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. Dies ist uns durch die navigierte, transkranielle Magnetstimulation (nTMS) und auch die funktionelle Magnet-Resonanz-Tomografie (fMRT) nicht-invasiv bereits im Vorfeld der Operation möglich.

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.

Foto: Michael Wodak

Teilnehmer für Studie Spastik nach Rückenmarksschädigung gesucht

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.

Erfahren Sie in unserem Infoflyer, ob Sie an der Studie teilnehmen können.

Weitere Informationen finden Sie auch in der Beschreibung des Projekts.

Kontaktieren Sie uns gerne bei Interesse oder Fragen!

Sophia Kochs, Study Nurse, E-Mail sophia.kochs@uk-koeln.de

Gesunde Teilnehmer gesucht

Foto: Uniklinik Köln

Für kurze anonyme "Denksport"-Testung im Rahmen des deutschlandweiten Hirnforschung (Studie "NOA-10/ReCog-GBM-L")

Tragen Sie bei zum Erhalt von neurokognitiven Funktionen wie Merkfähigkeit, Sprache und räumliche Orientierung bei Hirntumorpatienten. In der Studie werden knapp 200 Patienten in Deutschland getestet. Um diese Ergebnisse richtig einschätzen zu können, ist es entscheidend, eine gesunde Vergleichsgruppe
mit den selben Aufgaben zu untersuchen.

Schauen Sie unseren Info-Film an!

Infoflyer

Kooperationen

  • Uniklinik Köln: Stereotaxie und funktionelle Neurochirurgie (Prof. Veerle Visser-Vandewalle, Dr. Athanasios Koulousakis, Dr. Apostolos Chatzikalfas), Radiologie (Prof. David Maintz, Dr. Thorsten Liechtenstein, Dr. Daniel Giese), Neurologie (Prof. Christian Grefkes, Priv.-Doz. Dr. rer. nat. Anne-K. Rehme), Anästhesie (Dr. Johannes Löser)
  • Universität zu Köln: Humanwissenschaftliche Fakultät, Lehrstuhl für Pädagogik und Therapie bei Sprach- und Sprechstörungen (Dr. Kristina Thiele, Prof. Dr. Prisca Stenneken)
  • Forschungszentrum Jülich: INM-3 (Arbeitsgruppe Prof. Christian Grefkes) und INM-4 (Arbeitsgruppen Prof. Karl-Josef Langen und Prof. N. Jon Shah)
  • National: Charité Berlin (Dr. Thomas Picht), diverse Kliniken im Verbund der Neuroonkologischen Arbeitsgemeinschaft (NOA) (NOA-19-Studie; siehe http://www.neuroonkologie.de/studien/aktiv)
  • International: King‘s College Hospital London, Labor für Neuroanatomie und Tractografie (Dr. Francesco Vergani); Inselspital Bern, Neurochirurgie (Dr. Kathleen Seidel); Universität Kuopio, Finnland, Abteilung Klinische Neurophysiologie (PhD Elisa Kallioniemi, PhD Petro Julkunen)

Aktuelle Forschungsprojekte

Spastik nach Rückenmarksverletzung (Studienkürzel Spa.Stim.SCI)

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.

Die hier vorgestellte Studie besteht aus vorbereitenden Untersuchungen und insgesamt drei TMS-Blöcken á fünf Tagen. Während dieser drei Blöcke werden unterschiedliche Gehirnareale stimuliert. Einer der Blöcke beinhaltet eine Scheinstimulation, um einen sogenannten Placeboeffekt  auszuschließen. Direkt vor und nach jedem Block sowie zwei und vier Wochen später finden klinische Untersuchungen zur Einschätzung des Spastikniveaus und MRT-Untersuchungen zur Messung von Veränderungen der Gehirnfunktion statt. Zwischen den Blöcken liegt ein zeitlicher Abstand von mindestens vier Wochen. Der Zeitaufwand für jeden der insgesamt acht Termine pro Block variiert zwischen ca. 45 und 120 Minuten (Aufenthaltsdauer). Die Studie findet ambulant statt. Wir würden uns sehr freuen, wenn Sie Interesse an der Studienteilnahme hätten.

Teilnehmen kann jeder, auf den folgenden Ein-/Ausschlusskriterien (nicht) zutreffen:

Einschlusskriterien:

  • Alter: 18-70 Jahre
  • schriftliches Einverständnis nach persönlichem Gespräch mit einem Prüfarzt und ausreichender Bedenkzeit
  • volle Aufklärungs- und Einwilligungsfähigkeit, Geschäftsfähigkeit
  • Akutereignis (Querschnittslähmung) 6-72 Monate vor Studieneinschluss
  • deutliche Spastik, aber keine vollständige, passive Unbeweglichkeit (Kontraktur) (wird vor Studieneinschluss mittels eines Tests vom Studienarzt ermittelt)
  • keine Operation der Wirbelsäule oder am Nervensystem in den letzten sechs Monaten vor Studieneinschluss
  • ausreichender Allgemeinzustand und Mobilität im Rollstuhl (wird vom Studienarzt ermittelt)

Ausschlusskriterien:

  • konkret geplanter chirurgischer Eingriff am Hirn oder geplante, relevante Änderung der medikamentösen Therapie (binnen sechs Monaten)
  • akute oder nicht ausreichend behandelte/ kontrollierte psychiatrische Erkrankungen, schwere Depression (wird vor Studienbeginn mittels Fragebogen getestet)
  • schwere Denkstörungen / Demenz (wird vor Studienbeginn mit einem kurzen Standardtest überprüft)
  • andere Erkrankungen des Nervensystems ohne Zusammenhang mit der Querschnittslähmung
  • Krafteinschränkung / Bewegungsstörungen, welche nicht Folge der Rückenmarksschädigung sind
  • Alkohol- oder Drogenabhängigkeit
  • Gebrauch von Alkohol, bewusstseinsverändernden Medikamenten oder Drogen in einem so kurzen zeitlichen Abstand zum Messtermin, dass eine Beeinflussung der Versuchsergebnisse durch Störung der Aufmerksamkeit erwartet werden muss
  • relevante Schmerzen (z.B. Rücken oder Nacken) bei längerem Liegen
  • Epilepsie in der Vorgeschichte oder erhöhtes Epilepsierisiko
  • schwere Migräne / Cluster- oder anderer, schwerer, regelmäßiger Kopfschmerz
  • Klaustrophobie („Platzangst“)
  • Schwangerschaft (wir von der Studienleitung getestet)
  • in einer Anstalt behördlich untergebrachte Personen
  • metallhaltige und/ oder elektrische Implantate, großflächige Tattoos, nicht entfernte Piercings

Bei Interesse oder weitere Fragen kontaktieren Sie uns gerne!

Ansprechpartner:

Dr. Carolin Weiß Lucas, E-Mail carolin.weiss@uk-koeln.de
Dr. rer. nat. Charlotte Nettekoven, E-Mail charlotte.nettekoven@uk-koeln.de
B.Sc. Sophia Kochs, E-Mail sophia.kochs@uk-koeln.de (Study Nurse)

Informationsflyer

Spastik: Eine Spastik zeichnet sich durch eine erhöhte Eigenspannung der Muskulatur aus, so dass eine willkürliche Entspannung der Gliedmaßen nicht mehr oder nur noch eingeschränkt möglich ist. Sie Spastik kann sich in Folge einer Querschnittslähmung allmählich entwickeln bzw. verschlimmern und entsteht neben der Verletzung des Rückenmarks u.a. auch durch ungünstige Veränderungen im Netzwerk der Bewegungssteuerung des Gehirns (gestörte Interaktion der Gehirnareale).

fMRT: Die MRT-Technologie ist ein so genanntes nicht-invasives Verfahren, d.h. es ist für den Körper nach heutigem Erkenntnisstand völlig unschädlich. Sie basiert auf mehr als 20 Jahren Erfahrung und wird täglich in allen größeren Kliniken eingesetzt. Bei der MRT werden Schnittbilder des Gehirns mittels rhythmisch wechselnder Magnetfelder aufgenommen. Je nach Art der MRT-Sequenz können Aussagen zur Anatomie und Hirnaktivität (funktionelles MRT, fMRT) getroffen werden.
Risiken und Belastungen: Auf Grund der starken Geräuschentwicklung muss ein geeigneter Gehörschutz (Schallschutzkopfhörer) getragen werden. In seltenen Fällen entwickeln Patienten ein Ohrgeräusch (Tinnitus). Auf Grund des starken Magnetfeldes (drei Tesla) dürfen Personen, die magnetische Metallteile am oder im Körper tragen (wie z.B. Herzschrittmacher, künstliche Herzklappen, Gefäßklipps oder festes Hörgerät) nicht untersucht werden. Schwangere Frauen dürfen zum Schutz des ungeborenen Kindes ebenfalls nicht an MRT-Untersuchungen zu Forschungszwecken teilnehmen. Vor Betreten des MRT-Raumes müssen alle Metallgegenstände (Schlüssel, Schmuck, Münzen, Haarspangen, Piercings) abgelegt werden. Weitere Risiken und Belastungen des MRTs können das Auftreten von Platzangst, Beschwerden durch langes Stillliegen, Schwindel sowie Kopfschmerzen sein.

TMS: Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist ein nicht-invasives Verfahren, welches klinisch und wissenschaftlich seit vielen Jahren routinemäßig eingesetzt wird um das Gehirn durch die geschlossene Schädeldecke von außen anzuregen. Bei der Stimulation wird die Magnetspule auf die Kopfhaut aufgelegt. Das erzeugte Magnetfeld kann schmerzfrei die Aktivierung Ihrer Hirnrinde beeinflussen. In der repetitiven TMS (rTMS) kann die Hirnrinde in Ihrer Aktivität für eine begrenzte Zeit (im Bereich von Sekunden bis Minuten, bei mehrfacher Anwendung auch langfristiger) verändert werden. Das Verfahren ist in aller Regel schmerzlos und äußerst risikoarm.
Risiken und Belastungen: Selten kommt es nach der Anwendung zu kurzzeitigen Kieferschmerzen oder Kopfschmerzen, die aber gut auf herkömmliche Schmerzmittel ansprechen. Die TMS/rTMS gilt bei Beachtung der Sicherheitskriterien als eine sehr sichere Untersuchungsmethode. In der Literatur wurden Einzelfälle berichtet, in denen Personen während einer Stimulation einen epileptischen Anfall erlitten hatten (<1:10.000). In den meisten Fällen waren diese Personen jedoch durch eine Epilepsie vorbelastet. Bei unserer Studie erfolgt die (repetitive) TMS-Anwendung unter strikten Sicherheitsrichtlinien. Personen mit einer Epilepsie oder ferromagnetischen Metallimplantaten dürfen daher nicht an der Studie teilnehmen.

Placeboeffekt: Mit “Placebo” ist allgemein ein Scheinmedikament gemeint, das keine spezifische Wirkung hat. Es ist jedoch erwiesen, dass auch Scheinmedikamente eine Wirkung besitzen können. Diese kann beispielsweise durch psychologische Effekte wie den Glauben an die Wirkung des Scheinwirkstoffs und eine positivere Einstellung in Bezug auf die Erkrankung begründet sein. Derartige Effekte bezeichnet man als “Placeboeffekte”. Diese können auch bei TMS-Verfahren auftreten. Daher ist es in der Wissenschaft inzwischen üblich und gefordert, wirksame Stimulationsverfahren immer mit Placebo zu vergleichen. Ein Placeboeffekt kann nur dann sicher ausgeschlossen werden, wenn die untersuchte Person keine Kenntnis darüber hat, ob die Behandlung gerade mittels Placebo erfolgt oder eine “echte” Wirksamkeit zu erwarten wäre.

Kartierung des Bewegungsareals (primär-motorischer Cortex)

In einer abgeschlossenen Studie (Studienkürzel: “Rel-NBS”) wurde zunächst an gesunden Probanden die Retest-Reliabilität von 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 Patienten mit Hirntumoren (Weiss et al., Neuro-Oncology 2015). Hierbei wurde außer der Hirnrinde auch die corticospinalen Faserbahnen (Weiss & Tursunova et al., 2015; Weiß & Tursunova et al., 2016) sowie der klinischen 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.

Kartierung des Sprachnetzwerks

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.

Aktuell untersuchen wir die Eignung verschiedener nrTMS-Stimulationsprotokolle für die Sprachkartexkartierung an 20 gesunden Probanden (Studienkürzel: LMAPP). Ansprechpartner: Dr. Carolin Weiß Lucas, Postdoc. Dr. rer. nat. Charlotte Nettekoven, charlotte.nettekoven@uk-koeln.de

Zur Verbesserung der Sprachtestung (mittels einer Bildbenennungsaufgabe) bei Wachoperationen ebenso wie bei der o.g. nicht-invasiven Sprachkartierung ist es wichtig, über ein sehr gut normiertes Set an Bildern zu verfügen, die klar und eindeutig zu benennen sind. In Kollaboration mit der humanwissenschaftlichen Fakultät prüfen wir derzeit neues Set aus 100 Schwarz-Weiß-Zeichnungen an gesunden Probanden und an Patienten mit Hirnschädigungen (Studienkürzel: PicNa). Ansprechpartner Dr. Carolin Weiß Lucas, Doktorandin Julia Pieczweski, julia.pieczewski@uk-koeln.de.
 

Diagnostische und prognostische Aussagekraft der Traktografie bei Trigeminusneuralgie

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). Ansprechpartner Dr. Niklas von Spreckelsen, niklas.von-spreckelsen@uk-koeln.de, Prof. Dr. Jürgen Hampl, juergen.hampl@uk-koeln.de, Dr. Carolin Weiß Lucas, carolin.weiss@uk-koeln.de oder Kathrin Burg, Doktorandin der Medizin, kathrin.burg@uk-koeln.de.

Therapie von chronischem Extremitäten- und Gesichtsschmerz durch navigierte repetitive TMS

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 55-64 % der Patienten eine Schmerzlinderung von über 40 % erfahren. Diese Behandlungsform ist geeignet für 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 zwei verschiedenen Arealen (Bewegungs- und Gefühlsareal) miteinander vergleichen werden. Dabei wird ein drei Wochenblöcken mit täglichen Sitzungen von ca. 30-minütiger nrTMS entweder über dem Bewegungsareal (motorische Hirnrinde), über dem Gefühlsareal (sensible Hirnrinde) oder Placebo-stimuliert. Bei gutem Ansprechen kann über die Studie hinaus eine Fortführung der Therapie angeboten werden. Die Studie rekrutiert seit 2016 in Kooperation mit der Klinik für Stereotaxie und Funktionelle Neurochirurgie (Dr. Koulousakis, Prof. Visser-Vandewalle) und der Schmerzambulanz der anästhesiologischen Klinik (Dr. Löser). Ansprechpartner: Dr. Carolin Weiß Lucas, Doktorand David Voigt.

Lokalisation und Verlaufsuntersuchung neurokognitiver Funktionen bei malignen Hirntumoren

Hirntumore führen häufig zu Beeinträchtigungen der neurokognitiven Leistungsfähigkeit wie z.B. Konzentrationsvermögen oder räumliche Vorstellungskraft. Dies kann eine deutliche Einschränkung der Lebensqualität für die Patienten bedeuten und auch das Überleben wesentlich beeinflussen. Außerdem könnte die Überwachung neurokognitiver Funktionen der Früherkennung von Tumorrezidiven dienlich sein. Bisher wird der neurokognitiven Testung bei Hirntumorpatienten 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 Patienten mit Hirntumoren vor und nach einer Operation bzw. Biopsie sowie im Verlauf neurokognitiv untersucht werden. Die Studie rekrutiert seit April 2016 deutschlandweit und wird von der Neuroonkologischen Arbeitsgemeinschaft (NOA) der Deutschen Krebsgesellschaft unterstützt.

Ansprechpartner:
Dr. Carolin Weiß Lucas, E-Mail carolin.weiss-lucas@uk-koeln.de
Catharina Schröter, E-Mail catharina.schroeter@uk-koeln.de
Sophia Kochs, ​​​​​​Studienassistentin, E-Mail sophia.kochs@uk-koeln.de
Telefon Studienbüro +49 221 478-36828

Abgeschlossene Forschungsprojekte

Kartierung des Bewegungsareals (primär-motorischer Cortex)

In einer abgeschlossenen Studie (Studienkürzel: Rel-NBS) wurde die Reproduzierbarkeit (Test-Retest-Reliabilität) von nTMS- und fMRT-Ergebnissen bei der Kartierung des Bewegungsareals an gesunden Probanden geprüft (Weiss & Nettekoven et al., 2013).

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 Patienten mit Hirntumoren (Weiss et al., Neuro-Oncology 2015). Hierbei wurden außer 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.

Reliabilität der Sprachkortexkartierung

In dieser Studie an gesunden Probanden (Studienkürzel: ReFIS) wurden alle Teilnehmer jeweils dreimal mittels fMRT und nTMS kartiert, um die Reproduzierbarkeit (Reliabilität) der Ergebnisse zu prüfen. Die Auswertung der Studie ist großteils abgeschlossen, die vorläufigen Ergebnisse wurden bereits auf Kongressen vorgestellt (z.B. Pieczewski et al., 2015.

Das Team

Catharina Schröter
Vincenzo Kreft-Kerekes
Dr. rer. nat. Charlotte Nettekoven, Dipl.-Biol.
Dr. Niklas von Spreckelsen
Sophia Kochs

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