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Medizin Elektroden im Gehirn

Hirnforscher entdecken immer mehr Gehirnregionen, in denen sie mit schwachen elektrischen Reizen schwere Krankheiten lindern können.

07.01.2011 18:32
Margit Mertens
Therapie für Schwerst-Depressive: Elektroden normalisieren die Aktivität in den Nervenzellen. Foto: Universitätsklinikum Bonn

Karl-Heinz F. hat Parkinson. Ein Mangel des Botenstoffes Dopamin stört die Nachrichtenübermittlung in den Hirnregionen, die Bewegungen planen und steuern. Der 60-Jährige litt unter Unterbeweglichkeit bis hin zu einer schmerzhaften Starre. „Ich treibe gerne Sport. Aber Fahrradfahren konnte ich nicht mehr“, erzählt er. Medikamente blieben wirkungslos. Da bot ihm die sogenannte Tiefe Hirnstimulation eine neue Chance. Dabei blockieren ähnlich einem Herzschrittmacher schwache elektrische Impulse diejenigen Areale, die für die typischen Symptome der Parkinson Krankheit verantwortlich sind. Dafür hat ihm Professor Volker Coenen von der Universitätsklinik Bonn hauchdünne Elektroden punktgenau ins Gehirn implantiert.

Bei Parkinson kommen dafür der Globus pallidus in Frage, der Ausgangskern der Basalganglien, oder der subthalamische Kern im Zwischenhirn, ebenfalls ein Teil der Basalganglien. Laut einer aktuellen US-Studie sind beide Bereiche gleich gut geeignet. Bereits wenige Tage nach dem Eingriff ging Karl-Heinz F. mit seinem Hund, einem Labrador, auf dem Venusberg neben dem Klinikgelände spazieren: „Ich kann gar nicht beschreiben, was das für ein Gefühl ist, wenn plötzlich diese Unbeweglichkeit weg ist.“ Er rät jedem Betroffenen, eine solche Chance zu nutzen. „Wir können Parkinson zwar bisher nicht heilen, dafür aber gut behandeln“, sagt Neurochirurg Coenen.

Bei Parkinson ist die Tiefe Hirnstimulation seit Anfang der 90er Jahre etabliert, weltweit hat sie bisher bei rund 50?000 Menschen die Symptome wie Steifheit, Verlangsamung, Gleichgewichtsstörungen oder unkontrolliertes Zittern gelindert. In jüngster Zeit geraten jedoch immer mehr psychische oder neurologische Störungen des Gehirns in den Fokus von Gehirnforschern, Psychiatern und Neurochirurgen. An immer neuen Hirnarealen wird mit elektrischen Impulsen experimentiert. Clement Hamani und Kollegen, Neurochirurgen von der Universität Toronto, sprechen in einem Übersichtsartikel gar von einer Aufbruchsstimmung. Ende November haben Neurochirurgen der Universität Tübingen europaweit dem ersten Epilepsiepatienten einen „Hirnschrittmacher“ implantiert. Basierend auf einer umfassenden, aktuellen US-Studie ist die Tiefe Hirnstimulation als Behandlungsmethode bei Epilepsie seit August auch in Europa zugelassen. In Deutschland leiden rund 600?000 Menschen an Epilepsie.

Der Grund ist ein gestörter Rhythmus der elektrischen Entladung von Nervenzellen. Rund ein Drittel der Patienten spricht nicht auf eine medikamentöse Behandlung an. „Die Tiefe Hirnstimulation bei Epilepsie ist eine neue Möglichkeit für Patienten, denen andere Therapien nicht helfen“, sagt Alireza Gharabaghi von der Tübinger Neurochirurgie. „Sie ist bereits bei Bewegungsstörungen wie Parkinson, Dystonie oder Tremor, einem unwillkürlichen Zittern, eine etablierte Behandlungsmethode, wenn Medikamente versagen. Für die Epilepsie stellt sie eine neue Möglichkeit für Patienten dar, denen andere Therapien nicht helfen.“ In Tübingen werden damit bereits chronische Schmerzen und Lähmungen nach Schlaganfällen und Hirnblutungen behandelt. Zielpunkt der elektrischen Stimulation bei Epilepsie ist der anteriore Thalamus, eine zentrale Verschaltungsstelle in der Mitte des Gehirns. Die Stimulation erfolgt dann in einem festen Rhythmus: eine Minute Stimulation, fünf Minuten Pause, eine Minute Stimulation. Bemerken die Implantat-Träger an dem Auftreten einer Aura, dass ein Anfall bevorsteht, können sie einen „Notfall“-Knopf zur sofortigen Stimulation betätigen, falls sie gerade in der Pausen-Phase sind.

Doch auch bei psychischen Krankheiten kommt die Tiefe Hirnstimulation immer häufiger zum Einsatz, wenn Medikamente erfolglos sind. Beispiel Depressionen: Allein in Deutschland leiden rund vier Millionen Menschen daran, etwa jeder fünfte Erkrankte bringt sich um. Bei dieser Stoffwechselstörung im Gehirn sind die Botenstoffe, die die Signalübermittlung, also Denken und Fühlen, regeln, reduziert oder ihre Übertragung von einer Nervenzelle zur anderen funktioniert fehlerhaft. Das können die rund 40 verschiedenen zugelassenen Antidepressiva wieder ins Gleichgewicht bringen – allerdings nur bei 70 Prozent der Betroffenen.

Sich umzubringen hat auch eine 64 Jahre alte Frau schon zwei Mal versucht, bevor sie sich 2008 hilfesuchend an das Heidelberger Universitätsklinikum wandte. Seit ihrem 18. Lebensjahr lebte sie mit der Hoffnungs-, Freud- und Antriebslosigkeit der Depression. Alle bisherigen Behandlungsversuche mit Medikamenten oder Verhaltenstherapie halfen wenig.

Im Gehirn werden die Informationen nicht nur chemisch durch Botenstoffe wie Dopamin und Serotonin, sondern auch elektrisch weitergegeben. Diesen Weg verfolgte das Heidelberger Ärzteteam um den Psychiater Alexander Sartorius bei der 64-Jährigen. Nachdem auch durch eine zweiwöchige Elektrokrampftherapie unter Narkose keine befriedigende Verbesserung erreicht wurde, wandten sie die Tiefe Hirnstimulation an. Sartorius setzte die Elektroden in die Habenula im Zwischenhirn ein, die kontinuierlich stimuliert wird. Die Heidelbergerin ist seit dem Eingriff im Juni 2008 beschwerdefrei.

Der Erfolg der Operation wurde durch unabsichtliches Abschalten der Elektrode bestätigt: Nach einem Fahrradunfall musste wegen eines EKG der Hirnschrittmacher kurzzeitig ausgeschaltet werden. „Nachdem er versehentlich für einige Tage nicht wieder aktiviert worden war, kehrte die Depression prompt zurück“, schildert Sartorius. Nach erneutem Einschalten verbesserte sich der Zustand der Patientin wieder.

Auch Thomas Schläpfer von der Bonner Uniklinik für Psychiatrie setzt die Tiefe Hirnstimulation bei schwerst Depressionskranken ein, um ihren gestörten Stoffwechsel im Gehirn ins Lot zu bringen. Er setzt den Nucleus accumbens unter Strom, eine kleine, aber zentrale Struktur des Belohnungssystems im unteren Teil des Vorderhirns. Er gehört zum Gefühlszentrum und bewertet ein- und ausgehende Informationen. Diese Gewichtung scheint bei einigen psychischen Störungen aus dem Tritt geraten zu sein.

Schläpfers Depressions-Patienten, die jahrelang auf keine Therapie angesprochen hatten, reagierten alle positiv auf die Tiefe Hirnstimulation, erste Wirkungen zeigten sich oft schon nach wenigen Tagen, bei einigen Patienten verbesserte sich das Befinden deutlich. „So beobachteten wir unter anderem eine zunehmende Aktivität der Patienten“, erklärt Schläpfer. „Das ging so weit, dass einige von ihnen nach vielen Jahren der Arbeitsunfähigkeit sogar wieder arbeiten konnten. Keiner hatte jemals zuvor in ähnlich starker Weise auf irgendeine Therapie angesprochen.“ Auch nach einem Jahr wirkt die Stimulation noch so gut wie zu Studienbeginn und verändert weder die Hirnfunktion noch die Persönlichkeit. Die elektrische Reizung des Nucleus accumbens kommt auch bei Zwangsstörungen zum Tragen, wenn weder medikamentöse noch verhaltenstherapeutische Maßnahmen greifen.

Als Volker Sturm, Neurochirurg an der Universität Köln, vor rund zehn Jahren damit begann, Zwangspatienten mit elektrischer Stimulation zu behandeln, war er wohl einer der ersten in Deutschland, der diese Therapie gegen psychische Störungen einsetzte.

Menschen mit einer Zwangsstörung, sie gehört zu den Angsterkrankungen, müssen sich ständig die Hände waschen, Türen, Licht oder Herdplatten kontrollieren oder immer wieder die Stifte auf dem Schreibtisch akribisch ordnen. 80 Prozent von ihnen kann mit Verhaltenstherapie und Medikamenten geholfen werden.

Auch Damiaan Denys von der Universität Amsterdam konnte im Oktober in einer kleinen Studie zeigen, dass die Tiefe Hirnstimulation für therapieresistente Zwangserkrankte eine Chance darstellt: Bei neun von 16 Probanden haben sich nach knapp zwei Jahren die Symptome wie das krankhafte Wiederholen immer der gleichen Handlungen oder Gedanken erheblich verbessert.

Sturm hat ebenfalls einigen Patienten mit Tourette-Syndrom Elektroden in diesem Fall in den Thalamus, einem Bereich im Zwischenhirn, implantiert und konnte so ihre Tics wie häufiges, völlig unkontrolliertes Schreien, Fluchen, Grimassen schneiden oder Zuckungen deutlich lindern.

Im August hat der Bonner Neurochirurg Coenen eine interessante neue Zielstruktur entdeckt, mit deren Stimulation möglicherweise mehrere Störungen behandelt werden könnten. Das Team um Coenen wertete historische Hirnoperationen aus. Bis vor gut 20 Jahren zerstörten Ärzte als Ultima Ratio bei unbehandelbaren Depressionen gezielt bestimmte Hirnregionen. In Frage kamen vier Areale in völlig unterschiedlichen Regionen des Gehirns. Coenen konnte nun zeigen, das diese Regionen einen gemeinsamen Nenner haben: Sie alle sind mit dem medialen Vorderhirnbündel „verdrahtet“. „Dabei handelt es sich um eine Art Kabelstrang, der sich vom tief liegenden Hirnstamm bis zur Hirnrinde zieht“, erklärt Coenen. Er nennt es den „Euphorie-Schaltkreis“, der ein interessantes Stimulations-Ziel beispielsweise für die Behandlung von Depressionen sein könnte.

Die Rolle des Vorderhirnbündels bei menschlichen Gefühlen wurde – im Gegensatz zu Tieren – jedoch nie näher untersucht. Ein Grund: Die genaue Struktur war beim Menschen bisher unbekannt und wurde erst kürzlich von den Bonner Forschern zum ersten Mal beschrieben. „Wie Hirnareale miteinander verbunden sind, ließ sich in der Vergangenheit nur mit großem Aufwand an Hirnschnitten von Verstorbenen sichtbar machen“, erklärt Coenen. Erst moderne Methoden wie die Kernspintomographie machen das bei lebenden Gehirnen möglich.

Mit dem Tomograph wird auch der hochpräzise Eingriff bei der Implantation der Elektroden verfolgt, um den Zielort der Drähte millimetergenau zu bestimmen und auf dem Weg dorthin kein intaktes Gewebe zu schädigen. Da das Gehirn schmerzunempfindlich ist, reicht eine örtliche Betäubung der Kopfhaut.

Anfang November hat Sturms Kölner Team weltweit erstmals einen achtarmigen Schrittmacher bei einem 58-jährigen Parkinson-Patienten implantiert. Dadurch können unterschiedliche Hirnareale individuell dosiert und variabel stimuliert werden. In den nächsten Monaten werden als Testphase weltweit 40 Menschen den neuen Hirnschrittmacher erhalten.

Angesichts teilweise geringer Fallzahlen warnen die Wissenschaftler allerdings vor übertriebener Hoffnung. „Bei Eingriffen ins Gehirn muss man in besonderer Weise ethische Faktoren abwägen“, betont Schläpfer.

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