Die Forscher von Mass General Brigham identifizierten eine Reihe von Verbindungen, die als Folge der Parkinson-Krankheit, Dystonie, Zwangsstörung und des Tourette-Syndroms gestört sind und nicht mehr funktionieren.
Eine neue Studie unter der Leitung von Forschern von Mass General Brigham demonstrierte den Einsatz von Tiefenhirnstimulation (DBS), um ein „menschliches Dysfunktom“ zu kartieren – eine Ansammlung dysfunktionaler Gehirnschaltkreise, die mit verschiedenen Störungen verbunden sind. Das Team identifizierte optimale Netzwerke im frontalen Kortex, die zur Behandlung der Parkinson-Krankheit, Dystonie, Zwangsstörungen (OCD) und des Tourette-Syndroms eingesetzt werden könnten. Ihre Ergebnisse werden in veröffentlicht Naturneurowissenschaften.
„Wir konnten die Hirnstimulation nutzen, um Schaltkreise für die optimale Behandlung von vier verschiedenen Erkrankungen präzise zu identifizieren und gezielt anzusprechen“, sagte Mitautor Andreas Horn, MD, PhD, vom Center for Brain Circuit Therapeutics in der Abteilung für Neurologie in Brigham und Women's Hospital und dem Center for Neurotechnology and Neurorecovery am Massachusetts General Hospital. „Vereinfacht ausgedrückt: Wenn Gehirnschaltkreise nicht mehr funktionieren, können sie als Bremsen für die spezifischen Gehirnfunktionen wirken, die der Schaltkreis normalerweise ausführt. Durch die Anwendung von DBS kann die Bremse gelöst und die Funktionalität teilweise wiederhergestellt werden.“
Es ist bekannt, dass Verbindungen zwischen der Frontalrinde im Vorderhirn und den Basalganglien, tiefer im Gehirn gelegenen Strukturen, kognitive und motorische Funktionen steuern. Wenn Gehirnstörungen auftreten, können diese Schaltkreise beeinträchtigt werden und ihre Kommunikation kann überaktiv werden oder fehlerhaft funktionieren. Frühere Studien haben gezeigt, dass die elektrische Stimulation des Nucleus subthalamicus, einer kleinen Region in den Basalganglien, die Signale vom gesamten frontalen Kortex empfängt, dazu beitragen kann, die Symptome dieser Erkrankungen zu lindern.
Um diesen Zusammenhang besser zu verstehen, analysierten die Autoren Daten von 534 DBS-Elektroden bei 261 Patienten aus aller Welt. Von dieser Kohorte wurde bei 70 Patienten eine Dystonie, bei 127 eine Parkinson-Krankheit, bei 50 eine Zwangsstörung und bei 14 ein Tourette-Syndrom diagnostiziert. Mithilfe einer von Horns Team entwickelten Software kartierten die Forscher die genaue Position jeder Elektrode und registrierten die Ergebnisse in einem gemeinsamen Referenzatlas, um die Positionen verschiedener Patienten zu vergleichen. Die Forscher nutzten Computersimulationen, um Bahnen zu kartieren, die bei Patienten mit optimalen oder suboptimalen Ergebnissen aktiviert wurden.
Mithilfe dieser Ergebnisse waren sie in der Lage, bestimmte Schaltkreise im Gehirn zu identifizieren, die bei jeder der vier Erkrankungen gestört waren, wie z. B. diejenigen, die bei Dystonie auf den sensomotorischen Kortex, den primären motorischen Kortex bei Tourette, den ergänzenden motorischen Kortex bei der Parkinson-Krankheit und Teile davon abgebildet sind der cinguläre Kortex bei Zwangsstörungen. Bemerkenswerterweise überlappten sich die identifizierten Schaltkreise teilweise, was darauf hindeutet, dass miteinander verbundene Pfade bei diesen Störungen gestört sind.
Darüber hinaus konnten die Forscher diese Erkenntnisse zur Feinabstimmung von DBS-Behandlungen nutzen und vorläufig verbesserte Ergebnisse in drei Fällen nachweisen, darunter in einem Fall im Massachusetts General Hospital, einem Gründungsmitglied von Mass General Brigham. Bei dieser Patientin, einer Frau Anfang 20, wurde eine schwere, behandlungsresistente Zwangsstörung diagnostiziert, die mit Zwangsvorstellungen hinsichtlich der Nahrungs- und Wasseraufnahme sowie zwanghaftem Hautzupfen einhergeht. Nach Elektrodenimplantation und gezielter Stimulation konnten die Forscher einen Monat nach der Behandlung eine deutliche Verbesserung ihrer Symptome feststellen.
Mit Ausnahme der drei Patienten, die prospektiv getestet wurden, handelte es sich bei der Studie um eine retrospektive Analyse aggregierter Daten aus mehreren Zentren. Weitere Studien sind erforderlich, um die Ergebnisse prospektiv zu validieren.
Wir können diese Technik weiterentwickeln und dysfunktionale Schaltkreise fein trennen, um eine größere Wirkung bei der Behandlung zu erzielen. Beispielsweise können wir bei Zwangsstörungen die Isolierung von Schaltkreisen für Obsessionen und Zwänge usw. untersuchen.“
Barbara Hollunder, MSc, Hauptautorin, Abteilung Bewegungsstörungen und Neuromodulation, Klinik für Neurologie, Charité – Universitätsmedizin Berlin
Quelle:
Zeitschriftenreferenz:
Holunder, B., et al. (2024) Kartierung dysfunktionaler Schaltkreise im Frontalkortex mittels Tiefenhirnstimulation. Naturneurowissenschaften. doi.org/10.1038/s41593-024-01570-1.
