Personalisierte Parkinson-Therapie durch intelligente Hirnstimulation

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Personalisierte Parkinson-Therapie durch intelligente
Hirnstimulation
Bei vielen Krankheiten, die das Gehirn betreffen, wie beispielsweise dem ParkinsonSyndrom, ist die Tiefe Hirnstimulation schon seit Jahrzehnten ein etabliertes
Therapieverfahren. Wie das Verfahren, bei dem den Patienten Sonden in tiefliegende
Hirnareale eingebracht werden, aber genau wirkt, weiß man bislang noch nicht genau. Prof.
Dr. Alireza Gharabaghi und Dr. Daniel Weiss konnten nun mit ihrem Forscherteam in
Tübingen einen direkten Zusammenhang zwischen der Tiefen Hirnstimulation und
neurophysiologischen Grundlagen des Parkinson-Syndroms herstellen. Die Ergebnisse
sollen zur Entwicklung intelligenter Systeme beitragen, mit deren Hilfe Parkinsonpatienten
schon in den nächsten Jahren personalisiert und bedarfsgerecht therapiert werden könnten.
Die Tiefe Hirnstimulation (Deep Brain Stimulation, DBS) ist ein neurochirurgischer Eingriff, mit
dem schon seit den 90er Jahren Patienten mit Bewegungsstörungen erfolgreich behandelt
werden können. Den Betroffenen werden dabei Elektroden implantiert, die umgangssprachlich
auch oft als „Hirnschrittmacher" bezeichnet werden. Diese erreichen die tiefliegenden
Hirnareale. Zur Therapie können elektrische Impulse verabreicht werden, die bei den meisten
Patienten die Symptome wesentlich verbessern. Allein in Deutschland gibt es bisher mehr als
6.000 Patienten mit solchen Neuroimplantaten, und das Universitätsklinikum Tübingen gehört
zu den aktivsten Zentren auf diesem Gebiet. Zu den Anwendungsgebieten der DBS zählt unter
anderem auch das Parkinson -Syndrom. Hier werden durch die elektrischen Impulse die
typischen Symptome Tremor (Zittern) und Rigor (Steifigkeit) in den meisten Fällen deutlich
gemildert; die Betroffenen sind viel autonomer und aktiver als vor der Operation. Obwohl die
Wirksamkeit der DBS in Studien nachgewiesen wurde, ist weitere Forschung notwendig, um die
Wirkungsprinzipien der Therapie auf neuronaler Ebene noch genauer aufzuklären.
Zukünftige Parkinson-Therapie soll bedarfsgerecht sein
Prof. Dr. Alireza Gharabaghi vom Werner Reichardt Centrum für Integrative
Neurowissenschaften der Universität Tübingen (CIN) und Dr. Daniel Weiss vom Hertie-Institut
für klinische Hirnforschung (HIH) des Universitätsklinikums Tübingen beschäftigen sich mit
ihrem Forscherteam schon seit einiger Zeit mit dem Zusammenhang zwischen der Tiefen
Hirnstimulation und der Funktionsweise der Therapiemethode beim Parkinsonsyndrom. Die
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Erst wenn die Neurowissenschaftler die neurophysiologischen Grundlagen der Gehirnfunktion verstehen, kann
auch eine bedarfsgerechte und individuelle Therapie für den einzelnen Patienten entwickelt werden. ©
Universitätsklinikum Tübingen
beiden Neurowissenschaftler sind Spezialisten auf dem Gebiet – sowohl in der Forschung als
auch in der Klinik: Der Neurochirurg Gharabaghi führt diesen Eingriff, den er als
„hochstandardisiert, aber dennoch anspruchsvoll" bezeichnet, gemeinsam mit einem
interdisziplinären Team durch.
Die Forschungsarbeiten der beiden Neurowissenschaftler sind darauf ausgerichtet, die
Funktionsweise des Therapieverfahrens zu verstehen, um die Behandlung fortlaufend
weiterentwickeln zu können: „Unser Ziel ist es, die Patienten möglichst individuell therapieren
zu können", erklärt Gharabaghi. „Das heißt, wir wollen in Zukunft die Hirnstimulation so
intelligent gestalten, dass die Therapie personalisiert und sehr spezifisch auch für die jeweilige
Tagesform des Patienten ablaufen kann." Und der Neurologe Weiss fügt hinzu: „Unser
Forschungsinteresse gilt einer bedarfsgerechten Therapie für Symptome wie Gangblockaden.
Um eine solche Therapie aber entwickeln zu können, sind physiologische Erkenntnisse über die
neuronalen Grundlagen von Gangblockaden und die Wirkungsweise der Tiefen Hirnstimulation
von Bedeutung."
Der Kern der Parkinson -Erkrankung ist eine Neurodegeneration – ein langsames Absterben
von Dopaminneuronen in bestimmten Hirnarealen, die vor allem für die Kontrolle von
Bewegungen zuständig sind. Obwohl diese Degeneration anfangs nur sehr umschriebene
Bereiche des Gehirns umfasst, entstehen Funktionsstörungen des Gehirns in weit verbreiteten
Hirnarealen. „Das kann man sich etwa so vorstellen wie ein Computernetzwerk, das nicht mehr
kommunizieren kann, wenn ein umschriebener Teil ausfällt", beschreibt Gharabaghi das
Syndrom. Und Weiss fügt hinzu: „Das gilt auch für die Parkinson -Erkrankung: Die Hirnaktivität
wird durch das Absterben der Nervenzellen in großem Maße negativ beeinflusst, was dann die
Symptome wie Steifigkeit oder Bewegungsstörungen bedingt. Und daran knüpft die
Hirnstimulation an – das System kann durch den Impuls dann plötzlich wieder funktionieren."
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DBS stimuliert ausgedehnte Hirnareale
Dr. Daniel Weiss ist Facharzt für Neurologie mit Schwerpunkt Neurodegenerative Erkrankungen. Er forscht am
Hertie-Institut für klinische Hirnforschung der Universität Tübingen. © Universitätsklinikum Tübingen
Um einen Zusammenhang zwischen der Funktionsweise der DBS und den physiologischen
Grundlagen des Parkinsonsyndroms herstellen zu können, untersuchten die Tübinger
Neurowissenschaftler in den letzten Monaten über 20 Patienten anhand von Hirnströmen.
Hierzu wurde zu verschiedenen Zeitpunkten während und nach der Implantation der
Elektroden Oberflächen-EEGs auf der Kopfhaut durchgeführt und dadurch gemessen, wie sich
die Tiefe Hirnstimulation des Nucleus subthalamicus auf die Verschaltung und Kommunikation
von Neuronengruppen des Großhirns auswirkt. Anhand der elektrophysiologischen Messungen
konnten die Wissenschaftler dann untersuchen, wie die Nervenzellen im Netzwerk Gehirn
miteinander kommunizierten.
Das Ergebnis war, dass durch die Hirnstimulation die Kommunikation zwischen den
Nervenzellen nicht nur erleichtert, sondern auch wesentlich effizienter wurde. Aber nicht nur
das, sie stellten zudem fest, dass nicht wie bisher vermutet eine nur relativ kleine Region des
Gehirns moduliert wird: „Unsere Befunde deuten darauf hin, dass die Stimulation Effekte auf
weite Bereiche des Gehirns hat", so Gharabaghi. Die Ergebnisse können Grundlage für eine
ganz neue, symptomatische Therapie des Parkinson -Syndroms werden: „Es deutet sich ein
Paradigmenwechsel an", wie Gharabaghi sagt. „Während man bisher versucht hat, bestimmte
Areale zu detektieren, also lokale Eigenschaften zu nutzen, wird man nun zunehmend nach
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Verbindungsmustern zwischen den Hirnarealen suchen und versuchen müssen, solche
Knotenpunkte zu stimulieren."
Entwicklung neuer intelligenter Therapiesysteme
Die Neurowissenschaftler bezeichnen solche Messungen als elektrophysiologische Biomarker.
Der neue Biomarker liefert wertvolle Hinweise darauf, um die Tiefe Hirnstimulation in Zukunft
noch besser an die Bedürfnisse des Patienten anzupassen. „Unsere Idee ist es, Stimulatoren
noch intelligenter zu machen", so Weiss. Während die Geräte bisher noch manuell vom Arzt
oder Patienten eingestellt werden müssen, wollen die Tübinger Forscher mit Hilfe ihrer
Erkenntnisse neue, intelligente Stimulatoren entwickeln – sogenannte „Closed-loop-Systeme".
Sie könnten aus der elektrischen Hirnaktivität Symptome bereits vorhersagen, bevor sie wenige
Sekunden später für den Patienten einsetzen, und durch elektrische Impulse sofort behandeln,
noch bevor die Symptome für den Patienten überhaupt spürbar werden. „Die Firmen sind
schon auf dem Weg, die Hardware zu entwickeln", sagt Weiss. „Unsere Aufgabe ist es nun, die
passenden Algorithmen zu ermitteln." In einer engen Zusammenarbeit zwischen allen Partnern
wollen die Neurowissenschaftler schon in den nächsten Jahren ein personalisiertes und
bedarfsgerechtes Therapieverfahren für Parkinsonpatienten anbieten. Dabei würden die
intelligenten Stimulatoren auch die Fluktuation innerhalb des Tages berücksichtigen: „Ein
Gerät, das sich dementsprechend anpasst, zum Beispiel schon vor einer Gangblockade, ist
unser Ziel in den nächsten drei bis fünf Jahren", wie der Neurologe erklärt.
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Fachbeitrag
29.10.2015
Petra Neis-Beeckmann
BioRegio STERN
© BIOPRO Baden-Württemberg GmbH
Weitere Informationen
Prof. Dr. Alireza Gharabaghi
Sektion für Funktionelle und Restaurative Neurochirurgie
Neurochirurgische Universitätsklinik und Zentrum für Integrative Neurowissenschaften
Otfried-Müller-Str. 45
72076 Tübingen
Tel.: +49 (0) 7071 29-85849
E-Mail: alireza.gharabaghi(at)uni-tuebingen.de
Dr. Daniel Weiss
Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH)
Zentrum für Neurologie mit Schwerpunkt Neurodegenerative Erkrankungen
Universitätsklinikum Tübingen
72076 Tübingen
Tel.: +49 (0) 7071 29-82340
E-Mail: daniel.weiss(at)uni-tuebingen.de
Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH),
Tübingen
Neurologie mit Schwerpunkt Neurodegenerative Erkrankungen, Universitätsklinikum
Tübingen
Der Fachbeitrag ist Teil folgender Dossiers
Neurodegenerative Krankheiten
Neurodegenerative Erkrankungen
Neurologie
Gehirn
Therapie
Hertie-Institut für klinische Hirnforschung
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