Der Patient hat Parkinson in fortgeschrittenem Stadium. Die Medikamente helfen nicht mehr richtig, immer wieder zittern Arme und Beine völlig unkontrolliert. In einem derart schweren Fall bleibt noch eine Therapie - der so genannte Hirnschrittmacher.
"Beim Hirnschrittmacher handelt es sich um eine Elektrode. Die wird in bestimmte Teile des Gehirns implantiert. Diese Elektrode steht in Verbindung mit Kabeln unter der Haut, die zu einer Batterie und einer Steuerelektronik führen."
... sagt Professor Peter Tass vom Forschungszentrum Jülich. Bei Parkinson werden bestimmte Regionen des Gehirns überaktiv: Und zwar schalten sich dort mehrere Hirnzellen zusammen und feuern gleichzeitig und absolut synchron Nervenimpulse ab - unter anderem mit der Folge, dass die Hände des Erkrankten heftig und unkontrolliert zittern. Auf eben diese fälschlich zusammen geschalteten Nervenzellen zielt der Hirnschrittmacher. Er steuert mit künstlichen elektrischen Pulsen dagegen.
"Mehr als 100 elektrische Reize pro Sekunde werden dauerhaft verabreicht, um diese Nervenzellen quasi zu blockieren und das Feuern dieser Nervenzellgebiete zu unterdrücken."
Diese so genannte Tiefenhirnstimulation gibt es seit rund zehn Jahren, und sie zeigt spektakuläre Erfolge: Manche Patienten mit starken Symptomen können nach der Implantation sogar wieder arbeiten. Aber: Nicht selten aber kommt es zu massiven Nebenwirkungen: Depressionen etwa oder Gedächtnisstörungen. Und: Zum Teil lässt die Wirkung des Hirnschrittmachers schon nach Monaten nach.
"Das ist ein Dauerreiz, und das Nervensystem gewöhnt sich daran. So wie man sich auch daran gewöhnen kann, wenn man neben einer Autobahn wohnt. Dann hört man irgendwann mal die Autos nicht mehr."
Also arbeitet Peter Tass an einer Verbesserung des Hirnschrittmachers: Bislang gibt die Elektrode ständig mehr als 100 elektrische Impulse pro Sekunde ab, um die erkrankten Hirnzellen aus ihrem fatalen Rhythmus zu bringen. Tass versucht es nun mit deutlich weniger Reizimpulsen. Nur: Wie viele Impulse wären optimal, und in welcher Abfolge sollten sie am besten kommen? Um das zu beantworten, braucht es eine ordentliche Portion Mathematik und Physik.
"Mit Methoden der statistischen Physik und nichtlinearen Dynamik und auch der Chaostheorie entwickeln wir neue, sanfte, aber sehr effiziente Kontrolltechniken. Und das Ziel ist, dass man das Feuern nicht einfach unterdrückt, sondern dass man die Tätigkeit dieser Nervenzellen näher zum gesunden Zustand bringt. Das ist also ein wesentlich milderer und natürlicherer Eingriff."
Wenn man so will, verrät die Chaostheorie, wie ein schonendes und dennoch wirksames Stimulationsmuster aussehen könnte: Pro Sekunde genügen bereits zwei Salven mit jeweils nur fünf oder sechs Einzelpulsen, um den in schädlicher Eintracht feuernden Neuronenpulk kurz aus dem Takt zu bringen und in kleinere Grüppchen zu spalten, die dann unabhängig voneinander agieren wie bei einem Gesunden. Der Vorteil:
"Wir brauchen deutlich weniger Strom und kriegen auch einen signifikant besseren Effekt bezüglich der Symptomunterdrückung. Das hat die erste intraoperative Studie gezeigt."
Intraoperative Studie: Das heißt, dass Peter Tass seinen neuen Stimulationsmodus während der Operation, also während des Einpflanzens des Hirnschrittmachers erprobt hat - mit gutem Erfolg, wie er sagt. Bis das neue Verfahren in die Kliniken Einzug hält, wird es allerdings noch dauern.
"Wir sind da sehr emsig dabei, etwa auch eine Ausgründung vorzubereiten. Und ich hoffe, dass wir in drei bis fünf Jahren soweit sind, das Implantat zu haben."
Und vielleicht - hofft Peter Tass - kann die neue Hirnelektrode sogar einen Selbstheilungsprozess in Gang bringen: Gekitzelt von den schwachen, aber gezielten Pulsen könnten es sich die Nervenzellen regelrecht abgewöhnen, sich zusammenzuschalten und gemeinsam zu feuern. Wenn das funktioniert, könnte man den Hirnschrittmacher nach einiger Zeit wieder entfernen, der Patient wäre geheilt.
"Unser Ziel wäre es auch, unser Traum, dass man dadurch etwa epileptische Herde verlernen kann. So wollen wir durch die entsprechenden Stimulationstechniken wirklich diese Erkrankung quasi dauerhaft verlernen."
"Beim Hirnschrittmacher handelt es sich um eine Elektrode. Die wird in bestimmte Teile des Gehirns implantiert. Diese Elektrode steht in Verbindung mit Kabeln unter der Haut, die zu einer Batterie und einer Steuerelektronik führen."
... sagt Professor Peter Tass vom Forschungszentrum Jülich. Bei Parkinson werden bestimmte Regionen des Gehirns überaktiv: Und zwar schalten sich dort mehrere Hirnzellen zusammen und feuern gleichzeitig und absolut synchron Nervenimpulse ab - unter anderem mit der Folge, dass die Hände des Erkrankten heftig und unkontrolliert zittern. Auf eben diese fälschlich zusammen geschalteten Nervenzellen zielt der Hirnschrittmacher. Er steuert mit künstlichen elektrischen Pulsen dagegen.
"Mehr als 100 elektrische Reize pro Sekunde werden dauerhaft verabreicht, um diese Nervenzellen quasi zu blockieren und das Feuern dieser Nervenzellgebiete zu unterdrücken."
Diese so genannte Tiefenhirnstimulation gibt es seit rund zehn Jahren, und sie zeigt spektakuläre Erfolge: Manche Patienten mit starken Symptomen können nach der Implantation sogar wieder arbeiten. Aber: Nicht selten aber kommt es zu massiven Nebenwirkungen: Depressionen etwa oder Gedächtnisstörungen. Und: Zum Teil lässt die Wirkung des Hirnschrittmachers schon nach Monaten nach.
"Das ist ein Dauerreiz, und das Nervensystem gewöhnt sich daran. So wie man sich auch daran gewöhnen kann, wenn man neben einer Autobahn wohnt. Dann hört man irgendwann mal die Autos nicht mehr."
Also arbeitet Peter Tass an einer Verbesserung des Hirnschrittmachers: Bislang gibt die Elektrode ständig mehr als 100 elektrische Impulse pro Sekunde ab, um die erkrankten Hirnzellen aus ihrem fatalen Rhythmus zu bringen. Tass versucht es nun mit deutlich weniger Reizimpulsen. Nur: Wie viele Impulse wären optimal, und in welcher Abfolge sollten sie am besten kommen? Um das zu beantworten, braucht es eine ordentliche Portion Mathematik und Physik.
"Mit Methoden der statistischen Physik und nichtlinearen Dynamik und auch der Chaostheorie entwickeln wir neue, sanfte, aber sehr effiziente Kontrolltechniken. Und das Ziel ist, dass man das Feuern nicht einfach unterdrückt, sondern dass man die Tätigkeit dieser Nervenzellen näher zum gesunden Zustand bringt. Das ist also ein wesentlich milderer und natürlicherer Eingriff."
Wenn man so will, verrät die Chaostheorie, wie ein schonendes und dennoch wirksames Stimulationsmuster aussehen könnte: Pro Sekunde genügen bereits zwei Salven mit jeweils nur fünf oder sechs Einzelpulsen, um den in schädlicher Eintracht feuernden Neuronenpulk kurz aus dem Takt zu bringen und in kleinere Grüppchen zu spalten, die dann unabhängig voneinander agieren wie bei einem Gesunden. Der Vorteil:
"Wir brauchen deutlich weniger Strom und kriegen auch einen signifikant besseren Effekt bezüglich der Symptomunterdrückung. Das hat die erste intraoperative Studie gezeigt."
Intraoperative Studie: Das heißt, dass Peter Tass seinen neuen Stimulationsmodus während der Operation, also während des Einpflanzens des Hirnschrittmachers erprobt hat - mit gutem Erfolg, wie er sagt. Bis das neue Verfahren in die Kliniken Einzug hält, wird es allerdings noch dauern.
"Wir sind da sehr emsig dabei, etwa auch eine Ausgründung vorzubereiten. Und ich hoffe, dass wir in drei bis fünf Jahren soweit sind, das Implantat zu haben."
Und vielleicht - hofft Peter Tass - kann die neue Hirnelektrode sogar einen Selbstheilungsprozess in Gang bringen: Gekitzelt von den schwachen, aber gezielten Pulsen könnten es sich die Nervenzellen regelrecht abgewöhnen, sich zusammenzuschalten und gemeinsam zu feuern. Wenn das funktioniert, könnte man den Hirnschrittmacher nach einiger Zeit wieder entfernen, der Patient wäre geheilt.
"Unser Ziel wäre es auch, unser Traum, dass man dadurch etwa epileptische Herde verlernen kann. So wollen wir durch die entsprechenden Stimulationstechniken wirklich diese Erkrankung quasi dauerhaft verlernen."