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Hirnschrittmacher : Ein Hirnschrittmacher ist ein unter die Haut der Brustmuskulatur implantiertes winziger elektronischer Impulsgeber, der chipgesteuert über subkutan verlegte Elektrodenleitungen gezielt fehlregulierte Hirnregionen stimuliert (sogenannte tiefe Hirnstimulation). In Deutschland werden von etwa 30 Kliniken jährlich 400 Hirnschrittmacher in der konventionellen Technik implantiert. Allein im Universitätsklinikum Köln waren es 100 bis 120 laut Aussage des führenden Forschers und Leiters der Klinik für Stereotaxie und Funktionelle Neurochirurgie, Professor Volker Sturm. Die Nachfrage ist dennoch ungebrochen groß. Am 18. November 2005 meldete dpa, dass für die vielversprechende Weiterentwicklung der Parkinson-Hirnschrittmacher zwei Forscher der Universität Köln und des Forschungszentrums Jülich den Erwin-Schrödinger-Preis für herausragende interdisziplinäre Forschung 2005 bekommen. Der seit den 1990ern herkömmliche vor allem in der Morbus Parkinson-Behandlung eingesetzte Hirnschrittmacher unterdrückt krankhafte neuronale Muster durch ein dauerhaft gleichförmiges Bombardement des betroffenen Areals mit minimalen elektrischen Pulsen. Beim neuartigen bedarfsgesteuerten Hirnschrittmacher werden hingegen nur solange jeweils gezielt Einzelreize ausgelöst, wie die betroffenen Hirnzellen physiologisch dysfunktional aktiv sind. Durch diese Einzelreize wird die Nervenzelleigenaktivität nicht unterdrückt, sondern schonend reguliert. Ermöglicht wurde diese Neuentwicklung dadurch, dass die methodische Regulierung in Computersimulationen der Großrechner am Forschungszentrum Jülich mit Methoden der statistischen Physik experimentell erprobt werden konnte. Der Ansatzpunkt sind laut Prof. Peter Tass die Selbstorganisationsbahnen, die ursprünglich fehlentwickelt zur Ausprägung der krankhaften Dynamik führten. Die klinische Erprobung des neuartigen bedarfsgesteuerten Hirnschrittmachers erfolgt an der Klinik für Stereotaxie und Funktionelle Neurochirurgie der Universität zu Köln und durch magnetenzephalographische Messungen am Institut für Medizin in Jülich. Der bislang noch nicht implantierbare Prototyp wurde vom Zentrallabor für Elektronik am Forschungszentrum Jülich gebaut. Im "Virtuellen Institut für Neuromodulation" des Jülicher Forschungszentrums werden darüberhinaus Methoden fortentwickelt wie die „Synchronisationstomographie“, die es erlauben, den Rhythmus und die Synchronisation der Hirnzellen erheblich effektiver zu messen. Neben therapeutischer Optimierung wird auch die Erweiterung der medizinischen Anwendungsbereiche der medizintechnischen tiefen Hirnstimulation auf Erkrankungen, bei denen vorhandene Therapien bisher an Grenzen stießen, also Patienten mit essenziellem Tremor, Multipler Sklerose und Epilepsie. Gehirn-Schrittmacher Erfolgreich gegen Tics Tiefenhirnstimulation lässt Symptome des Tourette Syndrom verschwinden Neue Hirnschrittmacher gegen Parkinson Der Papst, Muhammad Ali und der Schauspieler Michael J. Fox sind prominente Beispiele für eine häufige Krankheit des Hirnschrittmacher :Gehirns. Sie leiden unter Parkinson. Mit fortschreitender Erkrankung können die Patienten ihre Bewegungen nicht mehr kontrollieren. Sie zittern, zum Teil sind die Muskeln wie erstarrt. In Deutschland sind Hirnschrittmacher :rund 200.000 Menschen betroffen. Früher glaubte man, dass die Krankheit vor allem ältere Menschen trifft. Doch 10 Prozent der Patienten erkranken vor dem 40. Lebensjahr. Die Auslöser sind noch immer unbekannt. Unerwartet beginnen im Mittelhirn Nervenzellen der sogenannten Schwarzen Substanz abzusterben. Im Hirnschrittmacher :gesunden Hirn produzieren diese Zellen den Botenstoff Dopamin. Er ist zusammen mit anderen Stoffen für die Übertragung von Informationen zwischen Hinzellen zuständig, so auch im Thalamus, einer Hirnschrittmacher :zentralen Schaltstelle im Zwischenhirn. Sinkt der Dopaminspiegel unter einen kritischen Wert, reagieren die Neuronen im Thalamus auf eigenartige Weise: Sie synchronisieren ihre Aktivität. Wie marschierende Soldaten feuern die Nervenzellen im Gleichtakt. Häufige Fragen zur schrittmacherbehandlung bei Parkinson Hirnschrittmacher :Neuer Hirnschrittmacher für Parkinsonkranke Ein interdisziplinärer Forschungszweig am Jülicher Institut für Medizin hat ein Verfahren für die Tiefenhirn-Stimulation weiterentwickelt, Hirnschrittmacher :um unter anderem Parkinson-Patienten individueller und mit geringeren Nebenwirkungen behandeln zu können. Die Nervenzellen von Parkinson-Patienten feuern ungebremst gleichzeitig - synchron -, statt gezielt nacheinander. Bei der Tiefenhirn-Stimulation wird über ein kleines Bohrloch Hirnschrittmacher :im Schädel eine Elektrode genau in die erkrankte Hirnregion platziert. Ein Impulsgeber im Bereich des Schlüsselbeins versorgt die Elektrode mit Strompulsen. Bei der bislang angewendeten Hochfrequenz-Stimulation werden krankhaft überaktive Hirngebiete ausgeschaltet. Dieser Hirnschrittmacher :Methode der Dauerreizung stellt das Forschungszentrum Jülich eine neuartige, sanftere Stimulationsmethode gegenüber. Das Jülicher Institut für Medizin und die Klinik für Stereotaxie und Funktionelle Neurochirurgie der Universität zu Köln haben einen bedarfsgesteuerten Hirnschrittmacher :Hirnschrittmacher entwickelt, der im Jülicher Zentralinstitut für Elektronik umgesetzt wurde. Auf der Hannovermesse stellen die Wissenschaftler das neue Verfahren vor: Dabei werden die elektrischen Pulse nicht mehr als Dauerstimulation, sondern einzeln und bedarfsgesteuert gesendet. Die Hirnschrittmacher :Nervenzelltätigkeit in den überaktiven Gehirnbereichen wird nicht unterdrückt, sondern desynchronisiert: Immer dann, wenn die Nervenzellen übermäßig synchron feuern wollen, Hirnschrittmacher :werden sie durch gezielte Reize aus dem Takt gebracht. "Synchronisationstomographie" heißt eine neue Methode, mit der sich die Synchronisation der Hirnzellen besser messen lässt als bisher. Mittels der Synchronisationstomographie wird der bedarfsgesteuerte Hirnschrittmacher Hirnschrittmacher :für die klinische Nutzung optimiert. Er ist noch nicht in der klinischen Anwendung, aber erste Tests waren bereits Erfolg versprechend. Morbus Parkinson: „Hirnschrittmacher“ langfristig erfolgreich Die so genannte Tiefenhirnstimulation bessert auch langfristig die motorischen Symptome Hirnschrittmacher :beim fortgeschrittenen Morbus Parkinson. Andere Krankheitszeichen scheinen weniger gut auf die Behandlung anzusprechen, wie die erste Langzeitstudie zu diesem Verfahren HIRNSCHRITTMACHER :ergab...Anthony Lang vom CRND stellt jetzt die Ergebnisse nach durchschnittlich zwei Jahren (zwölf bis 52 Monate) vor. Die Verbesserungen im motorischen und die Alltagsaktivität (ADL) betreffenden Teil der sind weiterhin gut...Wie Lang in der begleitenden Pressemitteilung HIRNSCHRITTMACHER :hervorhebt, sprechen andere schwerwiegende Symptome der Erkrankung jedoch wenig oder kaum an. Hierzu zählen die Sprachveränderungen, die Haltungsstabilität und die Gehfähigkeit HIRNSCHRITTMACHER :Hirnschrittmacher und Brennstoffzellen Turbo für den Hirnschrittmacher Chaostheorie soll Parkinson-Patienten helfen Der Patient hat Parkinson in fortgeschrittenem Stadium. Die HIRNSCHRITTMACHER :Medikamente helfen nicht mehr richtig, immer wieder zittern Arme und Beine völlig unkontrolliert. In einem derart schweren Fall bleibt noch eine Therapie - der so HIRNSCHRITTMACHER :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, HIRNSCHRITTMACHER :sagt Professor vom Forschungszentrum Jülich. Bei Parkinson HIRNSCHRITTMACHER :werden bestimmte Regionen des Gehirns überaktiv: Und zwar schalten sich dort mehrere Hirnzellen zusammen und feuern gleichzeitig und absolut synchron HIRNSCHRITTMACHER :Nervenimpulse ab - unter anderem mit der Folge, dass die Hände des Erkrankten heftig und unkontrolliert zittern. Auf eben diese fälschlich zusammengeschalteten Nervenzellen zielt der Hirnschrittmacher. Er steuert mit künstlichen elektrischen Pulsen dagegen. HIRNSCHRITTMACHER :Mehr als 100 elektrische Reize pro Sekunde werden dauerhaft HIRNSCHRITTMACHER :verabreicht, um diese Nervenzellen quasi zu blockieren - 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 HIRNSCHRITTMACHER :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 HIRNSCHRITTMACHER :nach. Das ist ein Dauerreiz, und das Nervensystem gewöhnt sich dran. So wie man sich auch dran gewöhnen kann, wenn man neben einer Autobahn wohnt. Dann HIRNSCHRITTMACHER :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 HIRNSCHRITTMACHER :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 man eine ordentliche Portion Mathematik und Physik. HIRNSCHRITTMACHER :Mit Methoden der statistischen Physik und nichtlinearen Dynamik und auch der Chaostheorie entwickeln wir neue, sanfte, aber sehr effiziente Kontrolltechniken. Und HIRNSCHRITTMACHER :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, HIRNSCHRITTMACHER :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 HIRNSCHRITTMACHER :bringen und in kleinere Grüppchen zu spalten, die dann unabhängig voneinander agieren wie bei einem Gesunden. Der Vorteil: Wir brauchen deutlich HIRNSCHRITTMACHER :weniger Strom und kriegen auch einen signifikant besseren Effekt bezüglich der Symptomunterdrückung. Das hat die erste intraoperative Studie gezeigt. Intraoperative Studie: Das heißt, seinen neuen Stimulationsmodus während der Operation, also HIRNSCHRITTMACHER :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 HIRNSCHRITTMACHER :noch dauern. Wir sind da sehr emsig dabei, z.B. 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 HIRNSCHRITTMACHER :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 HIRNSCHRITTMACHER :wieder entfernen, der Patient wäre geheilt. Unser Ziel wäre es auch, unser Traum, dass man dadurch zum Beispiel epileptische Herde verlernen kann. So wollen wir durch die entsprechenden Stimulationstechniken wirklich diese Erkrankung quasi dauerhaft HIRNSCHRITTMACHER :verlernen. tiefen Hirnstimulation" befassen. Die wichtigste Zielgruppe sind natürlich die Parkinson-Betroffenen und ihr soziales Umfeld. Hier wiederum stehen diejenigen an der Spitze, die HIRNSCHRITTMACHER :sich angesichts der Entwicklung ihres Krankheitsbildes entscheiden müssen, ob sie dem Gedanken an einen solchen therapeutischen Eingriff näher treten wollen. Da - wie sich wohl herumgesprochen hat inzwischen - die Angehörigen von Betroffenen psychisch genauso belastet sind wie die HIRNSCHRITTMACHER :Patienten Die Folge ist Muskelzittern - ein klassisches Symptom der Parkinson-Krankheit. Im gesunden Zustand herrscht im Thalamus ein scheinbar Chaos. Die Neuronen „brabbeln durcheinander wie Stimmen im Café.“ Krankheitsherd im Gehirn entdeckten HIRNSCHRITTMACHER :die Mediziner durch einen Kunstfehler. Bei einem Eingriff in das Gehirn entfernten sie versehentlich einen Teil des Thalamus: Das Zittern hörte auf. Es war damals aber nicht möglich, durch einen gezielten Eingriffe in das Gehirn einen Heilungserfolg zu erreichen. HIRNSCHRITTMACHER :Häufig richteten die Neurologen damals eher irreparable Schäden an. Seit Anfang der 60er Jahre kann Parkinson medikamentös mit L-Dopa behandelt werden, einer Vorstufe von Dopamin. Zu Anfang wirkt das Medikament sehr gut. Nach einigen Jahren lässt die HIRNSCHRITTMACHER :Wirkung jedoch nach, und es kommt zu schweren Nebenwirkungen - z.B. zu unkontrolliert überschießenden Bewegungen. Bis vor kurzem gab es HIRNSCHRITTMACHER :keine Hilfe Bis vor kurzem gab es für diese Patienten keine Hilfe. Erst seit Mitte der 90er Jahre können sie durch die sogenannte tiefe Hirnstimulation behandelt werden. Den Patienten wird ein Hirnschrittmacher implantiert. In einer langwierigen Operation schieben Neurologen eine Elektrode bis zum Thalamus vor. Durch ein elektrisches Sperrfeuer HIRNSCHRITTMACHER :blockiert der Hirnschrittmacher dort die krankhaft aktiven Neuronen. Das Zittern hört auf. Während der Operation ist der Patient bei vollem Bewusstsein. Immer wieder stellen ihm die Chirurgen Fragen. Er muss kleine Rechenaufgaben lösen oder eine Geschichte erzählen. So überprüfen die Operateure, dass die Elektrode keine anderen Hirnteile HIRNSCHRITTMACHER :schädigt. Entwickelt wurde das Verfahren in der Schweiz. Heute werden in Deutschland rund 300 Hirnschrittmacher pro Jahr implantiert - ein Drittel davon an der Universitätsklinik Köln. Nach Meinung etlicher Mediziner wären deutlich mehr Operationen nötig. HIRNSCHRITTMACHER :Doch bisher wird der Hirnschrittmacher nur in Ausnahmefällen von den Krankenkassen bezahlt. Entscheidend die exakte Planung Entscheidend für eine erfolgreiche HIRNSCHRITTMACHER :Operation ist die exakte Planung. Computer- und Kernspintomografie liefern gestochen scharfe Bilder vom Hirn des Patienten. Millimeter für Millimeter suchen die Ärzte am Computer den richtigen Weg. Die Elektrode darf keine Gefäße HIRNSCHRITTMACHER :verletzen, sonst kann es zu einer Hirnblutung kommen. Lähmung oder Schlaganfall wären mögliche Folgen. In der Regel können die Patienten mit dem HIRNSCHRITTMACHER :Schrittmacher ein beschwerdefreies Leben führen. Das künstliche Feuerwerk im Gehirn bedeutet jedoch auf Dauer eine starke Belastung für das Gewebe. Einige Patienten haben Nebenwirkungen wie z.B. Taubheitsgefühle. Außerdem muß die Batterie nach ca. 4-5 Jahren ausgetauscht werden. Die Kosten betragen 15.000 Euro, und die Operation ist jedes HIRNSCHRITTMACHER :Mal eine neue Belastung für den Patienten. Neue Schrittmacher sollen gezielt feuern Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich möchten den Schrittmacher deshalb weiterentwickeln. Die neue Generation soll nicht mehr permanent feuern, sondern nur HIRNSCHRITTMACHER :dann, wenn im Gehirn etwas durcheinander gerät. Bei Parkinson bedeutet das: Solange im Thalamus gesundes Chaos herrscht, bleibt die Elektrode stumm. Erst HIRNSCHRITTMACHER :wenn sich die Nervenzellen synchronisieren, soll der neue Schrittmacher aktiv werden. Er feuert dagegen und stellt so den gesunden, ungeordneten Zustand wieder her. Damit hat er gleich mehrere Vorteile: Der bedarfsgesteuerte Schrittmacher ist HIRNSCHRITTMACHER :schonender, auf Dauer kostengünstiger, und er kann in Zukunft auch bei Erkrankungen wie z.B. Epilepsie eingesetzt werden.