Klinik für Neurochirurgie

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1 Klinik für Neurochirurgie Direktor: Prof. Dr. Joachim K. Krauss Tel.: 0511/ / Forschungsprofil Die klinische Forschung der neurochirurgischen Klinik beinhaltet Projekte aus der funktionellen Neurochirurgie (Bewegungsstörungen, neuropsychiatrische Erkrankungen, Schmerz), der spinalen Neurochirurgie (Lebensqualität, Implantate), 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 beinhalten 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. Forschungsprojekte 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 Zwangsstörungen treten mit einer Lebenszeitprävalenz von 1-2% auf und manifestieren sich meist in der Adoleszenz mit Zwangsgedanken und Zwangshandlungen. Betroffene Patienten werden mit einer kognitiv-behavioralen Verhaltenstherapie behandelt, oft kombiniert mit einer pharmakologischen Therapie, wovon allerdings nur etwa 40-60% der Patienten profitieren. Die psychosozialen Folgen einer therapierefraktären Zwangsstörung sind erheblich. Die Betroffenen können häufig weder am Erwerbsleben noch am sozialen Leben teilhaben. Bei diesen Patienten ist die tiefe Hirnstimulation eine neue Therapiemethode, mit der in den bislang vorliegenden Untersuchungen Responseraten von 50-75% erreicht wurden. Bei der tiefen Hirnstimulation werden Gehirnregionen, die an der Pathophysiologie der Erkrankung beteiligt sind, durch hochfrequente Reizung mittels Tiefenelektroden (Neurostimulation) chronisch stimuliert. 346 Forschungsbericht 2012

2 V Cd E Put Ac BNST Koronare Ansicht einer Elektrode im BST/ VS-IC. V: Ventrikel, Cd: Ncl. Caudatus, Vc: ventrale capsula interna; Ac: vordere Kommisur; BNST: Bed nucleus der stria terminalis; Put: Putamen; E: Elektrode Abb. 1: Koronare Ansicht einer Elektrode im BST/VS-IC V: Ventrikel; Cd: Ncl. Caudatus; Vc: Ventrale capsula interna; Ac: Vordere Kommisur; BNST: Bed nucleus der stria terminalis; Put: Putamen; E: Elektrode Der Wirkung der Neurostimulation liegt eine komplexe Aktivierung und Hemmung bestimmter Kerngebiete sowie deren Projektionen zugrunde. Dabei wird sowohl die Nettoaktivität neuronaler Populationen in den verschiedenen Gehirngebieten, als auch das Muster der oszillatorischen Aktivität unterschiedlicher Frequenzbänder oder lokaler Feldpotentiale innerhalb neuronaler Netzwerke beeinflusst. Bei Zwangsstörungen hat sich die Stimulation der anterioren Capsula interna/ des ventralen Striatums und des Bed nucleus der Stria terminalis (engl.: bed nucleus of the stria terminalis/ ventral striatum-internal capsule; BNST/VS-IC) als geeignet gezeigt. Bis heute ist jedoch die pathophysiologische Rolle dieser Regionen für die Zwangserkrankung, sowie deren funktionelle Bedeutung bei der tiefen Hirnstimulation unklar. Für unsere Studie werden bei Patienten mit konservativ-medikamentös refraktärer Zwangserkrankung im Rahmen einer Operation zur tiefen Hirnstimulation die elektrische Aktivität im BNST/VS-IC aufgezeichnet, zum einen nach vorangegangener Stimulation und zum anderen nach Anwendung einer metakognitiven Therapie, um Aufschlüsse über die Bedeutung dieser Regionen bei dieser Erkrankung zu erlangen. Hierzu werden Stimulations-elektroden bei der Operation CT-gestützt, MRT basiert stereotaktisch über zwei frontale Bohrlöcher implantiert. Die Trajektorie der Elektroden wird so gewählt, dass der unterste Kontakt im BNST, die weiteren Kontakte in der IC liegen. Hierdurch können unterschiedliche Bereiche in der BNST/VS-IC stimuliert werden (Abbildung1). Postoperativ werden bis zum Anschluss der Elektroden an einen subkutan/subklavikulär gelegenen Neurostimulator über die implantierten Elektroden die oszillatorische neuronale Aktivität in Form von lokalen Feldpotentialen aus der BNST/VS-IC Region abgeleitet. In der Regel beträgt der Zeitraum zwischen diesen beiden operativen Eingriffen 3-5 Tage. Am ersten Tag erfolgt eine Stimulation der Kerngebiete mit drei unterschiedlichen Kontaktkonfigurationen und drei unterschiedlichen Amplituden, dem sich eine erneute Ableitung lokaler Feldpotentiale über fünf Minuten anschließt. Während der Stimulation werden die Zwangssymptome und der Gemütszustand durch einen unabhängigen Untersucher anhand einer visuellen Analogskala erfasst. Nach einem Tag Pause wird eine metakognitive Therapie, welche maßgeschneidert auf die zwangsauslösenden Reize des jeweiligen Patienten abgestimmt ist, begonnen. Hierbei werden dem Patienten Bilder, die zum einen als neutral empfunden werden und zum anderen Zwangshandlungen/ Zwangsgedanken auslösen, über einen Bildschirm präsentiert. Die oszillatorischen Veränderungen innerhalb der Kerngebiete werden hierzu event-korreliert registriert. Gleichzeitig wird die kortikale neuronale Aktivität mittels eines Enzephalogramms aufgezeichnet. Im Anschluss wird die metakognitive Therapie über drei Tage mit jeweils zwei Forschungsbericht

3 Sitzungen pro Tag angewandt. Die Sitzungen erfolgen z.t. unter Ableitung der lokalen Feldpotentiale, insbesondere am ersten Tag im Anschluss an die Präsentation der Bilder, sowie am letzten Tag kurz vor der Präsentation der Bilder. Durch die Ableitung von Feldpotentialen unter Psychotherapie kann die Beteiligung der Kerngebiete im Rahmen einer strukturierten Psychotherapie erstmals untersucht werden, um möglicherweise die Modulation durch Psychotherapie bei therapierefraktärer Zwangsstörung darzustellen. Projektleitung: Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.), Schwabe, Kerstin (Prof. Dr.), Alam, Mesbah (Dr. rer. nat.), Lütjens, Götz (Dr. med.), Heissler, Hans E.; Kooperationspartner: Kahl, Kai G. (Prof. Dr.), Klinik für Psychatrie Bleich, Stefan (Prof. Dr.), Winter, Lotta (Dr.) Weitere Forschungsprojekte Monozentrische prospektive randomisierte Studie zur Analyse der Wirkung von 100 % reiner normobarer Sauerstoffgabe zur Behandlung des postoperativen Pneumocephalus nach neurochirurgischen Eingriffen in halbsitzender Position Projektleitung: Hermann, Elvis J. (Dr. med.), Nakamura, Makoto (Prof. Dr. med.), Hong, Bujung (Dr. med.), Raab, Peter (Dr. med.), Scheinichen, Dirk (Prof. Dr.med.), Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.) Molekularbiologische Charakterisierung menschlicher Spinalganglien bei neuropathischem Schmerzsyndrom thorakaler Dermatome Projektleitung: Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.), Lütjens, Götz (Dr. med.); Förderung: Astra Zeneca Klinische Evaluation der Anwender- und Patientenverträglichkeit der Umprogrammierung von verstellbarem ProGAV-Ventil Projektleitung: Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.); Förderung: Firma Miethke, Potsdam 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; Kooperationspartner: Schrader, Christoph (Dr. med.),klinik für Neurologie; Förderung: Firma Medtronic Neuromodulation, USA RECHARGE Sub-Study to the Implantable Systems Performance Registry Projektleitung: Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med), Lütjens, Götz (Dr. med.), Saryyeva, Assel (Dr. med.), Wloch, Andreas, Aumüller, Michele, Abdallat, Mahmoud, Grünwald, Svetlana; Kooperationspartner: Schrader, Christoph (Dr. med.),klinik für Neurologie; Förderung: Firma Medtronic Neuromodulation, USA MRT-Sicherheit des programmierbaren Shuntassistenten prosa, experimentelle in vivo-untersuchung Projektleitung: Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.); Förderung: Firma Miethke, Potsdam Charakterisierung der neuronalen Aktivität des Centrum medianum / Nucleus parafascicularis (CM-Pf) Komplex mittels Mikroelektrodenableitungen im Rahmen der tiefen Hirnstimulation bei Patienten mit neuropathischem Schmerzsyndrom und Patienten mit Tourette-Syndrom Projektleitung: Capelle, Hans-Holger (Dr. med.), Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.); Förderung: Traugott-Riechert-Preis Vergleichende Darstellung der neuronalen Aktivität im Globus pallidus internus bei Patienten mit Dystonie und Tourette Syndrom im Rahmen der Implantation von Elektroden zur tiefen Hirnstimulation Projektleitung: Manu, Mihai (Dr. med.), Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.), Schwabe, Kerstin (Prof. Dr.), Alam, Mesbah (Dr. rer. nat.); Förderung: Traugott-Riechert-Preis 348 Forschungsbericht 2012

4 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.); Kooperationspartner: Stephan Barcikowsiki (Prof. Dr. Ing.), Universität Duisburg-Essen; Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft Effect of deep brain stimulation in rats selectively bred for deficient prepulse inhibition, an endophenotype for Tourette`s syndrome Projektleitung: Schwabe, Kerstin (Prof. Dr.), Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.), Alam, Mesbah (Dr. rer. nat.); Förderung: Research Grant of the TSA Research Award Program 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 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 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.), Capelle, Hans-Holger (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.), Alam, Mesbah (Dr. rer. nat.); Kooperationspartner: Kühn, Andrea (Prof. Dr. med.), Universitätsklinik Charité-Berlin Ultraschalluntersuchung bei hemikraniektomierten Patienten als Verlaufsuntersuchung im Vergleich zur kranialen Computertomographie Projektleitung: Mondorf, Yvonne (Dr. med.), Uksul, Nesrin, El Kayekh, Hesham, Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.) Tiefe Hirnstimulation in verschiedenen Regionen der Basalganglien bei Tiermodellen für Parkinson und Neuropsychiatrischen Erkrankungen: Untersuchungen auf motorische, kognitive und emotionale Eigenschaften, sowie elektrophysiologische Untersuchungen (lokale Feldpotentiale und Einzelzellaktivität) Projektleitung: Schwabe, Kerstin (Prof. Dr.), Alam, Mesbah (Dr. rer. nat.) Forschungsbericht

5 Originalpublikationen Brücke C, Huebl J, Schönecker T, Neumann WJ, Yarrow K, Kupsch A, Blahak C, Lütjens G, Brown P, Krauss JK, Schneider GH, Kühn AA. Scaling of movement is related to pallidal gamma oscillations in patients with dystonia. J Neurosci; 2012;32(3): Cinibulak Z, Krauss JK, Nakamura M. Navigated Minimally Invasive Presigmoidal Suprabulbar Infralabyrinthine Approach to the Jugular Foramen Without Rerouting of the Facial Nerve. Neurosurgery; 2012;DOI: /NEU.0b013e31827fca8c Ebnet J, Krauss JK, Lorenz M, Bektas H, Nakamura M. Surgical Treatment of Anterior Sacral Meningoceles in Patients with Marfan SyndromeA Report of Three Cases. JBJS Case Connector; 2012;2(2):e Esmaeilzadeh M, Nickkholgh A, Majlesara A, Hafezi M, Garoussi C, Ghazi-Moghaddam K, Faridar A, Golriz M, Fonouni H, Mehrabi A. Technical guidelines for porcine liver. Ann Transplant; 2012;17(2): Fonouni H, Esmaeilzadeh M, Jarahian P, Rad MT, Golriz M, Faridar A, Hafezi M, Jafarieh S, Kashfi A, Yazdi SH, Soleimani M, Longerich T, Shevchenko M, Sakowitz O, Schmidt J, Mehrabi A. Early detection of metabolic changes using microdialysis during and after experimental kidney transplantation in a porcine model. Surg Innov; 2011;18(4): Fonouni H, Jarahian P, Rad MT, Golriz M, Faridar A, Esmaeilzadeh M, Hafezi M, Macher-Goeppinger S, Longerich T, Orakcioglu B, Sakowitz OW, Garoussi C, Mehrabi A. Evaluating the effects of extended cold ischemia on interstitial metabolite in grafts in kidney transplantation using microdialysis. Langenbecks Arch Surg; 2013;398(1):87-97 Friedrich S, Schwabe K, Grote M, Krauss JK, Nakamura M. Effect of systemic celecoxib on human meningioma after intracranial transplantation into nude mice. Acta Neurochir (Wien); 2013;155(1): Grohm J, Kim SW, Mamrak U, Tobaben S, Cassidy-Stone A, Nunnari J, Plesnila N, Culmsee C. 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Changes of Blood Endocannabinoids during Anaesthesia: a Special Case for Fatty Acid Amide Hydrolase Inhibition by Propofol? Br J Clin Pharmacol; 2012;74(1):54-59 Javad Mirzayan M, Goessling T, Huefner T, Krauss JK. Subacute steroid-induced paraparesis: surgical treatment of a devastating invisible side effect. Eur Spine J; 2012;21 Suppl 4: Krauss JK. Commentary for tremor and dystonia associated with thalamic cyst: a rare manifestation. Mov Disord; 2012;27(6):705 Lindemann C, Krauss JK, Schwabe K. Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus in the 6-hydroxydopamine rat model of Parkinson s disease: effects on sensorimotor gating. Behav Brain Res; 2012;230(1): Mirzayan MJ, Goessling T, Huefner T, Krauss JK. Erratum to: Subacute steroid-induced paraparesis: surgical treatment of a devastating invisible side effect. Eur Spine J; 2012;21 Suppl 4:573 Mirzayan MJ, Klinge PM, Samii M, Goetz F, Krauss JK. MRI safety of a programmable shunt assistant at 3 and 7 Tesla. 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6 Buchbeiträge, Monografien Brenneis C, Gerloff C, Knauth M, Krauss JK, Nickels W, Poewe W, Rohde V, Schneider A, Straube A, Sturzenegger M, Paulus W. Normaldruckhydrocephalus. In: Deutsche Gesellschaft für Neurologie / Kommission Leitlinien [Hrsg.]: Leitlinien für Diagnostik und Therapie in der Neurologie. 5. vollst. überarb. Aufl.Stuttgart; New York, NY: Thieme, S Krauss JK, Jankovic J. Movement disorders after traumatic brain injury. In: Zasler ND, Katz DI, Zafonte RD [Hrsg.]: Brain Injury Medicine: Principles; Practice. 2nd rev. Ed.New York, NY: Demos Medical Publishing, S Krauss JK, Lang J. Für die Frührehabililtation relevante neurochirurgische Erkrankungen. In: Rollnik JD [Hrsg.]: Die neurologischneurochirurgische Frührehabilitation. Berlin u.a.: Springer Medizin, S Abstracts 2012 wurden 60 Abstracts publiziert. Habilitationen Gerganov, Venelin M (PD Dr. med.): Funktionelle Ergebnisse nach mikrochirurgischer Entfernung von Vestibularis Schwannomen = Functional outcome after microsurgery of vestibular schwannomas. Promotionen Calvelli, Karoline (Dr. med.): Erneute orale Antikoagulation nach einer subduralen Blutung unter Cumarinderivaten. Standards und Normen DGNC; Erweiterter Vorstand der Deutschen Gesellschaft für Neurochirurgie; Mitglied des Executive Committee Section Functional Neurosurgery der European Association of Neurological Surgery; Mitglied 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 EURO Dystonia; MC Dystonia COST-Project (EU); Chair Young Neurosurgeon`s Training Programme, Medtronic Europe; Steering Committee, Navigate Parkinson`s Disease Europe Co-Editor für das Zentralblatt für Neurochirurgie (Central European Neurosurgery); Im Editorial Board für Journal of Neural Transmission; Stereotactic and Functional Neurosurgery Reviewer für Journal of Neurology, Movement Disorders, Neuromodulation, Brain Stimulation; Neurology, Brain, Journal of Neuroimaging, Neurosurgery, Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry. 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; Editorial Board Member für Clinical Neurology and Neurosurgery. Schwabe, Kerstin (Prof. Dr.): Reviewer für Neuroscience Letters, The Journal of Neuroscience, Neuroscience, Journal of Neuroscience Methods, Experimental Neurology. Cinibulak, Zafer (Dr. med.): Der neuronavigierte präsigmoidale suprabulbäre infralabyrinthäre Zugang zum Foramen jugulare ohne Reposition des Nervus facialis. Luig, Felix (Dr. med.): Effekt der tiefen Hirnstimulation im pedunculopontinen Nucleus auf die motorische Funktion im 6-Hydroxydopamin Parkinson Rattenmodell. Lütjens, Götz (Dr. med.): Bilaterale Läsionen des Nukleus entopeduncularis vermindern eine durch Apomorphin induzierte Störung der sensorimotorischen Bahnung in einem Tiermodell für das Tourette Syndrom. Stipendien Al Hashem, Anwar Ali (Dr.): 6-jähriges Stipendium für die Facharztausbildung Neurochirurgie (Saudi-Arabien). Wissenschaftspreise Manu, Mihai (Dr. Med.): Traugott-Riechert-Preis. Saryyeva, Assel (Dr. med.): German Academy of Neurosurgery RESEARCH GRANT. Weitere Tätigkeiten in der Forschung Krauss, Joachim K. (Prof. Dr. med.): Vizepräsident der World Society for Stereotactic and Functional Neurosurgery; Chair Education Committee der World Society for Stereotactic and Functional Neurosurgery; Präsident der European Society for Stereotactic and Functional Neurosurgery; Vorsitzender der Kommission Technische Forschungsbericht