Die Erforschung des menschlichen Gehirns hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht. Insbesondere die Entwicklung von Hirnstimulationstechniken und bildgebenden Verfahren wie der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) eröffnet neue Möglichkeiten, die neuronalen Grundlagen kognitiver Prozesse wie des Lesens zu verstehen und neurologische Erkrankungen wie Parkinson und Demenz zu behandeln.
Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT): Einblick in die Gehirnaktivität
Die fMRT ist eine nicht-invasive Methode, um die Aktivität des Gehirns in Echtzeit zu visualisieren. Sie basiert auf dem BOLD-Effekt (Blood Oxygen Level Dependent), der die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften von oxygeniertem und desoxygeniertem Blut nutzt.
Funktionsweise der fMRT
- Magnetfeld: Der Kopf der Person wird in ein starkes Magnetfeld eingetaucht, das die Moleküle und geladenen Teilchen im Gehirn ausrichtet.
- Radiosignal: Ein Radiosignal stört diese Ausrichtung.
- Reflexionsspektrum: Nach dem Abschalten des Radiosignals strahlen die Moleküle ein charakteristisches Signal aus, aus dem ein Reflexionsspektrum des Areals berechnet werden kann.
- Karte der Gehirnaktivität: Aus dem Reflexionsspektrum wird eine Karte der Gehirnaktivität erstellt.
Bei der Stimulation von Kortex-Arealen kommt es zu einer Steigerung der kortikalen Metabolismusrate (CMRO2), und das aktivierte Areal reagiert mit einem erhöhten regionalen zerebralen Blutfluss (rCBF). Dabei wird mehr Sauerstoff antransportiert, als die neuronale Aktivität verbrauchen kann. Das Verhältnis von Oxyhämoglobin zu Desoxyhämoglobin verschiebt sich zu Gunsten des Oxyhämoglobins, was die Signalintensität beeinflusst.
Ablauf einer fMRT-Untersuchung
- Prescan: Ein kurzer Scan mit geringer Auflösung zur Überprüfung der korrekten Lagerung des Patienten.
- Anatomischer MRT-Scan: Ein räumlich hoch auflösender Scan zur detaillierten Darstellung der Anatomie des Gehirns.
- Funktioneller Scan: Präsentation von wiederholten Reizen oder Aufgaben, um die Gehirnaktivität während verschiedener Zustände zu untersuchen.
Anwendungen der fMRT
Die fMRT findet breite Anwendung in der Neurologie, Neuropsychologie und im Neuromarketing. Sie ermöglicht die Analyse neuronaler Wirkungsmechanismen, die Identifizierung von Gehirnarealen, die für bestimmte kognitive Prozesse zuständig sind, und die Untersuchung unbewusster Entscheidungsprozesse.
Hirnstimulation zur Verbesserung des Gedächtnisses
Elektrische Hirnstimulation kann bei älteren Menschen das Kurzzeit- und das Langzeitgedächtnis verbessern. In einer Studie konnten sich Senioren, die an vier aufeinander folgenden Tagen 20-minütige Hirnstimulationen erhielten, an deutlich mehr Wörter einer Liste erinnern als Personen in einer Kontrollgruppe. Die Verbesserung war auch nach einem Monat noch messbar.
Lesen Sie auch: Kostenübernahme Tiefe Hirnstimulation
Transkranielle Wechselstromstimulation (tACS)
Bei der tACS werden spezielle elektrische Wechselströme verwendet, um Veränderungen in der Gehirnaktivität anzuregen. In der Studie wurden 60 Senioren im Alter von 65 bis 88 Jahren Kopfhauben mit Elektroden aufgesetzt, die schwache elektrische Ströme auf die Kopfhaut der Probanden leiten konnten. Die Forscher teilten die Studienteilnehmer in drei Gruppen auf:
- Stimulation des unteren Scheitellappens (inferiore Parietallappen), der eine wichtige Funktion für das Kurzzeitgedächtnis hat.
- Stimulation des oberen seitlichen Stirnlappens (dorsolateralen präfrontalen Cortex), der bedeutsam ist für das Langzeitgedächtnis.
- Keine Stimulation (Kontrollgruppe).
Die Gruppe, deren Langzeitgedächtnis stimuliert worden war, zeigte bereits am zweiten Tag eine bessere Leistung beim Erinnern an die ersten Wörter auf der Liste. Die Gruppe mit der Stimulation des Kurzzeitgedächtnisses erreichte ab dem dritten Tag eine klar bessere Leistung beim Erinnern an die letzten Wörter auf der Liste.
Kritische Bewertung
Johannes Levin vom Deutschen Zentrum für neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in München sieht in der Studie zwar einen interessanten Ansatz, allerdings führe er nur zu einer Symptomlinderung, nicht zu einer Bekämpfung der Ursache von Gedächtnisdefiziten. Paul Lingor, Leiter der Spezialambulanz für Motoneuronerkrankungen an der Technischen Universität München, erkennt noch keinen unmittelbaren Nutzen für den Patienten. Zudem sei die Frage nicht beantwortet, ob sich mit herkömmlichem Gedächtnis-Training nicht ähnliche Erfolge erzielen lassen.
Hirnstimulation zur Behandlung von Legasthenie
Eine Studie von Costanzo et al. untersuchte die Effekte einer mehrmaligen transkraniellen Stimulation entsprechender Gehirnbereiche über einen längeren Zeitraum bei Kindern mit Legasthenie. Die Probanden führten zwei Leseübungen durch, während auf den linken parieto-temporalen Regionen eine transkraniale Stimulierung von 0,04 mA/cm2 stattfand. Die Schüler, die neben dem kognitiven Training auch die transkranielle Stimulation erhielten, konnten die Anzahl der Lesefehler bei den seltenen Wörtern im Vergleich zur Kontrollbedingung signifikant verringern und ihre Lesegeschwindigkeit bei den Pseudowörtern verbessern.
Tiefe Hirnstimulation (THS)
Die Tiefe Hirnstimulation (THS) ist eine etablierte Behandlung von Bewegungsstörungen wie Parkinson, essentiellem Tremor und Dystonie. Dabei werden Elektroden in bestimmte Kerngebiete des Gehirns implantiert, um die neuronale Aktivität zu modulieren.
Lesen Sie auch: DBS bei Parkinson verstehen
Wirkungsweise der THS
Die THS arbeitet über eine 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. Die THS ist eine symptomatische Behandlung, die die Symptome reduziert, aber keinen Einfluss auf das Vorhandensein oder Voranschreiten der zugrunde liegenden Erkrankung hat.
Indikationen der THS
- Morbus Parkinson (Zielpunkt: Nucleus subthalamicus (STN) oder Globus pallidus internus (GPi))
- Essentieller Tremor (Zielpunkt: Nucleus ventralis intermedius (VIM) des Thalamus)
- Dystonie (Zielpunkt: GPi)
- Fokale Epilepsie (Zielpunkt: anteriorer Thalamus)
- Zwangserkrankungen
- Chronische Depression
Ablauf einer THS-Operation
- Stereotaktischer Ring: Befestigung eines stereotaktischen Rings am Schädelknochen zur Planung und Navigation.
- Bildgebung: Computertomographie und Kernspintomographie zur Darstellung der Hirnstrukturen und Gefäßverläufe.
- Planung: Planung des Zugangswegs zu dem jeweiligen Kerngebiet des Gehirnes unter Berücksichtigung der Gefäßverläufe.
- Implantation der Elektroden: Einführung von Mikroelektroden in das Gehirn zur Ableitung von Nervensignalen und Teststimulation.
- Platzierung der Stimulationselektrode: Detektion des optimalen Stimulationsortes und Platzierung der endgültigen Stimulationselektrode.
- Implantation des Stimulators: Implantation der Kabel und des Stimulators (Impulsgebers) unter der Haut.
Komplikationen und Nebenwirkungen
Komplikationen können durch den chirurgischen Eingriff (z.B. Gehirnblutung, Infektion) oder durch technische Defekte des elektronischen Systems entstehen. Nebenwirkungen der Stimulation können Sprechstörungen, Gefühlsstörungen, Verkrampfungen, Doppelbilder oder psychiatrische Symptome sein.
Tiefe Hirnstimulation bei Parkinson
Die Tiefe Hirnstimulation (DBS) wird bei Parkinson-Patienten seit längerem angewendet. Dabei werden Elektroden an bestimmten Stellen im Gehirn implantiert und senden elektronische Signale aus, die die Symptome der Erkrankung lindern können. Weil die Stimulationen allerdings konstant eingesetzt werden, bringen sie Nebenwirkungen mit sich, unter denen Parkinson-Patienten leiden.
Adaptive Tiefe Hirnstimulation (aDBS)
Ein neues Verfahren, die adaptive Tiefenhirnstimulation (aDBS), soll eine bessere Behandlungsform darstellen. Das aDBS verwendet Daten, die direkt aus dem Gehirn der erkrankten Person stammen, und passt mit Hilfe von Maschinenlernen das Stimulationsniveau in Echtzeit an die Bedürfnisse an. In einer Studie traten unerwünschte Nebeneffekte des herkömmlichen Verfahrens bei Einsatz der aDBS etwa 50 Prozent weniger auf.
Tiefe Hirnstimulation und Geschmacksstörungen
In seltenen Fällen kann die Tiefe Hirnstimulation im Nucleus ventralis intermedius thalami (VIM-THS) zu Geschmacksstörungen (Hypo- und Parageusie) führen. Eine Studie berichtete von einem Patienten mit essentiellem Tremor, der nach Erhöhung der Stimulationsparameter über eine Minderung der Geschmacksempfindung und eine Änderung der Geschmacksqualitäten berichtete. Die Positronenemissionstomographie zeigte eine retroinsuläre Deaktivierung rechts unter effektiver Stimulation.
Lesen Sie auch: Spezialkliniken für Parkinson-Behandlung
Kognitive Stimulation und soziale Teilhabe bei Demenz
Für die meisten an Alzheimer oder an anderen Formen der Demenz erkrankte Menschen bedeutet die lebensverändernde Diagnose auch heute noch, passiv auf wirksame Medikamente oder andere innovative Therapieansätze warten zu müssen.
Kognitive Stimulation
Menschen, die geistig aktiv sind, können die Leistungsfähigkeit ihres Gehirns verbessern - und zwar auch dann, wenn bereits eine neurodegenerative Erkrankung aufgetreten ist. Die Plastizität des Gehirns, also die Fähigkeit dieses komplexen Organs, sich anzupassen und zu verändern, indem es neue Verbindungen zwischen den Nervenzellen aufbaut bzw. bestehende Verbindungen verändert oder stärkt, ist auch bei Demenz-Patienten noch vorhanden.
Soziale Teilhabe
Der Mensch ist ein soziales Wesen, das, zu lange einsam und allein, regelrecht verkümmert wie eine Pflanze ohne Licht und Wasser. Einsamkeit beeinträchtigt die Gehirnfunktionen wesentlich, und führt zudem oft zu Depressionen und Ängsten. Soziale Teilhabe bedeutet, dass Menschen die Möglichkeit haben, aktiv am gesellschaftlichen Leben teilzunehmen und sich in Gemeinschaften einzubringen.
Meta-Studie aus Italien
Eine aktuelle Metastudie aus Italien unterstreicht, welche Möglichkeiten kognitionsorientierte Behandlungen den Patienten und damit auch deren Angehörigen bieten - und dies ganz ohne Nebenwirkungen. Die Ergebnisse dieser großen Meta-Analyse zeigen klar, dass kognitive Stimulation und Training die geistigen Funktionen von Demenz-Patienten deutlich verbessern können.
Praktische Umsetzung
Dr. Arnim Quante, Psychiater und Geschäftsführender Oberarzt der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie an der Friedrich von Bodelschwingh-Klinik und Leiter der Gedächtnisambulanz sowie der gerontopsychiatrischen Institutsambulanz in Berlin, betont, wie wichtig es ist, dass Hausärzte kognitive Stimulation und soziale Teilhabe in ihre Empfehlungen einbinden. Er empfiehlt zudem einfache, zuhause umsetzbare Maßnahmen: Lesen, Rätsel lösen oder ein Instrument spielen sind Aktivitäten, die jeder in seinen Alltag integrieren kann.
tags: #tb #fur #hirnstimulation #fur #lesen