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Forschung in der Sektion Bewegungsstörungen und Neuromodulation

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Wissenschaftliche Projekte

Retuning dynamic motor network disorders using neuromodulation

Trotz guter Behandlungsmöglichkeiten sind die neurophysiologischen Grundlagen von Bewegungsstörungen und insbesondere der Wirkmechanismus der tiefen Hirnstimulation bislang nicht gut verstanden. Unsere Arbeitsgruppe versucht in einem multidisziplinären und translationalen Ansatz, die zellulären und systemphysiologischen Mechanismen der tiefen Hirnstimulation sowie die funktionelle Bedeutung der Basalganglien für die Pathophysiologie von Bewegungsstörungen im Tierexperiment und am Menschen zu erforschen.

Seit 2020 ist der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte transregionale Sonderforschungsbereich TRR 295 ReTune (Link zur Webseite) an der Klinik für Neurologie der Charité unter Leitung von Frau Prof. Andrea Kühn etabliert. Ziel unserer Forschung ist es, die Therapie von Bewegungsstörungen mit der Tiefen Hirnstimulation weiter zu verbessern und neue Therapieansätze zu entwickeln.

Klinisch-neurophysiologische Studien

1) Tiefenableitungen am Patienten (deep brain recordings)

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Bedeutung oszillatorischer Basalganglienaktivität, welche intra- und perioperativ über die THS-Elektroden bei Patienten mit Bewegungsstörungen aufgezeichnet werden kann. Ziel unserer Arbeit ist die Therapieoptimierung der Tiefen Hirnstimulation, z.B. durch adaptive closed-loop Stimulation. Hierfür erforschen wir krankheitsspezifische Aktivitätsmuster und untersuchen die Modulation dieser Aktivität durch die Therapie. Durch motorische und kognitive Experimente erarbeiten wir die differentielle Verknüpfung der Basalganglien in motorischen und nicht-motorischen Schleifen. Durch die parallele Aufzeichnung von 125 Kanal Magnetoenzephalographie oder 64 Kanal Elektroenzephalographie bietet sich die einzigartige Möglichkeit, kortiko-subkortikale Konnektivität in der Kortex-Basalganglienschleife zu charakterisieren. Wir gehen davon aus, dass die Modulation krankheitsspezifischer Netzwerkaktivität einer der Wirkmechanismen der THS ist und somit als Schlüssel zu einer besseren Therapie mittels adaptiver Neuromodulation dienen kann.

2) Nicht-invasive Stimulation

Bei nicht-invasiven Stimulationstechniken wie der Transkraniellen Magnetstimulation (TMS) oder der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) wird die kortikale Aktivität durch Magnetpulse oder elektrische Felder moduliert, wodurch spezifische Funktionen wie Plastizität und Inhibition untersucht werden können. Hierdurch sollen einerseits krankheitsspezifische Veränderungen dieser Funktionen bei verschiedenen Bewegungsstörungen charakterisiert werden und ein besseres Verständnis der Pathophysiologie ermöglichen. Ebenso können die Auswirkungen der Tiefen Hirnstimulation auf diese Funktionen untersucht werden. Durch Kombination aktivierender und hemmender Stimulationstechniken soll außerdem differentiell die Kortex-Basalganglien-Interaktion moduliert und hinsichtlich möglicher therapeutisch verwendbarer Effekte untersucht werden.

3) Sensorbasierte Bewegungsanalyse

Um Therapieeffekte unabhängig vom Untersucher und in höchstmöglicher Auflösung darzustellen, nutzen wir verschiedene Sensorsysteme zur quantitativen Erfassung der Motorik bei Bewegungsstörungen. Damit gelingt es uns subtile, aber für den Patienten relevante Effekte sowie unerwünschte Nebenwirkungen der Tiefen Hirnstimulation abzubilden, zu quantifizieren und die Therapie entsprechend zu optimieren. Durch die Vielzahl von Bewegungsparametern, die sich untersuchen lassen und die Kombination mit Bildgebung, Elektrodenlokalisation und der Bestimmung der anatomischen Strukturen, die durch die Tiefe Hirnstimulation jeweils erreicht werden, erarbeiten wir uns ein besseres Verständnis der Basalganglienfunktion, woraus eine gezieltere Anwendung der THS für bislang schwer therapierbare Symptome folgen kann.

Bildgebende Studien

In unserer Arbeitsgruppe wird seit 2008 ein Verfahren zur präzisen Elektrodenlokalisation nach THS Operation entwickelt. Aus diesem Forschungszweig ist eine frei verfügbare Forschungs-Software entstanden, die weltweit eingesetzt wird und eine realistische Darstellung der THS-Elektroden im Gehirn von Patienten erlaubt, welche z.B. an Bewegungsstörungen leiden (www.lead-dbs.org). Darauf aufbauend konnten wir in zahlreichen Studien zeigen, welche Effekte eine Stimulation räumlich begrenzter anatomischer Strukturen auf die klinischen Symptome oder abgeleiteten lokalen Feldpotentiale (s.o.) haben kann. Die Software-Toolbox wurde 2013 mit dem Max-Rubner-Preis der Stiftung Charité ausgezeichnet und das Preisgeld dafür genutzt, die Toolbox erfolgreich als Medizinprodukt Klasse 1 zu zertifizieren.

Tierexperimentelle Studien

In unseren translational ausgerichteten  tierexperimentellen Studien versuchen wir  komplementär zu den Untersuchungen am Menschen die Pathophysiologie des idiopathischen Parkinsonsyndroms besser zu verstehen und den Wirkmechanismus der Tiefen Hirnstimulation zu erforschen. In unseren Experimenten kombinieren wir in vivo-Elektrophysiologie mit Tiefer Hirnstimulation, Verhaltensuntersuchungen und Histologie, um maladaptive Netzwerkmechanismen der Kortex-Basalganglienschleife zu erforschen. Über eine zusätzliche pharmakologische Manipulation mit klinisch etablierten und präklinischen experimentellen Wirkstoffen können wir pathophysiologische Zusammenhänge studieren und so Rückschlüsse auf die komplexe Krankheitszusammenhänge bei Patienten ziehen. Ein besonderer Fokus unserer tierexperimentellen Studien sind die Entwicklung neuer Muster der Tiefen Hirnstimulation, die in Zukunft die Therapie bei Patienten weiter verbessern soll.

Klinische Studien

Als Charité-Studienzentrum führen wir eine Reihe von Therapie-Studien bei Bewegungsstörungen durch. Sprechen Sie uns gerne während Ihres ambulanten Termins darauf an.

Für weitere Informationen können Sie sich auch an Frau Mandy Schickor, t: +49 30 450 660 478, wenden.

Die Terminvergabe für Erstvorstellung von Patienten erfolgt über Frau Bianka Arnold-Ahmad, t: +49 30 450 660 296.