Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gezielt aus dem Takt gebracht - Durchbruch bei Hirnschrittmachern

28.04.2005


Wenn Parkinsonkranken unkontrollierbar die Hände zittern, liegt das daran, dass bestimmte Zellen in ihrem Gehirn fortwährend im selben Takt feuern. Unterbrechen lässt sich diese synchrone Aktivität der Nervenzellen mit so genannten Hirnschrittmachern feinen Elektroden im Hirn, welche die Tätigkeit der betroffenen Nervenzellen mit elektrischen Dauer-Impulsen stoppen. Wissenschaftler des Instituts für Medizin (IME) des Forschungszentrums Jülich entwickelten jetzt ein neues Verfahren, das nur einen verschwindend geringen Reizstrom benötigt, um die betroffenen Nervenzellen aus dem Takt zu bringen. Es ist daher zu erwarten, dass es deutlich schonender für die Patienten sein wird.

Hirnzellen, die zusammenarbeiten, stimmen sich untereinander ab sie schwingen im selben Rhythmus. Doch allzu viel Übereinstimmung ist von Übel. Um fein koordinierte Muskelbewegungen zu steuern, müssen die Neuronen sozusagen genau abgestimmte Figuren nacheinander tanzen. Stampfen sie stattdessen wie eine Marschkolonne stur im gleichen Tritt, kommt es zum Tremor dem charakteristischen Zittern, das bei der Parkinson-Krankheit und einigen angeborenen Bewegungsstörungen auftritt.

Seit einigen Jahren können die Patienten, wenn Medikamente nicht ausreichend wirken, mittels tiefer Hirnstimulation vom Tremor befreit werden. Dafür werden ihnen durch winzige Löcher im Schädel Elektroden eingesetzt, die ständig Signale mit hoher Frequenz aussenden und so die übermäßig synchron arbeitenden Neuronen stoppen. Dieses Verfahren kann aber zu Nebenwirkungen führen. Außerdem gibt es Patienten, bei denen die therapeutische Wirkung der tiefen Hirnstimulation von Anfang an nicht ausreichend ist oder im Laufe der Behandlung nachlässt.

Die Forscher des IME arbeiten daher an einem bedarfsgesteuerten Hirnschrittmacher, der nur dann Störsignale sendet, wenn die Hirnzellen beginnen krankhaft im gleichen Takt zu feuern. In den Physical Review Letters berichten die Wissenschaftler jetzt über einen entscheidenden Fortschritt ihrer Arbeit. "Der Schrittmacher misst die synchrone Aktivität der Neuronen und sendet dieses Signal ständig mit einer kurzen Zeitverzögerung wieder in die Hirnzellen zurück", erläutert Prof. Peter Tass, der am IME die Arbeiten zum Hirnschrittmacher leitet. Die Zellen stolpern gleichsam über diese Rückkopplung, geraten aus dem Takt und die Synchronisation reißt ab, ehe sich noch richtig begonnen hat. Entscheidend dabei ist, dass die Zellen nicht einfach ein zeitversetztes Echo ihrer Aktivität empfangen. Das Signal wird zuvor mit sich selbst sowie mit einer zeitverzögerte Kopie multipliziert die Wissenschaftler sprechen von "nichtlinearer Verarbeitung". Das Echo wird sozusagen verzerrt, ehe es ins Hirn zurückgeleitet wird. Die Nervenzell-Gruppe und der Schrittmacher bilden gemeinsam ein System, das dann am stabilsten ist, wenn die Zellen nicht synchron feuern das vom Schrittmacher eingespeiste Echo ist daher die meiste Zeit verschwindend gering.

"Unser Verfahren hat verblüffende Eigenschaften, die gerade für die klinische Anwendung extrem wichtig sind", berichtet Tass. "Es ist sehr schonend, denn stimuliert wird nur ganz kurz, wenn die synchrone Aktivität der Hirnzellen einsetzt. Außerdem ist das System auf phantastische Weise robust. So funktioniert es auch dann hervorragend, wenn sich die Frequenzen verändern, mit denen die Neuronen feuern." Auch ist bei diesem Verfahren ausgeschlossen, dass die Rückkopplung unbeabsichtigt die Synchronisation verstärkt. Das geschieht, wenn das Signal ohne "Verzerrung" nur zeitversetzt an die Nervenzellen zurückgesendet wird. "Ein weiterer Vorteile unseres Verfahrens ist, dass es keine aufwändige Steuerelektronik benötigt, welche ständig berechnet, ob erneut stimuliert werden muss", hebt Tass hervor. Den die Zellen erzeugen das Störsignal ja durch ihre synchrone Aktivität selbst just in time.

Damit ist das neue Verfahren ein entscheidender Durchbruch in der Weiterentwicklung von Hirnschrittmachern. Bisher wurde es theoretisch entwickelt und in Computersimulationen getestet. In den nächsten Monaten wird es am Tiermodell erprobt, spätesten im nächsten Jahr sollen klinischen Versuche beginnen.

Annette Stettien | FZ Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

Weitere Berichte zu: Hirnschrittmacher Hirnzelle Nervenzelle Neuron

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Wachablösung im Immunsystem: wie Dendritische Zellen ihre Bewaffnung an Mastzellen übergeben
16.11.2017 | Universitätsklinikum Magdeburg

nachricht Wie Lungenkrebs zur Entstehung von Lungenhochdruck führt
16.11.2017 | Justus-Liebig-Universität Gießen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte