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 Vitamin-Mangel, der Kampf gegen die Antriebslosigkeit und Nahrung für die Nerven
08.12.2016 | PhytoDoc Ltd.

nachricht Entschlüsselung von Kommunikationswegen zwischen Tumor- und Immunzellen beim Eierstockkrebs
06.12.2016 | Wilhelm Sander-Stiftung

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: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie