Immer wieder gibt es den einen oder anderen, mitunter bahnbrechenden, Durchbruch in der Medizin und die Forscher kommen den Geheimnissen des Lebens schrittweise mehr und mehr auf die Spur. Ein Organ des menschlichen Körpers ist aber auch für die Mediziner zum großen Teil noch immer ein Rätsel: das Gehirn. Insbesondere das, was in den tieferen Bereichen in unserem Kopf vorgeht und wie bestimmte Bereiche miteinander interagieren.
Dabei spielen genau diese subkortikalen Bereiche des Gehirns insbesondere bei motorischen, emotionalen und assoziativen Aktivitäten eine entscheidende Rolle. Krankheiten wie Parkinson, Zwangsstörungen (OCD) oder das Tourette-Syndrom stehen in direktem Zusammenhang mit diesen Bereichen. Da die subkortikalen Bereiche des Gehirns bisher aber nur sehr schwer und ausschließlich invasiv zugänglich sind, ist auch eine Behandlung dieser Störungen sehr schwierig.
Es ist bekannt, dass zwei Schlüsselstrukturen in diesen Bereichen, der Thalamus und der Nucleus accumbens, miteinander und auch mit dem Kortex kommunizieren, um übergeordnetes Denken, das heißt die motorische, emotionale und assoziative Aktivierung, über elektrische Schwingungen zu steuern. Forscher der Universität Genf (UNIGE) und der Universität Köln haben deshalb eine nicht-invasive Methode erforscht, die Elektroenzephalografie (EEG) gemeinsam mit mathematischen Algorithmen einzusetzen, um diese Gehirnaktivität extern zu messen.
„Eine Dysfunktion in dieser Kommunikation verursacht beim Menschen sehr schwere Krankheiten wie Tourette und OCD, die in der Regel in der Adoleszenz mit dem Ende der Gehirnentwicklung beginnen, sowie die Parkinson-Krankheit”, erklärt Dr. Christoph Michel, Professor am Institut für Neurowissenschaften der Medizinischen Fakultät der UNIGE.
Eine Behandlungen, die auf der Tiefenhirnstimulation basiert, war bisher ausschließlich invasiv. Es mussten Elektroden in die Hirnmitte implantiert werden und durch einen externen Stimulator elektrisch stimuliert werden. „Obwohl sich diese Technik bei Parkinson als wirksam erwiesen hat, funktioniert sie leider nicht so gut bei OCD und Tourette-Syndrom”, sagt Dr. Martin Seeber vom Department of Basic Neurosciences und Erstautor der Studie, die im Fachjournal Nature Communications publiziert wurde.
Nicht-invasive Analysetechnik
Bei den traditionellen Behandlungsmethoden, die Aktivität im subkortikalen Bereich des Gehirns durch Implantate zu messen und zu regulieren, kommt kommt hinzu, dass die Ärzte mitunter nicht einmal wissen, wie sie funktionieren. Um Krankheiten wie Tourette oder OCD erfolgreich behandeln zu können, ist es jedoch unerlässlich zu verstehen, wie diese subkortikalen Zonen funktionieren und kommunizieren – und das möglichst ohne Operation und Implantat, auch, um die Anzahl der Probanden zu erhöhen.
„Wir dachten natürlich an das EEG, das die elektrische Aktivität des Gehirns mit 256 Elektroden auf der Kopfhaut erfasst”, erklärt Michel. Ein Team um Professor Veerle Visser-Vandewalle, Neurochirurg an der Universität Köln und Forscher der Universität Genf konnten schließlich einen Vergleichstest machen. Sie maßen die elektrische Aktivität der subkortikalen Bereiche von vier OCD- und Tourette-Patienten, die bereits Elektrodenimplantate erhalten hatten, während die Testpersonen an ein EEG angeschlossen und die Wissenschaftler die Aktivität derselben Bereiche von der Oberfläche aus maßen.
„Mit den von uns entwickelten mathematischen Algorithmen konnten wir die vom EEG gelieferten Daten genau interpretieren und feststellen, woher die Hirnaktivität kommt”, sagt Seeber. Das Ergebnis war, dass beide Messungen die gleichen Daten zeigten. „Mit sehr ähnlichen Signalen wie bei den Implantaten haben wir endlich bewiesen, dass man mit dem Oberflächen-EEG sehen kann, was im tiefsten Teil des Gehirns passiert, ohne direkt hineingehen zu müssen”, sagt Professor Michel.
Möglichkeiten für neue Behandlungen
„In der Hoffnung, dass wir die Ursachen von Krankheiten wie Tourette und OCD besser verstehen können, können wir jetzt, da wir wissen, dass das EEG zur Analyse der subkortikalen Zonen eingesetzt werden kann, versuchen zu verstehen, wie sie miteinander und mit dem Kortex kommunizieren”, betont Seeber. Die Wissenschaftler möchten die Technik künftig auch zur Verbesserung aktueller Behandlungsmethoden einsetzen, die auf einem Rebalancing der Netzwerkinteraktionen durch einen sehr leichten elektrischen Schlag basieren. Außerdem möchten sie sie auch bei anderen Krankheiten wie Fettleibigkeit, Sucht oder Alzheimer anwenden. „Wir hoffen, dass wir mit der Zeit in der Lage sein werden, die tiefen Hirnareale von der Oberfläche aus durch eine elektromagnetische Behandlung zu stimulieren und so Elektrodenimplantate im Gehirn ein für allemal abschaffen können”, so Professor Michel.
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