Bei der tiefen Hirnstimulation implantieren Ärzte einem Parkinsonkranken elektrisch leitende Elektroden in eine tief liegende Hirnregion. Der Eingriff hilft gegen die Bewegungsstörungen, unter denen viele Patienten leiden: Oft reduziert sich das typische Zittern bereits, sobald die Elektroden angeschaltet werden und ihre regelmäßigen Pulse abgeben.

Doch warum der Eingriff diese Wirkung entfaltet, ist immer noch ungeklärt. Wissenschaftler um Coralie de Hemptinne von der University of California in San Francisco wollen nun einen entscheidenden Zusammenhang entdeckt haben. Er könnte nicht nur eine Erklärung für die Wirkungsweise liefern, sondern auch dazu beitragen, die Hirnstimulation in Zukunft zu verbessern. Denn der Eingriff führt nicht bei allen Patienten gleichermaßen zum Erfolg.

Ausgangspunkt ihrer Untersuchung war eine vor zwei Jahren veröffentlichte Studie. In dieser hatten sie bei Parkinsonpatienten eine merkwürdig synchrone Nervenaktivität festgestellt: Die "Steuerzentralen" des Gehirns und die für Bewegungen zuständigen Teile arbeiteten auffällig stark im Gleichklang. Solche Oszillationen treten eigentlich auch im gesunden Hirn überall auf. Sie sind das Ergebnis kollektiven Feuerns zahlloser Nervenzellen und wirken ihrerseits wieder auf die Zellen zurück, indem sie deren Erregbarkeit erhöhen und dadurch die Signalweitergabe vereinfachen.

Gleichklang macht Hirne weniger flexibel

Bei den Parkinsonpatienten allerdings schien die Synchronizität das gesunde Maß häufig zu überschreiten. Insbesondere in einer Art neuronalen Kontroll- und Steuerschleife, mit deren Hilfe das Gehirn die Bewegung des Körpers organisiert. Sie wird gebildet aus dem motorischen Kortex der Großhirnrinde sowie aus den tief im Gehirn versteckten Basalganglien, zu denen der subthalamische Nukleus gehört – das Ziel der Tiefenhirnstimulation.

Dieses Nervennetzwerk schien bei den Patienten in einem permanenten Gleichschritt zu marschieren. Die Vermutung liegt nahe, dass dies auf Kosten der Flexibilität geht: Bewegungen können dann nicht mehr fein dosiert ausgeführt werden, vielleicht weil sich die Steuereinheiten im Hirn gleichsam vom einmal eingeschlagenen Weg nicht mehr abbringen lassen. An genau dieser Stelle könnte die Wirkung der implantierten Elektroden ansetzen, mutmaßten nun de Hemptinne und Kollegen.

Je geringer die Synchronizität, desto größer der Effekt

In ihrer aktuellen Studie haben sie dies überprüft. Die Elektroden der Tiefenhirnstimulation müssen durch einen chirurgischen Eingriff eingesetzt werden, in dessen Verlauf das Gehirn teilweise freigelegt wird. Bei 23 Probanden nutzten die Wissenschaftler diese Gelegenheit, um direkt auf der Gehirnoberfläche Messelektroden zu platzieren. Das erlaubte ihnen, das Ausmaß der Synchronizität vor und nach Anschalten der Stimulation sehr genau zu bestimmen.

Tatsächlich zeigte sich, dass die elektrische Reizung die Gleichtaktung zumindest teilweise unterband – je geringer sie danach ausfiel, desto größer war der Effekt der Stimulation. Motorische Tests belegten, dass sich Patienten besser und zielgerichteter bewegen konnten, wenn die Synchronizität nach Anschalten des Geräts zurückging, als wenn die Stimulation ohne Wirkung auf die Synchronizität blieb.

Sollte sich in künftigen Untersuchungen, bei denen die Synchronizität unter Tiefenhirnstimulation über längere Zeiträume gemessen wird, die Annahme der Forscher bewahrheiten, könnte dies den Patienten direkt zugutekommen. De Hemptinne und Mitarbeiter schlagen ein System vor, das aktiv die Synchronisierung relevanter Hirnareale beobachtet. Sollte sich zeigen, dass sich ungünstige Oszillationen einstellen, würde das Gerät seine Stimulationsleistung darauf abstimmen. Dafür ist es allerdings notwendig, dauerhaft Messelektroden im Gehirn zu implantierten, was derzeit nicht ohne medizinisches Risiko ist.