Welche Formen der Hirnstimulation gibt es?

Invasive und nicht-invasive Hirnstimulation (NIBS): Neue Optionen in der Therapie

Techniken zur Hirnstimulation beeinflussen die Aktivität von Neuronen. Experten bezeichnen dieses aufstrebende Feld der klinischen Neurophysiologie als „Interventionelle Neurophysiologie“. Dieses Gebiet ist sowohl biomedizinisch als auch technologisch geprägt. Im Unterschied zu medikamentösen Therapieansätzen ermöglicht die Interventionelle Neurophysiologie es Ärzten, präzise auf lokal begrenzte Strukturen des Nervensystems einzuwirken – sogar bis hin zur einzelnen Nervenzelle. Heutzutage gibt es bereits mehrere Formen der Gehirnstimulation, die in der Forschung und klinischen Praxis eingesetzt werden. Nachfolgend listen wir einige der wichtigsten Techniken auf, die derzeit genutzt und erforscht werden:

1. Tiefe Hirnstimulation (THS)

Die tiefe Hirnstimulation (THS), im anglo-amerikanischen Raum auch als Deep Brain Stimulation (DBS) bezeichnet, ist eine invasive neurochirurgische Behandlungsmethode. Sie wird zur Linderung von Symptomen bei Bewegungsstörungen wie Parkinson-Krankheit, Dystonie und essenziellem Tremor eingesetzt. Bei dieser Methode werden Elektroden in bestimmte Gehirnregionen implantiert, die für die jeweilige Störung verantwortlich sind. Die implantierten Elektroden sind mit einem Impulsgeber verbunden, der unter der Haut im Brustbereich oder in der Bauchregion platziert wird. Der Impulsgeber sendet kontinuierlich elektrische Impulse an die Elektroden, um die abnormale neuronale Aktivität in den Zielregionen zu regulieren und somit die Symptome der Erkrankung zu reduzieren. Die tiefe Hirnstimulation ist reversibel und anpassbar, sodass die Stimulationseinstellungen im Laufe der Zeit an die individuellen Bedürfnisse des Patienten angepasst werden können. Obwohl THS bei vielen Patienten eine deutliche Verbesserung der Lebensqualität bewirkt, birgt sie Risiken wie Infektionen, Blutungen und mögliche Fehlplatzierung der Elektroden. Vor der Anwendung von THS werden umfangreiche Untersuchungen und Tests durchgeführt, um die Eignung des Patienten und den genauen Zielpunkt der Stimulation zu ermitteln.

2. Transkranielle Magnetstimulation (TMS)

Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine nicht-invasive Methode zur Stimulation von Gehirnregionen, bei der ein Magnetfeld genutzt wird, um elektrische Ströme im Gehirn zu erzeugen. Dabei wird eine Spule, die ein schnell wechselndes Magnetfeld erzeugt, auf die Kopfhaut über der gewünschten Gehirnregion positioniert. TMS kann sowohl für diagnostische als auch therapeutische Zwecke verwendet werden. In der Diagnostik kann TMS zur Untersuchung der Funktion und Verbindungen von Hirnregionen sowie der Reaktionsgeschwindigkeit von Nervenfasern eingesetzt werden. Therapeutisch wird TMS insbesondere zur Behandlung von Depressionen angewendet, kann aber auch bei anderen neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Schizophrenie, Angststörungen und Migräne eine Rolle spielen. Es gibt zwei Hauptformen von TMS: Einzel- und repetitiv (rTMS). Einzel-TMS bezieht sich auf die Anwendung eines einzelnen Stimulationsimpulses, während bei der rTMS mehrere Impulse in schneller Folge abgegeben werden. Die rTMS ist besonders für therapeutische Zwecke interessant, da sie länger anhaltende Auswirkungen auf die neuronale Aktivität hat. Die TMS-Behandlung ist im Allgemeinen sicher und gut verträglich, wobei Nebenwirkungen wie leichte Kopfschmerzen oder unangenehme Empfindungen an der Stimulationsstelle auftreten können. Schwere Nebenwirkungen wie Krampfanfälle sind selten. Die TMS-Therapie wird kontinuierlich erforscht, um ihren Anwendungsbereich zu erweitern und die Wirksamkeit weiter zu verbessern.

3. Transkranielle Pulsstimulation (TPS)

Die Transkranielle Pulsstimulation (TPS) ist eine nicht-invasive Hirnstimulationstechnik, die Stoßwellen-Impulse verwendet, um gezielt bestimmte Bereiche des Gehirns zu stimulieren. Diese Methode hat sich in den letzten Jahren als vielversprechender Ansatz zur Behandlung verschiedener neurologischer und psychiatrischer Störungen wie Alzheimer, Demenz, Parkinson und Depressionen erwiesen. Im Gegensatz zu anderen Hirnstimulationstechniken wie der Transkraniellen Magnetstimulation (TMS) oder der Transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) nutzt TPS fokussierte, niederfrequente Stoßwellen, um präzise und tief im Gehirn liegende Strukturen zu erreichen. Die Impulse dringen durch die Schädelknochen, ohne sie zu beschädigen, und erzeugen mechanische Energie, die in neuronale Aktivität umgewandelt wird. Ein Handapplikator wird an der Kopfhaut des Patienten/der Patientin positioniert und sendet fokussierte Impulse in das gewünschte Gehirnareal. Die Behandlung ist schmerzfrei und erfordert keine Sedierung oder Anästhesie. Normalerweise dauert eine Sitzung etwa 30 Minuten, und die Patient:innen können ihre täglichen Aktivitäten unmittelbar nach der Behandlung fortsetzen. Die genauen Wirkmechanismen der TPS sind zwar noch nicht vollständig verstanden, aber es wird angenommen, dass sie durch die Modulation neuronaler Netzwerke und die Verbesserung der neuroplastischen Prozesse wirkt. Dies kann zur Wiederherstellung gestörter Gehirnfunktionen und zur Linderung von Symptomen bei verschiedenen Erkrankungen beitragen. Studien haben gezeigt, dass die TPS bei der Behandlung von Alzheimer-Patient:innen zu einer Verbesserung kognitiver Funktionen führen kann. In ähnlicher Weise hat sich TPS als vielversprechend bei der Behandlung von Parkinson und anderen Bewegungsstörungen erwiesen, indem sie die motorische Kontrolle verbessert. Darüber hinaus gibt es wachsende Hinweise darauf, dass TPS bei Stimmungs- und Angststörungen wie Depressionen und generalisierter Angststörung wirksam sein kann. Die Transkranielle Pulsstimulation besitzt ein hohes Potenzial für die nicht-invasive Behandlung von neurologischen und psychiatrischen Störungen, auch für Patient:innen, bei denen herkömmliche Therapieansätze versagen oder unerwünschte Nebenwirkungen verursachen.

4. Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS)

Die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist eine nicht-invasive Gehirnstimulationsmethode, bei der schwache Gleichströme durch Elektroden auf der Kopfhaut appliziert werden, um die Erregbarkeit von Nervenzellen im Gehirn zu beeinflussen. Die Elektroden werden in der Regel in Form eines Anoden- und Kathodenpaares angebracht, wobei die Anode die Erregbarkeit der Neuronen erhöht und die Kathode sie reduziert. tDCS wird zur Untersuchung und Modulation von Gehirnfunktionen sowie zur Behandlung verschiedener neuropsychiatrischer Erkrankungen wie Depressionen, Schmerzen, Schlaganfallrehabilitation und kognitive Beeinträchtigungen eingesetzt. Die Methode wird auch zur Verbesserung von kognitiven Fähigkeiten wie Gedächtnis, Lernen und Aufmerksamkeit erforscht. Die tDCS-Behandlung ist im Allgemeinen sicher und gut verträglich, wobei leichte Nebenwirkungen wie Juckreiz, Hautrötungen oder leichte Kopfschmerzen auftreten können. Die Stimulation ist schmerzfrei und dauert normalerweise 20 bis 30 Minuten pro Sitzung. Da tDCS eine relativ einfache und kostengünstige Technik ist, wird sie auch für Anwendungen in der Heimanwendung und in tragbaren Geräten erforscht. Während tDCS in vielen Studien positive Ergebnisse gezeigt hat, sind weitere Forschungen erforderlich, um die langfristige Sicherheit, optimale Stimulationsparameter und den genauen Wirkungsmechanismus besser zu verstehen.

5. Transkranielle Wechselstromstimulation (tACS)

Die transkranielle Wechselstromstimulation (tACS) ist eine nicht-invasive Gehirnstimulationsmethode, bei der schwache Wechselströme durch Elektroden auf der Kopfhaut appliziert werden. Diese Ströme sind in der Lage, die natürlichen elektrischen Oszillationen des Gehirns zu beeinflussen. Die Frequenz der tACS kann an bestimmte Gehirnwellen, wie Alpha-, Beta-, Theta- oder Gamma-Wellen, angepasst werden, um bestimmte Gehirnaktivitäten gezielt zu modulieren. tACS wird in der klinischen Forschung und Therapie zur Behandlung von neuropsychiatrischen Störungen, wie Depressionen, Schizophrenie und Epilepsie, sowie zur Verbesserung kognitiver Fähigkeiten, wie Lernen, Gedächtnis und Aufmerksamkeit, untersucht. Im Gegensatz zur transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) erlaubt die tACS eine präzisere Kontrolle der neuronalen Aktivität durch die Anpassung der Stimulationsfrequenz. Die Anwendung von tACS ist in der Regel schmerzfrei und mit wenigen Nebenwirkungen verbunden, jedoch sind weitere Forschungen erforderlich, um die langfristige Sicherheit und Wirksamkeit dieser Methode besser zu verstehen.

6. Vagusnerv-Stimulation (VNS)

Die Vagusnerv-Stimulation (VNS) ist eine invasive Behandlungsmethode, bei der ein kleines Gerät, ähnlich einem Herzschrittmacher, unter der Haut im Brustbereich implantiert wird. Dieses Gerät ist über eine Elektrode mit dem linken Vagusnerv verbunden, der vom Hals bis in den Brust- und Bauchbereich verläuft. Der Vagusnerv ist ein wichtiger Nerv des parasympathischen Nervensystems und beeinflusst eine Vielzahl von Körperfunktionen, einschließlich der Gehirnaktivität. Das implantierte Gerät sendet regelmäßig elektrische Impulse an den Vagusnerv, um die Gehirnaktivität zu modulieren. Die VNS wird hauptsächlich zur Behandlung von Epilepsie eingesetzt, insbesondere bei Patienten, bei denen Medikamente nicht ausreichend wirken. Sie wird auch bei schweren Depressionen und anderen psychiatrischen Erkrankungen untersucht. Die VNS-Behandlung ist im Allgemeinen sicher, aber es können Nebenwirkungen wie Heiserkeit, Husten, Atembeschwerden oder Schluckbeschwerden auftreten, die in der Regel mild und vorübergehend sind. Die Wirksamkeit der VNS kann variieren und nicht alle Patienten sprechen auf die Therapie an.

7. Elektrokonvulsionstherapie (EKT)

Die Elektrokonvulsionstherapie (EKT) ist eine medizinische Behandlung, bei der unter kontrollierten Bedingungen ein elektrischer Strom durch das Gehirn geschickt wird, um eine kurze, generalisierte Anfallsaktivität auszulösen. EKT wird hauptsächlich zur Behandlung von schweren psychischen Erkrankungen eingesetzt, insbesondere bei therapieresistenten Depressionen, manischen Episoden und akuter Schizophrenie. Vor der Anwendung der EKT werden Patienten unter Vollnarkose gesetzt und erhalten ein Muskelrelaxans, um mögliche Verletzungen aufgrund von Muskelkontraktionen während des Anfalls zu verhindern. Anschließend werden Elektroden auf der Kopfhaut angebracht und ein elektrischer Strom von kurzer Dauer und niedriger Intensität angelegt. Die EKT kann als unilaterale (nur auf einer Seite des Gehirns) oder bilaterale (auf beiden Seiten des Gehirns) Variante durchgeführt werden. Die unilaterale EKT verursacht in der Regel weniger kognitive Nebenwirkungen, während die bilaterale EKT als wirksamer gilt. EKT ist eine wirksame Behandlung für viele Patienten, die auf herkömmliche medikamentöse Therapien nicht ansprechen. Allerdings können Nebenwirkungen wie vorübergehende Gedächtnisstörungen oder Verwirrtheit auftreten.

8. Fokussierte Ultraschallstimulation (FUS)

Die fokussierte Ultraschallstimulation (FUS) ist eine nicht-invasive Methode zur Stimulation oder Modulation von Gehirnstrukturen. Dabei werden hochfrequente Schallwellen präzise auf bestimmte Regionen im Gehirn fokussiert. Die Ultraschallenergie wird in Wärme umgewandelt, wodurch die Aktivität der Neuronen beeinflusst werden kann. FUS wird zur Behandlung verschiedener neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen erforscht, wie z. B. Parkinson-Krankheit, Essenzieller Tremor, Epilepsie und Depressionen. Die Technologie kann auch zum gezielten Öffnen der Blut-Hirn-Schranke eingesetzt werden, um die Zufuhr von Medikamenten oder anderen therapeutischen Substanzen ins Gehirn zu erleichtern. FUS hat den Vorteil, dass es ohne direkten Kontakt mit dem Gehirn oder der Notwendigkeit von Implantaten arbeitet. Die Methode bietet eine hohe räumliche Präzision und kann auch zur Stimulation von tiefen Gehirnstrukturen eingesetzt werden. Die fokussierte Ultraschallstimulation ist ein noch relativ neues Verfahren, das sich in der klinischen Forschung und Entwicklung befindet.

9. Magnetkrampftherapie (MST)

Die Magnetkrampftherapie (MST) ist eine neuere, weniger invasive Alternative zur Elektrokonvulsionstherapie (EKT) zur Behandlung schwerer psychiatrischer Erkrankungen, insbesondere therapieresistenter Depressionen. MST verwendet magnetische Felder anstelle von elektrischem Strom, um im Gehirn eine kontrollierte Krampfaktivität auszulösen, die therapeutische Effekte hervorruft. Bei der MST wird eine spezielle Spule, die ein schnell wechselndes Magnetfeld erzeugt, auf der Kopfhaut des Patienten positioniert. Das Magnetfeld induziert elektrische Ströme im Gehirn und löst einen kurzen, generalisierten Anfall aus, der zur Verbesserung der Symptome beiträgt. Ein Hauptvorteil der MST im Vergleich zur EKT ist, dass sie in der Regel weniger kognitive Nebenwirkungen verursacht, wie Gedächtnisstörungen oder Verwirrtheit. Dies liegt daran, dass MST präziser auf bestimmte Gehirnregionen abzielt und die Stimulation stärker kontrolliert ist als bei der EKT. MST ist noch eine relativ neue Therapieoption und wird weiterhin erforscht, um ihre Wirksamkeit, Sicherheit und optimale Anwendung besser zu verstehen.

10. Fokale elektrische Stimulation (FES)

Die fokale elektrische Stimulation (FES) ist eine Methode, bei der elektrische Ströme verwendet werden, um gezielt die Aktivität von Nerven oder Muskeln zu beeinflussen. FES wird häufig in der Rehabilitation von Patienten mit neurologischen Erkrankungen oder Verletzungen eingesetzt, um motorische Funktionen, wie Bewegung und Muskelkraft, zu verbessern oder wiederherzustellen. Bei der FES werden Elektroden entweder auf der Hautoberfläche (transkutane FES) oder direkt an den Nerven bzw. Muskeln (implantierte FES) angebracht. Die Elektroden senden kontrollierte elektrische Impulse aus, die Nerven und Muskeln aktivieren und so eine gewünschte Bewegung oder Muskelkontraktion auslösen. FES wird in verschiedenen medizinischen Bereichen eingesetzt, wie z. B. bei Schlaganfallrehabilitation, Rückenmarksverletzungen, multipler Sklerose oder zerebraler Lähmung. Die Methode kann dazu beitragen, die Mobilität und Unabhängigkeit der Patienten zu erhöhen, Muskelatrophie zu reduzieren und Gelenkkontrakturen vorzubeugen. Die Wirksamkeit der fokalen elektrischen Stimulation (FES) variiert je nach Anwendungsgebiet und individuellen Patientenfaktoren. In vielen Fällen hat sich FES als wirksam bei der Verbesserung der motorischen Funktionen, Reduzierung von Muskelatrophie und Erhöhung der Lebensqualität erwiesen. Studien haben gezeigt, dass FES besonders nützlich bei der Rehabilitation von Schlaganfallpatienten und bei Personen mit Rückenmarksverletzungen oder anderen neurologischen Erkrankungen sein kann. Es ist wichtig zu beachten, dass die Wirksamkeit von FES von einer Reihe von Faktoren abhängt, einschließlich der Art und Schwere der Erkrankung, dem Zeitpunkt der Intervention sowie der Einhaltung und Dauer des Trainingsprogramms. Weitere Forschung ist erforderlich, um die optimale Anwendung von FES in verschiedenen klinischen Situationen besser zu verstehen und die Technik weiter zu verfeinern.

11. Epidurale kortikale Stimulation (ECS)

Die epidurale kortikale Stimulation (ECS) ist ein Verfahren, bei dem elektrische Impulse gezielt an die Oberfläche des Gehirns (Kortex) abgegeben werden, um die neuronale Aktivität zu modulieren. Dies geschieht durch die Platzierung von Elektroden auf der Dura mater, der äußeren Schicht der Hirnhäute, die das Gehirn umgeben. ECS wird hauptsächlich in der Forschung und bei experimentellen Therapieansätzen für verschiedene neurologische und psychiatrische Erkrankungen eingesetzt, wie zum Beispiel bei Epilepsie, Schlaganfall, Parkinson-Krankheit und schweren Depressionen. Da ECS eine invasive Methode ist, wird sie normalerweise nur bei Patienten in Betracht gezogen, die auf weniger invasive Verfahren oder Medikamente nicht ansprechen. Die Elektroden werden während einer neurochirurgischen Operation implantiert, und das Stimulationsgerät (ähnlich einem Schrittmacher) wird im Allgemeinen unter der Haut im Brust- oder Bauchbereich platziert. ECS ermöglicht eine gezielte und anpassbare Stimulation von bestimmten Gehirnarealen, wodurch die Symptome der Erkrankung reduziert und die Lebensqualität der Patienten verbessert werden können. Die Stimulationseinstellungen können individuell angepasst werden, um eine optimale therapeutische Wirkung zu erzielen, während mögliche Nebenwirkungen minimiert werden. Trotz der vielversprechenden Ergebnisse in einigen Fällen ist die epidurale kortikale Stimulation noch ein relativ neuer Ansatz und erfordert weitere Forschung und klinische Studien, um ihre Langzeitwirksamkeit, Sicherheit und mögliche Einsatzgebiete vollständig zu verstehen und zu optimieren.