Durch die Tiefenhirnstimulation werden die mit Depressionen verbundenen Gehirnschaltkreise neu verkabelt

Forscher der Icahn School of Medicine am Mount Sinai haben den ersten direkten Beweis dafür gefunden, dass tiefe Hirnstimulation (DBS) die Bahnen der weißen Substanz im Gehirn umgestalten und die Kommunikation über große neuronale Netzwerke verändern kann. Dabei wurde ein bisher unerkannter Mechanismus aufgedeckt, der erklären könnte, wie die Therapie Patienten hilft, sich von einer schweren Depression zu erholen.

Die am 1. Juni veröffentlichte Studie Naturneurowissenschaften [DOI:BietetkritischeEinblickeindiebiologischenGrundlagenvonDBSeinerneuenTherapiefürbehandlungsresistenteDepressionenundandereneuropsychiatrischeErkrankungen[DOI:providescriticalinsightintothebiologicalbasisofDBSanemergingtherapyfortreatment-resistantdepressionandotherneuropsychiatricdisorders

Die tiefe Hirnstimulation, die von der US-amerikanischen Food and Drug Administration zur Behandlung von essentiellem Tremor, Parkinson-Krankheit, Epilepsie und Zwangsstörungen zugelassen ist, ist ein neurochirurgischer Eingriff, bei dem ein Neurostimulator (manchmal auch als „Hirnschrittmacher“ bezeichnet) eingesetzt wird, der hochfrequente elektrische Impulse über implantierte Elektroden tief im Gehirn an bestimmte Bereiche sendet, die für die Symptome jeder Störung verantwortlich sind.

Obwohl DBS bei vielen Patienten mit schwerer Depression, die nicht auf Medikamente, Psychotherapie und Elektrokrampftherapie ansprechen, einen nachhaltigen klinischen Nutzen gezeigt hat, sind die Mechanismen, die seinen therapeutischen Wirkungen zugrunde liegen, noch immer kaum verstanden.

Das Spannende an unseren Erkenntnissen ist, dass sie unsere Einstellung zur Tiefenhirnstimulation verändern. Zum ersten Mal zeigen wir, dass DBS nicht nur kurzfristig die elektrische Aktivität im Gehirn verändert – es kann tatsächlich die Struktur der weißen Substanz umgestalten und im Wesentlichen die mit Depressionen verbundenen Gehirnschaltkreise neu verdrahten.“

Peter Rudebeck, PhD, Professor für Neurowissenschaften und Psychiatrie, Icahn School of Medicine am Mount Sinai und Co-Senior-Autor des Artikels

In der Studie verabreichten die Forscher DBS an Bahnen der weißen Substanz neben dem subkallosalen anterioren cingulären Kortex (SCC), einer Gehirnregion, die zuvor als wirksames Ziel für die Behandlung von Depressionen beim Menschen identifiziert wurde. Weiße Substanz ist eine Gewebeart, die sich unter der Oberfläche oder dem Kortex des Gehirns befindet und hauptsächlich aus Axonbündeln besteht, bei denen es sich um Verlängerungen von Gehirnzellen handelt, die elektrische Signale übertragen. Mithilfe eines nichtmenschlichen Primatenmodells konnten Forscher die direkten biologischen Auswirkungen der Stimulation ohne den störenden Einfluss einer Grunderkrankung isolieren.

Das Team fand heraus, dass SCC-DBS selektiv die fraktionierte Anisotropie – einen Marker, der mit der Integrität und Organisation der weißen Substanz verbunden ist – innerhalb des Cingulumbündels, einem der wichtigsten Traktate der weißen Substanz, die an der Stimmungsregulation beteiligt sind, steigerte. Auf zellulärer Ebene erhöhte DBS sowohl die Anzahl myelinisierter Oligodendrozyten als auch den Myelinisierungsgrad innerhalb des Signalwegs. Oligodendrozyten sind die Stützzellen in der weißen Substanz des Gehirns, die dabei helfen, die Ausbreitung neuronaler Signale zu fördern; Eine Zunahme dieser Zellen lässt darauf schließen, dass die Stimulation den strukturellen Umbau der Schaltkreise im Gehirn fördert.

Die Forscher beobachteten auch weitreichende Veränderungen in der funktionellen Konnektivität im gesamten Gehirn, insbesondere im Default-Mode-Netzwerk, einem Netzwerk von Bereichen, die stark an Depressionen und Grübeln beteiligt sind.

„Bisher war nicht klar, wie sich die tiefe Hirnstimulation auf die Struktur und Funktion des Gehirns auswirkt“, sagte Helen Mayberg, MD, Professorin für Neurologie, Neurochirurgie, Psychiatrie und Neurowissenschaften an der Icahn School of Medicine und Co-Senior-Autorin der Studie. „Diese Studie schließt eine große Lücke in unserem Verständnis und weist auf einen bisher unbeachteten Mechanismus hin, der zu einer nachhaltigen langfristigen Genesung beiträgt, etwas, das wir in unserer klinischen Forschung zu DBS-Depressionen über viele Jahre beobachtet haben und einen wichtigen Schwerpunkt unserer aktuellen, von der BRAIN-Initiative der National Institutes of Health finanzierten Studien darstellt.“

Die Ergebnisse könnten wichtige Auswirkungen auf die Verbesserung von DBS-Therapien und die Entwicklung völlig neuer Behandlungsstrategien haben, die auf die Förderung des Umbaus der weißen Substanz abzielen.

„Da wir nun wissen, dass DBS die strukturelle Plastizität in der weißen Substanz vorantreiben kann, können wir darüber nachdenken, wie wir Stimulationsansätze optimieren und möglicherweise neuartige Therapien entwickeln können, die auf diese Mechanismen mit nicht-chirurgischen Mitteln abzielen“, sagte Dr. Mayberg.

Die Studie wirft auch umfassendere Fragen darüber auf, ob ähnliche Mechanismen zur Genesung anderer psychiatrischer und neurologischer Erkrankungen beitragen können, die mit DBS behandelt werden.

Dr. Mayberg und ihr Team am Nash Family Center for Advanced Circuit Therapeutics am Mount Sinai untersuchen nun, ob die gleichen Umbaueffekte der weißen Substanz bei menschlichen Patienten auftreten, die sich einer DBS wegen Depressionen unterziehen. Zukünftige Arbeiten werden auch untersuchen, wie DBS Aktivitätsmuster in einzelnen Neuronen über Gehirnnetzwerke hinweg verändert.

„Das Verständnis, wie sich Gehirnschaltkreise als Reaktion auf Stimulation physisch und funktionell verändern, könnte die Entwicklung von Therapien der nächsten Generation für psychiatrische Störungen beschleunigen“, sagte Brian Russ, PhD, Co-Senior-Studienautor und Forschungswissenschaftler am Nathan Kline Institute for Psychiatric Research, einer Einrichtung des New York State Office of Mental Health.

Quellen: