Neurochirurgie an der TUM: Mitarbeiter, Forschung und Fortschritt

Die Neurochirurgische Klinik des TUM Klinikums Rechts der Isar ist ein integraler Bestandteil des Neuro-Kopf-Zentrums. Die räumliche Nähe der beteiligten neurologischen Disziplinen erweitert das Leistungsspektrum der beteiligten Kliniken und damit auch das der Neurochirurgie erheblich. In den letzten Jahren ist die Zahl der ambulanten und stationären Patienten deutlich gestiegen, und die klinischen und operativen Schwerpunkte wurden deutlich erweitert. Das medizinische und medizintechnische Team der Neurochirurgie hat eine junge, moderne Struktur und versteht sich in erster Linie als Dienstleister für die Patienten. Eine exzellente Infrastruktur und eine stark interdisziplinäre Versorgung haben am TUM Klinikum Rechts der Isar eine lange Tradition. Die Klinik wird von Univ.-Prof. Dr. med. geleitet.

Funktionelle Neuronavigation und Neuromonitoring

In der Arbeitsgruppe für funktionelle Neuronavigation und -monitoring der Klinik werden modernste Methoden eingesetzt, um verschiedene Hirn- und Rückenmarksfunktionen vor und während der Operation zu überwachen. Oberstes Ziel ist es, den pathologischen Befund so weit wie möglich zu entfernen und gleichzeitig die funktionelle Integrität des Patienten zu schonen. Daher werden modernste Techniken vor und während der Operation angewendet und weiterentwickelt.

Bei Operationen im Bereich der Bewegungs- oder Sprachareale des Gehirns wird standardmäßig vor der Operation eine Kartierung der betroffenen Areale mittels navigierter transkranieller Magnetstimulation (nTMS) durchgeführt. Alle diese Daten stehen während des Eingriffs in Kombination mit der verwendeten Neuronavigationstechnik zur Verfügung. Darüber hinaus wird während der Operation ein intraoperatives Neuromonitoring (IONM) durchgeführt, um Funktionen zu überwachen und zu kartieren, beispielsweise durch Ableitung der Bewegungsfunktion.

Bei Operationen in Regionen, die für die Sprachfunktion des Patienten zuständig sind, werden diese zeitweise im Wachzustand des Patienten (Wachkraniotomie) durchgeführt, um diese spezielle Funktion noch detaillierter zu kartieren und zu schonen und um ein größtmögliches Resektionsausmaß zu gewährleisten. Die Arbeitsgruppe wird von PD Dr. med. PD Dr. med. Dr. med Vicki Marie Butenschön, M. geleitet.

Pionierarbeit bei Hirn-Computer-Schnittstellen (BCI)

Die Klinik leistet Pionierarbeit auf dem Gebiet der Hirn-Computer-Schnittstellen (BCI). Hier können Sie mehr über die erste Implantation einer Hirn-Computer-Schnittstelle (BCI) mit Mikroelektroden bei einem Patienten mit hoher Querschnittslähmung in Europa lesen. Beachten Sie auch die Klicktipps zur Studie "Künstliche Intelligenz für Neurodefizite", über die derzeit viel in den Medien berichtet wird und für die noch Teilnehmer gesucht werden, einschließlich Videos und einer umfassenden Informationsmappe.

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Gleichzeitig informiert die Klinik über die Pionierarbeit des interdisziplinären Forschungsteams aus Medizin, Neuro- und Ingenieurwissenschaften an der Technischen Universität München (TUM). Mit hohem Anspruch und viel Begeisterung verfolgen sie das Ziel, Technologien zu entwickeln, die zuverlässig, weniger invasiv und drahtlos funktionieren.

Vor etwa 15 Jahren entstand die Idee, Menschen mit hoher Querschnittslähmung mithilfe einer Hirn-Computer-Schnittstelle die Kontrolle über einen Roboterarm zu ermöglichen. Die Ursprünge dieses wegweisenden Projekts liegen im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), wo das erste Pionierexperiment entwickelt wurde. Die erste Studie zu diesem vielversprechenden Ansatz wurde vor über einem Jahrzehnt veröffentlicht. Damals standen eher rudimentäre Verfahren der Künstlichen Intelligenz (KI) zur Verfügung, und es fehlte an medizinischer Begleitung.

Im Jahr 2018 begann eine enge wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen der Klinik und Poliklinik für Neurochirurgie am TUM Klinikum (Prof. Meyer), der Professur Translationale Neurotechnologie in der Klinik und Poliklinik für Neurochirurgie (Prof. Jacob) sowie dem Munich Institute of Robotics and Machine Intelligence (MIRMI) der Technischen Universität München (TUM).

Die Vision ist es, durch die Implantation einer Hirn-Computer-Schnittstelle die Lebensqualität von Menschen mit Querschnittslähmung nachhaltig zu verbessern. Mit den heutigen, hochentwickelten Methoden der KI und gezielter medizinischer Unterstützung ist das ehrgeizige Ziel einen entscheidenden Schritt nähergekommen. Um die Forschungsergebnisse direkt in der Patientenversorgung anwenden zu können, wird daran gearbeitet, präzise, sichere, möglichst wenig invasive und drahtlose Technologien zu entwickeln.

Hintergrundinformationen zur BCI-Forschung an der TUM

• In der Forschung zu Hirn-Computer-Schnittstellen mit Mikroelektroden gehört die TUM weltweit zu den führenden Einrichtungen. Es gibt kaum Universitäten, die die drei Kerndisziplinen Medizin, Neuro- und Ingenieurwissenschaften an einem Standort so gut besetzen wie die TUM in München.
• In den vergangenen zehn Jahren hat das TUM Klinikum die weltweit größte Serie von Mikroelektroden-Messungen im menschlichen Gehirn durchgeführt und damit einen Quantensprung in der Hirnforschung erreicht.
• Die Forschung wird durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt gefördert.
• Bereits im Jahr 2022 wurde einer Patientin mit schwerer Sprachstörung (Aphasie) nach einem Schlaganfall eine Hirn-Computer-Schnittstelle (BCI) mit Mikroelektroden implantiert. Durch elektrische Mikrostimulation und Neurofeedback können die Sprachnetzwerke ihres Gehirns präzise beeinflusst und sie beim Wiedererlangen ihrer Sprache unterstützt werden. Diese bahnbrechenden Studienergebnisse sorgen weltweit für Aufsehen.

Engagiertes Forschungsteam

Hinter der Forschung steht ein engagiertes Team aus:

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• Neurochirurgen: Prof. Bernhard Meyer, PD Dr. Arthur Wagner, Dr. Viktor Maria Eisenkolb, Alexander Utzschmid
• Neurowissenschaftlern: Prof. Simon Jacob, Göktug Alkan
• Ingenieurwissenschaftlern: Dr. Melissa Zavaglia, Dr.

Videos zur Implantation einer Hirn-Computer-Schnittstelle mit Stimmen des Patienten, von Prof. Meyer und Prof. sind verfügbar. Es gibt auch Videointerviews zur Operation mit Prof. Dr. und Videointerviews zum Training im Labor mit Prof. Dr..

Fallbeispiel: Michael Mehringer

Ein Team des Universitätsklinikums der Technischen Universität München (TUM) hat einem vom Hals abwärts gelähmten Mann eine Hirn-Computer-Schnittstelle eingesetzt. Das Gerät ermöglicht Forschung, die Betroffenen in Zukunft mehr Teilhabe, Unabhängigkeit und Lebensqualität eröffnen könnte. Konkret will das Team den 25-Jährigen in die Lage versetzen, sein Smartphone und einen Roboterarm allein mit seinen Gedanken zu steuern.

„Ich erhoffe mir, dass ich wieder selbständig essen und trinken kann und etwas weniger Hilfe im Alltag benötige“, sagt Michael Mehringer. Mit 16 Jahren überlebte er einen schweren Motorradunfall. Es folgten 14 Monate Klinik, mit Koma, Intensivstation und zahlreiche Operationen. Prof. Bernhard Meyer. Über einen Zeitungsbericht wurden Mehringer und seine Familie auf die Studie „Künstliche Intelligenz für Neurodefizite“ am TUM Klinikum aufmerksam. „Ich bin immer positiv. Ich habe immer viel Hoffnung. Das ist mein Antrieb“, sagt Mehringer. „Ich bin stolz, dass ich mithelfen kann, die Forschung voranzubringen.“

Nach einer langen Vorbereitungs- und Planungsphase setzte das Team der Neurochirurgie am TUM Klinikum in einer mehr als fünfstündigen Operation eine eigens gefertigte Hirn-Computer-Schnittstelle ein. Mit den 256 Mikroelektroden des Geräts lassen sich Signale aus dem Bereich des Gehirns, der für die Planung und Durchführung komplexer Greifbewegungen zuständig ist, präzise ableiten. „Die größte Herausforderung bestand darin, die Elektroden sehr genau zu implantieren. Nur so erhält man hinterher exakte Ableitungen, und kann Hirnsignale präzise messen“, erläutert Prof. Prof. Dr.

„Mit der Operation wurde erstmals in Europa eine Hirn-Computer-Schnittstelle bei einer Querschnittslähmung eingesetzt“, sagt Simon Jacob, Professor für Translationale Neurotechnologie. „Wir sind stolz, die erste akademische Einrichtung in ganz Europa zu sein, die inzwischen schon zwei Hirn-Computer-Schnittstellen implantiert hat.“ Bereits 2022 hatte das Team einer Schlaganfallpatientin mit Sprachstörung eine solche Schnittstelle eingesetzt. Mit deren Hilfe wurde seitdem zunächst die Sprachverarbeitung in der gesunden rechten Hirnhälfte kartiert.

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Nach dem erfolgreichen Eingriff haben die eigentlichen Forschungsarbeiten begonnen. Etwa zweimal in der Woche treffen sich Michael Mehringer und die Forschenden im Labor. Über einen Messkopf wird ein Computer an die Schnittstelle angeschlossen. Das System extrahiert aus den übertragenen Signalen Nervenzellaktivität. Diese Daten werden genutzt, um KI-Algorithmen so zu trainieren, dass sie den Zusammenhang zwischen den neuronalen Signalen und der Bewegung, die Michael Mehringer ausführen will, erkennen.

Zunächst sollen decodierten Hirnsignale genutzt werden, um einen Cursor auf einem Bildschirm und ein Mausklick-Signal zu kontrollieren. Dann, so hoffen die Forschenden, kann Michael Mehringer nach und nach lernen, einen robotischen Arm zu bewegen und damit Gegenstände zu greifen. „Anstatt von Menschen zu erwarten, dass sie sich anpassen und den Umgang mit Robotersystemen erlernen, liegt unser Schwerpunkt darauf, Systeme zu entwickeln, die menschliche Absichten erkennen“, sagt die Teamleiterin Dr. Melissa Zavaglia.

Neuroonkologisches Zentrum

Die Neurochirurgische Klinik koordiniert das Neuroonkologische Zentrum der TU München, welches mit Empfehlung der Deutschen Krebsgesellschaft zertifiziert wurde. Hier arbeitet eine erfolgreiche Gruppe mit den Kliniken für Neurologie, Strahlentherapie, Onkologie, Neuroradiologie, Nuklearmedizin und Psychosomatik zusammen, um eine ganzheitliche optimierte Versorgung von Patienten mit gut- und bösartigen Hirntumoren (z.B. Gliome, Metastasen, u.U. Meningeome) zu erreichen.

Wirbelsäulenchirurgie

Die Wirbelsäulenchirurgie wird in der gesamten Breite vertreten von minimal-invasiven Therapien (z.B. Kyphoplastien), über bewegungserhaltende Techniken (z.B. Bandscheibenprothesen) bis hin zur aufwendigen rekonstruktiven, instrumentierten Chirurgie.

Forschungsschwerpunkt Neurotechnologie

Im Forschungsschwerpunkt Neurotechnologie, der von Professor Jacob geleitet wird, werden zukunftsweisende Technologien entwickelt, die für Patienten mit kognitiven und motorischen Störungen bei verschiedenen Hirnerkrankungen zur Anwendung kommen können.

Lehre

Angeboten werden der Anamnese-/Untersuchungskurs im Rahmen der vorklinischen Ausbildung, das chirurgisch/neurochirurgische Blockpraktikum im 3. und 4. 5./ 6. Unsere Klinik bietet laufend interessante Themen im klinischen wie auch im experimentellen Feld. AnsprechpartnerPD Dr. med. Experimentelle Arbeiten in unserem Labor, in dem wir den Grundlagen der Funktionsweise des menschlichen Gehirns und seiner Erkrankungen auf der Ebene neuronaler Netzwerke mit Methoden zellulärer Neurowissenschaften - u.a. AnsprechpartnerUniv.-Prof. Dr. med. Prof. Dr. med. PD Dr. med. PD Dr. med.

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