Lähmungen, Sprach- und Sehstörungen – ein Schlaganfall kann gravierende Auswirkungen haben. Diese Folgen zu lindern ist ein zentrales Anliegen in der Schlaganfalltherapie. „ConnectToBrain“ heißt das Projekt,  an dem Tübinger Mediziner derzeit mit Kollegen aus Finnland und Italien arbeiten – und der Name ist Programm: In einen Helm integrierte Magnetspulen sollen durch die intakte Schädeldecke hindurch die Aktivität der Großhirnrinde beeinflussen und so dabei helfen, die Folgen eines Schlaganfalls zu lindern.

Prof. Dr. Ulf Ziemann, Kongresspräsident der 64. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Klinische Neurophysiologie und Funktionelle Bildgebung (DGKN), Präsident der DGKN, Ärztlicher Direktor der Abteilung Neurologie mit Schwerpunkt neurovaskuläre Erkrankungen, Klinik für Neurologie, Universitätsklinikum Tübingen, Ko-Direktor Hertie- Institut für klinische Hirnforschung (HIH), Tübingen erläutert die Aktivitäten:

Ich berichte über visionäre Hirnforschung im Rahmen des Projektes „ConnectToBrain“, die im Rahmen eines Synergy-Projektes des Europäischen Forschungsrates (englisch: European Research Council, ERC) ab dem 1. September 2019 mit insgesamt zehn Millionen Euro für sechs Jahre gefördert wird. Mit dem ConnectToBrain-Projekt wollen wir die nicht-invasive therapeutische Hirnstimulation revolutionieren. Partner im Synergy-Konsortium sind, neben mir und meinem Team am Universitätsklinikum Tübingen und am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung, Kollegen an der Aalto-Universität in Finnland (Leitung: Prof. Risto Ilmoniemi) und an der Universität Chieti- Pescara in Italien (Leitung: Prof. Gian Luca Romani).

Ziel ist die Entwicklung eines „Helms“, der mittels transkranieller Magnetstimulation (TMS) gezielt jeden Ort der Großhirnrinde des Menschen schmerzfrei und nicht-invasiv stimulieren kann. Die Stimulation erfolgt dabei zeitlich abhängig vom augenblicklichen Aktivitätszustand des Gehirns, der mittels Echtzeit-Analyse aus elektroenzephalografischen Daten (EEG) beurteilt wird. Dank dieser Kopplung kann die Magnetstimulation Verbindungen zwischen Hirnbereichen besonders effektiv verändern – und so Hirnnetzwerkerkrankungen wie Schlaganfälle, Depressionen und Alzheimer lindern. Langfristig erwarten wir eine breite therapeutische Anwendbarkeit der Technologie, auch für andere Erkrankungen neuronaler Netzwerke des Gehirns.

Bei der herkömmlichen TMS wird eine Reizspule an den Kopf angelegt und das Gehirn durch den intakten Schädel mit magnetischen Impulsen gereizt. Die Stimulation beeinflusst die Aktivität des Gehirns und kann Verbindungen zwischen Nervenzellen verstärken oder abschwächen. Bei konventioneller TMS-Applikation wird nach einem festen Protokoll gereizt, völlig unabhängig von dem, was innerhalb des Gehirns gerade vor sich geht. Die gehirneigene Aktivität ist allerdings kontinuierlich raschen Schwankungen unterworfen, sie ändert sich in Bruchteilen von Sekunden. Wir haben in früheren Studien herausgefunden, dass TMS besonders wirksam Hirnaktivität und Erregbarkeit verändern kann, wenn die Stimulation synchronisiert zur Gehirnaktivität erfolgt (Zrenner et al. 2018, Brain Stimulation 11:374-389). Auf diesem grundlegenden Prinzip basiert die Closed- Loop-Stimulation, die unser Team in Tübingen seit Jahren weltweit führend erforscht und stetig weiterentwickelt.

Dabei liest und wertet ein EEG die Gehirnaktivität in Echtzeit aus, das heißt mit einer zeitlichen Präzision von wenigen Millisekunden. Daran angeschlossen ist eine TMS-Spule, die mithilfe eines Algorithmus die Impulse auf die Millisekunde genau zum Gehirnzustand synchronisiert aussendet. Diese Technologie soll im Rahmen von ConnectToBrain weiter verfeinert und in die klinische Anwendung gebracht werden. In dem neu geförderten Projekt soll ein Helm entwickelt werden, in dem neben den EEG-Elektroden bis zu 50 Magnetspulen integriert sind. Durch die Überlagerung der durch die Einzelspulen im Gehirn induzierten elektrischen Felder wird jeder Bereich der menschlichen Großhirnrinde abgedeckt sein und erlaubt dann die zeitlich und räumlich hoch präzise Stimulation.

Um den Stimulationshelm zu entwickeln, bedarf es allerdings Spezialwissen aus verschiedenen Bereichen. In dem Projekt fließen die Expertisen aller drei beteiligten Forschungsgruppen synergetisch zusammen, im Alleingang wäre das Projekt nicht umsetzbar. Die finnische Arbeitsgruppe wird die Spulen für den Helm konzipieren und herstellen. Die italienischen Kollegen werden Algorithmen zur Echtzeitanalyse der Aktivitätszustände im Gehirn entwickeln. Insbesondere werden hierdurch Informationen zur augenblicklichen Konnektivität, also des Zusammenspiels von neuronaler Aktivität in räumlich getrennten, aber vernetzten Regionen des Gehirns, möglich. Das Tübinger Team ist hauptsächlich dafür zuständig, die neue Technologie für die klinische Anwendung vorzubereiten.

Die ersten Tests im ConnectToBrain-Projekt werden mit gesunden Versuchspersonen durchgeführt. In drei Jahren sollen dann Studien mit Schlaganfall- und später auch mit Alzheimer-Patienten folgen. Mit Abschluss des Projektes in sechs Jahren soll das EEG-TMS-Gerät so weit ausgereift sein, dass mit der kommerziellen Herstellung begonnen werden kann. Wir gehen davon aus, dass die Closed-Loop- Stimulation einen Paradigmenwechsel in der therapeutischen Hirnstimulation einläuten und eine breite therapeutische Anwendung in Kliniken und Praxen finden wird.

 Quelle:

Online-Pressekonferenz zu den internationalen Konferenzen im Rahmen der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Klinische Neurophysiologie und Funktionelle Bildgebung (DGKN), 09. November 2020