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Traumatische Hirnverletzungen haben dazu geführt, dass mehr als fünf Millionen Amerikaner dauerhaft behindert sind. Es fällt ihnen schwer, sich selbst auf einfache Aufgaben zu konzentrieren, und sie müssen häufig ihre Arbeit aufgeben oder die Schule abbrechen.
Eine Studie veröffentlicht am Montag hat ihnen einen Hoffnungsschimmer gegeben. Fünf Menschen mit mittelschweren bis schweren Hirnverletzungen wurden Elektroden in den Kopf implantiert. Da die Elektroden ihr Gehirn stimulierten, verbesserte sich ihre Leistung bei kognitiven Tests.
Sollten die Ergebnisse in größeren klinischen Studien Bestand haben, könnten die Implantate die erste wirksame Therapie für chronische Hirnverletzungen werden, sagten die Forscher.
„Dies ist der erste Beweis dafür, dass man dieses Problem lösen kann“, sagte Dr. Nicholas Schiff, Neurologe bei Weill Cornell Medicine in New York, der die Studie leitete.
Gina Arata, eine der Freiwilligen, die das Implantat erhielt, war 22 Jahre alt, als ein Autounfall bei ihr zu Müdigkeit, Gedächtnisproblemen und unkontrollierbaren Emotionen führte. Sie gab ihre Pläne für ein Jurastudium auf und lebte mit ihren Eltern in Modesto, Kalifornien, da sie ihren Job nicht behalten konnte.
Im Jahr 2018, 18 Jahre nach dem Unfall, erhielt Frau Arata das Implantat. Ihr Leben habe sich grundlegend verändert, sagte sie. „Ich kann ein normaler Mensch sein und ein Gespräch führen“, sagte sie. „Es ist irgendwie erstaunlich, wie ich gesehen habe, wie ich mich verbessert habe.“
Dr. Schiff und seine Kollegen haben die Studie auf der Grundlage jahrelanger Forschung zur Struktur des Gehirns konzipiert. Diese Studien legen nahe, dass unsere Fähigkeit, sich auf Aufgaben zu konzentrieren, von einem Netzwerk von Gehirnregionen abhängt, die durch lange Neuronenzweige miteinander verbunden sind. Die Regionen senden einander Signale und erzeugen so eine Rückkopplungsschleife, die das gesamte Netzwerk aktiv hält.
Plötzliche Erschütterungen des Gehirns – zum Beispiel bei einem Autounfall oder einem Sturz – können einige der Fernverbindungen im Netzwerk unterbrechen und dazu führen, dass Menschen ins Koma fallen, haben Dr. Schiff und seine Kollegen die Hypothese aufgestellt. Während der Wiederherstellung kann sich das Netzwerk möglicherweise selbst wieder einschalten. Wenn das Gehirn jedoch schwer geschädigt ist, erholt es sich möglicherweise nicht vollständig.
Dr. Schiff und seine Kollegen identifizierten eine Struktur tief im Inneren des Gehirns als entscheidenden Knotenpunkt im Netzwerk. Er ist als zentraler lateraler Kern bekannt und besteht aus einer dünnen Schicht aus Neuronen in der Größe und Form einer Mandelschale.
Das menschliche Gehirn verfügt über zwei solcher Strukturen, eine in jeder Hemisphäre. Sie scheinen dem Gehirn zu helfen, sich nachts zum Schlafen zu beruhigen und es morgens wieder auf Touren zu bringen. Stimulierung der Neuronen in diesen Regionen kann eine schlafende Ratte weckenhaben Dr. Schiffs Forschungen gezeigt.
Diese Studien ergaben die Möglichkeit, dass die Stimulation der zentralen lateralen Kerne Menschen mit traumatischen Hirnverletzungen dabei helfen könnte, ihre Konzentration und Aufmerksamkeit wiederzuerlangen.
Chirurgen implantieren regelmäßig Elektroden bei Patienten mit Parkinson-Krankheit. Die winzigen elektrischen Impulsedie von den Implantaten hunderte Male pro Sekunde freigesetzt werden, veranlassen benachbarte Neuronen, ihre eigenen Signale auszulösen und so einige Funktionen des Gehirns wiederherzustellen.
Im Jahr 2018 haben Dr. Schiff und seine Kollegen begann mit der Rekrutierung von Freiwilligen, wie Frau Arata, die nach ihren Unfällen noch Jahre lang unter chronischen Problemen litt. Vor dem Einsetzen der Elektroden führten die Forscher die Freiwilligen einer Reihe von Tests durch, um ihre Fähigkeit zu beurteilen, sich zu konzentrieren und Aufgaben zu wechseln. Bei einer Prüfung beispielsweise erhielten die Freiwilligen jeweils ein Blatt Papier voller Buchstaben und Zahlen und mussten so schnell wie möglich eine Linie ziehen, die sie miteinander verband.
Vor der Operation scannten die Forscher das Gehirn jedes Freiwilligen, um eine genaue Karte zu erstellen. Dr. Jaimie Henderson, ein Neurochirurg an der Stanford University, führte die Elektrode durch das Gehirn zum zentralen lateralen Kern.
Dr. Henderson implantierte die Elektroden bei sechs Freiwilligen, aber einer von ihnen musste die Studie abbrechen, nachdem er eine Kopfhautinfektion entwickelt hatte. Einen Monat nach der Operation begannen die verbleibenden fünf Freiwilligen mit Folgetests. Bei der Prüfung mit Buchstaben und Zahlen stiegen ihre Ergebnisse zwischen 15 und 52 Prozent.
Um ein umfassenderes Verständnis der Erfahrungen der Freiwilligen zu erhalten, führte Dr. Joseph Fins, medizinischer Ethiker bei Weill Cornell Medicine, eine Studie durch Reihe von Interviews mit ihnen und ihren Familienangehörigen. Die meisten Freiwilligen, wie auch Frau Arata, sagten, dass das Implantat sie mehr zu ihrem früheren Selbst gemacht habe.
Der Freiwillige, der bei kognitiven Tests die größte Verbesserung sah, reagierte dagegen lauwarm. „Ich glaube nicht, dass es wehgetan hat“, sagte er. „Ich weiß nur nicht, ob es viel geholfen hat.“
Und doch beobachtete der Sohn dieses Patienten erhebliche Veränderungen, insbesondere im Selbstbewusstsein seines Vaters. „Es ist Tag und Nacht“, sagte der Sohn.
Dr. Steven Laureys, ein Neurologe an der Universität Lüttich in Belgien, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte, dass die Ergebnisse die Theorie stützen, dass Aufmerksamkeit und andere Denkformen vom hirnweiten Netzwerk abhängen. „Es gibt genügend Gründe zu der Annahme, dass es sich lohnt, weiterzumachen“, sagte er über die Forschung.
Dr. Schiff und seine Kollegen planen eine viel größere Studie zu Gehirnimplantaten. „Wir müssen sehen, wie sich die Daten entwickeln“, sagte er.
Die zentralen lateralen Kerne seien nicht die einzigen Regionen, die als Knotenpunkte im Gehirnnetzwerk vielversprechend seien, sagte Dr. Alex Green, ein Neurochirurg an der Universität Oxford, der nicht an der Studie beteiligt war.
„Wir wissen noch nicht wirklich, wo wir am besten stimulieren können“, sagte Dr. Green. Er und seine Kollegen bereiten einen eigenen Hirnverletzungsversuch vor, um Elektroden in einer Region namens pedunculopontiner Kern zu testen.
Dr. Laureys erkannte, dass Implantatoperationen teuer wären, argumentierte jedoch, dass die Gesellschaft die Millionen von Menschen anerkennen sollte, die an traumatischen Hirnverletzungen leiden. „Dies ist eine stille Epidemie“, sagte er.
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