Entscheidend für eine optimale Linderung der Parkinsonsymptome ist bei der Tiefen Hirnstimulation die exakte Lage der Elektrode.
Mit welchen Gehirnarealen bei Parkinsonpatienten eine Elektrode zur Tiefen Hirnstimulation verbunden sein sollte, damit sie ihre Wirkung voll entfalten kann? Dieser Frage sind Forscher der Charité – Universitätsmedizin Berlin in Kooperation mit Kollegen in Würzburg und an der Harvard Medical School nachgegangen. Die Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, um anhand von Gehirnkonnektivität, also Verbindungen innerhalb des Gehirns, Vorhersagen für eine bestmögliche Linderung der Parkinsonsymptome zu treffen.
Tiefe Hirnstimulation bei Morbus Parkinson
Die Parkinson-Behandlung mit der Tiefen Hirnstimulation (THS) ist mittlerweile etabliert und führt größtenteils zu guten Ergebnissen. Parkinsonsymptome wie Bewegungseinschränkungen, Muskelversteifungen oder Zittern lassen sich mittels einer kleinen Elektrode, die neurochirurgisch in tiefe Strukturen des Gehirns implantiert wird, zurückdrängen.
Entscheidend für eine optimale Linderung der Parkinsonsymptome ist allerdings die exakte Lage der Elektrode. Zwischen der Umgebung des Implantats und anderen Gehirnregionen lassen sich charakteristische Verbindungsmuster beobachten. „Eine optimale Lage des Impulsgebers ist durch ein optimales Verbindungsprofil charakterisiert“, erklärt Dr. Andreas Horn, Wissenschaftler an der Klinik für Neurologie mit Experimenteller Neurologie der Charité. „Für eine hohe Wirksamkeit der Behandlung sind starke Verbindungen der THS-Elektrode zu spezifischen frontalen Hirnregionen wie dem sogenannten supplementärmotorischen Areal entscheidend“, so Dr. Horn. Ein Zusammenhang, der bislang unbekannt war.
Elektroden-Lokalisationsverfahren
Auf Basis des Verbindungsprofils einer Elektrode lässt sich vorhersagen, wie stark sich die Bewegungseinschränkungen eines Patienten lindern lassen. Die Forscher nutzen hierfür ein besonderes Elektroden-Lokalisationsverfahren, das über mehrere Jahre hinweg an der Charité in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Andrea Kühn entwickelt wurde. Grundlage sind weiterhin präzise Gehirnkonnektivitätsatlanten, die in Kooperation mit der Harvard Medical School erstellt worden sind. Auf Basis spezieller Kernspinsequenzen von über 1000 Probanden konnten die Wissenschaftler einen „Durchschnitts-Schaltplan“ des menschlichen Gehirns berechnen. In Kombination beider Methoden lassen sich Konnektivitätsprofile für jede THS-Elektrode erstellen. Unter Nutzung von Grundprinzipien aus dem Machine-Learning-Bereich war es schließlich möglich, ein optimales Verbindungsprofil zu berechnen und zu validieren. In etwas mehr als 90 Fällen konnten Dr. Andreas Horn und seine internationalen Kollegen dazu beitragen, Elektroden zur Tiefen Hirnstimulation hochpräzise zu platzieren.
In Folgestudien wollen die Forscher nun an einer patientenspezifisch abgestimmten, maßgeschneiderten Hirnstimulation arbeiten. Denn bereits vor Beginn der Operation zum Einsetzen der THS-Elektroden kann auf Basis von Forschungssequenzen in der Kernspintomographie das patientenspezifische Verbindungsprofil analysiert werden. „Noch bevor der invasive Teil der Behandlung beginnt, könnte der optimale Stimulationsort patientenspezifisch festgelegt werden“, sagt Dr. Horn. „Wir arbeiten daran, ein Verfahren für konnektivitätsbasierte tiefe Hirnstimulation aufzubauen und in Folgestudien weiter zu validieren.“ So soll in ferner Zukunft möglich sein, die Therapie im Patienten vorab im Computer zu simulieren.
*Andreas Horn, Martin Reich, Johannes Vorwerk, Ningfei Li, Gregor Wenzel, Qianqian Fang, Tanja Schmitz-Hübsch, Robert Nickl, Andreas Kupsch, Jens Volkmann, Andrea A. Kühn, Michael D. Fox. Connectivity predicts deep brain stimulation outcome in Parkinson’s disease. Ann. Neurol. http://dx.doi.org/10.1002/ana.24974 (2017).
