Die Charité - Universitätsmedizin Berlin hat sich als ein führendes Zentrum für die Behandlung von Bewegungsstörungen, insbesondere mit der Tiefen Hirnstimulation (THS), etabliert. Durch innovative Forschung und modernste Technologien werden hier neue Wege beschritten, um die Lebensqualität von Patientinnen und Patienten mit Parkinson, Dystonie und anderen neurologischen Erkrankungen deutlich zu verbessern.
Ambulante und stationäre Versorgung an der Charité
In der Ambulanz für Bewegungsstörungen, die an den Standorten Campus Charité Mitte (CCM) und Campus Virchow-Klinikum (CVK) angesiedelt ist, werden jährlich etwa 1.000 Patientinnen und Patienten mit Parkinson-Syndromen und Dystonien behandelt. An beiden Standorten kommen routinemäßig Injektionen mit Botulinumtoxinen gegen Dystonien sowie diverse Medikamente bei Parkinson-Syndromen zur Anwendung. Am CCM wird zusätzlich ein Behandlungsangebot für Patientinnen und Patienten mit Bewegungsstörungen in der neurologischen Tagesklinik angeboten.
Ein klinischer Schwerpunkt am CCM liegt in der Behandlung von Patientinnen und Patienten mit Bewegungsstörungen (Parkinson, Tremor, Dystonien) durch die Tiefe Hirnstimulation. Die Terminvergabe für die Sprechstunde "DBS, Tiefe Hirnstimulation" erfolgt über Frau Arnold-Ahmad (Tel.: 450 660 296). Am CVK wird hingegen nach neuen Therapiemöglichkeiten bei sogenannten atypischen Parkinsonsyndromen geforscht. Eine Spezialsprechstunde für atypische Parkinsonsyndrome wird ebenfalls am CVK angeboten (Anmeldung unter Tel.: 450 560 038).
Tiefe Hirnstimulation: Ein Überblick
Die Tiefe Hirnstimulation (THS) ist ein etabliertes Therapieverfahren zur Behandlung von Bewegungsstörungen wie Parkinson, Dystonie und essentiellem Tremor. Bei diesem Verfahren werden feine Elektroden in spezifische Hirnregionen implantiert, um dort kontinuierlich schwache elektrische Impulse abzugeben. Diese Impulse modulieren die Aktivität der Nervenzellen und können so die Symptome der Erkrankung lindern.
Funktionsweise der THS
Während eines operativen Eingriffs werden zwei feine Elektroden ins Gehirn der Patient:innen implantiert. Diese Elektroden sind über Kabel, die unter der Haut verlaufen, mit einem Schrittmacher im Brustraum verbunden. Über den Schrittmacher können verschiedene Stimulationsparameter eingestellt und individuell an die Symptomatik der Patient:innen angepasst werden. Die Stimulation erfolgt gezielt und stetig in den jeweiligen Hirnregionen.
Lesen Sie auch: Kostenübernahme Tiefe Hirnstimulation
Individuelle Anpassung der Stimulation
Drei Monate nach der Operation erfolgt in einem THS-Zentrum die Austestung der bestmöglichen Stimulationseinstellung für die Patient:innen. Dieser Prozess beinhaltet eine systematische Testung der Effekte und Nebenwirkungen bei Stimulation der verschiedenen Elektrodenkontakte. Die Ausprägung der Parkinson-Symptome wie Unterbeweglichkeit, Gangstörungen oder unwillkürliches Zittern (Tremor) ist bei den Erkrankten individuell unterschiedlich und muss bei der Einstellung der Hirnstimulatoren berücksichtigt werden.
Innovationen an der Charité: Softwarebasierte Optimierung der THS
Ein Forschungsteam der Charité - Universitätsmedizin Berlin hat eine Software entwickelt, die die Einstellung der Stimulationsparameter effizienter gestalten soll. Die Software, genannt StimFit, berechnet auf Basis radiologischer Bilddaten des Gehirns der Patient:innen Vorschläge für eine individuelle Stimulationseinstellung, die zu einer Verbesserung der Symptome führen soll.
StimFit: Ein datengesteuerter Algorithmus
Zu den wichtigsten Parametern, die von StimFit berücksichtigt werden, gehören die Stromstärke sowie die genaue Positionierung der stimuliabgebenden Bereiche der Elektroden. Um die genaue Lage der Elektroden im Gehirn anhand von Bilddaten bestimmen und in den Algorithmus einbeziehen zu können, wurde die Open-Source-Software Lead-DBS genutzt, die ebenfalls an der Charité entwickelt wurde. Der Algorithmus von StimFit wurde mit einem Datensatz aus über 600 Stimulationseinstellungen, den dazugehörigen Bilddaten und Wirkungen auf die Symptomatik trainiert.
Klinische Studie zur Validierung von StimFit
In einer Studie mit 35 Parkinson-Patient:innen wurde geprüft, ob die softwarebasierten Einstellungen von StimFit mit den durch klinisches Austesten gefundenen Einstellungen qualitativ mithalten können. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die allgemeine Beweglichkeit und insbesondere auch das Laufen der Patient:innen bei beiden Stimulationseinstellungen gleich gut verbesserte. Dies deutet darauf hin, dass bildgebungsbasierte Algorithmen die klinische Praxis der THS bei Parkinson und anderen Bewegungsstörungen künftig deutlich vereinfachen und es so ermöglichen könnten, die neuesten technischen Fortschritte besser zu nutzen.
Zukünftige Entwicklungen von StimFit
Die Forschenden arbeiten an weiteren Schritten der technischen Optimierung der Software, um die individuellen Unterschiede in der Ausprägung der Parkinson-Symptome besser zu berücksichtigen. Sie entwickeln zudem Modelle, die die Wahrscheinlichkeit von Nebenwirkungen genauer vorhersagen können, um die softwarebasierte Stimulationseinstellung und damit den gewünschten künftigen Therapieerfolg zu verbessern.
Lesen Sie auch: DBS bei Parkinson verstehen
Lead-DBS: Eine Open-Source-Software für die THS-Forschung
Die an der Charité entwickelte Software Lead-DBS wird frei verfügbar als Open-Source Software für Forschungsanwendungen zur Verfügung gestellt (www.lead-dbs.org). Die Software wird in zahlreichen namhaften Zentren weltweit für Forschungsanwendungen genutzt, unterstützte die Durchführung von über 300 Fachbeiträgen auf allen Kontinenten und wurde seit 2015 über 20.000 mal heruntergeladen. Lead-DBS wurde 2015 mit dem Max-Rubner-Preis der Charité und 2016 mit einem Academic Ventures Grant des Harvard Radcliffe Instituts ausgezeichnet.
Hirnaktivitätsmuster als Biomarker für Dystonie
Wissenschaftler der Charité - Universitätsmedizin Berlin haben erstmals nachgewiesen, dass ein bestimmtes Hirnaktivitätsmuster mit der Erkrankungsschwere der Bewegungsstörung Dystonie sowie dem Behandlungserfolg der Tiefen Hirnstimulation zusammenhängt. Die Ergebnisse der Studie können helfen, das Therapieverfahren noch bedarfsgerechter anzupassen und damit die Lebensqualität der Patienten entscheidend zu verbessern.
Theta-Aktivität als Schlüsselindikator
Bei Dystonie-Patienten schwingen die Nervenzellen im sogenannten Theta-Rhythmus von vier bis zwölf Hertz. In der aktuellen Studie wurde eine direkte Assoziation zwischen diesem spezifischen Hirnaktivitätsmuster, der Symptomschwere und dem anschließenden Effekt der Tiefen Hirnstimulation (THS) gefunden. Die gesteigerte neuronale Aktivität kann durch die Stimulation des Globus pallidus internus (GPi) gebremst werden.
Kartierung der Hirnaktivität mit LEAD-DBS
Mittels der an der Charité entwickelten Software "LEAD-DBS" wurde die Amplitude der gefundenen Aktivitätswellen dreidimensional in einem virtuellen Gehirn kartiert. Hier fand sich zusätzlich ein signifikanter lokaler Anstieg ebendieses Aktivitätsmusters genau in dem Hirnareal, wo die THS bei Dystonie am effektivsten ist.
Implikationen für die Therapie
Die Ergebnisse liefern Hinweise für die ursächliche Bedeutung der Theta-Aktivität für die Symptome der Dystonie und bieten einen Erklärungsansatz für die Wirkweise sowie den optimalen Zielpunkt der Tiefen Hirnstimulation bei den betroffenen Patienten. Um die Langzeiteffekte der THS auf die Aktivität der Nervenzellen zu erforschen, werden diese in einer weiteren Studie mit 15 Patienten untersucht.
Lesen Sie auch: Spezialkliniken für Parkinson-Behandlung
Dopamin und tiefe Hirnstimulation bei Parkinson
Forschende der Charité - Universitätsmedizin Berlin konnten zeigen, dass elektrische Impulse mittels tiefer Hirnstimulation die Wirkung des Dopamins nachahmen können. In der Fachzeitschrift Brain wurde der Einfluss des Botenstoffes auf Hirnnetzwerke, die die Absicht einer Bewegung weiterleiten, beschrieben. Ziel ist es, die tiefe Hirnstimulation weiterzuentwickeln.
Maschinelles Lernen hilft beim „Gedankenlesen“
Durch die Messung von Hirnsignalen von Bewegung auslösenden Arealen der Hirnrinde und aus der Tiefe des Gehirns während bewusster Bewegungen und die anschließende Auswertung über eine Gehirn-Computer-Schnittstelle und mit Methoden des Maschinellen Lernens war es möglich, eine Bewegungsabsicht sehr früh, noch vor der eigentlichen Muskelaktivierung, aufzuspüren.
Dopamin beschleunigt die Bewegungsintention
Die Wiederholung des Vorgangs vor und nach einer Gabe des Botenstoffes Dopamin zeigte, dass Dopamin den Prozess von der Bewegungsintention bis zur eigentlichen Durchführung deutlich beschleunigt. Auch die Frequenz der Hirnsignale ändert sich, was zu einer schnelleren Umsetzung einer Bewegung führt.
Grundlage für intelligente Hirnschrittmacher
Durch gezielte tiefe Hirnstimulation konnte der Effekt von Dopamin imitiert werden. Die Kommunikation im Hirnnetzwerk wurde schneller und die für Parkinson typische Bewegungsverzögerung verkürzte sich. Zukünftig könnte die tiefe Hirnstimulation im Sinne einer intelligenten Gehirn-Computer-Schnittstelle eingesetzt werden, um krankhaft veränderte Hirnsignalmuster zu korrigieren und Bewegungsabsichten in Echtzeit zu entschlüsseln und eine Hirnstimulation anzustoßen, sobald sich Patient:innen bewegen wollen.
Adaptive tiefe Hirnstimulation: Ein personalisierter Ansatz
Mit einer Fördersumme von 10 Millionen Euro ist der neue Sonderforschungsbereich RETUNE ein Leuchtturmprojekt zur Individualisierung der Therapie von Bewegungsstörungen wie Parkinson, Dystonie oder essentiellem Tremor. Im Fokus steht die adaptive tiefe Hirnstimulation (THS), die eine bedarfsgerechte Steuerung der Stimulation ermöglicht.
Bedarfsgerechte Stimulation
Eine bedarfsgerechte Steuerung der Stimulation ist sinnvoll, weil die Bewegungsstörungen im Tagesverlauf schwanken. Die Stimulation sollte nur in Phasen schlechter Beweglichkeit oder zur Unterdrückung der Tremorphasen oder unwillkürlicher Bewegungen eingesetzt werden. Darüber hinaus könnten Nebenwirkungen wie Dysarthrie oder eine ausgeprägte Bradykinese durch eine bedarfsgerechte intermittierende Stimulation positiv beeinflusst werden.
Beta-Aktivität als Biomarker
Entscheidend für die bedarfsbasierte Stimulation ist es, einen Biomarker zu identifizieren, der verlässlich den motorischen Status des Patienten widerspiegelt. Untersuchungen der letzten Jahre haben bei Parkinson-Patienten ein neuronales Signal aus dem Zielgebiet der THS identifiziert, eine synchrone, oszillatorische Aktivität im sogenannten Beta-Frequenzbereich um 20 Hertz. Das Ausmaß der Unterdrückung der Beta-Aktivität durch die Therapie ist eng gekoppelt an die motorische Verbesserung. Somit kann für Parkinson-Patienten das subthalamische Signal im Beta-Frequenzband als Biomarker gewertet werden.
Percept Stimulator: Neuronale Signale auslesen
Mit dem neuartigen Percept Stimulator können neuronale Signale über die in den Basalganglien platzierten Elektroden zur THS über einen langen Zeitraum ausgelesen werden. Erste Untersuchungen zeigen, dass die Beta-Aktivität als Biomarker in guter technischer Qualität unter Stimulation nutzbar ist. Die erste klinische Studie zur adaptiven Stimulation startet demnächst an ausgewählten europäischen und US-amerikanischen Zentren.
Netzwerkbasierte Therapie: Das menschliche „Dysfunktom“
Forschende der Charité - Universitätsmedizin Berlin und des Bostoner Brigham and Women’s Hospital haben eine einzigartige Landkarte gestörter Netzwerke im Gehirn erstellt, um exakte therapeutische Zielregionen im Gehirn aufzuzeigen. Die tiefe Hirnstimulation spricht Fehlfunktionen in diesen Netzwerken an und kann maßgeblich Symptome in verschiedenen Bereichen lindern.
Analyse von 534 implantierten Elektroden
Das Team analysierte die Daten von 534 implantierten Elektroden zur tiefen Hirnstimulation bei 261 Patient:innen aus der ganzen Welt, die unter Dystonie, der Parkinson-Krankheit, einer Zwangsstörung oder dem Tourette-Syndrom litten. Mithilfe einer eigens entwickelten Software erfassten die Forschenden die genaue Lage der jeweiligen Elektroden und zeigten daraufhin Nervenbahnen auf, die bei Patient:innen mit optimalen oder auch weniger optimalen Behandlungsergebnissen aktiviert wurden.
Schaltkreise für verschiedene Störungen
Für jede der vier Störungen stellten sich spezifische Schaltkreise heraus, die fehlerhaft funktionierten. Sie waren mit den entsprechenden Regionen im Vorderhirn verbunden, die eine wichtige Rolle für Bewegungsabläufe, Verhaltenssteuerung oder Informationsverarbeitung spielen.
Das menschliche „Dysfunktom“
In Anlehnung an die Begriffe des Konnektoms und des Genoms haben die Forschenden den Begriff des menschlichen „Dysfunktoms“ geprägt, der die Gesamtheit aller gestörten Hirnschaltkreise beschreiben soll, die als Folge von Netzwerkerkrankungen auftreten können.
Erste Behandlungserfolge
Durch Feinabstimmung und eine präzise Platzierung der Elektroden ließen sich unter anderem die Symptome schwerer, behandlungsresistenter Zwangsstörungen lindern. Die Technik soll weiterentwickelt werden, um fehlerhafte Hirnschaltkreise noch hochauflösender für spezifische Symptome abzugrenzen und die Behandlung bestmöglich individuell abzustimmen.
tags: #tiefe #hirnstimulation #charite