»Größten Respekt vor dem Gehirn«

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1 hirnforschung ı neuroimplantate»größten Respekt vor dem Gehirn«HIGHTECH IM OP Mit einem Kernspintomografen planen die Kölner Neurochirurgen jeden ihrer Eingriffe. 60 G&G 11_2008

2 Die Tiefenhirnstimulation hat sich als Therapie gegen Bewegungsstörungen wie Morbus Parkinson bewährt. Fest ins Hirn implantierte Elektroden sollen jetzt auch Patienten mit schweren Depressionen helfen. Im Gespräch mit G&G schildert der Kölner Neurochirurg Volker Sturm seine Erfahrungen mit der neuen Methode. alle Fotos des Artikels: Universitätsklinik Köln, Klinik für Stereotaxie und Funktionelle Neurochirurgie Drei bis fünf Volt, die Spannung einer Taschenlampenbatterie, bei einer Wechselstromfrequenz von 130 Hertz das soll genügen, um lähmende Angst oder das Gefühl innerer Leere zu bannen: 1,2 Millimeter dicke, fest implantierte Elektroden erregen gezielt bestimmte Hirnareale, deren überhöhte Aktivität neurologische oder psychische Störungen verursacht. Durch die elektrische Reizung stellen die Nervenzellen in unmittelbarer Umgebung ihre Arbeit ein das betroffene Gebiet ist quasi stillgelegt. Die Tiefenhirnstimulation hat sich bereits seit den 1990er Jahren bei der Parkinsonkrankheit als wirksame Behandlungsmethode etabliert (siehe G&G 9/2005, S. 20). Doch inzwischen gehen die Mediziner weiter. So beschrieb 2005 die Psychiaterin Helen Mayberg von der kanadischen University of Toronto den erfolgreichen Einsatz der Methode bei schwer depressiven Patienten (siehe G&G 7-8/2007, S. 44). Zu den Pionieren der Tiefenhirnstimulation zählt der Kölner Neurochirurg Volker Sturm. Seit 14 Jahren pflanzt er Parkinsonpatienten»Hirnschrittmacher«ein und behandelt damit deren sonst irreversible Bewegungsstörungen. Mittlerweile wagt sich Sturm auch an psychiatrische Krankheitsbilder wie Angststörungen oder das Tourette-Syndrom heran. Ein zurzeit laufendes Forschungsprojekt, das er zusammen mit dem Bonner Psychiater Thomas Schlaepfer durchführt, soll jetzt die Tauglichkeit der Elektrodenstimulation bei Depressionen prüfen. Herr Sturm, Sie wollen Depression per Tiefenhirnstimulation behandeln. Doch das Gehirn mit Elektroden unter Strom zu setzen das klingt ziemlich unheimlich! Ja, aber wir setzen das Gehirn nicht unter Strom, sondern wir stimulieren ganz gezielt ein sehr Volker Sturm ó geboren 1943 in Heidelberg ó studierte 1965 bis 1970 Medizin an der Universität Heidelberg ó Promotion 1971, arbeitete anschließend als Neurochirurg an der Universität Heidelberg sowie der Universität des Saarlandes in Homburg ó leitete 1978 bis 1987 die Forschungsgruppe»Interstitielle Tumortherapie«am Tumorzentrum Heidelberg/ Mannheim ó Habilitation 1981, anschließend Privatdozent und Professor an der Neurochirurgischen Universitätsklinik Heidelberg ó seit 1988 Professor und Direktor der Klinik für Stereotaxie und Funktionelle Neurochirurgie der Universität Köln bis 2008 der einzige Lehrstuhl für dieses Arbeitsgebiet in Europa ó seit 2001 Professor für stereotaktische Neurochirurgie am International Neuroscience Institute in Hannover ó seit 2005 Inhaber des»leibniz Chair«am Leibniz- Institut für Neurobiologie in Magdeburg 61

3 Auf einen Blick Heilsame Anregung 1Bei der Tiefenhirnstimulation reizt eine in das Gehirn implantierte Elektrode ein bestimmtes Areal und schaltet es so gezielt aus. 2Die Methode hat sich seit den 1990er Jahren zur Behandlung von Bewegungsstörungen wie der Parkinsonkrankheit etabliert. Seit einigen Jahren wird 3 die Tiefenhirnstimulation auch bei psychiatrischen Erkrankungen wie Zwangs- und Angststörungen eingesetzt. Inzwischen liegen auch erste Erfahrungen mit einigen Patienten vor, die unter schweren Depressionen leiden. kleines Areal. Eng umgrenzte Neuronenpopulationen erhalten schwache elektrische Impulse in hoher Frequenz. Damit können wir bestimmte neuronale Schaltkreise beeinflussen und deren Aktivität auf ein normales Niveau herunterfahren. Ist das nicht gefährlich? Nein. Die Patienten spüren das überhaupt nicht. Wir haben hier in Köln schon mehr als 1000 Parkinsonpatienten mit Hirnschrittmachern behandelt. Von den Betroffenen, die im Lauf der Erkrankung gestorben sind, wissen wir aus Autopsien, dass im stimulierten Bereich des Hirngewebes nichts Unerwünschtes passiert ist. Die Zellen werden nachweislich nicht geschädigt. Allenfalls kann die Methode unwirksam bleiben. Und falls doch irgendwelche Nebenwirkungen auftreten sollten, können wir die Impuls- oder Stromstärke ja sofort reduzieren oder im schlimmsten Fall das Gerät einfach abschalten. Welchen Vorteil hat die Methode? Der große Vorteil der Tiefenhirnstimulation liegt in der vollen Reversibilität des Verfahrens; wir können also jederzeit die Stimulation herunterfahren oder auch ganz abbrechen. Außerdem können wir ganz gezielt vorgehen: Wir erreichen mit der Elektrode ein kugelförmiges Gebiet mit einem Durchmesser von maximal vier bis fünf Millimetern. Die Nachbarregionen sind davon überhaupt nicht betroffen. Bei allen früheren Methoden, die noch vor 20 Jahren üblich waren, hat man dagegen versucht, bestimmte Regelkreise des Gehirns zu beeinflussen, indem man die einzelnen Areale etwa durch Erhitzen zerstörte. Das Zielgebiet war dabei jedoch größer und der Eingriff irreversibel, denn zerstörtes Hirngewebe kann man nicht wieder ersetzen. Das ist bei der Tiefenhirnstimulation ganz anders was uns ermutigt hat, die Methode nicht nur bei neurologischen Störungen wie Morbus Parkinson, sondern auch bei psychiatrischen Erkrankungen wie schwerster Depression einzusetzen, die anderweitig nicht therapiert werden können. Unterscheiden sich die Verfahren bei den verschiedenen Patientengruppen? Nein, wir visieren nur andere Regelkreise an. Die kennen wir bei der Parkinsonkrankheit inzwischen schon sehr genau; hier ist der Nucleus subthalamicus in den Basalganglien betroffen. Bei Depression gibt es verschiedene Ansatzpunkte. Zusammen mit Thomas Schlaepfer von der Uniklinik Bonn implantieren wir hier in Köln die Elektroden in den Nucleus accumbens, einen wichtigen Kern des zerebralen Belohnungssystems. Die Arbeitsgruppe von Helen Mayberg in Toronto hat dagegen die Brodmann- Area 25, einen Teil des cingulären Kortex, als Zielareal ausgewählt auch mit gutem Erfolg. Es gibt noch weitere amerikanische Arbeitsgruppen, die ebenfalls den Nucleus accumbens, jedoch ein bisschen anders als wir, stimulieren. Im Prinzip drehen alle Teams an ein und demselben Regelkreis, nur an unterschiedlichen Stellschrauben. Im Lauf der nächsten Jahre wird sich zeigen, was langfristig am wirkungsvollsten ist. Wie Sie bereits geschildert hatten, platzieren Sie die Elektrode in ein winziges Areal von wenigen Millimetern Durchmesser. Wie funktioniert das technisch? Das geht nur mit Hilfe stereotaktischer Operationsverfahren. Wir machen zunächst hochauflösende kernspin- und computertomografische Aufnahmen vom Gehirn. Dabei verankern wir den Kopf des Patienten unter örtlicher Betäubung mit einem Plastikring und können am Computer exakt den Zielpunkt festlegen, je nach individuellem Krankheitsbild. Dann simulieren wir zunächst die gesamte Operation am Computer. Wir markieren also virtuell die Stelle, an der wir in das Gehirn des Patienten eindringen möchten, und verfolgen schrittweise den Weg der Sonde durch das Gewebe. Dabei müssen wir ganz sicher sein, dass wir keine Blutgefäße und auch keine Hirnfurchen treffen, denn hier verlaufen mitunter ganz kleine Äderchen, die man noch nicht einmal im Kernspintomogramm sehen kann. Wenn dies alles reibungslos verlief, machen wir am Kopf des Patienten einen kleinen Hautschnitt und bohren ein Loch von acht Millimeter Durchmesser in die Schädeldecke. Dann führen wir die Elek- 62 G&G 11_2008

4 trode mit hochpräzisen mechanischen Zielgeräten ein freihändig ist so etwas nicht möglich. So können wir jeden Punkt des Gehirns mit einer Präzision von bis zu 0,5 Millimetern erreichen. Wie lange dauert solch ein Eingriff? Lange. Am längsten dauern die Berechnungen, die wir anhand der Auswertungen der Computer- und Kernspintomografie durchführen. In meiner Klinik arbeiten hierfür extra vier Medizinphysiker, die bei jeder Operation mit dabei sind. Die Vorbereitung samt Berechnungen nimmt ungefähr drei bis vier Stunden in Anspruch, die eigentliche Operation dann noch einmal etwa zwei Stunden. Und wie lange müssen die Patienten mit dem Hirnschrittmacher leben? Im Prinzip ein Leben lang. Bei Morbus Parkinson wissen wir, dass die Patienten ohne Stimulation nicht auskommen: Die alten Symptome kehren sofort zurück, sobald die Stimulation unterbleibt, etwa wenn die Batterien leer sind. Bei Depression könnte das anders sein. Vielleicht muss man nach mehrjähriger Stimulation überhaupt nicht mehr reizen, weil sich dann die gestörten Regelkreise dauerhaft reorganisiert haben. Dazu können wir aber heute noch nichts sagen; das Verfahren ist bei Depression einfach noch zu neu. Wie werden die Batterien eines Hirnschrittmachers gewechselt? Das geht ähnlich wie beim Herzschrittmacher. Der Hirnschrittmacher ist nur etwas größer, wird aber wie ein Herzschrittmacher auf dem Brustmuskel unter der Haut implantiert. Von hier aus laufen zwei dünne Kabel unter der Haut hinter dem Ohr und dem Kopf und werden dort mit den Tiefenelektroden verbunden. Diese Schrittmacher haben eine sehr langlebige Batterie, die bei Parkinsonpatienten im Schnitt etwa vier Jahre hält. Danach müssen die Batterien ausgetauscht werden. Das geht ganz einfach in einer 20-minütigen Operation, die man bei örtlicher Betäubung durchführen kann. Können die Patienten ihren Schrittmacher selbst regulieren? Ja. Wir machen zunächst die Grundeinstellung. Die Patienten bekommen aber ein Gerät mit nach Hause, mit dem sie jederzeit die Reizstärke des Impulsgenerators in dem von uns vorgegebenen Rahmen verändern oder ihn auch ganz abschalten können. So können sie die Reizstärke etwas erhöhen, falls wieder Symptome auftreten, oder sie reduzieren, wenn es ihnen sehr gut geht einfach, um die Batterien zu schonen. Hier in Köln haben wir den Schrittmacher bislang elf depressiven Patienten implantiert, die alle gut damit zurechtkamen. Sie hatten erwähnt, dass bei der Operation die Gefahr besteht, Blutgefäße zu verletzen. Ist dabei schon einmal etwas Schwerwiegendes passiert? Das Risiko der Blutung ist extrem gering es liegt in unserer Klinik bei 0,4 Prozent. Und von den aufgetretenen Blutungen waren fast ausschließlich alte Patienten betroffen. Die ältesten Parkinsonpatienten, die wir operieren, sind bereits über 80, und in diesem Alter sind die Gefäße schon brüchiger. Wenn jedoch ein Blutgefäß verletzt wird, kann es Symptome wie bei einem Schlaganfall geben. Die Blutungen werden normalerweise wieder völlig folgenlos resorbiert, aber es kann auch zu bleibenden Lähmungen kommen. Über das Risiko müssen wir die Patienten natürlich im Vorfeld aufklären. Traten auch bei psychiatrischen Patienten solche Probleme auf? Nein, unsere psychiatrischen Patienten sind meist jung, und bei keinem ist bislang eine Blutung aufgetreten. Inzwischen haben wir schon etwa 60 Personen behandelt vor allem solche mit Zwangsstörungen, Tourette-Syndrom und die elf schon genannten mit Depressionen. Welche Nebenwirkungen sind sonst noch möglich? In erster Linie Infektionen, denn man implantiert ja einen Fremdkörper in den Organismus. Das passiert bei drei bis vier Prozent der Patienten, wobei sich die Infektion fast immer im Bereich des Generators, also im Brustbereich ab- VerkabeltER GEIST Zwei Elektroden stimulieren den paarweise angelegten Nucleus accumbens ein wichtiges Hirnareal des Belohnungszentrums. Der eigentliche»hirnschrittmacher«sitzt auf dem Brustmuskel und ist über Kabel, die unter der Haut verlaufen, mit den Hirnelektroden verbunden. Die elektrische Erregung führt dazu, dass überaktive Nervenzellen im Nucleus accumbens von Depressiven ausgeschaltet werden. Gehirn&Geist / Siganim 63

5 »Die Hirnstimulation muss schwersten Erkrankungen vorbehalten sein und darf auf gar keinen Fall missbraucht werden«mit FINGERSPITZENGEFÜHL Die Neurochirurgen bohren ein kleines Loch in die Schädeldecke des Patienten, durch das die Elektrode mit mechanischen Geräten gezielt eingeführt wird. spielt. Dabei ist aber noch nie ein Patient zu Schaden gekommen. Wir mussten jedoch gelegentlich die Generatoren oder auch das Gesamtsystem entfernen. Dann muss man drei Monate warten, bis alles verheilt ist, und kann danach erneut implantieren. Gibt es eine Altersbeschränkung für die Operation? Nein. Es zählt nicht das numerische Alter, sondern das biologische. Es gibt 60-jährige Patienten, die so schwer allgemein erkrankt sind, dass ich sie nicht mehr operieren würde. Es gibt andererseits auch 85-Jährige, bei denen man das ohne Probleme machen kann. Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit jemand für die Tiefenhirnstimulation in Frage kommt? Wir haben von den Ethikkommissionen in Bonn und Köln die völlig richtige Auflage bekommen, dass die Patienten austherapiert sein müssen. Es müssen also zuvor alle medikamentösen Optionen und auch alle Möglichkeiten der Psychotherapie ausgeschöpft worden sein. Wir verlangen sogar auch wenn man sich hier über die Notwendigkeit streiten kann, dass Depressionspatienten zuvor erfolglos mit Elektrokrampftherapie behandelt wurden. Wir lassen die Patienten, auch wenn sie aus der besten psychiatrischen Universitätsklinik kommen, noch einmal von unseren Kölner oder Bonner Psychiatern untersuchen. Oft machen wir noch einen Therapieoptimierungsversuch. Erst dann, wenn auch unsere Ärzte feststellen, dass es nicht mehr anders geht, bieten wir den Patienten die Operation an. Können Sie sich an besonders dramatische Fälle erinnern? Vor knapp acht Jahren haben wir mit der Hirnstimulation bei psychiatrischen Fällen angefangen. Unsere erste Patientin litt unter einer extrem schweren Angsterkrankung: Sie war nicht mehr in der Lage, das Haus zu verlassen. Sie war völlig auf Hilfe angewiesen, hatte Jahre in psychiatrischen Kliniken verbracht jegliche medikamentöse Psychotherapie hatte bei ihr versagt. Diese Patientin war nicht nur untherapierbar, sondern auch suizidgefährdet. Da habe ich bei ihr implantiert. Und nach etwa einem Jahr hat sich ihr Zustand langsam gebessert. Heute ist die Frau gesund. Der zweite Patient war dagegen ein trauriger Fall: ein junger, hochintelligenter Mann, der unter einer schweren Angst- und Zwangserkrankung litt. Auch er konnte nicht mehr das Haus verlassen. Nachdem ich ihn operiert hatte, entwickelte er sich zunächst hervorragend: Er begann ein Medizinstudium und machte sein Physikum. Doch dann geriet er an eine Frau aus der Drogenszene, wurde heroinabhängig, und man fand ihn schließlich komatös in seiner Wohnung. Er konnte zwar reanimiert werden, ist aber jetzt in sehr schlechter Verfassung. So etwas gibt es, da kann man nichts tun. Wie sprachen die elf depressiven Patienten auf die Stimulation an? Diese Patienten behandeln wir erst seit etwa einem Jahr. Sie dürfen Depression nicht mit Melancholie im romantischen Sinn verwechseln. Das ist etwas ganz anders. Diese Patienten sind innerlich leergebrannt. Sie haben keinen Antrieb mehr, für sie ist alles nur noch grau. Sie können nicht mehr positiv, nicht mehr negativ empfinden. Sie gehen durch ein Martyrium. Und wenn diese Patienten nach der Operation sagen:»ich habe jetzt wieder Pläne für die Zukunft; ich möchte mir hier in Köln den Dom angucken«das ist schon ein sehr beglückendes Erlebnis. Würden Sie sagen, dass Sie Ihre Patienten mit der Tiefenhirnstimulation heilen? Nein, leider nicht. Wir machen eine hocheffektive symptomatische Behandlung, aber»heilen«ist ein zu großes Wort. Motorische Erkrankungen wie Morbus Parkinson kann man nicht heilen, denn ihre Ursache ist ein Zelluntergang in der Substantia nigra. Man kann nur die Symptome nahezu zum Verschwinden bringen. Und bei psychiatrischen Erkrankungen? Da ist das meiner Meinung nach ganz genauso. Auch hier liegt eine morphologische Ursache vor. Vermutlich gibt es eine erbliche Veranlagung, es müssen aber noch bestimmte ungünstige Faktoren auftreten, wie traumatisierende Erlebnisse oder lang andauernder Stress sowie Störungen in der Embryonalentwicklung. Diese Schädigungen bringen allmählich immer mehr Regelkreise des Gehirns durcheinander und stören den normalen Erregungsfluss. Das geht meist mehrere Jahre gut, bis dann in der Pubertät oder im frühen Erwachsenenalter die Symptome ausbrechen. Diese Ursachen können wir leider nicht beseitigen selbst nicht mit Medikamenten. Sie sind aber auch gar nicht so wichtig. Sondern wichtig ist dagegen, dass nicht noch weitere neuronale Netzwerke in ihrer Kommunikation gestört werden. Und da können wir eingreifen und diese falsch laufenden Oszillationen normalisieren. Also kann man nicht von Heilung sprechen, sondern nur von einer optimalen, 64 G&G 11_2008

6 lang fristigen Symptomunterdrückung und -ver besserung. Kommt es durch den Eingriff zu Persönlichkeitsveränderungen? Das beobachten wir natürlich sehr genau. Einmal löste die Stimulation bei einem Depressionspatienten manische Zustände aus: Es kam zu einem zwanghaften Lachen. Wir konnten das jedoch sofort beenden, indem wir die Impulsstärke herabsetzten. Aber Ähnliches kann auch passieren, wenn man zu starke Medikamente verabreicht. Was bedeutet für Sie eine Operation im Gehirn dem»seelenorgan«des Menschen? Das Gehirn ist etwas ganz Besonderes. Es ist für mich das faszinierendste Organ in der gesamten Schöpfung. Wenn Sie sich vorstellen, dass das Gehirn etwa 100 Milliarden Nerven zellen besitzt, die jeweils zwischen 1000 und Kontakte zu anderen Neuronen haben, zeigt das ein unvorstellbares Potenzial an Interaktionsmöglichkeiten. Das ist schon ein Wunderwerk. Die Grundlage all unserer Gedanken, aller kognitiven Vorgänge und aller Emotionen liegen in der Funktion bestimmter Hirnareale. Insofern kann man das Gehirn nicht mit irgendeinem anderen Organ gleichsetzen. Es ist wesentlich komplexer und wunderbarer als alles, was ich mir überhaupt vorstellen kann. Deshalb sollte jeder Neurochirurg größten Respekt vor dem Gehirn haben und sich seiner Verantwortung bewusst sein. Denn schließlich kann jeder Fehler bei einer Hirnoperation schwer wiegende Folgen für den Patienten nach sich ziehen. Während der Operation muss ich das allerdings ausblenden und mich ganz auf meinen Patienten konzentrieren. Dennoch sollte man sich immer im Klaren sein, was man da tut: Man arbeitet an dem Teil des Menschen, der ihn zum Menschen macht. Es gibt mittlerweile Versuche, per Tiefenhirnstimulation im Hypothalamus auch Gedächtnisstörungen zu beheben. Wäre es vorstellbar, dass auch Gesunde im Sinn von Neuro-Enhancement ihre Hirnleistungen auf diese Weise fördern könnten? Das ist in der Tat eine große Sorge von mir. Ich weiß, dass es Chirurgen, Neurologen und auch Psychiater gibt, die ernsthaft über Neuro-Enhancement nachdenken. Und es ist durchaus vorstellbar, durch Stimulation von bestimmten Arealen Gedächtnisfunktionen oder auch andere Leistungen des Gehirns zu verbessern. Aber ich halte das für kriminell. Das ist noch schlimmer als Doping im Sport. Warum? Da sehe ich eine ganz klare ethische Grenze. Die Hirnstimulation muss schwersten Erkrankungen vorbehalten sein und darf auf gar keinen Fall missbraucht werden. Im Übrigen glaube ich, dass man Neuro-Enhancement medikamentös viel besser machen kann was ich allerdings für katastrophal halte. Es ist eine schlimme Entwicklung, dass in den USA und inzwischen auch immer mehr in Deutschland Amphetamine wie Ritalin zur Leistungsförderung genommen werden. Ich bin strikt gegen Neuro-Enhancement. Wie sieht Ihrer Meinung nach die Zukunft der Tiefenhirnstimulation aus? Durch die Neuromodulation über Elektroden können wir schon heute viel selektiver als mit medikamentöser Behandlung vorgehen. Mit Medikamenten überschwemmen Sie schließlich das ganze Gehirn und erreichen auch Synapsen, die überhaupt nicht krankheitsrelevant sind, und schädigen da unter Umständen die Rezeptoren. Bei der Hirnstimulation können Sie dagegen gezielt an dem Regelkreis eingreifen, dessen Fehlfunktion für die bestimmte Erkrankung verantwortlich ist. Ich bin sicher, dass man irgendwann auch Suchterkrankungen per Tiefenhirnstimulation behandeln kann. Und es spricht sehr viel dafür, dass damit auch die Behandlung von Demenzen einmal möglich sein wird. Das ist etwas ganz anderes als Neuro- Enhancement: Gedächtnis verbessernde Operationen wären für Alzheimerkranke ein wahrer Segen. Ÿ Das Gespräch führte Andreas Jahn, Redakteur bei G&G sowie spektrumdirekt. TIEFENBOHRUNG Millimetergenau platzieren die Mediziner die beiden Elektroden im Gehirn des Patienten. Die Operation wird ständig computertomografisch überwacht. Literaturtipps Abbott, A.: Deep in Thought. In: Nature 436(7047), S , Mayberg, H. S. et al.: Deep Brain Stimulation for Treatment-Resistant Depression. In: Neuron 45(5), S , Schlaepfer, T. E. et al.: Deep Brain Stimulation to Reward Circuitry Alleviates Anhedonia in Refractory Major Depression. In: Neuropsychopharmacology 33(2), S , Sturm, V. et al.: The Nucleus Accumbens: a Target for Deep Brain Stimulation in Obsessive-Compulsive- and Anxiety-Disorders. In: Journal of Chemical Neuroanatomy 26(4), S , Weitere Literaturhinweise finden Sie unter: artikel/