Eine Million Amerikaner leiden unter dem Zittern, der Steifheit und der verschwommenen Sprache der Parkinson-Krankheit. Jährlich leiden 16 Millionen Erwachsene in den USA an schweren Depressionen, und fast 30 Millionen Amerikaner leiden unter Migräne-Kopfschmerzen. Etwa 1 von 1 000 leiden unter den Qualen noch schmerzhafterer Cluster-Kopfschmerzen. Medikamente sind in der Regel die Erstbehandlung für diese und andere neurologische Erkrankungen. Sie werden bei einer Tiefenhirnstimulation, bei der ein Chirurg den Schädel eines Patienten bricht und winzige Elektroden als eine Art „Hirnschrittmacher“ in das Hirngewebe einführt, manchmal als letzte eingesetzt Resort.
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Was wäre, wenn anstelle von nebenwirkungsbedingten Medikamenten oder invasiven Operationen diese Zustände durch eine schmerzlose Stimulation des Gehirns von außerhalb des Schädels behandelt werden könnten?
"Was ist, wenn es eine Möglichkeit gibt, dies nicht-invasiv zu tun?", Fragte sich Ian Graham, ein Student der Biomedizintechnik an der Johns Hopkins University, nachdem er Zeuge einer mehrstündigen Tiefenhirnstimulation bei Depressionen geworden war.
Die transkranielle Stimulation oder die Stimulation des Gehirns von außerhalb des Schädels ist zu einem der heißesten Bereiche der biomedizinischen Technik geworden. Die Methode wird normalerweise auf zwei Arten durchgeführt. Eine Technik, die als transkranielle Gleichstromstimulation bezeichnet wird, verwendet auf der Kopfhaut platzierte Elektroden, um elektrische Signale an das Gehirn zu senden. Die andere, transkranielle Magnetstimulation, verwendet eine Magnetspule auf der Kopfhaut, um elektrische Aktivität im Gehirn zu erzeugen. Je nach dem zu behandelnden Zustand werden verschiedene Stellen des Gehirns mit unterschiedlichen Intensitäten und Frequenzen stimuliert. Während niemand genau weiß, wie die Hirnstimulation die Parkinson-Krankheit und andere Erkrankungen verbessert, versteht es sich, dass die Stimulation die Art und Weise beeinflussen kann, wie Neuronen feuern und Neurotransmitter wie Serotonin und Dopamin regulieren können.
Graham und andere biomedizinische Ingenieure von Johns Hopkins haben ein Kopfstück erfunden, das mithilfe von Elektroden das Gehirn von Parkinson-Patienten stimuliert. Das STIMband-Gerät, das Ende dieses Jahres oder Anfang nächsten Jahres mit klinischen Studien beginnen wird, soll zu Hause verwendet werden, was es von anderen transkraniellen Stimulationsgeräten unterscheidet. Die Schüler hoffen, dass es helfen wird, einige der schwächenden Symptome von Parkinson, einschließlich Zittern und Gleichgewichtsstörungen, zu behandeln. Anfang dieses Monats gewann das STIMband beim nationalen Designwettbewerb BMEidea von VentureWell für Biomedizin- und Bioingenieurstudenten den zweiten Preis in Höhe von 5.000 US-Dollar.
Die Studenten, die die STIMband gegründet haben: Ian Graham, Melody Tan, Erin Reisfeld, Shruthi Rajan und David Blumenstyk. (Johns Hopkins Universität). Mit STIMband platzieren die Schüler die Elektroden an Orten, die aus der Computermodellierung bekannt sind, um Teile des Gehirns zu stimulieren, die von Parkinson betroffen sind. Sie beobachteten Patienten, die an Johns Hopkins-Studien zur transkraniellen Gleichstromstimulation teilnahmen, und waren von den Ergebnissen beeindruckt.
"Ich habe einen Patienten kommen sehen, und nach der Behandlung musste er seinen Namen unterschreiben", sagt Graham. "Er sagte, er hätte seit Jahren nicht mehr so schreiben können."
Die Studenten trafen sich über viele Monate mit Patienten in der Parkinson-Klinik des Krankenhauses, um Daten darüber zu sammeln, was die Menschen in einem Heimgerät wirklich brauchten. Schließlich entwickelten sie ein batteriebetriebenes Design, das grob auf einer Baseballkappe basierte und mit einem großen Knopf einfach aufgesteckt und gesteuert werden kann.
Die STIMband-Behandlung würde in der Praxis des Neurologen beginnen, wo das Gerät an den Patienten angepasst würde. Der Patient nahm dann das STIMband mit nach Hause und benutzte es täglich 20 Minuten lang. Die Behandlung könnte eventuell basierend auf den individuellen Ergebnissen modifiziert werden, aber Graham sagt, die Patienten würden das STIM-Band wahrscheinlich auf unbestimmte Zeit verwenden, solange sie positive Ergebnisse sehen.
"Da die Parkinson-Krankheit (PD) degenerativ ist und das STIMband anders als das Medikament wirkt, sollte es sich auch für einen längeren Zeitraum als vorteilhaft erweisen", sagt Graham. "Leider ist dieser Zeitraum noch nicht bekannt."
Wenn sich STIMband-Studien als erfolgreich erweisen, hofft die Gruppe, die FDA-Zulassung zu erhalten. Das Gerät würde wahrscheinlich zwischen 600 und 1.000 US-Dollar kosten, abhängig von der Materialauswahl.
Die transkranielle Stimulation wird derzeit von Forschern zur Behandlung von neurologischen und neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Epilepsie, Schlaganfall, Tourette-Syndrom, Depression und Manie, Migräne, Schizophrenie, Essstörungen, Dystonie (schmerzhafte unwillkürliche Muskelkontraktionen) und chronischen Schmerzen untersucht. Die FDA hat jedoch nur die transkranielle Magnetstimulation für medikamentenresistente Depressionen zugelassen.
"Das ist nicht so, als würde man Kühlschrankmagnete an den Köpfen von Menschen anbringen", sagt der Neurologe David Brock, der medizinische Direktor von Neuronetics, dem Unternehmen, das NeuroStar herstellt, ein transkranielles Magnetstimulationsgerät für Depressionen. Die NeuroStar-Behandlung wird in einer Arztpraxis durchgeführt. Während eines Zeitraums von vier bis sechs Wochen kommen die Patienten an fünf Tagen in der Woche für 45-minütige Sitzungen. Sie sitzen auf einem Stuhl und lesen oder hören Musik, während das Gerät über der linken Stirnseite ihren linken präfrontalen Kortex stimuliert.
Menschen betrachten die transkranielle Stimulation oft fälschlicherweise als alternative Behandlung, sagt Brock, aber sie wird tatsächlich durch klinische Daten gestützt. Studien zeigen, dass 30 bis 40 Prozent der behandlungsresistenten Depressionspatienten nach der Anwendung von NeuroStar eine Remission erleiden, während mehr Patienten eine gewisse Verbesserung der Symptome aufweisen.
Patienten-Rendering mit NeuroStar-Gerät (Neuronetics) Eine transkranielle Stimulation wie die Elektrokrampftherapie (ECT) oder die „Schockbehandlung“ ist auch keine stigmatisierte, aber häufig hochwirksame Behandlung von Depressionen, bei der Strom zur Auslösung eines Anfalls verwendet wird. Im Gegensatz zur EKT führt die transkranielle Stimulation nicht zu einem Anfall und erfordert keine Vollnarkose oder einen Krankenhausaufenthalt. Es ist auch frei von den bekannteren Nebenwirkungen von ECT, einschließlich Gedächtnisverlust und Verwirrung.
Laut Brock wird die transkranielle Stimulation in den kommenden Jahren mit ziemlicher Sicherheit eine anerkannte Behandlung für andere Erkrankungen sein, sobald die Forscher den richtigen Ort und die richtige Intensität für die Behandlung des vorliegenden Problems festgelegt haben. "[Transkranielle Stimulation] ist einem Schweizer Taschenmesser sehr ähnlich", sagt er. "Wir haben herausgefunden, wie man die Klinge benutzt, aber wir haben noch nicht herausgefunden, wie man alle anderen Werkzeuge benutzt."
