Klinik für Neurochirurgie

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1 Klinik für Neurochirurgie Direktor: Prof. Dr. Joachim K. Krauss Tel.: 0511/ Keywords: Elektrophysiologie; Neuroonkologie; Tiefe Hirnstimulation; Verhaltensuntersuchungen; Tiermodelle; Hirntumor; Meningiom; Akustikusneurinom; Schädelbasis; Rückenmarkstumor; Bandscheibenvorfall; Spinalstenose; Hydrocephalus; Pädiatrische Neurochirurgie; Experimentelle Neurochirurgie; Subarachnoidalblutung; Aneurysma; Schädelhirntrauma; Parkinson; Dystonie; Wirbelsäule; Schmerz; Trigeminusneuralgie; Jannetta; Neurointensiv- medizin; Pseudotumor cerebri; Hirndruckdynamik Forschungsprofil Die klinische Forschung der Klinik für Neurochirurgie beinhaltet Projekte aus der funktionellen Neurochirurgie (Bewegungsstörungen, neuropsychiatrische Erkrankungen, Schmerz), der Neuroonkologie (Lebensqualität, differenzielle Behandlungskonzepte), der Hydrocephalusforschung (Pathophysiologie, Hydrodynamik, Shunttechnologie), und der Schädelbasischirurgie. Insbesondere werden zahlreiche klinische Studien zur tiefen Hirnstimulation bei Bewegungsstörungen, neuropsychiatrischen Erkrankungen und neuropathischen Schmerzsyndromen durchgeführt. Diese umfassen unter anderem die Entwicklung von Behandlungsalgorithmen für die multifokale tiefe Hirnstimulation bei seltenen Bewegungsstörungen und bei der Tourette Erkrankung. Experimentelle Arbeiten umfassen intraoperative Mikroelektrodenableitungen aus den Basalganglien und dem Thalamus, sowie die Aufzeichnung von lokalen Feldpotentialen über externalisierte Elektroden bei spezifischen motorischen und kognitiven Paradigmen. Der Schwerpunkt der tierexperimentellen Forschung liegt auf der Translation klinischer Fragestellungen. Dies beinhaltet Studien zur tiefen Hirnstimulation bei Tiermodellen für Bewegungsstörungen und neuropsychiatrische Erkrankungen, die verhaltensbiologisch, pharmakologisch und neuroanatomisch charakterisiert werden. Zudem werden Studien zur Effektivität von oberflächlicher und intrakortikaler elektrischer Stimulation des primären visuellen Kortex durchgeführt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die neuroonkologische Forschung mit heterolog implantierten Tumoren aus Primärzellen humaner hirneigener Tumoren, sowie mit Tumorzelllinien. Im Verbundzentrum für Biokompatibilität und Implantatimmunologie - CrossBIT - werden Elektroden entwickelt und tierexperimentell getestet, die dauerhafte, medizinisch sichere, räumlich hoch auflösende elektrophysiologische Messungen und Stimulationen im zentralen Nervensystem ermöglichen. Solche Elektroden sind bei neuroelektrischen Schnittstellen, wie zentralen Hörprothesen oder Motorprothesen, erforderlich. Weitere Vorhaben beschäftigen sich mit Infektionen neurochirurgischer Implantate durch Biofilmerreger im Verbundprojekt Biofabrication. Forschungsprojekte Verarbeitung auditorischer Informationen bei Patienten mit tiefer Hirnstimulation: neuronale Korrelate kortikaler und subkortikaler elektrophysiologischer Messungen Die aufmerksamkeitsabhängige Überwachung von Schallereignissen im Hinblick auf abweichende oder neuartige Reize in der Umgebung ist von grundlegender Bedeutung für eine effiziente Signalerkennung. Während die kortikale Beteiligung bei dieser Funktion mehrfach untersucht wurde, ist über die Rolle von subkortikalen Strukturen nur wenig bekannt. Ergebnisse aus klinischen und experimentellen Studien deuten darauf hin, dass der Thalamus und Regionen der Basalganglien an der Verarbeitung relevanter auditorischer Informationen beteiligt sind und die kortikale Aktivität modulieren. In diesem Kooperationsprojekt zwischen den Kliniken für Neurochirurgie und Neurologie untersuchen wir die Bedeutung verschiedener subkortikaler Regionen (Basalganglien und Thalamus) bei der auditorischen Informationsverarbeitung. Forschungsbericht

2 Bei Patienten, die eine tiefe Hirnstimulation (engl.: deep brain stimulation, DBS) erhalten, werden die Signale auf der Kopfoberfläche mit einem Elektroenzephalogramm (EEG) abgeleitet. Gleichzeitig werden über externalisierte Elektroden lokale Feldpotentiale (eng.: local field potentials, LFPs) aus verschiedenen subkortikalen Strukturen aufgezeichnet. Konkret leiten wir im Globus pallidus internus (GPi), dem Nucleus subthalamicus (STN), dem Nucleus ventralis intermedius (Vim), dem centromedianen parafasciculären Kern) und dem Nucleus ventralis oralis internus ab. Durch den Vergleich der Antworten zwischen den verschiedenen Basalganglien- und Thalamus-Regionen können wir die Rolle der Hirnstrukturen bei der Verarbeitung von aufgabenrelevanten und aufgabenirrelevanten Hörinformationen charakterisieren. Zudem können Wechselwirkungen zwischen kortikalen und subkortikalen Strukturen im Rahmen der auditiven Informationsverarbeitung untersucht werden. Für unser Projekt wenden wir zwei verschiedene Paradigmen an, wobei den Patienten eine Sequenz von Tönen präsentiert wird. Im three-stimulus oddball paradigm wird die Detektion von auditorischen Veränderungen untersucht. Dabei interessieren wir uns für die Frage, wie gut der Proband einen Frequenzunterschied zwischen den Tönen detektieren kann. Im auditory distraction paradigm wird die Verarbeitung einer aufgabenrelevanten Information (Tondauer) unter Ablenkung durch eine aufgabenirrelevante Information (Tonhöhe) getestet. Hier geht es um die Frage, wie stark sich der Proband bei der Ausführung der Aufgabe (Beurteilung von Tondauer) durch eine irrelevante Information (Veränderung der Tonhöhe) ablenken lässt. Bisher wurden die Daten von 16 Patienten mit Elektroden im STN, GPi oder Vim erhoben. Bei der Auswertung der Daten konzentrierten wir uns zunächst auf die Verhaltensdaten (korrekte Antworten und Reaktionszeiten), sowie auf die LFPs und die Ereignis-korrelierten Potentiale (ERPs), die durch die Töne in den verschiedenen Bedingungen ausgelöst wurden. Erste Ergebnisse deuten auf eine hohe Leistung bei allen Versuchsteilnehmern hin. Patienten, die im STN implantiert wurden, zeigten kürzere Reaktionszeiten als die beiden anderen DBS-Patienten-Gruppen(GPi, Vim). In den EEG-Daten beobachteten wir, dass auf den zu detektierenden Ton (Zielreiz) eine P300-Komponente über parietale Regionen evoziert wurde. In einem ähnlichen Zeitbereich konnten wir auch für die LFPs eine Aktivität in subkortikalen Regionen feststellen. Hier zeigte der STN kürzere Latenzzeiten und größere Amplituden im Vergleich zum GPi oder Vim. Die vorliegenden Ergebnisse deuten darauf hin, dass der STN bei kontextspezifischen auditorischen Verarbeitungsprozessen eine wichtige Rolle spielt. Projektleitung: Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.), Sandmann, Pascale B. (Prof. Dr. med.), Klinik für Neurologie, Dengler, Reinhard (Prof. Dr.), Klinik für Neurologie, Beck, A.K., Lütjens, Götz (Dr. med.), Schwabe, Kerstin (Prof. Dr.); Förderung: Exzellenzcluster Hearing4all Weitere Forschungsprojekte Implantable Systems Performance Registry (ISPR) Projektleitung: Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med. ), Lütjens, Götz (Dr. med.), Saryyeva, Assel (Dr. med.), Wloch, Andreas, Aumüller, Michele, Abdallat, Mahmoud, Grünwald, Svetlana (study nurse); Kooperationspartner: Schrader, Christoph (Dr. med.),klinik für Neurologie; Förderung: Firma Medtronic Neuromodulation, USA Abscheidung kolloidaler PtIr-Nanopartikel zur Impedanzoptimierung von Ableit- und Stimulationselektroden bei neurochirurgischen Eingriffen Projektleitung: Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.), Schwabe, Kerstin (Prof. Dr.), Alam, Mesbah (Dr. rer. nat.), Angelov, Svilen (Dr.), Heissler, Hans E.; Kooperationspartner: Barcikowsiki, Stephan (Prof. Dr. Ing.),Universität Duisburg-Essen; Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft 360 Forschungsbericht 2014

3 Effekte der Tiefen Hirnstimulation im Nukleus entopedunkularis auf neuronale Netzwerkaktivität bei einem Apomorphin-induzierten Defizit sensorimotorischer Bahnung, einem Rattenmodell für das Tourette Syndrome Projektleitung: Lütjens, Götz (Dr. med.), Alam, Mesbah (Dr. rer. nat.); Förderung: HiLF, MHH Schädigungen des Kleinhirnwurms bei juvenilen Ratten: Auswirkungen auf Kommunikation, Sozialverhalten, Motivation und Motorik Projektleitung: Hermann, Elvis J. (Dr. med.), Al-Afif, Shadi (Dr. med.), Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.), Schwabe, Kerstin (Prof. Dr.); Förderung: Stiftung Neurochirurgische Forschung Experimentelle Untersuchungen zur Effektivität von oberflächlicher und intrakortikaler elektrischer Stimulation des primär visuellen Kortex Projektleitung: Nakamura, Makoto (Prof. Dr. med.); Förderung: Stiftung Neurochirurgische Forschung Untersuchung des natürlichen Wachstumsverhaltens humaner Glioblastome mit und ohne MGMT- Promoter-Methylierung nach Xenotransplantation in athymen Nacktmäusen Projektleitung: Schwabe, Kerstin (Prof. Dr.), Nakamura, Makoto (Prof. Dr. med.), Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.); Förderung: Erich und Emmy Hoselmann-Stiftung, Krebsforschung und Krebshilfe Oszillatorische neuronale Aktivität im Bed nucleus der Stria terminalis/ vorderer Schenkel der Capsula interna bei intensivierter metakognitiver Psychotherapie und nach akuter tiefer Hirnstimulation bei Zwangserkrankung Projektleitung: Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.), Lütjens, Götz (Dr. med.), Schwabe, Kerstin (Prof. Dr.), Alam, Mesbah (Dr. rer. nat.), Heissler, Hans E.; Kooperationspartner: Kahl, Kai G. (Prof. Dr.), Klinik für Psychiatrie, Sozialpsychiatrie und Psychotherapie beteiligte Mitarbeiter: Bleich, Stefan (Prof. Dr.), Winter, Lotta (Dr.) Lokaler Einsatz von Nucleolipiden zur Behandlung von Glioblastomen Projektleitung: Al-Afif, Shadi (Dr. med.), John, Nadine (Dr.), Nakamura, Makoto (Prof. Dr. med.), Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.), Schwabe, Kerstin (Prof. Dr.), Wu, Zhiqun; Förderung: Stiftung Neurochirurgische Forschung Quantitative und qualitative Untersuchungen der Biofilmzusammensetzung auf neurochirurgischen Implantatmaterialien im Rattenmodell Projektleitung: Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.), Schwabe, Kerstin (Prof. Dr.), Ludwig, Silke; Förderung: Biofabrication, Modul Implantatassoziierte Infektionen und Immunreaktionen, Teilprojekt M7 Prospektive, randomisierte, doppelblinde, crossover Langzeitstudie zur klinischen Wirksamkeit der bilateralen pallidalen und thalamischen tiefen Hirnstimulation bei therapierefraktärem Tourette- Syndrom Projektleitung: Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.), Berding, Georg (Prof. Dr. med.), Schrader, Christoph (Dr. med), Müller-Vahl, Kirsten (Prof. Dr. med.) Intraoperative Ableitung von Einzelneuronen und postoperative Ableitungen von lokalen Feldpotentialen bei Bewegungen und kognitiven Aufgaben über externalisierte Elektroden bei Patienten mit multifokaler tiefer Hirnstimulation zur Behandlung von Bewegungsstörungen, Schmerz und neuropsychiatrischen Erkrankungen Projektleitung: Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.), Kühn, Andrea (Prof.Dr.), Alam, Mesbah (Dr. rer. nat.) Tiefe Hirnstimulation in verschiedenen Regionen der Basalganglien bei Tiermodellen für Parkinson und Neuropsychiatrischen Erkrankungen: Untersuchungen auf motorische, kognitive und Forschungsbericht

4 emotionale Eigenschaften, sowie elektrophysiologische Untersuchungen (lokale Feldpotentiale und Einzelzellaktivität) Projektleitung: Schwabe, Kerstin (Prof. Dr.), Alam, Mesbah (Dr. rer. nat.) Effekte der elektrokonvulsiven Therapie bei Ratten mit gestörter sensorimotorischer Bahnung Projektleitung: John, Nadine (Dr.), Manu, Mihai, Schwabe, Kerstin (Prof.Dr.) Rolle des pedunkulopontinen Nukleus bei der Gangstörung von Patienten mit Parkinsonerkrankung Projektleitung: Alam, Mesbah (Dr. rer. nat.), Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.), Jin, Xingxing, Schwabe, Kerstin (Prof.Dr.) Originalpublikationen Al-Afif S, Nakamura M, Götz F, Krauss JK. Spontaneous closure of a dural arteriovenous fistula. BMJ Case Rep 2014;2014: / bcr Alam M, Angelov S, Stemmler M, von Wrangel C, Krauss JK, Schwabe K. Neuronal activity of the prefrontal cortex is reduced in rats selectively bred for deficient sensorimotor gating. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 2014;56C: Alam M, Schwabe K, Lütjens G, Capelle HH, Manu M, von Wrangel C, Müller-Vahl K, Schrader C, Scheinichen D, Blahak C, Heissler HE, Krauss JK. Comparative characterization of single cell activity in the globus pallidus internus of patients with dystonia or Tourette syndrome. J Neural Transm 2014;DOI: /s Angelov SD, Dietrich C, Krauss JK, Schwabe K. Effect of deep brain stimulation in rats selectively bred for reduced prepulse inhibition. Brain Stimul 2014;7(4): Barow E, Neumann WJ, Brücke C, Huebl J, Horn A, Brown P, Krauss JK, Schneider GH, Kühn AA. Deep brain stimulation suppresses pallidal low frequency activity in patients with phasic dystonic movements. Brain 2014;137(Pt 11): Fonouni H, Tahmasbi Rad M, Esmaeilzadeh M, Golriz M, Majlesara A, Mehrabi A. A simplified technique of pancreas transplantation in a porcine model. Eur Surg Res 2015;54(1-2):24-33 Hatipoglu G, Hock SW, Weiss R, Fan Z, Sehm T, Ghoochani A, Buchfelder M, Savaskan NE, Eyupoglu IY. Sunitinib impedes brain tumor progression and reduces tumor-induced neurodegeneration in the microenvironment. Cancer Sci 2015;106(2): Lipsman N, Nakao T, Kanayama N, Krauss JK, Anderson A, Giacobbe P, Hamani C, Hutchison WD, Dostrovsky JO, Womelsdorf T, Lozano AM, Northoff G. Neural overlap between resting state and self-relevant activity in human subcallosal cingulate cortex - Single unit recording in an intracranial study. Cortex 2014;60: Nuttin B, Wu H, Mayberg H, Hariz M, Gabriels L, Galert T, Merkel R, Kubu C, Vilela-Filho O, Matthews K, Taira T, Lozano AM, Schechtmann G, Doshi P, Broggi G, Regis J, Alkhani A, Sun B, Eljamel S, Schulder M, Kaplitt M, Eskandar E, Rezai A, Krauss JK, Hilven P, Schuurman R, Ruiz P, Chang JW, Cosyns P, Lipsman N, Voges J, Cosgrove R, Li Y, Schlaepfer T. Consensus on guidelines for stereotactic neurosurgery for psychiatric disorders. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2014;85(9): Pauls KA, Hammesfahr S, Moro E, Moore AP, Binder E, El Majdoub F, Fink GR, Sturm V, Krauss JK, Maarouf M, Timmermann L. Deep brain stimulation in the ventrolateral thalamus/subthalamic area in dystonia with head tremor. Mov Disord 2014;29(7): Schmidt T, Adam C, Hirsch HH, Janssen MW, Wolf M, Dirks J, Kardas P, Ahlenstiel-Grunow T, Pape L, Rohrer T, Fliser D, Sester M, Sester U. BK polyomavirus-specific cellular immune responses are age-dependent and strongly correlate with phases of virus replication. Am J Transplant 2014;14(6): Volkmann J, Mueller J, Deuschl G, Kühn AA, Krauss JK, Poewe W, Timmermann L, Falk D, Kupsch A, Kivi A, Schneider GH, Schnitzler A, Südmeyer M, Voges J, Wolters A, Wittstock M, Müller JU, Hering S, Eisner W, Vesper J, Prokop T, Pinsker M, Schrader C, Kloss M, Kiening K, Boetzel K, Mehrkens J, Skogseid IM, Ramm-Pettersen J, Kemmler G, Bhatia KP, Vitek JL, Benecke R, DBS study group for dystonia. Pallidal neurostimulation in patients with medicationrefractory cervical dystonia: a randomised, sham-controlled trial. Lancet Neurol 2014;13(9): Wrangel CV, Schwabe K, John N, Krauss JK, Alam M. The rotenone-induced rat model of Parkinson s disease: Behavioral and electrophysiological findings. Behav Brain Res 2014;279C:52-61 Übersichtsarbeiten Esmaeilzadeh M, Majlesara A, Faridar A, Hafezi M, Hong B, Esmaeilnia-Shirvani H, Neyazi B, Mehrabi A, Nakamura M. Brain metastasis from gastrointestinal cancers: a systematic review. Int J Clin Pract 2014;68(7): Buchbeiträge, Monografien Krauss JK, Lütjens G. Principle and technology. In: Vitek JL [Hrsg.]: Deep Brain Stimulation: Technology and Applications (Volume 1). London: Future Medicine Ltd, S Nakamura M. Facial and cochlear nerve function after surgery of cerebellopontine angle meningiomas. In: Ramina R, de Aguiar PHP, Tatagiba M [Hrsg.]: Samii s Essentials in Neurosurgery. 2. Aufl.Berlin, Heidelberg: Springer, S Nakamura M. Surgical management of Tuberculum sellae meningiomas. In: Ramina R, de Aguiar PHP, Tatagiba M [Hrsg.]: Samii s Essentials in Neurosurgery. 2. Aufl.Berlin, Heidelberg: Springer, S Forschungsbericht 2014

5 Nakamura M. Treatment of meningiomas involving the optic nerve sheath. In: Ramina R, de Aguiar PHP, Tatagiba M [Hrsg.]: Samii s Essentials in Neurosurgery. 2. Aufl.Berlin, Heidelberg: Springer, S Abstracts 2014 wurden 60 Abstracts publiziert. Promotionen Posch, Dominic Konstantin (Dr. med.): Die tiefe Hirnstimulation im Nukleus entopedunkularis der Ratte vermindert die Apomorphininduzierte Störung des sensomotorischen Gatings. Wild, Florian (Dr. med.): Die Behandlung intraspinaler Ependymome in den letzten 20 Jahren in der Klinik für Neurochirurgie der Medizinischen Hochschule Hannover Ergebnisse von 49 Patienten. Stipendien Al Hashem, Anwar Ali (Dr.): 6-jähriges Stipendium für die Facharztausbildung Neurochirurgie (Saudi-Arabien). Al Jomaia, Anwar: 6-jähriges Stipendium für die Facharztausbildung Neurochirurgie (Saudi-Arabien). Elheggiagi, Ali: 6-jähriges Stipendium für die Facharztausbildung Neurochirurgie (Lybien). Jin, XingXing: 5-jähriges PhD-Stipendium (Volksrepublik China). Wu, Zhiqun: 2-jähriges Promotionsstipendium (Republik China). Wissenschaftspreise Jin, Xingxing: Posterpreis DGNC. Lütjens, Götz (Dr.med.): Traugott Riechert Preis. Weitere Tätigkeiten in der Forschung Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.): Präsident der World Society for Stereotactic and Functional Neurosurgery; Chair Education Committee der World Society for Stereotactic and Functional Neurosurgery; Past Präsident und Ehrenpräsident der European Society for Stereotactic and Functional Neurosurgery; Vorsitzender der Kommission Technische Standards und Normen DGNC; Erweiterter Vorstand der Deutschen Gesellschaft für Neurochirurgie; Mitglied des Executive Committee Section Functional Neurosurgery der European Association of Neurological Surgery; Präsident des Executive Committee Functional and Stereotactic Neurosurgery der World Federation of Neurological Surgeons; Medical Advisory Board der European Dystonia Foundation; Co- Chair DBS Study Group Pedunculopontine Nucleus der Movement Disorder Society; Mitglied des Executive Committee Task Force Dystonia der Movement Disorder Society; Mitglied des Executive Committee EURO Dystonia; MC Dystonia COST-Project (EU); Chair Young Neurosurgeon`s Training Programme, Medtronic Europe; Executive Committee, Young Neurologist`s Training Programme, Medtronic Europe. Co-Editor für das Zentralblatt für Neurochirurgie (Central European Neurosurgery); Im Editorial Board für Journal of Neural Transmission; Stereotactic and Functional Neurosurgery, Neuroscience and Neuroeconomics; Interdisciplinary Neurosurgery: Advanced Techniques; Journal of Basic and Clinical Medicine Reviewer für Movement Disorders, Brain Stimulation, Brain, Journal of Neurology, Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry, Stereotactic and Functional Neurosurgery, Journal of Neural Transmission, Neurosurgical Review, Central European Neurosurgery, Movement Disorder Clinical Practice, Clinical Neurology and Neurosurgery. Ärztlicher Beirat für das Zentrum für Kognitionswissenschaften, Universität Bremen Fachgutachter der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Nakamura, Makoto (Prof. Dr. med.): Reviewer für Brain Research, Acta Neurochirurgica, Clinical Neurology and Neurosurgery, Journal of Neuroscience Methods, Neurosurgical Review; Editorial Board Member für Clinical Neurology and Neurosurgery. Schwabe, Kerstin (Prof. Dr.): Reviewer für Neuroscience Letters, Psychopharmacology; Internat J Neuropsychopharm; Brain Research; Promotionsgutachten für die Studienstiftung des Deuschen Volkes. Forschungsbericht

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