Die Hirnstimulationsforschung, insbesondere am Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München (TUM), erlebt einen stetigen Aufschwung. Innovative Verfahren und Therapieansätze werden entwickelt und untersucht, um die Behandlung von neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen zu verbessern. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Forschungsbereiche, Schwerpunkte und Kooperationen, die zu diesen Fortschritten beitragen.
Einführung in die Hirnstimulationsforschung
Die Hirnstimulationsforschung umfasst eine Vielzahl von Techniken, die darauf abzielen, die Aktivität des Gehirns gezielt zu modulieren. Diese Methoden reichen von nicht-invasiven Verfahren wie der transkraniellen Magnetstimulation (rTMS) und der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) bis hin zu invasiven Techniken wie der tiefen Hirnstimulation (THS). Ziel ist es, die Symptome von neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen zu lindern und die Lebensqualität der Betroffenen zu verbessern.
Forschungsschwerpunkte am Klinikum rechts der Isar
Am Klinikum rechts der Isar konzentriert sich die Forschung auf verschiedene Aspekte der Hirnstimulation. Dazu gehören:
- Sensomotorische Regelkreisläufe: Die Arbeitsgruppe untersucht sensomotorische Regelkreisläufe im Gehirn sowie deren Pathophysiologie bei Bewegungsstörungen wie Parkinson. Funktionelle Bildgebung wird eingesetzt, um die Plastizität dieser Kreisläufe unter dem Einfluss von motorischem Training oder therapeutischen Interventionen zu untersuchen.
- Nicht-invasive Hirnstimulation bei Schizophrenie: Eine systematische Übersichtsarbeit mit Metaanalysen untersucht die Wirksamkeit und Verträglichkeit verschiedener nicht-invasiver Hirnstimulationsverfahren bei behandlungsresistenter Schizophrenie. Dabei werden randomisiert-kontrollierte Studien ausgewertet, die verschiedene Stimulationsverfahren untereinander oder mit Kontrollbedingungen vergleichen.
- Innovative Hirnstimulationsverfahren: Die Forschungsgruppe untersucht innovative Verfahren der Hirnstimulation wie Elektrokrampftherapie (EKT), rTMS und tDCS. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf Erhaltungstherapien, Home-Treatment-Ansätzen sowie der Kombination mit innovativen Methoden wie VR-basierten Verfahren zur Verstärkung nicht-invasiver Stimulationseffekte.
- Home-Treatment bei Depression: Eine randomisierte Pilotstudie untersucht die Wirksamkeit einer vollständig zuhause durchführbaren Intervention zur Behandlung unipolarer und bipolarer Depression, bei der transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) mit Virtual-Reality-(VR)-gestützter Entspannung kombiniert wird.
- Neurotechnologie: Im Forschungsschwerpunkt Neurotechnologie werden zukunftsweisende Technologien entwickelt, die für Patienten mit kognitiven und motorischen Störungen bei verschiedenen Hirnerkrankungen zur Anwendung kommen können. Ein zentraler Baustein ist die Erforschung der neuronalen Mechanismen von komplexen Hirnfunktionen in Tiermodellen und direkt beim Menschen.
Tiefe Hirnstimulation (THS)
Die tiefe Hirnstimulation (THS) ist eine etablierte Methode zur Behandlung von Bewegungsstörungen wie Parkinson. Dabei werden Elektroden in bestimmte Hirnareale implantiert, um die gestörte Hirnaktivität zu modulieren.
Funktionsweise der THS
Bei der THS werden zwei Elektroden ins Gehirn geschoben. Ein Stimulator, ein metallisch glänzendes Kästchen von der Größe eines Kieselsteins, sendet dann 130 mal pro Sekunde einen Stromstoß von zwei bis vier Volt hinein. Die Bohne im Hirn ist der Nucleus subthalamicus, zuständig für motorische Hemmung. Bei Parkinson ist der Dopamin-Haushalt gestört, einer der vielen Botenstoffe im Körper, der sozusagen Befehle von hier nach da bringt wie ein biochemischer Briefträger. Fehlendes Dopamin beeinflusst auch den Nucleus subthalamicus und hat unter anderem den Tremor zur Folge, das unwillkürliche Zittern der Gliedmaßen. Was nun passiert, wenn Strom hineingeschickt wird, "ist noch nicht sehr gut verstanden". Bis vor einiger Zeit wurde angenommen, dass das entsprechende Hirnareal durch den Strom praktisch "abgeschaltet" wird, doch das scheint nicht zuzutreffen.
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Der Eingriff
Die Operation, der sich die Patienten unterziehen müssen, dauert mindestens sechs bis acht Stunden. Das Schwierigste daran ist das Zielen: Die Ärzte im Operationssaal müssen mit den Elektroden, also zwei dünnen Drähten, ein Areal mitten im Gehirn treffen, das ungefähr so groß ist wie eine Bohne - und das auch nicht irgendwie, sondern mit einer Zielgenauigkeit, die höchstens sechs Millimeter Toleranz zulässt.
Zunächst kommt der Kopf des Patienten in einen stereotaktischen Rahmen - ein Metallgestell, quasi ein Koordinatensystem mit drei Achsen. Dieses ermöglicht es den Ärzten nun, mit den Bildern aus dem Kernspintomographen die Lage des Nucleus subthalamicus genau zu bestimmen. Spezielle Software hilft nun dabei, den Weg der Elektroden optimal zu bestimmen: Es soll nicht zu viel wichtiges Hirnmaterial verletzt werden, größere Blutgefäße müssen auf jeden Fall intakt bleiben - eine Gehirnblutung ist eine der möglichen Komplikationen bei der Operation.
Wenn der Weg ins Innere des Gehirns erfolgreich zurückgelegt ist, können die Ärzte sogleich testen, wie gut sie getroffen haben: "Im besten Fall verschwinden Tremor und Muskelsteifheit innerhalb von Sekunden." Der Patient ist dabei bei Bewusstsein, narkotisiert wird er nur bei der Öffnung des Schädels. Nun werden die Verlängerungen der Elektroden unter der Haut den Hinterkopf hinabgeführt, über den Nacken und die Schulter zum Brustkorb. Dort wird in einer kleinen Muskeltasche der eigentliche Schrittmacher implantiert. Am Ende bleiben nur eine kleine Narbe an dieser Stelle und die Drähte, die durch die Haut hindurch fühl- aber nicht sichtbar sind.
Ergebnisse und Einschränkungen
Die tiefe Hirnstimulation kann Parkinson nicht heilen - sie hilft aber Patienten, bei denen Medikamente nicht mehr wirken. "Wir können feststellen, dass es nach zehn Jahren Patienten mit Stimulator besser geht als denen ohne." Wegen der riskanten Operation wird die Methode bei Patienten über 70 Jahren nicht angewendet, auch wenn die Parkinson-Erkrankung bereits zu einer Demenz geführt hat, wird nicht mehr operiert.
Kosten und Nachsorge
30 000 Euro kostet die Operation, wovon der Großteil allerdings auf die Hardware, also die Geräte entfällt. Neben den üblichen Untersuchungen - "ein Parkinson-Patient gehört sowieso zum Neurologen" - hat der Erkrankte relativ wenig zu beachten: Wegen des Magnetfelds darf er nicht mehr in den Kernspintomografen, für den Sicherheitscheck am Flughafen bekommt er einen Ausweis, der das Metall in seinem Körper erklärt.
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Therapiewechsel bei fortgeschrittener Parkinson-Erkrankung
Eine Studie eines Teams um Prof. Paul Lingor, Co-Leiter der Parkinson-Ambulanz am Klinikum rechts der Isar der TUM, gibt Menschen mit fortgeschrittener Parkinson-Erkrankung neue Hoffnung. Die Studie zeigte, dass ein Therapiewechsel oder die Kombination verschiedener fortgeschrittener Therapien bei Patienten, bei denen eine Therapie versagt, zu einer deutlichen Verbesserung der Symptome führen kann.
Repetitive Transkranielle Magnetstimulation (rTMS)
Die repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) ist ein modernes, nicht-invasives Behandlungsverfahren, bei dem gezielt Magnetimpulse auf bestimmte Bereiche des Gehirns abgegeben werden.
Anwendung der rTMS
Weniger geeignet ist die rTMS für Patienten mit anderen schweren psychiatrischen Erkrankungen, die im Vordergrund stehen (Persönlichkeitsstörungen, Suchterkrankungen). Die rTMS-Sitzungen finden in der Regel werktags einmal täglich statt. Eine Magnetspule wird außen am Kopf, über der zu behandelnden Hirnregion, positioniert. Die Stimulation dauert ca. 20-30 Minuten. Wöchentliche ärztliche Gespräche begleiten die Behandlung. Am Ende erfolgt ein Abschlussgespräch mit Empfehlungen für die weitere Therapie und ggf.
Kostenübernahme
Die Kosten der rTMS werden im Rahmen eines Gesamtbehandlungsplans einer stationären oder teilstationären psychiatrischen Therapie von den gesetzlichen und privaten Krankenkassen übernommen. Ambulant ist die Durchführung der rTMS nach spezifischer Indikationsstellung im Rahmen regelmäßiger ärztlicher Kontakte in unserer Stimulationsambulanz, die Teil der Institutsambulanz ist, möglich. Dies wird ebenfalls von der gesetzlichen Krankenkasse bezahlt.
Forschung zur Gedächtnismodulation
Eine neurowissenschaftliche Grundlagenarbeit zum Thema Gedächtniskodierung untersuchte die Modulierbarkeit des auditiven Sprachgedächtnisses bei gesunden Probanden. Insbesondere wurde untersucht, inwieweit Stimulationsrhythmen eine unterschiedliche Wirkung in verschiedenen Hirnregionen haben könnten.
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Studiendesign
Die Probanden setzten eine Kappe auf, die von Assistenten mit einem speziellen Gel präpariert wurde, um einen sicheren Kontakt zwischen Kopfhaut und Elektroden zu gewährleisten. Das Stimulationsprogramm wurde dann während der Gedächtnisaufgabe abgespielt. Stimulation und Gedächtnisaufgabe wurden gleichzeitig durchgeführt und benötigten nur etwa 20 Minuten pro Tag.
Ergebnisse
Die Ergebnisse zeigen, dass Probanden, die mit einem schnellen ,Gamma’-Rhythmus über dem Frontalhirn stimuliert werden, sich minimal besser an die ersten Wörter (Wörter eins bis vier) einer Wortliste mit insgesamt 20 Wörtern erinnern können. Mit der niederfrequenten ,Theta’-Stimulation über den Parietallappen wurden vor allem die letzten vier Wörter besser erinnert.
Interpretation
Die Autor*innen interpretieren die unterschiedlichen Effekte im Zusammenhang mit dem Vergleich von Arbeitsgedächtnis und Langzeitgedächtnis. Sie spekulieren, dass die leichte Verbesserung insbesondere der ersten Wörter einer Liste als Zeichen für eine Verbesserung des Langzeitgedächtnisses interpretiert werden kann, da diese Wörter zum Zeitpunkt der Abfrage (nach dem Vorlesen) schon länger im Gedächtnis sind. Die Verbesserung bei den letzten Wörtern einer Liste wird im Zusammenhang mit einer Verbesserung des Arbeitsgedächtnisses diskutiert und eher als eine Verbesserung der zeitlichen Trennung der Gedächtnisrepräsentationen nach der Stimulation interpretiert.
Klinische Relevanz
Allerdings lässt sich aus dieser Studie derzeit kein direkter therapeutischer Ansatz ableiten, da die gezeigte Wirkung sehr spezifisch und klein ist. Für eine klinische Untersuchung bei an einer Demenz erkrankten Menschen lässt sich aus der Studie derzeit kein Nutzen ableiten. Sie weist aber in die richtige Richtung. Für die Entwicklung neuer klinischer Verfahren müssen wir die Grundlagen verstehen, bevor relevante klinische Effekte zu erwarten sind.
Kooperationen und Netzwerke
Die Forschung am Klinikum rechts der Isar profitiert von zahlreichen nationalen und internationalen Kooperationen. Dazu gehören:
- Prof. Frank Padberg (München, LMU)
- Prof. Christian Plewia (Tübingen)
- Zentrum für Bewegungsstörungen Passauer Wolf Bad Gögging
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Neurologie
- Uniklinik Köln
- Klinikum Vest, Klinik für NeurologieStroke Unit und Frührehabilitation
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