Tiefe Hirnstimulation bei Parkinsonpatienten individuell anpassen
27.06.2017
Wissenschaftler der Charité – Universitätsmedizin Berlin sind in Kooperation mit Kollegen in Würzburg und an der Harvard Medical School der Frage nachgegangen, mit welchen Gehirnarealen bei Parkinsonpatienten eine Elektrode zur Tiefen Hirnstimulation verbunden sein sollte, damit sie ihre Wirkung voll entfalten kann. Die Forscher haben einen Weg gefunden, um anhand von Gehirnkonnektivität, also Verbindungen innerhalb des Gehirns, Vorhersagen für eine bestmögliche Linderung der Parkinsonsymptome zu treffen. Wie eine Elektrode optimal platziert werden kann, berichtet das Team jetzt im Fachmagazin Annals of Neurology.
Wissenschaftler der Charité – Universitätsmedizin Berlin sind in Kooperation mit Kollegen in Würzburg und an der Harvard Medical School der Frage nachgegangen, mit welchen Gehirnarealen bei Parkinsonpatienten eine Elektrode zur Tiefen Hirnstimulation verbunden sein sollte, damit sie ihre Wirkung voll entfalten kann. Die Forscher haben einen Weg gefunden, um anhand von Gehirnkonnektivität, also Verbindungen innerhalb des Gehirns, Vorhersagen für eine bestmögliche Linderung der Parkinsonsymptome zu treffen. Wie eine Elektrode optimal platziert werden kann, berichtet das Team jetzt im Fachmagazin Annals of Neurology.
Das Verfahren der Tiefen Hirnstimulation (THS) ist für die Behandlung von Morbus Parkinson etabliert und führt größtenteils zu guten Ergebnissen. Symptome 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 Symptomlinderung 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.
Die Forscher konnten weiterhin zeigen, dass sich auf Basis des Verbindungsprofils einer Elektrode vorhersagen lässt, wie stark sich die Bewegungseinschränkungen eines Patienten lindern lassen. Sie nutzen hierfür ein besonderes Elektrodenlokalisationsverfahren, 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.
Das Verfahren der Tiefen Hirnstimulation (THS) ist für die Behandlung von Morbus Parkinson etabliert und führt größtenteils zu guten Ergebnissen. Symptome 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 Symptomlinderung 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.
Die Forscher konnten weiterhin zeigen, dass sich auf Basis des Verbindungsprofils einer Elektrode vorhersagen lässt, wie stark sich die Bewegungseinschränkungen eines Patienten lindern lassen. Sie nutzen hierfür ein besonderes Elektrodenlokalisationsverfahren, 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.
Originalpublikation:
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. (2017)
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. (2017)
Quelle:
Kontakt:
Prof. Dr. Andrea Kühn
Charité – Universitätsmedizin Berlin und Excellenzcluster NeuroCure
Klinik für Neurologie mit Experimenteller Neurologie
Sektion Bewegungsstörungen und Neuromodulation
Phone: +49 30 450 560 123
E-Mail: andrea.kuehn@charite.de
Charité – Universitätsmedizin Berlin und Excellenzcluster NeuroCure
Klinik für Neurologie mit Experimenteller Neurologie
Sektion Bewegungsstörungen und Neuromodulation
Phone: +49 30 450 560 123
E-Mail: andrea.kuehn@charite.de
