AG Funktionelle Bildgebung, Neuromodulation und klinisch-experimentelle Neurophysiologie (NImod)
Die genauen Lokalisationen wichtiger Hirnfunktionen wie Bewegungen und Sprache, aber auch Neurokognition sind nicht bei jedem Menschen identisch. Zur exakten Planung einer möglichst risikoarmen Hirntumoroperation ist es daher besonders wichtig, die Lage dieser Funktionen im Gehirn des Patienten genau zu kennen. Die nicht-invasive Technik der navigierten Hirnstimulation wird routinemäßig für die präoperative Kartierung wichtiger Hirnareale eingesetzt.
Während der Operation werden diese wichtigen Funktionen mittels direkter Hirnstimulation nochmals lokalisiert und überwacht. Diese Methoden zu optimieren und therapeutische Anwendungen der nTMS zu verbessern, ist unser Anliegen.
Aktuelle Forschungsprojekte
Hirntumore führen häufig zu Beeinträchtigungen der neurokognitiven Leistungsfähigkeit wie z.B. Konzentrationsvermögen oder räumliche Vorstellungskraft. Dies kann eine deutliche Einschränkung der Lebensqualität für die Patientinnen und Patienten bedeuten und auch das Überleben wesentlich beeinflussen. Die Überwachung neurokognitiver Funktionen könnte für die Früherkennung von Tumorrezidiven dienlich sein. Bisher wird der neurokognitiven Testung bei Hirntumorpatienten jedoch nicht genug Beachtung geschenkt, da kein gut praktikables Testprotokoll etabliert ist. Daher führen wir eine multizentrische Studie (Studienkürzel: NOA-19 bzw. ReCog-GBM-L) durch, bei der Patient*innen mit Hirntumoren vor und nach einer Operation bzw. Biopsie sowie im Verlauf neurokognitiv untersucht werden. Die Studie wird von der Neuroonkologischen Arbeitsgemeinschaft (NOA) der Deutschen Krebsgesellschaft unterstützt.
In einer abgeschlossenen Studie (Studienkürzel: “Rel-NBS”) wurde zunächst an gesunden Probandinnen und Probanden die Retest-Reliabilität von navigierter TMS (nTMS) im Vergleich zu fMRT geprüft (Weiss & Nettekoven et al., Neuroimage 2013; s. Publikationen).
Eine Folgestudie (Studienkürzel: “BTM-NBS”) widmete sich der Frage nach der Genauigkeit (Präzision) und Validität der Motorcortexkartierung durch nTMS und fMRT im Vergleich zum Goldstandard der intraoperativen Cortexstimulation bei Patientinnen und Patienten mit Hirntumoren (Weiss et al., Neuro-Oncology 2015). Hierbei wurde neben der Hirnrinde auch die corticospinalen Faserbahnen (Weiss & Tursunova et al., 2015; Weiß & Tursunova et al., 2016) sowie der klinische Nutzen in Kombination mit FET-PET (Neuschmelting et al., 2016) untersucht. Aktuell wird die Methodik der nTMS (und je nach Fall zusätzlich fMRT) in der klinischen Routine angewandt, um die Ergebnisse von Tumorresektionen im Bereich der Zentralregion nachhaltig zu verbessern. Das klinische Risiko von Resektionen im Gesichtsareal ist noch nicht gut erforscht. Zu dieser Fragestellung ist eine Folgestudie in Vorbereitung.
Die Kartierung der für die Sprache essentiellen Hirnrindenbereiche ist wesentlich komplexer als die des Bewegungsareals, da viele verschiedene, weit entfernt gelegene Hirnbereiche in das Verständnis und die Produktion von Sprache involviert sind. Meist wurde bislang fMRT zur nicht-invasiven Sprachkartierung verwendet, aktuell gibt es Bestrebungen, navigierte repetitive TMS (nrTMS) als Alternative zu etablieren.
Die motorischen Areale der Großhirnrinde sind maßgeblich an der Planung und Ausführung von Bewegungen beteiligt. Dementsprechend kann eine Schädigung dieser Areale, zum Beispiel in Folge eines Tumors oder einer Operation in diesem Bereich, zu Lähmungserscheinungen und anderen Bewegungsstörungen führen. Solche Funktionseinschränkungen können nach aktuellsten Forschungsdaten durch (nicht-invasive) Hirnstimulation verbessert bzw. deren Erholung beschleunigt werden. Wir gehen davon aus, dass sich dieses Konzept auch auf andere, nicht ausschließlich motorische Hirnfunktionen übertragen lässt und sammeln Daten von individuell geplanten Behandlungsversuchen, um diese Annahme zu bestärken und planen perspektivisch eine prospektive kontrollierte Studie.
Einige Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen zudem davon aus, dass das Risiko einer durch die Operation bedingten Schädigung durch wiederholte Hirnstimulation in Bereichen des Bewegungsnetzwerks verringert werden kann, indem eine Verschiebung motorischer Funktionen in andere Gehirnareale unterstützt wird. Das Ziel dieser Studie besteht darin, die Wirksamkeit der nicht-invasiven Hirnstimulation bei Patient*innen mit einem Gehirntumor zu untersuchen.
Genauer dargestellt, handelt es sich hierbei um neuronavigierte transkranielle Magnetstimulation (nTMS), eine Methode zur Stimulation der Großhirnrinde. Bei diesem weitestgehend schmerzlosen und äußerst risikoarmen Verfahren wird ein Magnetimpuls durch den Schädelknochen auf die Großhirnrinde appliziert, wodurch ein umschriebener Stromfluss innerhalb der Großhirnrinde induziert bzw. ausgelöst wird. Durch die Zuhilfenahme eines Navigationssystems kann eine sehr präzise Wirkung auf die wesentlichen Hirnareale erzielt werden. Der Therapie- bzw. Präventionseffekt wird dabei durch die Kombination mit einem kurzen Training der eingeschränkten Funktionen verstärkt (z.B. wiederholte, gezielte Handbewegungen).
Die Studie zur präoperativen Modulation des Bewegungsnetzwerks führen wir als Teil des von der Charité Berlin koordinierten, multizentrischen PreCon-Projekts durch.
Trigeminusneuralgie ist ein Gesichtsschmerzsyndrom mit stärksten, einschießenden Schmerzen im Bereich des Versorgungsgebietes des V. Hirnnerven. Die häufigste Ursache für diese Schmerzen ist eine mechanische Irritation des Nervs am Austritt aus dem Hirnstamm durch Gefäße. Die Heilung dieses Krankheitsbildes besteht in der Trennung des Nervs von der irritierenden Arterie und Abpolsterung, z. B. mittels Muskelstück. Der Eingriff führt unmittelbar postoperativ bei ca. 90% der Patienten zu einer Besserung der Schmerzsymptomatik und ca. 70% sind noch nach zehn Jahren schmerzfrei.
In aktuellen wissenschaftlichen Publikationen wurde gezeigt, dass mittels Diffusions-Tensor-Imaging (DTI) eine Nervenschädigung der betroffenen Seite bei Trigeminuspatienten nachgewiesen werden kann. Dies scheint hilfreich zur Diagnosestellung und sollte in die Therapieentscheidung mit eingebunden werden. Inwieweit eine Veränderung der Diffusions-Parameter aber auch den Behandlungserfolg hervorsagen lässt und ob sich diese Werte nach erfolgreicher Operation wieder erholen, wird in dieser Studie erforscht. (Studienkürzel: Trigem-DTI).
Die neuronavigierte, repetitive transkranielle Magnetstimulation (nrTMS) hat bereits in vielen Studien gute Erfolge bei der Regulierung der Schmerzverarbeitung gezeigt. Bei dieser Methode werden bestimmte Hirnareale, die dem Schmerzbereich zuzuordnen sind, von außen durch ein Magnetfeld behandelt, wodurch 55 bis 64% der Patient*innen eine Schmerzlinderung von über 40% erfahren. Diese Behandlungsform ist geeignet für Patientinnen und Patienten mit einem chronischen Schmerzsyndrom, das schon mindestens ein Jahr besteht und auf eine Gliedmaße (Gesichtshälfte, Arm oder Bein) beschränkt ist. In dieser aktuellen Studie (Studienkürzel: ATS) möchten wir den Behandlungserfolg weiter verbessern, in dem die Stimulation über verschiedenen Arealen miteinander vergleichen werden. Bei gutem Ansprechen kann über die Studie hinaus eine Fortführung der Therapie angeboten werden.
Die Spastik stellt eine häufige, belastende Folgeerscheinung der Rückenmarksschädigung dar. Sie entwickelt sich über die Zeit durch ungünstige Veränderungen im Netzwerk der Bewegungssteuerung und in der Funktion der Hirnrinde. Mit Hilfe dieser Studie wollen wir diese Veränderungen sowie deren Zusammenhang mit dem Auftreten der Spastik untersuchen. Die Funktion der Gehirnareale wollen wir mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT ) erforschen. Weiterhin möchten wir beteiligte Funktionsareale der Hirnrinde mittels wiederholter nicht-invasiver Magnetstimulation (transkranielle Magnetstimulation, TMS ) beeinflussen. Das Ziel der Studie ist es, die oft positiven Veränderungen der Spastik infolge der Magnetstimulation des Gehirns besser zu verstehen und zu beschreiben. Hiervon versprechen wir uns langfristig eine Verbesserung der TMS-Methodik für die Behandlung der Spastik, welche auf einer Wiederherstellung der Verbindungen innerhalb des Gehirns beruht. Ein vergleichbares Verfahren ist beispielsweise in der Schlaganfallbehandlung seit Jahren etabliert.
Klinisch-experimentelle Forschungsarbeiten für Mediziner und Naturwissenschaftler zu vergeben!
Wir haben ständig wissenschaftliche Projekt-, Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten für Medizinerinnen und Mediziner, Neurowissenschaftlerinnen und -wissenschafter und verwandte Fachgebiete zu vergeben. Die aktuellen Themen finden Sie unter „Aktuelle Forschungsprojekte“!
Fragen und Bewerbungen richten Sie gerne an: carolin.weiss@uk-koeln.de
Das Team
Weitere Ansprechpartnerin für Studienanfragen: sophia.kochs@uk-koeln.de
Dr. rer. nat. Charlotte Nettekoven (1. Stellvertreterin der AG)
Dr. rer. med. Ricardo Loução (2. Stellvertreter der AG)
Sophia Kochs, B. Sc. (Studienassistentin)
Dr. Maura Becker
Dr. Akinde Kexel
Dr. Felipe Monte-Santo
Dr. Leonie Hams
Hilal El-Abed, M. Sc. (IPHS-Promotionsprogramm)
sowie Promovierende der Human-/Zahnwissenschaften und Bachelor-/Masterstudierende der Neurowissenschaften
Kooperationen
- Uniklinik Köln: Stereotaxie und funktionelle Neurochirurgie (Prof. Veerle Visser-Vandewalle), Radiologie (Prof. David Maintz, Prof. Christof Kabbasch
- National: Charité Berlin (Prof. Thomas Picht), Uniklinikum Halle (Prof. Julian Prell), Universtität Paderborn (Prof. Kristina Jonas) diverse Kliniken im Verbund der Neuroonkologischen Arbeitsgemeinschaft (NOA) (NOA-19-Studie; siehe http://www.neuroonkologie.de/studien/aktiv)
- International: Labor für Neuroanatomie und Traktografie, King‘s College Hospital London, UK (Dr. Francesco Vergani; Dr. José Pedro Lavrador), Neurochirurgie, Inselspital Bern, Schweiz (Prof. Dr. Kathleen Seidel, Universität Lissabon (Neurochirurgische Klinik und Anatomisches Institut: Dr. Alexandre Rainha Campos; Neuropädiatrie: Dr. Tiago Santos; Sprachlabor: Dr. Carolina Mendes; IBEB: Prof. Hugo Ferreira, PhD Sofia Fernandes)