TMS-EEG Investigation of Cortical Activity Induced by Individualized rTMS in Patients with Prolonged Disorders of Consciousness

Wenn eine schwere Hirnverletzung dazu führt, dass eine Person zwar wach, aber nicht reaktionsfähig ist oder zwar bewusst, aber unfähig ist, sich zu bewegen oder zu sprechen, bezeichnet die Fachwelt dies als eine verlängerte Bewusstseinsstörung. Jahrzehntelang haben Ärzte darum gerungen, zuverlässige Wege zu finden, um diesen Patienten zu helfen, das Bewusstsein zurückzugewinnen. Obwohl es einige Behandlungen gibt, beruhen diese oft auf einem „Einheitsansatz“, bei dem derselbe Teil des Gehirns bei jedem Patienten stimuliert wird, ungeachtet der jeweiligen individuellen Verletzung. Diese Methode bleibt häufig hinter den Erwartungen zurück, da jede Hirnverletzung anders ist, was viele Patienten ohne einen klaren Weg zur Genesung zurücklässt. Wissenschaftler vermuteten schon lange, dass der Schlüssel zur Freisetzung des Bewusstseins nicht nur darin liegt, einen bestimmten Punkt zu stimulieren, sondern darin, zu verstehen, wie die verbleibenden gesunden Teile des Gehirns noch miteinander kommunizieren. Wenn ein Arzt identifizieren könnte, welche spezifischen neuronalen Pfade noch stark genug sind, um ein Signal zu übertragen, könnte er diese Information nutzen, um den Rest des Netzwerks zu „wecken“.

Ein Forschungsteam des Xuanwu-Krankenhauses in Peking unternahm den Versuch, diese Idee mithilfe einer Technik namens repetitiver transkranieller Magnetstimulation, oder rTMS, zu testen. Diese nicht-invasive Behandlung verwendet eine Magnetspule, die gegen die Kopfhaut gehalten wird, um Gehirnzellen sanft zu stimulieren. In dieser Studie wollten die Forscher untersuchen, ob sie die Behandlung verbessern könnten, indem sie zuerst das Gehirn jedes Patienten kartieren, um den einen besten Ort für die Stimulation zu finden. Sie rekrutierten 42 Patienten, die sich seit mindestens 28 Tagen in einem Zustand verlängerten Unbewusstseins befanden. Bevor mit der Behandlung begonnen wurde, nutzte das Team ein sensibles Gehirnaktivitätsmonitor, ein Elektroenzephalogramm oder EEG, um den elektrischen Signalen der Gehirne der Patienten zuzuhören, während diese ruhten. Durch die Analyse dieser Signale berechneten sie, welche Bereiche des Gehirns als die stärksten Anführer agierten und die meisten Informationen an andere Teile des Netzwerks sendeten. Bei einigen Patienten befand sich dieser „Anführer“ im vorderen Teil des Gehirns; bei anderen war es im hinteren Teil.

Die Patienten wurden daraufhin in drei Gruppen eingeteilt, um verschiedene Ansätze zu vergleichen. Eine Gruppe erhielt die neue, personalisierte Behandlung, bei der die Magnetspule exakt auf das durch das EEG identifizierte Gehirnareal platziert wurde, das der stärkste Anführer war. Eine zweite Gruppe erhielt die Standardbehandlung, bei der die Spule auf ein häufiges Zielgebiet gesetzt wurde, das ohne Berücksichtigung der individuellen Gehirnkarte zufällig ausgewählt wurde. Eine dritte Gruppe erhielt eine Scheinbehandlung, bei der die Spule so gehalten wurde, dass sie zwar ein Geräusch machte, aber keinen magnetischen Impuls an das Gehirn abgab. Alle aktiven Behandlungen dauerten zehn Tage mit jeweils einer Sitzung pro Tag. Um den Erfolg zu messen, verwendeten die Forscher eine detaillierte Skala namens Coma Recovery Scale-Revised, um jegliche Verbesserungen in der Fähigkeit der Patienten zu prüfen, zu hören, zu sehen, sich zu bewegen oder zu kommunizieren. Sie verwendeten auch eine spezielle Kombination aus der magnetischen Stimulation und dem Gehirnmonitor, um zu sehen, wie das Gehirn in Echtzeit reagiert, wobei sie die Stärke und Ausbreitung der elektrischen Wellen unmittelbar nach der Stimulation maßen.

Die Ergebnisse zeigten einen deutlichen Unterschied zwischen den Gruppen. Sowohl die personalisierte Gruppe als auch die Standardgruppe zeigten signifikante Verbesserungen in ihren Verhaltenswerten, was bedeutete, dass sie mehr Anzeichen von Bewusstsein und Interaktion zeigten als zuvor. Die Gruppe, die die Scheinbehandlung erhalten hatte, zeigte keine derartigen Verbesserungen. Als die Forscher jedoch tiefer untersuchten, wie die Gehirne arbeiteten, stach der personalisierte Ansatz hervor. Mithilfe des Gehirnmonitors fanden sie heraus, dass die personalisierte Gruppe nach der Stimulation eine viel stärkere und länger anhaltende elektrische Reaktion im Gehirn zeigte. Während die Standardgruppe einen kurzen Impuls an Aktivität zeigte, der schnell abebbte, setzte die elektrische Aktivität der personalisierten Gruppe länger wellenförmig durch das Netzwerk fort und erreichte tiefer liegende Regionen des Gehirns. Dies deutet darauf hin, dass die Behandlung durch das Treffen des richtigen „Anführer“-Knotens in der Lage war, das Signal am Leben zu erhalten und es durch die verbleibenden gesunden Verbindungen wandern zu lassen, wodurch effektiv mehr vom Gehirn „aufgeweckt“ wurde.

Die Studie fand auch einen direkten Zusammenhang zwischen diesen Veränderungen im Gehirn und der Genesung der Patienten. Je stärker die elektrischen Signale im Gehirn wurden und je länger sie anhielten, desto mehr verbesserten sich die Verhaltenswerte der Patienten. Dieser Zusammenhang war in der Gruppe, die die personalisierte Behandlung erhielt, am stärksten ausgeprägt. Die Ergebnisse legen nahe, dass die alte Methode, ein Standardziel für alle zu wählen, weniger effektiv ist als die Anpassung der Behandlung an die spezifische neuronale Verschaltung des Individuums. Indem man die eigene elektrische Karte des Gehirns nutzt, um die Stimulation zu steuern, können Ärzte möglicherweise dazu beitragen, dass die verbleibenden Netzwerke des Gehirns effizienter zusammenarbeiten. Diese Arbeit beansprucht nicht, das Problem des Bewusstseins gelöst zu haben, liefert aber starke Beweise dafür, dass der Übergang von festen Zielen hin zu einer personalisierten, präzisionsbasierten Versorgung der nächste große Schritt sein könnte, um Patienten nach schweren Hirnverletzungen bei der Genesung zu helfen.