Inhalt
- Was ist Tiefenhirnstimulation?
- Wie werden Elektroden im Gehirn platziert?
- Wie funktioniert die Tiefenhirnstimulation?
- Ist es sicher?
- Forschung zu Tiefenhirnstimulation und Alzheimer
- Zusammenfassung der DBS-Effekte auf das Gehirn
- Ethische Überlegungen
Was ist Tiefenhirnstimulation?
Deep Brain Stimulation (DBS) ist ein Verfahren, bei dem Elektroden im Gehirn platziert und so programmiert werden, dass sie kleine elektrische Impulse abgeben, um die Gehirnaktivität zu stimulieren.
DBS wird seit mehreren Jahren bei Parkinson-Patienten mit beachtlichem Erfolg bei der Reduzierung von Zittern und Muskelkontraktionen sowie bei der Verbesserung der Körperhaltung eingesetzt. Es wird auch erforscht, um andere Krankheiten wie Depressionen und Zwangsstörungen zu behandeln.
Wie werden Elektroden im Gehirn platziert?
Die kurze Antwort: Gehirnoperation. Damit DBS möglich ist, müssen Drähte in das Gehirn eingeführt werden. Unter örtlicher Betäubung bohrt ein Neurochirurg Löcher in den Schädel des Patienten und führt die Drähte vorsichtig in verschiedene Bereiche des Gehirns ein. (Eine Lokalanästhesie kann angewendet werden, wenn ein Patient wach ist, aber ein Bereich des Körpers betäubt ist, da das Gehirn selbst keine Schmerzen fühlen kann.)
Eine Schrittmacher-ähnliche Maschine wird dann unter Vollnarkose in die Brust der Person implantiert, wo sie schließlich 130 elektrische Miniaturimpulse pro Sekunde an die Drähte und folglich an das Gehirn abgeben kann. Bei der ersten Implantation wird der Stimulator ausgeschaltet. Einige Tage oder Wochen nach der Operation wird der Stimulator eingeschaltet und beginnt, die elektrischen Impulse an das Gehirn abzugeben.
Bei der Behandlung der Alzheimer-Krankheit sind diese Drähte typischerweise mit dem Fornix im Gehirn verbunden. Laut Johns Hopkins Medicine ist "der Fornix ein Gehirnweg, der dazu beiträgt, Informationen in den Hippocampus zu bringen, den Teil des Gehirns, in dem das Lernen beginnt und Erinnerungen entstehen und in dem die frühesten Symptome von Alzheimer auftreten."
Wie funktioniert die Tiefenhirnstimulation?
Es gibt verschiedene Theorien, warum es funktioniert, aber es gibt noch keine endgültige Antwort. Bei Parkinson soll das fehlerhafte Abfeuern des Gehirns unterbrochen und gestört werden.
Tatsächlich ist das Verständnis der Forscher für DBS so begrenzt, dass die Möglichkeit, es für Alzheimer zu verwenden, versehentlich entdeckt wurde, als DBS an einem Mann getestet wurde, der krankhaft fettleibig war, um seinen Appetit zu kontrollieren. Als sie ihn mit der Kabelplatzierung und den elektrischen Impulsen testeten, berichtete er von einer lebendigen Erinnerung. Wenn sie die Impulse ausschalteten, verschwand die Erinnerung, und als sie den Stimulator wieder einschalteten, kehrte die Erinnerung zurück. Dies führte zu der Erkenntnis, dass es vielleicht einen Weg gibt, das Gehirn und die darin enthaltenen Erinnerungen zu stimulieren.
Ist es sicher?
DBS scheint ziemlich sicher zu sein. Obwohl der Gedanke an eine Gehirnoperation sehr riskant klingt, sagen Experten, dass dieses Verfahren tatsächlich nicht so invasiv ist, wie es sich anhört. Bei Gehirnoperationen bestehen immer Risiken. Über 100.000 Menschen auf der ganzen Welt mit Parkinson-Krankheit haben sich jedoch mit minimalen Problemen einer DBS unterzogen. Zu den Risiken zählen Infektionen, Fehlfunktionen der Geräte, Schlaganfall, Batterieausfall und Bewegung des Kabels.
Forschung zu Tiefenhirnstimulation und Alzheimer
Phase I Forschung
Im Jahr 2010 veröffentlichte die Zeitschrift Annals of Neurology Forschungsergebnisse, die eine in Kanada durchgeführte klinische Phase-I-Studie mit sechs Personen beschreiben, bei denen Alzheimer im Frühstadium diagnostiziert wurde. Sie hatten jeweils einen tiefen Hirnstimulator, der chirurgisch in ihr Gehirn implantiert wurde, und erlebten 12 Monate lang eine kontinuierliche elektrische Stimulation.Tests ihrer kognitiven Funktionen nach 6 und 12 Monaten zeigten bei drei der sechs Teilnehmer eine Verbesserung oder einen weniger als erwarteten Rückgang.
Zusätzlich wurden PET-Scans verwendet, um den zerebralen Glukosestoffwechsel zu bewerten. Dies ist die Fähigkeit des Gehirns, Zucker für Hirnbrennstoff abzubauen, und kann auch ein Indikator für das Aktivitätsniveau von Neuronen im Gehirn sein. Menschen mit Alzheimer zeigen typischerweise eine Abnahme des Glukosestoffwechsels im Laufe der Zeit, aber diese sechs Forschungsteilnehmer zeigten eine Zunahme, die während der gesamten Studie beibehalten wurde. Interessanterweise hat die abnehmende Fähigkeit des Gehirns, Zucker bei der Alzheimer-Krankheit abzubauen, einige Forscher veranlasst, Alzheimer als "Typ-3-Diabetes" zu bezeichnen.
Phase-II-Forschung
In einer Phase-II-Studie von Johns Hopkins nahmen 42 Patienten im Alter von 45 bis 85 Jahren an DBS teil, um ihre Alzheimer-Krankheit zu bekämpfen. Sie wurden zwischen 2012 und 2014 jeweils einer DBS-Operation zur Implantation unterzogen. Die Hälfte von ihnen hatte ihre Stimulatoren nach 2 Wochen und die andere Hälfte nach 12 Monaten eingeschaltet. Dies war eine Doppelblindstudie, da weder die Ärzte noch die Patienten wussten, wann die Stimulatoren aktiviert wurden.
Die Kognition wurde in dieser Studie durch mehrere Tests einschließlich des ADAS-Cog 13 bewertet. Der zerebrale Glukosestoffwechsel wurde auch in verschiedenen Bereichen des Gehirns gemessen.
Die Ergebnisse dieser Studie waren interessant und nicht unbedingt das, was erwartet wurde. 6 Monate nach der Implantation des Stimulators hatte der zerebrale Glukosestoffwechsel signifikant zugenommen, aber diese Zuwächse blieben nach 12 Monaten nicht erhalten. Zusätzlich wurde ein altersbedingter Unterschied in der Reaktion festgestellt. Die Teilnehmer über 65 Jahre zeigten Verbesserungen der kognitiven Funktionen und des zerebralen Glukosestoffwechsels. Personen unter 65 Jahren zeigten in beiden Bereichen keine signifikanten Verbesserungen. Die Forscher vermuteten, dass dieser Effekt mit der manchmal stärkeren Verschlechterung der Gehirnstruktur bei jüngeren Menschen mit Alzheimer (früh einsetzende Alzheimer-Krankheit) im Vergleich zu Menschen mit spät einsetzender Alzheimer-Krankheit zusammenhängt.
Zusammenfassung der DBS-Effekte auf das Gehirn
Die Auswirkungen von DBS auf Alzheimer wurden in diesen klinischen Studien der Phasen I und II untersucht. Informationen darüber, wie es das Gehirn beeinflusst, wurden jedoch auch aus seiner Verwendung in anderen Umgebungen, einschließlich anderer Forschungsstudien und bei der Behandlung der Parkinson-Krankheit, gewonnen. Die folgenden Effekte wurden gefunden:
Verbesserte allgemeine Wahrnehmung:Untersuchungen zu DBS bei Alzheimer-Patienten führten bei einigen Teilnehmern zu einer verbesserten Wahrnehmung, gemessen anhand mehrerer neuropsychologischer Tests. Diese Tests messen verschiedene Aspekte der Gehirnfunktion, einschließlich Gedächtnis, Orientierung, Worterkennung und mehr.
Erhöhtes Hippocampusvolumen:Während der Hippocampus (ein Teil des Gehirns, der mit dem Gedächtnis assoziiert ist) mit zunehmendem Alter verkümmert und bei Alzheimer signifikanter ist, wurde festgestellt, dass DBS das Volumen des Hippocampus bei Personen mit Alzheimer erhöht. Das Hippocampusvolumen wurde mit der Gedächtnisfunktion korreliert.
Erhöhter zerebraler Glukosestoffwechsel:Wie oben hervorgehoben, zeigten einige Probanden, die DBS erhielten, einen verbesserten Glukosestoffwechsel in mehreren Bereichen des Gehirns.
Erhöhtes Volumen von Fornix- und Mammillarkörpern:Der Fornix- und der Mammillarkörper im Gehirn (die beide mit der Gedächtnisfunktion zusammenhängen) haben bei Alzheimer-Patienten nach DBS ein erhöhtes Volumen gezeigt.
Höhere Acetylcholinspiegel:In der Forschung wurde auch gezeigt, dass DBS die Freisetzung von Acetylcholin auslöst. Acetylcholin hilft bei der Übertragung von Nachrichten von einer Nervenzelle zur nächsten in unserem Gehirn.
Erhöhtes räumliches Gedächtnis:Nach einer tiefen Hirnstimulation des Fornix von Ratten zeigten sie ein verbessertes räumliches Gedächtnis in ihrer Fähigkeit, durch ein Labyrinth zu navigieren. Tierversuche werden zwar nicht immer auf den Menschen übertragen, liefern uns jedoch häufig Einblicke in die Sicherheit und Wirksamkeit experimenteller Verfahren.
Verminderte verbale Sprachkompetenz:Die Tiefenhirnstimulation wird seit Jahren bei Parkinson-Patienten mit signifikant positiven Ergebnissen eingesetzt. Einige Untersuchungen haben jedoch ergeben, dass die verbale Sprachkompetenz bei einigen dieser Personen abgenommen hat. Während viele Parkinson-Patienten der Meinung sind, dass dieses Risiko den Nutzen wert ist, den eine tiefe Hirnstimulation für sie bietet. Es könnte nicht so leicht als lohnendes Risiko bei Menschen mit Alzheimer-Krankheit angesehen werden.
Ethische Überlegungen
Während mehrere Studien am Menschen durchgeführt wurden, fordern einige Forscher zusätzliche und erweiterte Studien mit DBS bei Tieren, bevor weitere Forschungen mit Menschen durchgeführt werden. Sie weisen darauf hin, dass es zwar DBS-Forschungsteilnehmer gab, die eine gewisse kognitive Verbesserung erfahren haben, aber auch einige andere, die in einigen kognitiven Bereichen nach einer tiefen Hirnstimulation zurückgegangen sind.
Diese Forscher heben auch die Tatsache hervor, dass es an Verständnis dafür mangelt, wie eine tiefe Hirnstimulation funktioniert. Daher empfehlen sie, mehr Informationen einzuholen, bevor klinische Studien mit Menschen ausgeweitet werden.
Ein Wort von Verywell
Die Tiefenhirnstimulation hat sich als geeignete Behandlung für die Parkinson-Krankheit etabliert. Es sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich, um die Vorteile bei der Alzheimer-Krankheit zu erkennen. Das Potenzial von DBS zur kognitiven Verbesserung ist aufregend, insbesondere da wir weiterhin Schwierigkeiten haben, eine wirksame Behandlung für Alzheimer zu finden.
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