Fast 25 Jahre lang lebte Keith Krehbiel mit der Parkinson-Krankheit, bevor er sich bereit erklärte, ein Gehirnimplantat auszuprobieren, das seine Symptome lindern könnte. Er hatte lange gezögert, sich der Operation zu unterziehen. »Es war ein großer Schritt«, sagt er. Doch im Jahr 2020 waren seine Symptome so stark geworden, dass er dem Eingriff zähneknirschend zustimmte.

Denn bei der Tiefenhirnstimulation (deep-brain stimulation, DBS) werden dünne Drähte durch zwei kleine Löcher im Schädel in den Bereich des Gehirns eingeführt, der für die Bewegung zuständig ist. Man hofft, dass das Implantat durch die Abgabe von elektrischen Impulsen an diese Region die Hirnaktivität von Parkinsonbetroffenen normalisieren und ihre Symptome verringern kann. Seit das Implantat vor fast drei Jahrzehnten erstmals zugelassen wurde, ist es bei etwa 200 000 Menschen eingesetzt worden, um das durch die Parkinson-Krankheit verursachte Zittern und die Steifheit zu lindern. Aber von denjenigen, die nach 2020 eingesetzt wurden, hatten etwa 40 000 eine besonderen Funktion, die bislang noch nicht aktiviert wurde: Diese neuen Geräte können Gehirnströme lesen und dann den Rhythmus ihrer elektrischen Impulse anpassen, ähnlich wie ein Herzschrittmacher die elektrischen Rhythmen des Herzens überwacht und korrigiert - so Helen Bronte-Stewart, Neurologin an der Stanford University in Kalifornien.

Bronte-Stewart erhielt die Genehmigung, eine klinische Studie zu dieser neuen Technologie, der sogenannten adaptiven Tiefenhirnstimulation (aDBS), durchzuführen - und das in derselben Woche, in der sich Krehbiel auf seine Operation vorbereitete. Er erinnert sich an den Telefonanruf, in dem Bronte-Stewart ihn fragte, ob er ihr erster Teilnehmer sein wolle: »Ich sagte: ›Auf jeden Fall!‹«

Fünf Jahre später haben 68 Personen an dieser Studie, die den Namen ADAPT-PD trägt, teilgenommen und die Ergebnisse befinden sich in der Korrekturphase vor der Veröffentlichung. Obwohl die genauen Einzelheiten noch geheim sind, waren die Ergebnisse überzeugend genug, um die Technologie Anfang dieses Jahres sowohl von den US-amerikanischen als auch von den europäischen Aufsichtsbehörden genehmigen zu lassen.

Die Ergebnisse dieser Studie könnten ein Segen für die schätzungsweise eine Million Menschen in den Vereinigten Staaten und 1,2 Millionen Menschen in Europa sein, die mit der Parkinson-Krankheit leben - und auch für das Unternehmen, das die Implantate herstellt: Medtronic, die in Minneapolis, Minnesota, ansässige Firma für Gesundheitstechnologie. Dieser Erfolg ebne auch den Weg für andere Unternehmen auf der ganzen Welt, die sich um die Zulassung solch fortschrittlicher Geräte bemühen, sagt Martijn Beudel, Neurologe am Amsterdam University Medical Center, der an der Studie mitarbeitete.

Die neuen Therapien versprechen, die DBS für Parkinson und andere motorische Erkrankungen zu verbessern. Die Technologie könnte sogar bei der Behandlung neurologischer Störungen wie dem Tourette-Syndrom und bei psychiatrischen Erkrankungen wie Zwangsstörungen und Depressionen helfen. In der Medizin sind viele der Meinung, dass die neue Technologie noch weitreichendere Auswirkungen haben könnte - vorausgesetzt, die Mittel für die US-Hirnimplantatforschung werden nicht gekürzt.

Schwerwiegende Abstriche

Seit der ersten Zulassung der Tiefenhirnstimulation in Europa und in den Vereinigten Staaten am Ende der 1990er Jahre wurde die überwiegende Mehrheit der Geräte bei Menschen mit Parkinsonerkrankung eingesetzt. Parkinson ist eine fortschreitende Krankheit, die durch das Absterben von denjenigen Neuronen gekennzeichnet ist, die den Neurotransmitter Dopamin produzieren; und der ist entscheidend für die Steuerung von Bewegungen.

Schon existierende Medikamente, die den Dopaminspiegel erhöhen sollen, können die Symptome von Parkinson nur lindern. Die konstante Dopaminproduktion eines gesunden Gehirns können sie aber nicht ersetzen. »Egal, wie geschickt wir dosieren, wir waren nie in der Lage, die Art und Weise, wie das Gehirn Dopamin produziert, genau nachzuahmen«, sagt Bronte-Stewart. Das bedeutet, dass die Symptome im Laufe des Tages variieren - von den unerwünschten unwillkürlichen Bewegungen, die durch die morgendliche Flut von Dopamin-ähnlichen Medikamenten ausgelöst wird, bis hin zur zunehmenden Steifheit im Laufe des Tages, wenn die Wirkung der Medikamente nachlässt. Die Medikamente haben auch viele andere Nebenwirkungen, die von Person zu Person unterschiedlich sind. Bei Krehbiel war beispielsweise die Übelkeit so stark, dass er sich mehrmals am Tag hinlegen musste.

Wenn diese Nebenwirkungen übermächtig werden, kann ein Neurologe eine DBS empfehlen. Die herkömmlichen eingesetzten Implantate geben in der Regel 24 Stunden am Tag Impulse elektrischer Energie tief ins Gehirn ab, um abweichende Gehirnsignale zu regulieren, die mit unkontrollierbaren Körperbewegungen einhergehen. Bis zu diesem Jahr war dies die einzige verfügbare Form der Therapie.

Doch diese so genannte kontinuierliche Tiefenhirnstimulation kann die Nebenwirkungen der Medikamente manchmal sogar verstärken - oder neue Symptome hervorrufen. Einige davon sind harmlos: Ein Mann mit Zwangsstörungen entwickelte eine Leidenschaft für die Musik von Johnny Cash, wenn sein Stimulator eingeschaltet war, interessierte sich aber nicht für den Künstler, wenn das Gerät ausgeschaltet war. Andere Symptome sind besorgniserregender, wie beispielsweise eine plötzlich auftretende Glücksspielsucht und andere vorübergehende Veränderungen der Impulskontrolle. Häufiger kann die zusätzliche Stimulation Sprachstörungen wie Lallen hervorrufen, das Gleichgewicht beeinträchtigen und unwillkürliche Bewegungen verursachen.

Ärztinnen und Ärzte können dann versuchen, die Stimulationsintensität anzupassen, um solchen Symptomen entgegenzuwirken, aber es gibt Grenzen, wie exakt das System kalibriert werden kann.

Krehbiel war sich dieser Unzulänglichkeiten bewusst und sie waren der Anlass dafür, dass er eine DBS nur als letzte Behandlungsmöglichkeit ausprobieren wollte. In den späten 2010er Jahren deutete sein Neurologe aber an, dass es bald große Verbesserungen geben würde. »Also dachte ich, ich warte auf die neue Technologie.«

Wie man Wellen misst

Die Gehirnwellenaktivität unterscheidet sich zwischen Menschen mit und ohne Parkinson-Krankheit. Bei Menschen mit Parkinson gibt es auffällige Unterschiede in einem bestimmten Frequenzbereich: den so genannten β-Oszillationen (zwischen etwa 13 und 30 Hertz) in den Basalganglien, einer tief im Gehirn liegenden Region. Hier werden sensomotorische, kognitive und stimmungsbezogene Informationen verarbeitet.

β-Oszillationen geben Aufschluss über den motorischen Zustand einer Person. In den frühen 2000er Jahren fanden Forschende am University College London immer mehr Beweise dafür, dass bei Parkinson-Erkrankten die Gehirnaktivität in diesem Bereich immer wieder sprunghaft ansteigt. Wenn diese Ausbrüche wirksam mit Medikamenten behandelt werden, sind sie weniger stark ausgeprägt. Das Gleiche gilt für die DBS: Je mehr die Stimulation die β-Oszillationen normalisiere, desto besser werden die Symptome gelindert, sagt Bronte-Stewart. Abweichende Oszillationen wurden dabei als »Oszillopathien« bezeichnet.

In den 2000er Jahren begann Medtronic, sich der Entwicklung eines Geräts zu widmen, das diese Veränderungen sowohl erkennen als auch korrigieren kann, wie Tim Denison berichtet, der zu dieser Zeit für das Unternehmen arbeitete und nun biomedizinischer Ingenieur an der Universität Oxford in Großbritannien ist. »So wie ein Radio auf einen bestimmten Audiokanal eingestellt werden kann - könnten wir eine Verbindung bauen, die sich auf diese Oszillopathien einstellt und dabei hilft, den Stimulator anzupassen?«, fragt er.

Bis 2006 hatten Denison und seine Mitarbeitenden ein solches »Gehirnradio« gebaut: einen Sensorchip, der die verschiedenen Frequenzbänder aufgreifen konnte, in denen die Elektrode sitzt. Die nächste Herausforderung bestand darin, herauszufinden, wie Veränderungen in bestimmten Frequenzbändern mit spezifischen Bewegungsproblemen zusammenhängen. Das war »ein großer Teil der ersten acht bis zehn Jahren der Forschung mit dieser Hardware«, sagt Bronte-Stewart. Sie und andere Forscher, darunter Philip Starr von der Universität von Kalifornien in San Francisco, verwendeten eine Reihe neuer Prototypgeräte, um diese Oszillopathien zu kartieren.

Wenn zum Beispiel die β-Oszillation nach der Einnahme von Medikamenten schwächer wird, reduziert die aDBS automatisch ihre Wirkung und hält die β-Oszillation in einem gesunden Bereich. Wenn die Wirkung der Medikamente abklingt, wird das Gegenteil getan. 2019 entwickelte Bronte-Stewart einen der Algorithmen, auf denen die aDBS basiert. Als sie diesen Algorithmus an 13 Parkinson-Erkrankten testete, konnte er die mit der Krankheit einhergehenden Bewegungsstopps verringern. In einer Studie aus dem vergangenen Jahr verringerte er sogar Laufprobleme. In einer separaten Studie stellte Starr fest, dass die aDBS die Dauer der motorischen Störungen bei den Testpersonen verkürzte, ohne jedoch die Nebenwirkungen zu verschlimmern.

Andere Studien deuten darauf hin, dass die aDBS Sprachprobleme wie das Lallen reduziert, die eine weitere mögliche Nebenwirkung der kontinuierlichen DBS waren. »Die aDBS unterdrückt nur die pathologische Hirnaktivität, ohne die normale Sprache zu beeinträchtigen«, sagt Beudel.

Seit 2013 haben kleine Studien wie diese genau solche Wirkungen bei insgesamt etwa 400 Personen nachgewiesen, schätzt Robert Raike, der Direktor für Neuromodulationsforschung und -technologie bei Medtronic. Was aber fehlte, war eine Möglichkeit, diese Ergebnisse in der realen Welt zu validieren: zu Hause und am Arbeitsplatz über einen langen Zeitraum hinweg. Die Forschenden brauchten eine groß angelegte Studie.

Personalisierung im Implantat

Jedes DBS-Implantat von Medtronic, das nach 2020 hergestellt wurde, kann in den adaptiven Stimulationsmodus umgeschaltet werden. Wer nach 2020 an einer klinischen Studie teilgenommen hat, könnte diese Fähigkeiten des eingebauten Implantats durch ein Firmware-Update aktivieren lassen, »wie ein Software-Update auf dem Handy«, erklärt Raike. Dieser Ansatz kann einen großen Pool an möglichen Studienteilnehmenden eröffnen - und am Ende der Studie könnte diese Funktion wieder abgeschaltet werden.

Nachdem Krehbiel sich zwei Monate einer kontinuierlichen DBS unterzogen hatte, führte Bronte-Stewart dieses Update an seinem Gerät durch. Es hielt seinen Tremor weiterhin in Schach. Er brauchte weniger Medikamente.

Andere Teilnehmende berichteten über ähnliche Verbesserungen sowie über eine Verringerung der mit der kontinuierlichen Stimulation verbundenen Symptome. Obwohl sie noch nicht über die Ergebnisse sprechen darf, da sie noch nicht veröffentlicht sind, verweist Bronte-Stewart auf Daten, die auf einer Konferenz im Jahr 2024 vorgestellt wurden. Von 45 Probanden, die in der Studie entscheiden mussten, ob sie zur kontinuierlichen DBS zurückkehren oder die neue aDBS für eine weitere langfristige Nachbeobachtung behalten wollten, entschieden sich 44 für die aDBS, darunter auch Krehbiel. »Ich hätte nicht länger als 30 Sekunden lang in Erwägung gezogen, wieder zurückzugehen«, sagt er. »Ich habe mich gut gefühlt, und es war mir ziemlich egal, warum.«

Beudel stellte bei seinen Teilnehmenden einen weitgehend ähnlichen Trend fest. »Es ist kein Geheimnis, dass die Ergebnisse positiv waren«, sagt er. »Inzwischen kommen Patientinnen un Patienten aus dem ganzen Land in unser Zentrum und sagen, dass sie die aDBS haben wollen.«

Seit das neue System Anfang des Jahres zugelassen wurde, steht das Upgrade jedem zur Verfügung, der nach 2020 ein Implantat erhalten hat. Neben der reinen Symptomlinderung könnten diese Personen auch andere positive Auswirkungen feststellen, die über die Kontrolle der motorischen Probleme hinausgehen.

So beeinträchtigt die Parkinson-Krankheit bekanntermaßen den Schlaf und wenn die Medikamente nachts abklingen, treten Probleme auf, die von Schlaflosigkeit bis zu Halluzinationen reichen. Schlafentzug wiederum verschlimmert die Symptome. »Es ist ein Teufelskreis«, sagt Beudel.

Die aDBS könnte die Schlafstörungen verringern, indem sie sich automatisch an die schlafbedingten Veränderungen der β-Oszillationen anpasst.

Und besserer Schlaf könnte wiederum das Gehirn schützen. Wenn dies der Fall ist, so Denison, könnte aDBS neues Licht auf die umstrittene Hypothese werfen, dass DBS vor allem dann das Gehirn schützt, wenn es zu einem früheren Zeitpunkt der Parkinson-Erkrankung implantiert wird.

Jenseits von Parkinson

Aber nicht nur Menschen mit Parkinson könnten von der neuen Therapie profitieren. Etwas mehr als ein Viertel der schätzungsweise 230 000 Menschen mit einem DBS-Implantat verwenden es zur Behandlung anderer Krankheiten, darunter Dystonie - eine Bewegungsstörung, bei der sich die Muskeln zusammenziehen -, essentieller Tremor und Zwangsstörungen.

Die Forschenden arbeiten daran, die mit diesen Erkrankungen verbundenen Oszillopathien zu identifizieren, um die aDBS auf diese auszudehnen. Aber auch solche Erkrankungen, die noch nicht für eine aDBS zugelassen sind, wie das Tourette-Syndrom, sollen mit einer aDBS behandelt werden können. So erforscht Beudel Oszillopathien, die dem Tremor vorausgehen, und Michael Okun, Neurowissenschaftler an der Universität von Florida in Gainesville, hat Oszillationen identifiziert, die unterdrückt werden könnten, um die Tics beim Tourette-Syndrom zu reduzieren.

Und obwohl die Beweise für psychiatrische Erkrankungen noch nicht so eindeutig sind, sagt Starr, »könnten auch hier Oszillopathien vorkommen, die als DBS-Ziele in Frage kommen«. Besonders vielversprechend sei die Zwangsstörung, sagt Damiaan Denys, Psychiater an der Universität von Amsterdam. In einer Studie, die demnächst veröffentlicht werden soll, haben er und sein Team eindeutige Zusammenhänge zwischen Zwängen und bestimmten Gehirnsignaturen festgestellt. »Wir stehen kurz davor, einige dieser neurologischen Abdrücke zu finden«, sagt er.

Die adaptive DBS hat auch Hoffnungen für behandlungsresistente Depressionen geweckt, die einen noch größeren Markt darstellen würden als die Parkinson-Krankheit. Obwohl die DBS für behandlungsresistente Depressionen weltweit nicht zugelassen ist, wurden bei einigen hundert Menschen experimentell Implantate eingesetzt.

Helen Mayberg, Neurologin an der Icahn School of Medicine am Mount Sinai in New York City, leitete zwei der bisher größten Studien zu Depressionen. Aber beide verfehlten ihr Ziel. Mayberg besorgte sich einen der frühen Prototypen von Medtronics Gehirnradios, um die mögliche Rolle von Gehirnwellen bei Depressionen zu untersuchen. Allerdings ist es kompliziert: Wie bei Parkinson gibt es bei Depressionen viele Symptome, aber im Gegensatz zu Parkinson wurden keine spezifischen abnormalen Oszillationen mit ihr in Verbindung gebracht. »Selbst, wenn man zehn Menschen mit Depressionen untersucht«, sagt Alik Widge, Psychiater und Biomedizintechniker an der Universität von Minnesota, »würde man bei keinem dieselbe Oszillopathie sehen.«

Mayberg könnte jedoch auf ein Signal gestoßen sein, das mit einer Besserung von Depressionen einhergeht: Das von ihr gefundene Oszillationsmuster im Gehirn tritt nämlich nur dann auf, wenn die Symptome zurückgehen. Einen Monat, nachdem dieses Gehirnsignal bei einem Teilnehmer mit Depressionen verschwunden war, erlitt dieser einen Rückfall.

Die Arbeit steckt noch in den Kinderschuhen, aber Mayberg ist der Meinung, dass die Sensorfähigkeiten moderner Geräte eines Tages wie eine »Motorwarnleuchte« für einen möglichen Rückfall sein könnten.

Überkomplizierung des Problems?

Mit der kontinuierlichen Verbesserung der DBS-Systeme von Medtronic und anderen Unternehmen gibt es immer mehr und immer feinere Elektroden. Einige Forschende, darunter Denison und Bronte-Stewart, sind der Meinung, dass die Grenze zwischen DBS und Gehirn-Computer-Schnittstellen verschwimmt.

Die zunehmende Verfeinerung setzt die Kliniker, die für die Verwaltung der komplexen Geräteeinstellungen zuständig sind, unter Druck. »Wer soll das programmieren?«, fragt Okun. Er befürchtet, dass die Verbreitung intelligenter Implantate paradoxerweise dazu führen könnte, dass sie für die Menschen weniger zugänglich sind, weil das Klinikpersonal schon jetzt zeitlich überlastet ist.

Medtronic arbeitet an einer automatischeren Programmierung, um Zeit zu sparen: Die neue Technologie, die dieses Jahr zugelassen wurde, modernisiert so den Prozess, mit dem Ärztinnen und Ärzte das Gerät programmieren. Außerdem könnte Künstliche Intelligenz die Einstellungen weiter verfeinern; die US Food and Drug Administration entwickelt derzeit neue Standards für die Automatisierung. Für weitere Fortschritte sind jedoch noch große Studien erforderlich, wie ADAPT-PD und auch viele kleinere Studien. Die sind aber nicht billig. »Ein einziger Patient kann eine Million Dollar oder mehr kosten«, sagt Okun. Aber wie die DBS in Zukunft finanziert wird, ist unsicher: Noch bevor die neue US-Regierung damit begann, die Mittel für die medizinische Forschung zu kürzen, hat der Kongress im vergangenen Jahr die BRAIN-Initiative - den Innovationsbeschleuniger für die Neurotechnologie bei den US National Institutes of Health - um 40 % gekürzt. »Ich glaube, wir machen uns alle Sorgen darüber, woher wir die Mittel für diese Art von Studien nehmen sollen«, sagt Bronte-Stewart. Währenddesssen beginnen andere Länder, dieses Forschungsvakuum zu füllen.

Gleichzeitig wird erwartet, dass sich die Zahl der Parkinson-Patienten bis 2050 weltweit fast verdoppeln wird: auf 25 Millionen Betroffene.

Um diesem Bedarf gerecht zu werden, soll der Prozess so zugänglich gemacht werden, wie er es für Krehbiel war. »Ich hatte die Möglichkeit, diese Chance zu ergreifen«, sagt er, »warum hätte ich sie also nicht nutzen sollen?«