder umgangssprachlich als „Hirnschrittmacher“ bezeichnet, ist eine etablierte Behandlung von Bewegungsstörungen. Seit ihrer Erstanwendung in den späten 1980er Jahren durch Prof. A. Benabid in Grenoble (Frankreich) wurde die THS weltweit bei ca. 85.000 Patienten durchgeführt - die meisten Patienten wurden aufgrund einer Parkinson-Erkrankung operativ behandelt.
Bei der THS werden eine oder zwei Elektroden in bestimmte Bereiche des Gehirns implantiert, um elektrische Impulse abzugeben. Diese Impulse können die Aktivität der Nervenzellen beeinflussen und so Symptome verschiedener neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen lindern. Die THS wird bereits erfolgreich zur Behandlung von Bewegungsstörungen wie Parkinson eingesetzt. Nun rückt sie auch als Therapieoption für schwer behandelbare Depressionen und andere psychische Erkrankungen in den Fokus.
Wirkungsweise der THS
Trotz der breiten Anwendung der THS zur Behandlung neurologischer und auch psychiatrischer Erkrankungen ist die Wirkweise der THS bislang nicht vollständig geklärt. Die THS arbeitet über eine (meist) kontinuierliche hochfrequente elektrische Stimulation von Kerngebieten des Gehirns. Es wird angenommen, dass über diese hochfrequente Stimulation eine Hemmung des Kerngebietes stattfindet, die sich daraufhin auch auf das gesamte Netzwerk der Basalganglien auswirkt. Wie diese Hemmung genau zustande kommt, ist bislang nicht geklärt. Wichtig ist, dass die THS durch die Modulation von Netzwerken nur eine symptomatische Behandlung ist, d.h. nach heutiger Kenntnis nur die Symptome reduziert, aber keinen Einfluss auf das Vorhandensein oder Voranschreiten der zugrunde liegenden Erkrankung hat. Daher ist der Effekt der THS auch reversibel: nach Ausschalten des Stimulators stellt sich ein Zustand ein, wie er zu diesem Zeitpunkt ohne Stimulation wäre.
Indikationen der THS
Die THS ist zur Behandlung vieler neurologischer Erkrankungen bereits zugelassen. Die Therapiemöglichkeit anderer neurologischer aber auch psychiatrischer Erkrankungen werden derzeit in Studien und kleineren Fallserien untersucht. Etabliert hat sich die THS zur Behandlung des Morbus Parkinson; hier wird als Zielpunkt meist der sogenannte Nucleus subthalamicus (STN) verwendet, ein Kerngebiet in den Basalganglien, das durch die Erkrankung überaktiv ist. Alternativ kommt zur Behandlung von Überbeweglichkeiten (Dyskinesien) in der Spätphase der Parkinsonerkrankung als Zielpunkt der Globus pallidus internus (GPi) in Frage. Zur Behandlung eines Parkinson-Tremors wie auch des Essentiellen Tremors hat sich als Zielpunkt der sogenannte Nucleus ventralis intermedius (VIM) des Thalamus bewährt. Die generalisierte und segmentale Dystonie wird durch eine THS im GPi behandelt. Weitere Studien zu dem gleichen Zielpunkt laufen aktuell für tardive Dyskinesien, einer Spätkomplikation nach Behandlung mit sogenannten Neuroleptika, und zeigen auch nach unseren eigenen Erfahrungen einen guten Effekt. Ebenso werden Untersuchungen zur THS bei Chorea Huntington (Chorea major) durchgeführt.
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Zugelassen ist die THS auch zur Behandlung der fokalen Epilepsie. Hierbei wird im sogenannten anterioren Thalamus stimuliert. Neben diesen neurologischen Erkrankungen werden seit einigen Jahren zunehmend psychiatrische Erkrankungen mit der THS behandelt. Diese ist zur Behandlung von Zwangserkrankungen bereits zugelassen, vielversprechende Ergebnisse zeigen sich auch in kleineren Studien bei Patienten mit chronischer Depression.
Tiefe Hirnstimulation bei Depressionen: Ein Hoffnungsschimmer
Volker Arnd Coenen, Professor und ärztlicher Leiter der Neurochirurgie an der Uniklinik Freiburg, forscht an einer Methode, die schwer Depressiven Hoffnung geben kann. Bei dem neuen Verfahren setzt Coenen ihnen hauchdünne Elektroden ins Gehirn. Die sind mit einem Generator verbunden, der auf Brusthöhe unter die Haut implantiert wird, ähnlich einem Herzschrittmacher. Mit einem schwachen elektrischen Strom, zweieinhalb bis viereinhalb Milliampere, stimuliert der Generator einen Gehirnbereich, der für die Emotionen und Entscheidungen mitverantwortlich ist: das mediale Vorderhirnbündel. Sie befindet sich noch im Experimentalstadium. Aber die bisherigen Ergebnisse seien vielversprechend, sagt Coenen. In einer Studie hätten sich die Beschwerden bei 12 von 16 Teilnehmenden deutlich gebessert.
Für die Menschen, die sich bei Coenen melden, ist die Tiefe Hirnstimulation so etwas wie die letzte Chance. „Sie leiden so sehr, dass sie zum Teil nicht einmal mehr die Kraft haben, sich das Leben zu nehmen“, sagt Coenen. Die Depression ist eine der häufigsten neurologischen Krankheiten. In Deutschland leiden knapp neun Prozent der Männer und mehr als fünfzehn Prozent der Frauen unter depressiven Symptomatiken. Die Krankheit sei so gefährlich wie Krebs, sagen Fachleute: Depressionen sind schwer zu heilen. Laut Coenen werden rund 40 Prozent der Erkrankten durch die etablierte Behandlung wieder gesund. „Rund 60 Prozent erleben einen unruhigen Verlauf“, sagt Coenen. Rund 30 Prozent der Behandelten helfe keine der etablierten Methoden, sagt Coenen. Leider sei nicht für alle, die zu diesen 30 Prozent gehören, die Tiefe Hirnstimulation die richtige Therapie. Coenen erzählt von Menschen mit sogenannten Komorbiditäten, also weiteren Krankheiten.
Zufallsentdeckung als Ausgangspunkt
Die Idee, Depressionen mit Stromstimulierungen zu behandeln, verdankt Coenen dem Zufall. Als er 2008 an der Universität von British Columbia im kanadischen Vancouver arbeitete, behandelte sein Team einen Parkinson-Patienten mit Tiefer Hirnstimulation. Das ist seit den 1990er-Jahren etabliert, heute lassen sich allein in Deutschland jedes Jahr Hunderte Parkinson-Patienten ein Neuroimplantat einsetzen. Doch bei diesem Patienten sei der Strom an eine Stelle im Gehirn gelangt, die er eigentlich nicht erreichen sollte, erzählt Coenen: an das mediale Vorderhirnbündel. Später kam Coenen auf die Idee: Könnte man das Gehirn von Menschen mit Depression so stimulieren, dass ihre Stimmung auf ein durchschnittliches Level kommt? Wie genau, weiß er bis heute nicht. Coenen vermutet, dass es etwas mit einem Bereich im unteren Hirnstamm zu tun hat, über den der Strom das Belohnungs- und Emotionssystem erreicht.
Maßgeschneiderte Hirnschrittmacher: Ein neuer Ansatz
US-Mediziner konnten eine schwer depressive Patientin mittels neuartigem Hirnschrittmacher erfolgreich behandeln. Eine Behandlung mit einem Hirnschrittmacher könnte Menschen wie den 36-jährigen Thielo Blind neue Hoffnung geben. Dass das bisherige Verfahren nicht immer gewirkt hat, liegt zum Teil daran, dass die meisten Geräte nur eine konstante elektrische Stimulation abgeben können und das meist nur in einen Bereich des Gehirns. Auf dem Gebiet führende US-Mediziner stellten nun in einer Grundsatzstudie einen weiter entwickelten Hirnschrittmacher vor. Was ihn so erfolgreich macht, war zum einen die Entdeckung eines neuronalen Biomarkers - eines bestimmten Musters von Hirnaktivität, der das Auftreten von Symptomen anzeigt und zum anderen, dass die Forscher ihr Gerät so angepasst haben, dass es nur reagiert, wenn es dieses Muster erkennt.
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Die aktuelle Studie bezieht sich bislang nur auf eine 36-jährige Frau, die an einer langjährigen, schweren und behandlungsresistenten depressiven Störung litt. So gingen die Forschenden bei der aktuellen Studie vor: Zunächst platzierten sie Elektroden an verschiedenen Stellen im Gehirn der Patienten. In den folgenden Tagen überwachten sie die elektrische Aktivität an diesen Stellen und versuchten, die neuronalen Muster mit den selbstberichteten Depressionssymptomen in Beziehung zu setzen. Die Amygdala ist Teil des limbischen Systems des Gehirns, und ist an Emotionen, Stimmungsregulierung und Depressionssymptomen beteiligt. Eine Stimulierung dieser Region würde jedoch zu mehr Stress und mehr Depressionssymptomen führen. Stattdessen schlugen die Mediziner vor, dass eine Spitze der Gamma-Welle in der Amygdala ein Indikator für eine beginnende Depression sein könnte.
Anschließend implantierten die Mediziner der Patientin das von der FDA zugelassene NeuroPace RNS-System, das eigentlich zur Behandlung von Epilepsie-Patienten eingesetzt wird, unter die Schädeldecke. Eine einzelne Messleitung des Closed-loop-Stimulators platzierten sie in der Amygdala und die zweite Stimulationsleitung im ventralen Striatum. Dieser maßgeschneiderte Ansatz linderte die Symptome der Patientin fast sofort und hielt bislang über 15 Monate an. Im Gegensatz dazu kommt es bei Standardmodellen zu vier- bis achtwöchigen Verzögerungen. „Wir waren in der Lage, einer Patientin mit Depressionen diese maßgeschneiderte Behandlung zu verabreichen, und ihre Symptome wurden gelindert“, sagte Hauptautorin Katherine Scangos. Obwohl der Ansatz vielversprechend erscheint, weist das Team darauf hin, dass es sich hier nur um die erste Patientin in der ersten Studie handelt. „Es gibt noch viel zu tun“, sagt Scangos. „Wir müssen untersuchen, wie sich diese Schaltkreise von Patient zu Patient unterscheiden und diese Arbeit mehrfach wiederholen. „Das ist eine interessante Studie von einer der führenden Gruppen auf diesem Gebiet“, erklärt Vladimir Litvak, Professor für Translationale Neurophysiologie in London (UK), der nicht an der Studie beteiligt war.
Aktuelle Forschungstrends: Intelligente Closed-Loop-Systeme
Aktueller Forschungstrend bei BCI sind „intelligente“ Closed-Loop-Systeme, die sich weitestgehend selbst regulieren und die Steuerung bestimmter Hirnareale verfeinern. Echtzeit-Computersysteme messen z. B. bei der Tiefen Hirnstimulation kontinuierlich die Hirnaktivität, um ein exaktes Timing der Stimulation zu ermöglichen. Erforscht wird diese Technik z. B., um Höchstgelähmten die Gedankensteuerung von Neuroprothesen zu ermöglichen [3]. Die sogenannte Responsive Neurostimulation (RNS) ist eine neue Hoffnung für PatientInnen mit arzneimittelresistenter Epilepsie, um epileptische Anfälle zu verhindern [4]. Auch für die Stimulation zur Verbesserung von Gedächtnis und kognitiver Kontrolle bei Erkrankungen wie Depression, Angst und Sucht wird an Closed-Loop-Systemen geforscht [5, 6, 7]. „Obwohl die ersten Studienergebnisse bei Closed-Loop-Systemen der nächsten Generation bislang eher mäßige Therapieerfolge bei häufig ungenügender Spezifität verzeichnen, bilden sie dennoch die Basis für weitere Forschungsanstrengungen zur besseren Charakterisierung der Effekte von implantierbaren Elektroden“, so Prof.
Risiken und ethische Bedenken
Die Tiefe Hirnstimulation birgt allerdings auch Risiken. Die Elektrode muss in einen tiefen Bereich des Gehirns gebracht werden, dabei besteht die Gefahr einer Blutung. Bei etwas weniger als einem Prozent der Operierten komme es zu dauerhaften Schäden, sagt Coenen, also Einschränkungen, die das Leben der Patientinnen und Patienten länger als sechs Monate verändern. Außerdem bestehe ein Infektionsrisiko von bis zu fünf Prozent. Coenen weiß, dass es Vorbehalte gibt gegen Brain-Computer-Interfaces. Wenn Gehirn und Computer verschaltet werden, kommen Ängste hoch.
Mögliche Persönlichkeitsveränderungen und Missbrauch
Könnte ein Chip beispielsweise den Charakter eines Menschen verändern? Leichte Veränderungen, sagt Coenen, seien immer möglich. Wobei eine schwere Depression viele ohnehin charakterlich verändere. „Wir bringen eher den Menschen zurück, wie er vor der Krankheit war“, sagt Coenen. Und die Angst, jemand könnte die Technologie missbrauchen, sich in fremde Köpfe hacken und so Skrupel und Moral ausschalten? Auch eine Mär, sagt Coenen. Unser Wille bestehe, einfach ausgedrückt, aus mehreren Netzwerken im Gehirn: Eines könne die Hirnstimulation vielleicht kurzfristig ausschalten, aber nicht alle auf einmal. Für eine Gehirnwäsche tauge so ein Hirnimplantat nicht, sagt Coenen.
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Zu klären, ob ein hirnstimulierter Patient seine Autonomie behält, ist vor allem bei neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Depression oder Magersucht schwer zu klären, bei denen die Veränderung der Persönlichkeit teilweise erklärtes Ziel der Therapie ist. "Aus meiner Sicht ist es schon so, die Autonomie verändert sich. Zu diesem Schluss kommt auch Frédéric Gilberts Studie.
Komplikationen und Nebenwirkungen der THS
Man unterscheidet Komplikationen durch den chirurgischen Eingriff (prozedural) von technischen Komplikationen des elektronischen Systems. Trotz sorgfältiger Planung des Zugangsweges und akkurater Durchführung der chirurgischen Handgriffe lassen sich Komplikationen durch den stereotaktischen Eingriff nicht ganz verhindern. Bei etwa 2% der operierten Patienten kommt es durch Verletzung eines Gefäßes zu einer Gehirnblutung, die in der Regel sehr klein und umschrieben ausfällt. Aufgrund des Zugangswegs und der Lage dieser Blutungen verursachen etwa die Hälfte dieser Blutungen (d.h. bei etwa 1% aller Patienten) auch neurologische Symptome wie Halbseitenlähmungen, Gefühlsstörungen, Sprach- oder Sprechstörungen. In der Regel bilden sich diese Symptome vollständig oder zumindest teilweise wieder zurück. Sehr, sehr selten kommt es zu einer Dislokation (Fehlplatzierung) der Elektrode mit Wirkverlust oder Auftreten von Nebenwirkungen. Häufig tritt eine solche Dislokation im Verlauf auf. Zunächst wird die entsprechende Elektrode nicht mehr stimuliert.
Ein weiteres Risiko, das über den chirurgischen Eingriff hinaus auch noch im langfristigen Verlauf zu Problemen führen kann, stellt das Infektionsrisiko dar. Bakterien haften sich sehr gerne an Implantaten an und sind einer Antibiotikatherapie nur schwer zugänglich. Dies bedeutet, dass eine Infektion nur selten durch Antibiose effektiv zu behandeln ist, häufig wird daher eine Explantation der Implantate notwendig. Meist ist es ausreichend, nur den Impulsgeber und einen Teil des Kabels zu entfernen; selten jedoch kann die Explantation des gesamten Systems notwendig werden, um die Entwicklung einer Hirn- und Hirnhautentzündung zu vermeiden.
Selbstverständlich sind die verwendeten technischen Bauteile sorgfältig geprüft und für den Gebrauch am Menschen zugelassen. Dennoch kann es im Verlauf - wie bei anderen elektrischen Apparaturen auch - zu einem Ausfall des Impulsgebers kommen, die zu einem Funktionsverlust der THS führen können. In diesem Fall kann ein Austausch des entsprechenden Kabels oder Stimulators durchgeführt werden. Notwendig wird der Austausch des Impulsgebers bei Erschöpfung der Batterie, die in Abhängigkeit von den Stimulationsparametern etwa 2 bis 7 Jahre lang hält. Dieser Eingriff wird durch die Ärzte der stereotaktischen Neurochirurgie in örtlicher Betäubung durchgeführt und dauert ca.
Je nach Stimulationsort und Elektrodenlage bzw. der verwendeten Spannung können durch die hochfrequente Stimulation neben den erwünschten Wirkungen auch Nebenwirkungen auftreten. Diese können vorübergehender Natur sein oder dauerhaft vorliegen. Zu nennen sind Sprechstörungen, Gefühlsstörungen, Verkrampfungen oder Doppelbilder. Im Falle des Nucleus subthalamicus bei M. Parkinson können auch mal psychiatrische Nebenwirkungen wie Apathie, depressive Verstimmung oder submanische Zustände provoziert werden, auf die natürlich besondere Aufmerksamkeit bei der Einstellung der Stimulationsparameter gerichtet wird.
Elon Musks Neuralink: Visionen und Kontroversen
Elon Musk hat sich für seine Gehirnchip-Firma Neuralink weitere 650 Millionen Dollar besorgt. Das bringt den Milliardär seinem Ziel, einer Symbiose von Mensch und KI, wieder ein Stück näher. Ein Mensch, der nur durch die Kraft seiner Gedanken Maschinen steuert: Das klingt für die meisten nach Science-Fiction. Nicht so für Elon Musk. Der Milliardär hat eigens zu diesem Zweck sogar 2016 eine Firma gegründet - Neuralink. Nach einer neuen Finanzierungsrunde, die weitere 650 Millionen Dollar einbrachte, ist das Neurotechnologie-Unternehmen nunmehr rund neun Milliarden Dollar wert.
Herzstück von Neuralinks Technologie ist ein winziger Chip - eine Gehirn-Computer-Schnittstelle (englisch: brain-computer interface, BCI). Dort erfassen sie neuronale Impulse, wie sie etwa bei der Bewegungsplanung und -steuerung entstehen. 2024 erhielt erstmals ein Querschnittsgelähmter ein Neuralink-Implantat, mittlerweile haben laut Unternehmensangaben insgesamt fünf Menschen einen solchen Chip in ihrem Gehirn. Im vergangenen November erhielt auch der US-Amerikaner Bradford G. Smith ein Neuralink-Implantat, wie er im vergangenen Monat auf X mitteilte: "Ich bin der dritte Mensch weltweit, der das Neuralink-Hirnimplantat erhalten hat. Der erste mit ALS. Der erste, der nicht sprechen kann. Ich tippe dies mit meinem Gehirn. Es ist meine primäre Kommunikationsform", schrieb Smith unter seinem Nutzernamen "ALScyborg".
Doch verspricht die Neuralink-Technologie wirklich mehr als solche spektakulären Einzelfälle? Die US-Arzneimittelbehörde FDA traut den Neuralink-Chips jedenfalls viel zu und hat ihnen bereits den "Breakthrough Device"-Status verliehen. Dabei ist die Behandlung medizinischer Probleme für Musk nur ein kurzfristiges, eher untergeordnetes Ziel. Denn Musk sieht in Künstlicher Intelligenz eine existentielle Bedrohung für die Menschheit. Mehrfach warnte er vor einem Szenario, in dem KI den Menschen intellektuell weit überlegen wird. So können die Menschen in Echtzeit auf Informationen aus dem Internet zugreifen, neue Fähigkeiten "downloaden" oder sogar mit anderen Gehirnen zu kommunizieren.
Experten weisen darauf hin, dass diese Vision derzeit noch weit von der wissenschaftlichen Realität entfernt ist. Neuralink-Kritiker haben jedoch nicht nur Zweifel an der Machbarkeit - sie äußern auch ethische und regulatorische Bedenken. Statt auf die in der Community üblichen Publikationen in Fachjournalen mit vorheriger Peer-Review-Prüfung durch unabhängige Experten setzt Neuralink auf eine stark unternehmensorientierte Kommunikationsstrategie in Form von Pressemitteilungen oder Live-Events.
Eine direkte Verbindung zwischen Gehirn und digitalen Systemen wirft zudem völlig neue Datenschutzrisiken auf: Wer hat Zugriff auf die Daten aus dem Gehirn? Können diese Schnittstellen gehackt oder manipuliert werden? Klassische Datenschutzgesetze wie die DSGVO in Europa versagen hier, denn sie sind nicht auf Gehirn-Computer-Schnittstellen ausgelegt. Noch fehlen klare Vorschriften, wer Daten aus dem Gehirn speichern, verarbeiten oder verkaufen darf.
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