Tiefe Hirnstimulation

Stereotaxiegerät zur Platzierung einer Stimulationselektrode
Abbildung der Sonden im Gehirn in einer Röntgenaufnahme des Schädels

Die Tiefe Hirnstimulation (engl. DBS Deep Brain Stimulation) ist ein neurochirurgischer Eingriff in das Gehirn, mit dem krankheitsbedingte Fehlleistungen korrigiert werden sollen. Populär, aber irreführend ist der Begriff Hirnschrittmacher.

Für die chronische Hirnstimulation werden dem Patienten meist eine oder zwei dünne Elektroden implantiert, die über subkutan verlegte Kabel mit einem Impulsgeber im Bereich der Brust oder dem Oberbauch verbunden sind. Dieser Impulsgeber gibt dauerhaft elektrische Impulse an die Zielregion im Gehirn ab, wodurch diese – je nach Stromfrequenz – entweder deaktiviert oder stimuliert werden kann.

Bislang wurden weltweit ca. 75.000 Patienten mit einem Hirnschrittmacher operativ versorgt. Prospektive kontrollierte und randomisierte Studien der letzten Jahre belegen die anhaltende Wirksamkeit des Therapieverfahrens im individuellen Krankheitsverlauf: Nicht nur Krankheitssymptome wie Zittern (Tremor), Steifigkeit (Rigor) und Bewegungsarmut (Bradykinese) werden gebessert, sondern nachweislich auch in ganzheitlicher Hinsicht die Lebensqualität.

In den letzten Jahren sind aber mögliche psychische Nebenwirkungen in zahlreichen Fachpublikationen berichtet worden, wobei das Spektrum vor allem leichtere kognitive Verschlechterungen, Depression, (Hypo-)Manie umfasst. Auch Persönlichkeitsveränderungen sind dokumentiert worden.[1]

Etablierte Anwendungsgebiete sind unter anderem die Parkinson-Krankheit, der Essentielle Tremor oder die Dystonie. In der klinischen Erprobung befinden sich Anwendungen in den Bereichen Epilepsie, Depression, Zwangsstörung, Cluster-Kopfschmerz und Tourette-Syndrom.

Anwendungsgebiete

Bewegungsstörungen

Die Methode wird gegenwärtig hauptsächlich bei der Behandlung verschiedener Bewegungsstörungen angewendet, wie den Symptomen der Parkinson-Krankheit, essentiellem Tremor, Tremor bei Multipler Sklerose sowie Dystonie.

Die Tiefenhirnstimulation und ihre Anwendungsgebiete sind Gegenstand aktueller Forschung:

  • Parkinson-Krankheit: Häufigstes Einsatzgebiet der Tiefen Hirnstimulation. Forscher des Forschungszentrums Jülich und der Universität Köln arbeiten an der Entwicklung eines Hirnschrittmachers, der die Parkinson-Symptome nicht nur unterdrücken, sondern sie korrigieren und das Gehirn wieder normal funktionieren lassen soll. [2] Für diese Idee erhielten sie 2005 den Erwin-Schrödinger-Preis.

Depression

  • Die Anwendung der tiefen Hirnstimulation bei der Depression befindet sich im experimentellen Stadium[3][4]. Positive Resultate konnten bei sehr kleinen Gruppen von therapieresistenten Patienten bei einer Stimulation der subgenualen Area cg25[5] und des Nucleus accumbens [6][7] gezeigt werden.

Weitere Anwendungsgebiete

Funktionsweise

Strukturen der Basalganglien

Die Funktionsweise der Tiefenhirnstimulation im Detail ist bisher ungeklärt.[11] Die Wirkungsweise ist jedoch Gegenstand intensiver Forschung, und gegenwärtig werden vier allgemeine Theorien diskutiert [12]:

  • Funktionaler Block der Axone durch Depolarisation
  • Synaptische Inhibierung
  • Erschöpfung der Neurotransmitter durch fortgesetzte Erregung der Neuronen
  • Durch die Stimulation induzierte Veränderung der pathologischen Aktivität des neuralen Netzes des Gehirns

Als Steuerelement dient ein kleiner batteriegetriebener und chipgesteuerter Impulsgeber, der unter der Haut der Brustmuskulatur oder am Oberbauch eingesetzt wird. Die Elektroden werden durch kleine Löcher in der Schädeldecke in die Zielregion der Basalganglien der linken und rechten Gehirnhälfte eingeführt.

Bei der Behandlung von Patienten mit fortgeschrittener Parkinson-Krankheit wird der Nucleus subthalamicus angesteuert oder der mediale Globus pallidus, bei essentiellem Tremor der Thalamus ventralis und bei Dystonie der Globus pallidus. Eine Studie der Universitätskliniken Köln und Bonn zur Wirksamkeit bei Depression untersucht die Stimulation des Nucleus accumbens.[11] [13]

Operation

In Deutschland werden an rund 30 Kliniken jährlich etwa 400 Hirnschrittmacher implantiert. Die Implantation ist reversibel.

Die Operation erfolgt in zwei Schritten. Im ersten, werden dem Patienten in einer stereotaktischen Operation kleine Löcher in die Schädeldecke gebohrt, durch die die Elektroden in das Gehirn eingeführt werden. Dabei ist der Patient in der Regel bei vollem Bewusstsein. Nur so kann mit Hilfe von Teststimulationen die Wirksamkeit der einzelnen Elektroden und damit deren exakte Lage überprüft werden. Der Impulsgenerator (Hirnschrittmacher) wird entweder während dieses Eingriffs oder in einer zweiten, kürzeren Operation am Folgetag implantiert.

Ursprünglich wurden vier Kontakte auf jeder Gehirnseite eingesetzt. Ende 2010 wurden an der Universitätsklinik Köln erstmals ein Hirnschrittmacher-Modell implantiert, das acht Kontakte auf jeder Hirnseite aufweist. Eine höhere Anzahl von Elektroden im Gehirn sollen das Gerät effizienter machen und weniger Nebenwirkungen auf andere Hirnregionen haben.[14]

Nebenwirkungen

Einer gelungenen Operation können jedoch eine vorübergehende oder länger andauernde Dysarthrie oder ein meist vorübergehendes manisches Verhalten mit inadäquat gehobener Stimmung, abnormer Antriebssteigerung, materiellem Verschwendungsverhalten und starker Einschränkung der persönlichen Leistungsfähigkeit folgen.[15] Ein Teil der Patienten wird dagegen trotz Besserung der motorischen Störungen nach der Tiefen Hirnstimulation depressiv.[16]

Ethische Diskussion

Da die genaue Wirkungsweise im Gehirn unbekannt ist und es möglich ist, Stimmung und Verhalten zu beeinflussen (Depression, Zwangsstörung, Manie), ist die Tiefenhirnstimulierung auch Gegenstand ethischer Diskussionen [17], [18]. Der Nationale Ethikrat hat im Januar 2006 eine Diskussion über Neuroimplantate geführt. Dabei wurde es im Sinne der Selbstbestimmung als vorteilhaft angesehen, dass die Tiefe Hirnstimulation reversibel ist und der Neurostimulator jederzeit abgeschaltet werden kann.

Literatur

  • Ralph Erbacher: Analyse des Einflusses der Stimulationsfrequenz auf den cerebralen Ruheblutfluss bei Patienten mit essentiellem Tremor und tiefer Hirnstimulation im VIM-Thalamus. Eine H2-15O-PET-Studie. Dissertation. Technische Universität München, 2003
  • Isabella Maria Henriette von Falkenhayn: Untersuchungen des regionalen zerebralen Blutflusses bei tiefer Hirnstimulation zur Therapie der Akinese bei Morbus Parkinson. Dissertation. Technische Universität München, 2000
  • Eleni-Ioanna Anthogalidis: Standardisierter Dokumentationsbogen für endoskopisch stereotaktische Operationen in der Neurochirurgie. Görich & Weiershäuser, Marburg 1998, ISBN 3-89703-224-4
  • Jose M. R. Delgado: Gehirnschrittmacher. Direktinformation durch Elektroden. Ullstein, Frankfurt 1971, ISBN 3-550-07024-1
  • Helmut Dubiel: Tief im Hirn. Kunstmann Verlag, München 2006, ISBN 3-88897-451-8
  • Peter A. Tass & Milan Majtanik: Long-term anti-kindling effects of desynchronizing brain stimulation: a theoretical study. In: Biological Cybernetics. Vol. 94, No. 1, 2006, doi:10.1007/s00422-005-0028-6, S. 58-66
  • Peter A. Tass, Joachim Klosterkötter, Frank Schneider, Doris Lenartz, Anastasios Koulousakis & Volker Sturm: Obsessive-compulsive disorder: Development of demand-controlled deep brain stimulation with methods from stochastic phase resetting. In: Neuropsychopharmacology. 28, 2003, doi:10.1038/sj.npp.1300144, S. 27-34
  • Christian Hauptmann, Oleksandr Popovych & Peter A. Tass: Effectively desynchronizing deep brain stimulation based on a coordinated delayed feedback stimulation via several sites: a computational study. In: Biological Cybernetics. Vol. 93, No. 6, 2005, doi:10.1007/s00422-005-0020-1, S. 463-470
  • Günther Deuschl et al.: A randomized trial of deep-brain-stimulation for Parkinson’s disease. In: The New England Journal of Medicine. 355 (9), 2006, S. 896-908
  • Jens Kuhn, Theo O. J. Gründler, Doris Lenartz, Volker Sturm, Joachim Klosterkötter & Wolfgang Huff: Tiefe Hirnstimulation bei psychiatrischen Erkrankungen. In: Deutsches Ärzteblatt. 107 (7), 2010, doi:10.3238/arztebl.2010.0105, S. 105-13
  • Matthias Becker: Risiko Neuroimplantate: Gehirn-Operationen an wachen Patienten. In: Telepolis special Mensch+: Upgrade-Revolution für Homo sapiens. Heise, 2012 (gekürzte Fassung in Spiegel Online. 11. März 2012)

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Sabine Müller, Markus Christen: Mögliche Persönlichkeitsveränderungen durch Tiefe Hirnstimulation bei Parkinson-Patienten, in: Nervenheilkunde 2010, 29(11), 779-783, http://www.schattauer.de/de/magazine/uebersicht/zeitschriften-a-z/nervenheilkunde/inhalt/archiv/issue/1167/manuscript/13897/show.html (freier Download)
  2. Handelsblatt: Gezielt aus dem Takt gebracht
  3. Schlaepfer T.E,. et al.: Deep brain stimulation for treatment of refractory depression. Lancet (2005)‚ 366(9495): PMID 16243078.
  4. Schläpfer, T E, and B H Bewernick. "Deep Brain Stimulation for Psychiatric Disorders--State of the Art." Advances and technical standards in neurosurgery 34. PMID 19368080.
  5. Mayberg HS, Lozano AM, Voon V, McNeely HE, Seminowicz D, Hamani C, Schwalb JM, Kennedy SH.: Deep brain stimulation for treatment-resistant depression. Neuron (2005)‚ 45(5): PMID 15748841.
  6. Schlaepfer TE, Cohen MX, Frick C, Kosel M, Brodesser D, Axmacher N, Joe AY, Kreft M, Lenartz D, Sturm V: Deep Brain Stimulation to Reward Circuitry Alleviates Anhedonia in Refractory Major Depression. Neuropsychopharmacology (2007)‚ PMID 17429407
  7. Bewernick BH, Hurlemann R, Matusch A, Kayser S, Grubert C, Hadrysiewicz B, Axmacher N, Lemke M, Cooper-Mahkorn D, Cohen MX, Brockmann H, Lenartz D, Sturm V, Schlaepfer TE. Nucleus Accumbens Deep Brain Stimulation Decreases Ratings of Depression and Anxiety in Treatment-Resistant Depression. "Biological Psychiatry 67" (2010): 110-6. PMID 19914605.
  8. Leitlinie Cluster-Kopfschmerz und trigeminoautonome Kopfschmerzen der Deutschen Gesellschaft für Neurologie. In: AWMF online (Stand 10/2005)
  9. Leone M,. et al.: Hypothalamic stimulation for intractable cluster headache: long-term experience. Neurology (2006)‚ 67(1): 150-2 PMID 16832097.
  10. http://www.spiegel.de/wissenschaft/medizin/0,1518,818932,00.html
  11. 11,0 11,1 Kommt die gesteuerte Persönlichkeit?, Tanja Krämer, Spektrum der Wissenschaft 9/07 S42 ff
  12. McIntyre, C.C., Savasta, M., Kerkerian-LeGroff, L., and Vitek, J.L., Uncovering the mechanism(s) of action of deep brain stimulation: activation, inhibition, or both, Clinical Neurophysiology 115, p. 1239-1248, (2006)
  13. Bewernick, Bettina H, René Hurlemann, Andreas Matusch, Sarah Kayser, Christiane Grubert, Barbara Hadrysiewicz, Nikolai Axmacher, and others. "Nucleus Accumbens Deep Brain Stimulation Decreases Ratings of Depression and Anxiety in Treatment-Resistant Depression." Biological psychiatry 67, no. 2 (2010). PMID 19914605
  14. Neuer Hirnschrittmacher erstmals implantiert, 10. November 2010
  15. M. Ulla et al: Manic behaviour induced by deep-brain stimulation in Parkinson's disease: evidence of substantia nigra implication?, in: Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry 2006; 77: S. 1363-1366
  16. Helmut Dubiel: Tief im Hirn. Kunstmann Verlag, München 2006
  17. Synofzyk M, Schlaepfer TE. Stimulating personality: Ethical criteria for deep brain stimulation in psychiatric patients and for enhancement purposes. J. Biotechnol. 2008;3(12):1511-1520. PMID 19072907
  18. Sabine Müller, Markus Christen: Mögliche Persönlichkeitsveränderungen durch Tiefe Hirnstimulation bei Parkinson-Patienten, in: Nervenheilkunde 2010, 29(11), 779-783, http://www.schattauer.de/de/magazine/uebersicht/zeitschriften-a-z/nervenheilkunde/inhalt/archiv/issue/1167/manuscript/13897/show.html (freier Download)
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