Hintergrund | 23.11.2010 | Drucken | Teilen

Neurochirurgie

Künstlich stimulierte Schleifen

Warum wirken Hirnschrittmacher bei so unterschiedlichen Erkrankungen wie Parkinson, Depressionen oder Zwangsstörungen? Ihnen allen ist eine aus dem Tritt geratene Regelschleife gemein.
Hirnschrittmacher
Als der Kölner Neurochirurg Volker Sturm zu Beginn des neuen Jahrtausends anfing, Zwangserkrankungen mit einem Hirnschrittmacher zu behandeln, stand er damit in Deutschland ziemlich allein da. Die elektrische Reizung mittels implantierter Elektroden weckte bei vielen Medizinern nicht nur unangenehme Erinnerungen an berühmt-berüchtigte Lobotomien psychisch Kranker. Viele sahen außerdem keinen Zusammenhang zwischen den psychiatrischen Erkrankungen, die Klinikchef Sturm behandeln wollte, und neurologischen Störungen wie dem Morbus Parkinson. Gegen diesen wurde damals der Schrittmacher, die so genannte Tiefenhirnstimulation, bereits erfolgreich angewandt.

Das ist heute anders. In den letzten Monaten berichteten Mediziner gleich mehrfach vom viel versprechenden Einsatz der Methode bei psychischen Störungen. Wie sich zudem herauskristallisiert, sind gestörte Regelkreisläufe im Gehirn der gemeinsame Nenner der unterschiedlichen Erkrankungen. Dieser Gemeinsamkeit gingen Forscher um den Neurologen Paul Krack vom Centre Hospitalier Universitaire in Grenoble kürzlich in einer Überblicksstudie nach [1]. Ähnlich wie bei der Parkinson-Krankheit gerate die so genannte Basalganglien-Kortex-Schleife auch bei Depressionen oder Zwangsstörungen aus dem Tritt.

Die im Verdacht stehende Schleife geht vom Kortex – also der Großhirnrinde – aus und verläuft über die darunterliegenden Basalganglien und dem Thalamus, dem Einfalltor sensorischer Reize in das Großhirn, wieder zurück zum Ausgangspunkt. Ihre Aufgabe ist die Regelung motorischer, kognitiver und emotionaler Prozesse. Wobei die Basalganglien eine Filterfunktion übernehmen: Bei unerwünschten Aktivierungsmustern sorgen sie dafür, dass das Gehirn auf die Bremse tritt.

Aus gutem Grund haben es Neurochirurgen daher auf sie abgesehen: "Neurologische Erkrankungen wie Parkinson und psychiatrische wie Depression oder Zwangsstörungen sind im Grunde Netzwerkstörungen in Regelschleifen zwischen Kortex, Basalganglien und Thalamus", erläutert der Psychiater Thomas Schläpfer vom Uniklinikum in Bonn. Wirke man auf bestimmte Gebiete der Basalganglien mit Tiefenhirnstimulation ein, versuche man damit, auch andere Hirnregionen zu beeinflussen.

Nervöser Kern

Bei Morbus Parkinson sorgt Dopaminmangel dafür, dass die Basalganglien und damit der motorische Teil der Regelschleife aus dem Gleichgewicht geraten. Insbesondere eines ihrer erbsengroßen Kerngebiete spielt verrückt: Der überaktive so genannte Nucleus subthalamicus liegt fortan wie ein bleiernes Gewicht auf der hirninternen Bremse, indem er Areale stimuliert, die hemmend auf Bewegungszentren wirken. So kommt es zur krankhaft verlangsamten Motorik der Parkinsonpatienten.

Mit der Tiefenhirnstimulation zielen Chirurgen daher genau auf die motorischen Bereiche des Nucleus subthalamicus. Die Elektroden platzieren sie durch kleine Löcher in der Schädeldecke; ein Impulsgeber, der dem Patienten unter die Haut auf den Brustmuskel implantiert wird, erledigt die Steuerung. Was die haarfeinen Drähte in ihrem Ziel ausrichten, ist noch nicht genau geklärt. In jedem Fall sorgt der elektrische Impuls dafür, dass das hyperaktive Areal wieder leiser wird – oder anders gesagt: Im Idealfall lüpfen die Mediziner einfach nur das Gewicht auf dem Bremspedal.

Doch der subthalamische Kern ist winzig. Stimuliert man ihn, streut die Reizung mitunter in Teile des Regelkreises, die das Verhalten beeinflussen – mit der Gefahr, dass das Gehirn in manchen Situationen ungehemmt Gas geben kann. Dieses Phänomen untersuchten 2009 Forscher um den Neurologen Antonio Strafella von der University of Toronto [2]. Sie wollten herausfinden, ob die Tiefenhirnstimulation das Verhalten von Parkinsonpatienten ändert. Daher ließen sie sieben Freiwillige mit einem implantierten Hirnschrittmacher an einem einfachen Reaktionstest teilnehmen. Bei einem bestimmten Symbol sollten die Probanden einen Knopf drücken, bei einem anderen sich zurückhalten. Die Tests wurden mal mit, mal ohne eingeschalteten Hirnschrittmacher absolviert.

Nützliche Nebenwirkungen

Zwar verbesserten sich die Reaktionszeiten der Probanden, wenn der Schrittmacher an war. Doch auch ihre Fehlerquote stieg an. Es fiel ihnen in solchen Momenten schwerer, sich motorisch zurückzuhalten. Die Ergebnisse bestätigen also die Theorie, dass der subthalamische Kern normalerweise auch beim Verhalten auf die Bremse drückt.
"Neurologische Erkrankungen wie Parkinson und psychiatrische wie Depression oder Zwangsstörungen sind im Grunde Netzwerkstörungen"
(Thomas Schläpfer)
Auf diese Weise geben wir nicht jedem Impuls unmittelbar nach. Wird er aber heruntergeregelt, kann er seiner Aufgabe innerhalb der Regelschleife nicht mehr nachkommen. Auch andere Studien belegen, dass der künstliche Eingriff an dem winzigen Kern geistig flexibler, aber auch impulsiver macht.

Die vermeintliche Nebenwirkung ist jedoch zwiespältig, denn sie kann auch Menschen zugutekommen. Bei Zwangsstörungen etwa lassen Betroffene gerade jedes flexible Verhalten vermissen. Sie bleiben oft in einer Art Zwangsschleife hängen, wiederholen ritualisiertes Verhalten wieder und wieder und sind unfähig, eine Entscheidung zu treffen. In diesem Zusammenhang machten französische Neurologen um Luc Mallet vom Centre d’Investigation Clinique in Paris eine interessante Entdeckung [3]. Bei einigen Parkinsonpatienten, deren Nucleus subthalamicus stimuliert wurde, besserte sich gleichzeitig eine bestehende Zwangsstörung.

Diese Erkenntnis nutzten sie 2008 im Rahmen einer groß angelegten, zehnmonatigen Studie. Ihre 16 Patienten schlugen sich seit mehr als fünf Jahren mit einer schweren Zwangsstörung herum. Auf Psychotherapie und pharmakologische Behandlung hatten sie nicht angesprochen, weshalb die Mediziner die Erprobung der Tiefenhirnstimulation als gerechtfertigt ansahen. Als Ziel ihrer chirurgischen Bemühungen erwählten die Neurologen die Grenze der limbischen und assoziativen Gebiete des subthalamischen Kerns. Sie liegt etwas entfernt von der Stelle, bei der man bei Parkinsonpatienten ansetzt.

"Die Studie war dabei ein Doppelblindtest, weder die Patienten noch die Ärzte wussten, wann der Stimulator angeschaltet war und wann nicht", erläutert Luc Mallet. Ergebnis: Nach der echten Stimulation waren die Zwangssymptome der Freiwilligen signifikant niedriger als nach der Placebo-Stimulation. Bei einigen Patienten normalisierte sich laut Mallet das Familienleben, sie konnten neue soziale Kontakte knüpfen oder wieder einer Arbeit nachgeben. Allerdings hatte der Eingriff auch Nebenwirkungen. Unter anderem erlitt ein Patient eine Hirnblutung.

Enthemmter und flexibler

Die Linderung der Zwangssymptome erklären sich die Forscher über die Regelschleife: Der Eingriff habe möglicherweise Hirnprozesse verändert, die Menschen mit Zwangsstörungen normalerweise daran hindern, Entscheidungen zu fällen. Eine ähnliche Vermutung hegen auch Paul Krack und seine Kollegen in ihrer bereits erwähnten Überblicksstudie. Den subthalamischen Kern zu stimulieren, könnte Betroffenen helfen, wieder geistig flexibler und im positiven Sinn "enthemmter" zu werden.

Innerhalb der Regelschleife haben es Neurochirurgen aber nicht nur auf den Nucleus subthalamicus abgesehen. Auch der Nucleus accumbens gilt als viel versprechendes Ziel einer Tiefenhirnstimulation – gegen Zwangserkrankungen, aber auch bei Depressionen. "Der Nucleus accumbens ist eine zentrale Struktur im Belohnungssystem des menschlichen Hirns", erläutert Thomas Schläpfer. "Wir wissen auch, dass er eine wichtige Rolle spielt bei einem Symptom der Depression, nämlich der so genannten Anhedonie." Darunter versteht man die Unfähigkeit, Freude zu erleben in Situationen, die früher Freude bereitet haben. Anhedonie hänge mit einer Fehlfunktion des Belohnungssystems zusammen. Daher implantierten er und Kollegen im Jahr 2009 Elektroden in die besagte Stelle im Gehirn von zehn Patienten mit hartnäckigen Depressionen [4].

Die Hälfte der Patienten sprach auf die Behandlung an. Die Schwere der Symptome hatte bei ihnen nach zwölf Monaten um die Hälfte abgenommen. Zudem ließ bei den Betroffenen die Anhedonie nach. Sie gingen viel häufiger angenehmen Unternehmungen nach. Veränderungen offenbarten sich auch in anderen Gehirnregionen, die von der Schleife berührt werden. Hier hatte sich in vielen Arealen, wie dem orbitofrontalen Kortex und dem Thalamus, die Aktivität "normalisiert". Alles spricht also dafür, dass eben auch bei der Depression eine fehlgesteuerte Regelschleife im Hintergrund steht. "Bei Depressionen gibt es kein eigentliches 'Depressionszentrum'", erläutert Schläpfer. "Daher haben wir versucht, an einem einzelnen Ort des Netzwerks wie dem Nucleus accumbens anzusetzen, um eine Wirkung auf das Gesamtnetzwerk zu erzielen".

Und das mit einigem Erfolg. Bei einer Reihe von Netzwerkstörungen scheint die Tiefenhirnstimulation also viel versprechend. Es bleibt spannend, welche Einsatzmöglichkeiten sich noch auftun.
© Spektrum.de
[1] Krack, P. et al.: Deep Brain Stimulation: from Neurology to Psychiatry? In: Trends in Neurosciences 33(10), S. 474–484, 2010
[2] Ballanger, B. et al.: Stimulation of the Subthalamic Nucleus and Impulsivity: Release Your Horses. In: Annals of Neurolology 66(6), S. 817–24, 2009
[3] Mallet, L. et al.: Subthalamic Nucleus Stimulation in Severe Obsessive–Compulsive Disorder. In: The New England Journal of Medicine 359(20), S. 2121–2134, 2008.
[4] Bewernick, B. H. et al.: Nucleus Accumbens Deep Brain Stimulation Decreases Ratings of Depression and Anxiety in Treatment-Resistant Depression. In: Biological Psychiatry 67(2), S. 110–116, 2010
Tiefenhirnstimulation im Nucleus accumbens

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