Nachwachsen des beschädigten Gehirns

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler entdeckt, dass das Gehirn eine bemerkenswerte Fähigkeit zur Selbstreparatur besitzt. In der Hoffnung, sich diese Fähigkeit zunutze zu machen, haben Forscher eine Technologie entwickelt, um das Gehirngewebe mit elektrischer Stimulation direkt zu versorgen. Die Therapie, die jetzt in großen klinischen Studien getestet wird, könnte die Reparaturmechanismen des Gehirns ankurbeln und die Erholung nach einem Schlaganfall verbessern.

Eine flache 1x1-Elektrode, die über der äußeren Membran des Gehirns platziert wird, stimuliert das darunter liegende kortikale Gewebe, ohne dass der Träger ein Gefühl verspürt. Das Gerät könnte Patienten helfen, die motorischen Funktionen nach einem Schlaganfall wiederherzustellen. (Mit freundlicher Genehmigung von Northstar Neuroscience.)

Studien an Versuchstieren und Menschen haben gezeigt, dass sich nach einem Schlaganfall Neuronen in der Nähe des geschädigten Gewebes neu organisieren, um die verletzten Bereiche zu kompensieren. Diese Heilfähigkeit kann jedoch erfolgreich sein oder verfehlen – einige Patienten können wieder gehen oder sprechen, während andere dauerhaft behindert bleiben.



[ Klicken Sie hier für Illustrationen zu den Bereichen des Gehirns und den Funktionen des Geräts.]

In vielen Fällen können Patienten die Genesung durch Übung stimulieren. Jemand, der zum Beispiel die Funktion seiner linken Hand verloren hat, könnte mit dieser Hand verschiedene Bewegungen üben, um die angeborenen Reparaturmechanismen des Gehirns zu stärken. Aber in den meisten Fällen geht diese Neuroplastizität nicht weit genug, sagt Alan Levy, CEO von Northstar Neurowissenschaften , ein Medizintechnikunternehmen mit Sitz in Seattle, WA.

neue Technologien kommen auf den Markt

Daher entwickelten Levy und seine Mitarbeiter einen Weg, um bestimmte Teile des Kortex zu stimulieren, um zu versuchen, die natürliche Neuroplastizität des Gehirns weiter zu verbessern. Die Technologie hat sich in vorläufigen Humanstudien als vielversprechend erwiesen – Forscher fanden heraus, dass Patienten, die sowohl eine Rehabilitationstherapie als auch eine Stimulation erhielten, sich bei Standardtests der Hand- und Armfunktion um 15 bis 30 Prozent verbesserten; während die Kontrollen, die sich nur einer Physiotherapie unterzogen, nur 0 bis 12 Prozent verbesserten. Northstar sponsert jetzt eine größere klinische Studie in 18 Rehabilitationszentren in den USA.

Experten warnen jedoch davor, dass es zu früh ist, um zu sagen, wie effektiv oder breit anwendbar die Technologie sein wird. Wir müssen Studien in größeren Gruppen sehen, um zu wissen, ob es effektiv ist, sagt Douglas Katz , einem Neurologen an der Boston University Medical School, und unter welchen Umständen es wirksam ist, z. Katz fügt hinzu: Aber ich denke, diese Techniken sind sehr vielversprechend.

Der Nutzen kann auch von der Schwere des Schlaganfalls abhängen. Es ist möglich, dass diese Therapie nur bei Patienten mit relativ leichten Beeinträchtigungen wirksam ist, sagt Randolph Nudo, Direktor des Landon Center on Aging am Medical Center der University of Kansas in Kansas City, der die Auswirkungen der Northstar-Technologie in Tiermodellen für Schlaganfälle untersucht. Menschen, die einen schwereren Schlaganfall erlitten haben und daher weniger Neuronen übrig haben, um den geschädigten Bereich auszugleichen, können möglicherweise nicht von der Stimulation profitieren.

Nudo und Kollegen führen umfassende Tierstudien durch, um die effektivsten Parameter für die kortikale Stimulationsbehandlung zu bestimmen und um zu ermitteln, ob entlegene Bereiche des Gehirns rekrutiert werden können, um Menschen mit schwereren Schlaganfällen zu helfen.

Bei der kortikalen Stimulation kartieren Ärzte zunächst das Ausmaß der Schädigung mittels Bildgebung des Gehirns. Die Bewegung der Hand wird beispielsweise von einem bestimmten Teil des motorischen Kortex gesteuert, einer Schicht des Gehirns, die die Bewegung steuert. Ärzte verwenden funktionelle Magnetresonanztomographie, die den Blutfluss in verschiedenen Teilen des Gehirns misst, um den beschädigten Teil der Kortikalis sowie die benachbarten Bereiche zu lokalisieren, die versuchen, die Kontrolle über die beschädigte Hand zu übernehmen. Ein Neurochirurg bohrt dann ein kleines Loch in den Schädel über diesem Bereich und platziert eine flache Elektrode oben auf der Dura, einer harten Membran, die das Gehirn bedeckt, um die darunter liegende kortikale Region zu stimulieren.

Der Stimulator wird über ein schrittmacherähnliches Gerät mit Strom versorgt, das in die Brust implantiert und über ein unter die Haut gefädeltes Kabel mit der Elektrode verbunden ist. Ein Arzt oder Physiotherapeut kann den Stimulator mit einem drahtlosen Controller ein- und ausschalten. Der Stimulator wird nur eingeschaltet, wenn Patienten Rehabilitationsübungen durchführen; Patienten in der klinischen Northstar-Studie werden einem intensiven sechswöchigen Physiotherapieprogramm unterzogen.

Wissenschaftler wissen noch nicht genau, wie die elektrische Stimulation funktioniert, aber die Forschung an Tiermodellen gibt einige Hinweise. Wir glauben, dass wir die Erregbarkeit von Neuronen innerhalb der verschonten Geweberegion verändern, sagt Nudo.

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Neuronen kommunizieren, indem sie einander elektrische Nachrichten senden. Wenn eine Person beispielsweise ihre Hand bewegt, um eine Tasse aufzunehmen, feuern die Neuronen im motorischen Kortex, um den Armmuskeln mitzuteilen, dass sie sich bewegen sollen. Wenn Neuronen in einem sich erholenden Gehirnbereich elektrisch stimuliert werden, während ein Patient versucht, den Becher zu bewegen, kann es für diese Neuronen einfacher werden, zu feuern. Wissenschaftler vermuten, dass diese Neuronen durch wiederholtes Üben und elektrische Stimulation neue neuronale Verbindungen entwickeln, die die Fähigkeit des Patienten stärken, den Becher aufzunehmen, was zu einer dauerhaften Veränderung der motorischen Fähigkeiten führt.

Tatsächlich sagen Experten, dass die Kombination von Stimulation und Therapie der Schlüssel zu dieser Behandlung ist. Die Technologie verbessert die Wirksamkeit der eigenen willkürlichen Bewegung des Patienten, sagt Carolee J. Winstein , Biokinesiologe und Physiotherapeut an der University of Southern California in Los Angeles. Die Kombination von Techniken scheint effektiver zu sein als jede Technik allein, sagt sie. Winstein führt einen Teil der aktuellen Northstar-Testversion durch.

Der kortikale Stimulator von Northstar ist nicht die einzige Behandlung, die sich in der Entwicklung befindet, um die Neuroplastizität nach einem Schlaganfall zu steigern. Einige Neurowissenschaftler untersuchen die transkranielle Magnetstimulation, eine nicht-invasive Methode zur Stimulation bestimmter Hirnareale. Andere entwickeln Medikamente, die die Neuroplastizität steigern. Aber Nudo sagt, dass die direkte elektrische Stimulation einige Vorteile haben kann. Wir können den Ort der Stimulation sowie andere Parameter wie die Frequenz besser kontrollieren, sagt er. Mit einem Medikament haben Sie diese Kontrolle nicht.

Northstar hofft, die Technologie schließlich für eine Vielzahl von Erkrankungen entwickeln zu können, darunter Hirnverletzungen, Hör- und Schmerzstörungen, Bewegungsstörungen und neuropsychiatrische Störungen. Das Unternehmen sponsert derzeit klinische Studien zu Aphasie (Sprachverlust), Tinnitus (Ohrgeräusche) und Hemiparese (Schwäche auf einer Körperseite).

Chris Ware, ein ehemaliger Polizist, erlitt vor neun Jahren einen Schlaganfall, der ihn in seiner rechten Seite teilweise gelähmt hatte. Er lernte nach dem Schlaganfall wieder laufen und sprechen, war aber immer noch stark beeinträchtigt. Nachdem er 2004 an einer klinischen Studie mit der Northstar-Technologie teilgenommen hatte, konnte er, wie er sagt, viel mehr selbst tun, wie zum Beispiel seine Schuhe binden und Auto fahren.

Warum dauert das Auszählen der Stimmen so lange?

Das Konzept der neuronalen Plastizität hat dem Potenzial für mehr Erholung nach einer Hirnverletzung neues Leben eingehaucht, sagt Winstein. Ich denke, wir werden die Entwicklung vieler neuer Technologien und Behandlungen erleben, die versuchen, diese natürliche Fähigkeit zu erschließen. Es ist eine sehr aufregende Zeit in der Reha.

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