Hirnschrittmacher senden elektrische Impulse über einen dünnen Draht in bestimmte Regionen des Gehirns, um die für die Parkinson’sche Krankheit charakteristischen Fehlimpulse zu unterdrücken. Solche Drähte sind bis zu zwei Millimeter dick und rund zehn Zentimeter lang. Neurologen und Neurowissenschaftler der Universität Lübeck arbeiten derzeit an intelligenten Hirnschrittmachen und entwickeln sie zudem so weiter, dass die Sonden biologisch besser verträglich sind. Zum einen werden die Sonden bedeutend kleiner sein, sie sollen um den Faktor zehn schrumpfen und aus flexiblen dünnen Folien gefertigt werden. Ziel ist es, die mechanische Belastung des Hirns so gering wie möglich zu halten. Vor allem aber soll das neue System das Hirn nicht dauerhaft stimulieren. Heutige Impulsgeber sind, einfach gesagt, "dumm" und senden dauerhaft einen Impuls mit einer Frequenz von 130 Hertz in das Gehirn. Das hilft zwar den Patienten, und die Therapie ist seit einem Jahrzehnt bewährt. Dennoch wird von Nebenwirkungen wie Kribbeln, Sprechstörungen, Augenbewegungsstörungen und Muskelverkrampfungen berichtet, die eine Folge des Dauerreizes sein könnten. Die Lübecker Wissenschaftler setzen darum auf die intelligente Hirnstimulation:
"Wir arbeiten auf ein adaptives Verfahren hin, das nur dann stimuliert, wenn der Patient tatsächlich ein Bedürfnis danach hat, wenn Signale so geschaltet werden, dass der Computer erkennt: Ja, jetzt möchte der Patient seine Bewegung ausführen und jetzt unterstützen wir ihn dabei, aber auch nur dann."
So Dr. Ulrich Hofmann vom Institut für Signalverarbeitung und Prozessrechentechnik der Universität Lübeck. Der Informationstechnikspezialist setzt dafür auf einen Kleincomputer, der eine Rechenleistung vergleichbar der eines drei Jahre alten PCs hat. Dieser soll künftig entscheiden: Braucht das Gehirn Unterstützung oder nicht. Die künftigen Sonden werden also zuerst Signale im Gehirn messen, sie an die Recheneinheit senden und erst dann setzt falls nötig die Stimulation ein. Stimuliert wird letztlich nur ein winziger Bereich im Gehirn, der so genannte subthalamische Nukleus, der die Größe eines Reiskorns hat. Diese Region verantwortet die Ausschüttung eines reizhemmenden Botenstoffes, der Gammaaminobuttersäure, kurz GABA genannt. Fehlt diese Ausschüttung oder ist sie gehemmt, entsteht ein Zuviel an unkontrollierter Motorik, das von Parkinson-Patienten bekannt ist.
"Das heißt, wir müssen aus den elektrischen Signalen die herausfinden, die tatsächlich nur für die hemmenden Zellen sprechen, die diese repräsentieren, und dies auch richtig interpretieren: War das nun eine Bewegung oder war das ein Zufallssignal?"
Im Tierversuch konnten die Lübecker Forscher erste neurochemische Zusammenhänge ergründen. Denn obwohl das Verfahren seit zehn Jahren eingesetzt wird, weiß man wenig darüber, warum es wirkt. Viele schwache Signale überlagern sich im Gehirn. Der Neurologieprofessor Ulrich Moser über den Stand der Arbeiten:
"Der nächste Schritt ist, über Lebendversuche im Tiermodell eine Möglichkeit zu erarbeiten, wie man diese zu schwachen Signale elektrisch identifizieren kann, um sie elektrisch zu verstärken und als verstärktes Signal ans Gehirn zurückzugeben."
Diese Rückkoppelung soll einmal für bessere Ergebnisse und weniger Nebenwirkungen sorgen.
"Die Idee, die also hinter dieser bedarfsgerechten Stimulation steckt, ist, dass man die Signale, die im Rahmen der Erkrankung zu schwach sind, und zu schwach in den Nukleus subthalamicus einmünden, verstärkt, und so den krankheitsbedingten Mangel an Hemmung ausgleicht, durch die Tiefenhirnstimulation."
Dabei werden die neuen Sonden wesentlich kleiner ausfallen, nur 200 bis 300 Mikrometer breit werden und aus einer weichen Folie bestehen, die im Hirn mitschwimmen kann, wie es die beiden Forscher ausdrücken. Darauf werden sich nanometergroße Edelmetall-Elektroden befinden, die vom Gehirn nicht abgestoßen werden. Erste Tests am Menschen könnten in drei Jahren beginnen. Das Bundesforschungsministerium hat erst kürzlich weitere Gelder für das Projekt bewilligt.
"Wir arbeiten auf ein adaptives Verfahren hin, das nur dann stimuliert, wenn der Patient tatsächlich ein Bedürfnis danach hat, wenn Signale so geschaltet werden, dass der Computer erkennt: Ja, jetzt möchte der Patient seine Bewegung ausführen und jetzt unterstützen wir ihn dabei, aber auch nur dann."
So Dr. Ulrich Hofmann vom Institut für Signalverarbeitung und Prozessrechentechnik der Universität Lübeck. Der Informationstechnikspezialist setzt dafür auf einen Kleincomputer, der eine Rechenleistung vergleichbar der eines drei Jahre alten PCs hat. Dieser soll künftig entscheiden: Braucht das Gehirn Unterstützung oder nicht. Die künftigen Sonden werden also zuerst Signale im Gehirn messen, sie an die Recheneinheit senden und erst dann setzt falls nötig die Stimulation ein. Stimuliert wird letztlich nur ein winziger Bereich im Gehirn, der so genannte subthalamische Nukleus, der die Größe eines Reiskorns hat. Diese Region verantwortet die Ausschüttung eines reizhemmenden Botenstoffes, der Gammaaminobuttersäure, kurz GABA genannt. Fehlt diese Ausschüttung oder ist sie gehemmt, entsteht ein Zuviel an unkontrollierter Motorik, das von Parkinson-Patienten bekannt ist.
"Das heißt, wir müssen aus den elektrischen Signalen die herausfinden, die tatsächlich nur für die hemmenden Zellen sprechen, die diese repräsentieren, und dies auch richtig interpretieren: War das nun eine Bewegung oder war das ein Zufallssignal?"
Im Tierversuch konnten die Lübecker Forscher erste neurochemische Zusammenhänge ergründen. Denn obwohl das Verfahren seit zehn Jahren eingesetzt wird, weiß man wenig darüber, warum es wirkt. Viele schwache Signale überlagern sich im Gehirn. Der Neurologieprofessor Ulrich Moser über den Stand der Arbeiten:
"Der nächste Schritt ist, über Lebendversuche im Tiermodell eine Möglichkeit zu erarbeiten, wie man diese zu schwachen Signale elektrisch identifizieren kann, um sie elektrisch zu verstärken und als verstärktes Signal ans Gehirn zurückzugeben."
Diese Rückkoppelung soll einmal für bessere Ergebnisse und weniger Nebenwirkungen sorgen.
"Die Idee, die also hinter dieser bedarfsgerechten Stimulation steckt, ist, dass man die Signale, die im Rahmen der Erkrankung zu schwach sind, und zu schwach in den Nukleus subthalamicus einmünden, verstärkt, und so den krankheitsbedingten Mangel an Hemmung ausgleicht, durch die Tiefenhirnstimulation."
Dabei werden die neuen Sonden wesentlich kleiner ausfallen, nur 200 bis 300 Mikrometer breit werden und aus einer weichen Folie bestehen, die im Hirn mitschwimmen kann, wie es die beiden Forscher ausdrücken. Darauf werden sich nanometergroße Edelmetall-Elektroden befinden, die vom Gehirn nicht abgestoßen werden. Erste Tests am Menschen könnten in drei Jahren beginnen. Das Bundesforschungsministerium hat erst kürzlich weitere Gelder für das Projekt bewilligt.