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 Kostformen im Vergleich: Für Menschen mit Diabetes ist die Mittelmeer-Diät besonders gut geeignet
19.01.2018 | Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke

nachricht Vielversprechender Malaria-Wirkstoff erprobt
19.01.2018 | Eberhard Karls Universität Tübingen

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: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungen

Transferkonferenz Digitalisierung und Innovation

22.01.2018 | Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Forschungsteam schafft neue Möglichkeiten für Medizin und Materialwissenschaft

22.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Ein Haus mit zwei Gesichtern

22.01.2018 | Architektur Bauwesen

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics