Hirnstimulation kann die Wahrnehmung bei Parkinson unterstützen
Neue Forschungsergebnisse legen nahe, dass eine niederfrequente Stimulation einer tiefen Hirnregion die kognitive Funktion bei Patienten mit Parkinson-Krankheit (PD) verbessern kann. Wenn dies zutrifft, bilden die Ergebnisse die Grundlage für das Potenzial der Hirnstimulation zur Behandlung anderer kognitiver Erkrankungen.
Die neue Arbeit von Neurologen und Neurochirurgen an der Universität von Iowa liefert den ersten direkten Beweis für eine Verbindung im menschlichen Gehirn zwischen der denkenden Region des Gehirns und Regionen, die mit der Steuerung der Bewegung verbunden sind.
Die Forscher verwendeten seltene intraoperative Gehirnaufzeichnungen, um die möglichen Verbindungen zwischen der frontalen Hirnrinde und einer tieferen Struktur, dem so genannten subthalamischen Kern (STN), zu finden.
Die Studie, online im Journal gefunden Gehirnzeigt, dass die Stimulation des STN bei niedrigen Frequenzen die Leistung von PD-Patienten bei einer einfachen kognitiven Aufgabe verbessert, die normalerweise durch PD gestört wird.
"Es kommt nicht sehr oft vor, dass Sie eine neue Verbindung im menschlichen Gehirn identifizieren", sagte Nandakumar Narayanan, Ph.D., UI-Assistenzprofessor für Neurologie und leitender Studienautor.
„Die Existenz dieses hyperdirekten Weges vom präfrontalen Kortex zum STN ist seit etwa einem Jahrzehnt bekannt, aber dies ist das erste Mal, dass wir experimentell gezeigt haben, dass er bei Menschen existiert und funktioniert.
"Wir konnten auch zeigen, dass wir, wenn wir das STN stimulieren, die frontale kortikale Aktivität verändern und wir denken, dass dies auf diesem Weg geschieht", sagte er. "Und wenn wir das STN stimulieren und die kortikale Aktivität ändern, können wir das Verhalten tatsächlich auf vorteilhafte Weise ändern und die kognitive Leistung der Patienten verbessern."
Die Parkinson-Krankheit ist eine fortschreitende neurodegenerative Erkrankung, von der in den USA etwa eine Million Menschen betroffen sind. Die Tiefenhirnstimulation des STN bei hohen Frequenzen ist bereits zur Behandlung von Bewegungsproblemen bei einigen Patienten mit Parkinson zugelassen.
PD verursacht nicht nur Bewegungsprobleme, sondern beeinflusst auch das Denken oder Erkennen. Die neuen Erkenntnisse lassen vermuten, dass eine STN-Tiefenhirnstimulation mit einer anderen (niedrigen) Frequenz auch die kognitiven Symptome bei Parkinson und möglicherweise sogar bei anderen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen verbessern kann.
In der Studie konnte das Team die STN-Cortex-Verbindung abbilden, indem es die Gehirnaktivität während der Operationen „abhörte“, um bei Patienten mit Parkinson DBS-Elektroden (Deep Brain Stimulation) zu implantieren.
Der UI-Neurochirurg Jeremy Greenlee, M.D., führt jedes Jahr mehr als 30 solcher Operationen durch, und sein Fachwissen war für das Kartierungsexperiment von entscheidender Bedeutung. Mit speziellen Aufzeichnungselektroden im Gehirn des Patienten hört Greenlee die Gehirnaktivität ab, um das DBS-Gerät genau zu platzieren.
Diese Elektroden ermöglichen auch die direkte Aufzeichnung der Gehirnaktivität zu Versuchszwecken bei Patienten, die während des Verfahrens wach sind, ohne dass ein zusätzliches Risiko besteht. Diese Art von intraoperativen Aufzeichnungen ist nicht sehr verbreitet, aber Greenlee und seine UI-Kollegen verfügen über eine lange Erfahrung in der Technik.
Während der Operation erledigten die Patienten eine einfache kognitive Aufgabe, um einen Teil des Gehirns zu stimulieren und gleichzeitig die elektrische Aktivität anderer verbundener Teile aufzuzeichnen. Durch das Abhören der neuronalen Aktivität während der Aufgabe konnte das Team die Verbindung abbilden.
„Wir konnten eine Reaktion hervorrufen, um die funktionale Verbindung aufzuzeigen“, erklärt Greenlee. "Die sehr schnelle Antwort deutet auf eine einzige direkte synaptische Verbindung hin - das ist Hyperdirekt."
Nachdem die Forscher die Existenz der hyperdirekten Verbindung festgestellt hatten, untersuchten sie als nächstes die Wirkung der niederfrequenten STN-Stimulation auf die kognitiven Fähigkeiten. Narayanans Team verwendet eine sehr einfache Denkaufgabe - die genaue Abschätzung des Verlaufs eines kurzen Zeitintervalls -, um kognitive Beeinträchtigungen bei PD-Patienten und Tiermodellen für PD zu untersuchen.
Sie entdeckten, dass Stimulation die kognitive Leistung verbessert.
Während der Nachuntersuchungen nach der Operation ließen die Forscher die Patienten die Intervall-Timing-Aufgabe ausführen, wobei der DBS-Stimulator auf eine von drei Einstellungen eingestellt war: Hochfrequenz (normal zur Bewegungssteuerung), keine Stimulation oder eine Niederfrequenzeinstellung von 4 Hz. Nur die 4-Hz-Stimulation verbesserte die Leistung der Patienten beim Timing-Test.
Die Forscher glauben, dass die Frequenzen wie Kommunikationskanäle zwischen Netzwerken sind. Wenn zwei Netzwerke mit derselben Frequenz zusammenarbeiten, kann dies eine einzigartige Art und Weise sein, wie die Netzwerke interagieren und Informationen übertragen werden.
Quelle: Universität von Iowa / EurekAlert
