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Parkinson mit Hirnschrittmachern zähmen

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Studien der UCSF zeigen, dass eine personalisierte, sich selbst anpassende Neuromodulation das Potenzial hat, Bewegung und Schlaf zu verbessern.

Zwei neue Studien der UC San Francisco weisen den Weg zu einer personalisierten Rund-um-die-Uhr-Versorgung für Menschen mit Parkinson-Krankheit durch ein implantiertes Gerät, das Bewegungsprobleme am Tag und Schlaflosigkeit in der Nacht behandeln kann.

Der Ansatz, der als adaptive Tiefenhirnstimulation (aDBS) bezeichnet wird, verwendet Methoden, die von der KI abgeleitet wurden, um die Gehirnaktivität eines Patienten auf Veränderungen der Symptome zu überwachen.

Wenn sie diese erkennt, greift sie mit präzise kalibrierten Stromimpulsen ein. Die Therapie ergänzt die Medikamente, die Parkinson-Patienten zur Behandlung ihrer Symptome einnehmen, und gibt weniger Stimulation ab, wenn das Medikament aktiv ist, um übermäßige Bewegungen zu verhindern, und mehr Stimulation, wenn das Medikament nachlässt, um Steifheit zu verhindern.

Es ist das erste Mal, dass eine sogenannte „Closed-Loop“-Hirnimplantat-Technologie bei Parkinson-Patienten im Alltag funktioniert. Das Gerät nimmt Gehirnsignale auf, um einen kontinuierlichen Feedback-Mechanismus zu schaffen, der Symptome eindämmen kann, sobald sie auftreten. Die Nutzer können den adaptiven Modus ausschalten oder die Behandlung mit einem Handgerät ganz abschalten.

Für die erste Studie führten die Forscher eine klinische Studie mit vier Personen durch, um zu testen, wie gut der Ansatz tagsüber funktioniert, und verglichen ihn mit einer früheren DBS-Technologie für Hirnimplantate, die als konstante oder cDBS bekannt ist.

Um sicherzustellen, dass die Behandlung jedem Teilnehmer die maximale Linderung verschaffte, baten die Forscher die Teilnehmer, ihr störendstes Symptom zu benennen. Die neue Technologie reduzierte diese Symptome um 50 %. Die Ergebnisse werden am 19. August in Nature Medicine veröffentlicht.

„Dies ist die Zukunft der Tiefenhirnstimulation bei Parkinson“, sagte Dr. med. Philip Starr, Dolores Cakebread Professor für Neurologische Chirurgie, Co-Direktor der UCSF-Klinik für Bewegungsstörungen und Neuromodulation und einer der leitenden Autoren der Studie.

Starr hat seit mehr als einem Jahrzehnt die Grundlagen für diese Technologie gelegt. Im Jahr 2013 entwickelte er eine Methode, um die mit Parkinson verbundenen abnormalen Hirnrhythmen zu erkennen und aufzuzeichnen. Im Jahr 2021 identifizierte sein Team spezifische Muster in diesen Hirnrhythmen, die mit motorischen Symptomen korrespondieren.

„Es besteht großes Interesse daran, die DBS-Therapie zu verbessern, indem man sie anpassungsfähig und selbstregulierend macht, aber erst seit kurzem stehen die richtigen Werkzeuge und Methoden zur Verfügung, die es den Menschen ermöglichen, sie langfristig zu Hause anzuwenden“, sagte Starr, der 1998 von der UCSF angeworben wurde, um ihr DBS-Programm zu starten.

Anfang dieses Jahres zeigten UCSF-Forscher unter der Leitung von Simon Little, MBBS, PhD, in Nature Communications, dass die adaptive Tiefenhirnstimulation das Potenzial hat, die Schlaflosigkeit zu lindern, unter der viele Parkinson-Patienten leiden.

„Der große Fortschritt, den wir mit der adaptiven Tiefenhirnstimulation gemacht haben, besteht darin, dass wir in Echtzeit erkennen können, wo sich ein Patient im Symptomspektrum befindet, und die Stimulation genau auf die benötigte Menge abstimmen können“, so Little, außerordentlicher Professor für Neurologie und leitender Autor beider Studien. Sowohl Little als auch Starr sind Mitglieder des UCSF Weill Institute for Neurosciences.

Wiederherstellung der Bewegungsfähigkeit

Die Parkinson-Krankheit betrifft etwa 10 Millionen Menschen weltweit. Sie entsteht durch den Verlust von Dopamin produzierenden Neuronen in tiefen Regionen des Gehirns, die für die Bewegungssteuerung verantwortlich sind. Das Fehlen dieser Zellen kann auch nicht-motorische Symptome verursachen, die sich auf Stimmung, Motivation und Schlaf auswirken.

Die Behandlung beginnt in der Regel mit Levodopa, einem Medikament, das das Dopamin ersetzt, das diese Zellen nicht mehr produzieren können. Ein Überschuss an Dopamin im Gehirn, während das Medikament wirkt, kann jedoch zu unkontrollierten Bewegungen führen, die als Dyskinesie bezeichnet werden. Wenn die Wirkung des Medikaments nachlässt, treten wieder Zittern und Steifheit auf.

Einige Patienten entscheiden sich dann für die Implantation eines Standard-cDBS-Geräts, das eine konstante elektrische Stimulation gewährleistet. Eine konstante DBS kann die benötigte Medikamentenmenge reduzieren und die Schwankungen der Symptome teilweise verringern. Das Gerät kann jedoch auch über- oder unterkompensieren, was dazu führt, dass die Symptome im Laufe des Tages von einem Extrem ins andere kippen.

Den Kreis schließen

Um ein DBS-System zu entwickeln, das sich an die sich verändernden Dopaminwerte einer Person anpassen kann, mussten Starr und Little die DBS in die Lage versetzen, die Gehirnsignale zu erkennen, die mit verschiedenen Symptomen einhergehen.

Frühere Forschungen hatten Muster der Gehirnaktivität im Zusammenhang mit diesen Symptomen im Nucleus subthalamicus (STN) identifiziert, der tiefen Hirnregion, die Bewegungen koordiniert. Dies ist derselbe Bereich, den die cDBS stimuliert, und Starr vermutete, dass die Stimulation die Signale, die sie aufnehmen mussten, dämpfen würde.

Also suchte er nach alternativen Signalen in einer anderen Hirnregion, dem sogenannten motorischen Cortex, die durch die THS-Stimulation nicht geschwächt würden.

Die nächste Herausforderung bestand darin, ein System zu entwickeln, das diese dynamischen Signale zur Steuerung der THS in einer Umgebung außerhalb des Labors nutzen konnte.

Aufbauend auf Erkenntnissen aus adaptiven DBS-Studien, die er ein Jahrzehnt zuvor an der Universität Oxford durchgeführt hatte, arbeitete Little mit Starr und dem Team zusammen, um einen Ansatz zur Erkennung dieser hochvariablen Signale über verschiedene Medikations- und Stimulationsstufen hinweg zu entwickeln.

Im Laufe vieler Monate erstellten die Postdoktorandinnen Carina Oehrn, Dr. med., Stephanie Cernera, Dr. phil., und Lauren Hammer, Dr. med., eine Datenanalyse-Pipeline, die all dies in personalisierte Algorithmen umwandeln konnte, um die einzigartige Gehirnaktivität, die mit dem Symptomzustand jedes Patienten verbunden ist, aufzuzeichnen, zu analysieren und darauf zu reagieren.

Dr. John Ngai, Leiter der Initiative „Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies®“ (BRAIN Initiative®) an den National Institutes of Health, sagte, dass die Studie eine deutliche Verbesserung gegenüber der derzeitigen Parkinson-Behandlung verspricht.

„Diese personalisierte, adaptive Tiefenhirnstimulation verkörpert die Kernaufgabe der BRAIN Initiative, unser Verständnis des menschlichen Gehirns zu revolutionieren“, sagte er.

Besserer Schlaf

Die kontinuierliche Tiefenhirnstimulation zielt darauf ab, die Bewegungssymptome am Tag zu mildern, und lindert in der Regel nicht die Schlaflosigkeit.

In den letzten zehn Jahren wurde jedoch zunehmend erkannt, welche Auswirkungen Schlaflosigkeit, Stimmungsstörungen und Gedächtnisprobleme auf Parkinson-Patienten haben.

Um diese Lücke zu schließen, führte Little eine separate Studie durch, an der vier Parkinson-Patienten und ein Patient mit Dystonie, einer verwandten Bewegungsstörung, teilnahmen. In ihrer in Nature Communications veröffentlichten Arbeit zeigte der Erstautor Fahim Anjum, PhD, Postdoktorand in der Abteilung für Neurologie an der UCSF, dass das Gerät Gehirnaktivitäten erkennen kann, die mit verschiedenen Schlafzuständen verbunden sind. Er zeigte auch, dass es andere Muster erkennen kann, die darauf hindeuten, dass eine Person wahrscheinlich mitten in der Nacht aufwachen wird.

Die Forschungsteams von Little und Starr, darunter auch ihr Doktorand Clay Smyth, haben mit der Erprobung neuer Algorithmen begonnen, um Menschen beim Schlafen zu helfen. Ihre erste Studie zur Schlaf-aDBS wurde letztes Jahr in Brain Stimulation veröffentlicht.

Wissenschaftler entwickeln derzeit ähnliche DBS-Behandlungen mit geschlossenem Regelkreis für eine Reihe von neurologischen Erkrankungen.

„Wir sehen, dass sie eine tiefgreifende Wirkung auf Patienten hat und nicht nur bei Parkinson, sondern wahrscheinlich auch bei psychiatrischen Erkrankungen wie Depressionen und Zwangsstörungen Potenzial hat“, so Starr. „Wir stehen am Beginn einer neuen Ära der Neurostimulationstherapien.“

Quelle: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240819130520.htm