ConnectToBrain

Entwicklung neuartiger therapeutischer Hirnstimulation

Ein Helm soll zukünftig eine räumlich und zeitlich hochaufgelöste Hirnstimulation ermöglichen und zur Behandlung von Schlaganfällen, Depressionen und Alzheimer eingesetzt werden.

Ein Vorgängermodell des Helms

Ein Vorgängermodell des Helms: Hier wird mit nur zwei Spulen stimuliert, wodurch nicht jeder Bereich der Großhirnrinde erreicht werden kann | Ingo Rappers / Hertie-Institut für klinische Hirnforschung

„Wir wollen die nicht-invasive therapeutische Hirnstimulation revolutionieren“, das ist das Ziel, das sich Professor Dr. Ulf Ziemann und sein Team am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung, dem Universitätsklinikum Tübingen und der Universität Tübingen gesetzt haben. Gemeinsam mit Kollegen an der Aalto University in Finnland und der Universität Chieti-Pescara „Gabriele d’Annunzio“ in Italien entwickelt er aktuell einen Helm, der mittels transkranieller Magnetstimulation (TMS) gezielt jeden Bereich der Großhirnrinde stimulieren kann. Die Stimulation erfolgt dabei zeitlich abhängig vom augenblicklichen Aktivitätszustand des Gehirns. Dank dieser Kopplung kann die Magnetstimulation Verbindungen zwischen Hirnbereichen besonders effektiv verändern – und so Hirnnetzwerkerkrankungen wie Schlaganfälle, Depressionen und Alzheimer lindern. „Langfristig erwarten wir eine breite therapeutische Anwendbarkeit der Technologie“, sagt Ziemann. Für das Vorhaben mit dem Namen „ConnectToBrain“ haben die Wissenschaftler vom Europäischen Forschungsrat (ERC, Englisch: European Research Council) Forschungsgelder in Höhe von zehn Millionen Euro eingeworben. Die Vergabe der „Synergy Grants“ hat der ERC gestern bekannt gegeben.

Besonders wirksam, wenn die Stimulation synchronisiert erfolgt

Bei der herkömmlichen TMS wird eine Magnetspule an den Kopf angelegt und das Gehirn durch den intakten Schädel mit magnetischen Impulsen gereizt. Die Stimulation beeinflusst die Aktivität des Gehirns und kann Verbindungen zwischen Nervenzellen stärken oder schwächen. „In der traditionellen TMS wird nach einem festen Protokoll gereizt und zwar völlig unabhängig von dem, was innerhalb des Gehirns gerade vor sich geht“, berichtet Ziemann. „Die gehirneigene Aktivität ist allerdings Schwankungen unterworfen, sie ändert sich in Bruchteilen von Sekunden. Wie wir in früheren Studien herausgefunden haben, ist TMS besonders wirksam, wenn die Stimulation synchronisiert zur Gehirnaktivität erfolgt.“

Schematische Darstellung der transkraniellen Magnetstimulation

Tübinger Neurowissenschaftler ermöglichen tiefe Einblicke in die Funktionsweise der Transkraniellen Magnetstimulation (TMS). Mit der Methode lässt sich die Gehirnaktivität während der TMS messen.

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Auf diesem Prinzip basiert die Closed-Loop-Stimulation, die Ziemann und sein Team seit Jahren erforschen und stetig weiterentwickeln. Dabei liest und wertet ein Elektroenzephalogramm (EEG) die Gehirnaktivität in Echtzeit aus. Daran angeschlossen ist eine TMS-Spule, die mithilfe eines Algorithmus die Impulse auf die Millisekunde genau zum Gehirnzustand synchronisiert aussendet. Diese Technologie wollen die Neurowissenschaftler nun verfeinern. In dem neu geförderten Projekt soll ein Helm entwickelt werden, in dem neben den EEG-Elektroden 50 Magnetspulen integriert sind. „Durch die Überlagerung der Einzelspulen wird jeder Bereich der menschlichen Großhirnrinde abgedeckt sein und wir können dann nicht nur zeitlich, sondern auch räumlich hoch aufgelöst stimulieren.“ Die multi-locus transkranielle Magnetstimulation, kurz mTMS, ist noch spezifischer – und dadurch effektiver, erwartet Ziemann.

Paradigmenwechsel durch Closed-Loop-Stimulation?

Um den Stimulationshelm zu entwickeln bedarf es allerdings Spezialwissen aus verschiedenen Bereichen. „In das Projekt fließen die Expertisen aller drei beteiligten Forschungsgruppen synergetisch zusammen, im Alleingang wäre es auf diese Weise nicht umsetzbar“, betont Ziemann. Während die finnische Arbeitsgruppe die Spulen für den Helm herstellt, entwickeln die italienischen Kollegen Algorithmen zur Echtzeitanalyse der Aktivitätszustände im Gehirn. Ziemann und seine Mitarbeiter sind dafür zuständig, die Technologie für die klinische Anwendung vorzubereiten. Anfang nächsten Jahres planen sie die ersten Tests mit gesunden Versuchspersonen, in drei Jahren sollen dann Studien mit Schlaganfall- und Alzheimerpatienten folgen. „Mit Abschluss des Projektes in sechs Jahren ist das Gerät hoffentlich so weit ausgereift, dass wir mit der kommerziellen Herstellung beginnen können“, hofft Ziemann. „Wir gehen davon aus, dass die Closed-Loop-Stimulation einen Paradigmenwechsel in der therapeutischen Hirnstimulation einläuten wird und eine breite therapeutische Anwendung in Kliniken und Praxen findet.“

Quelle: idw/Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH)