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.

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

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, Catharina Schröter, Studienassistenten Sophia Kochs, sophia.kochs@uk-koeln.de und Kay Hölmer, kay.hoelmer@uk-koeln.de.

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. Andrea Maria Faymonville
Dr. rer. nat. Charlotte Nettekoven, Dipl.-Biol.
Dr. Niklas von Spreckelsen
Dr. Kaveh Mehdiani
Sophia Kochs

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