Tomislav Milekovic, University of Geneva, Department of Fundamental Neuroscience, Geneva, Switzerland

Verbesserung der Gangstörungen bei querschnittsgelähmten Patienten mittels Gehirn-kontrollierter Rückenmarksstimulation

Gefördert in: 2018, 2019, 2020


Zur Übersicht

Problem: Es gibt Wechselwirkungen zwischen epiduraler Elektrostimulation (EES) und verbliebenen Gehirn-Rückenmarksverbindungen

Angriffspunkt: Exakte Filterung von Bewegungssignalen aus der Gehirnaktivität (EEG)

Zielsetzung: Verbesserte Steuerung der epiduralen Stimulation mittels Kopplung von Gehirntätigkeit und EES Protokoll

 

Eine Rückenmarksverletzung unterbricht die Verbindung zwischen Gehirn und Rückenmark. Epidurale Elektrostimulation (EES) des Rückenmarks erhöht lokal die Erregbarkeit der spinalen Nervenschaltkreise und verbessert so ihre Fähigkeit auf Bewegungskommandos zu reagieren, die durch überlebende Verbindungen zwischen Gehirn und Rückenmark übermittelt werden. Allerdings werden angestrebte Bewegungen nur dann, gefördert, wenn die EES und das Kommando für die Bewegung von oberhalb der Verletzung zeitgleich erfolgen. EES außerhalb dieser zeitlichen Phase kann den Bewegungsversuch jedoch massiv stören. In der vergangenen Studie hat die Arbeitsgruppe die Kommandos für die Beinbewegung aus der Aktivität der Gehirnzellen entschlüsselt. Das Ziel war, die Lokalisation und den richtigen Zeitpunkt der EES mit den noch verbleibenden Bewegungssignalen zu synchronisieren.  Eine solche Kopplung von Gehirn und Rückenmark konnte bei einem rückenmarksverletzten Tier die Fähigkeit zu laufen und das Gewicht zu tragen wiederherstellen. Wenn das gleiche EES Protokoll fortlaufend angewandt wurde, ohne die vom Gehirn ausgehenden Bewegungsversuche zu berücksichtigen, wurde der Gang gestört. Nun soll eine durch Gehirnaktivität gesteuerte EES klinisch bessere Ergebnisse liefern.

Die Kopplung von Gehirn und Rückenmark beruht auf der Aktivität, die von ins Gehirn implantierten Elektroden erfasst wird. Das erforderte eine Gehirnoperation, macht die klinische Anwendung risikoreich und kostspielig. Das wird viele Patienten davon abhalten von diesem Verfahren zu profitieren.

Die Arbeitsgruppe will nun eine verbesserte Technik einsetzen um aus der Gehirnaktivität, die durch ein nicht invasives, hochauflösendes EEG erfasst wird, die Bewegungssignale genau und reproduzierbar herauszufiltern. So soll ein nicht invasives Gehirn-Rückenmark-Interface für querschnittsgelähmte Patienten entwickelt werden.

Die Arbeitsgruppe wird ihr Gehirn-Rückenmark-Interface im Rahmen der klinischen STIMO Studie, die die EES bei Querschnittspatienten testet (http://www.wingsforlife.com/en/research/stimo-study-efficacy-of-spinal-epidural-electrical-stimulation-ees-in-combination-with-robot-assisted-neurorehabilitation-in-patients-with-sci-1806) überprüfen. STIMO Teilnehmer werden mit einem hochauflösenden EEG ausgerüstet. Die Signale für die Beinbewegungen werden aus der EEG Aktivität dekodiert und lösen die zeitlich und örtlich richtige Abfolge des epiduralen Stimulationsprotokolls über dem lumbalen Rückenmark aus. Diese Kopplung von Gehirn und Rückenmark erregt die spinalen Schaltkreise gleichzeitig mit den noch verbliebenen Signalen aus dem Gehirn und fördert so die Gangfunktion.