Vagus Nervenstimulation verbessert die Plastizität des Gehirns

Die neue Behandlung kann helfen, Schlaganfallopfern die Funktion wiederherzustellen.

Vagusnerv in gelb dargestellt.

Quelle: Sebastian Kaulitzki / Shutterstock

Die Vagusnervstimulation (VNS) verbessert die gezielte Neuroplastizität und hilft dem Gehirn, nach einem Schlaganfall stärkere neurale Verbindungen aufzubauen, so bahnbrechende Untersuchungen der Universität von Texas in Dallas. Mit einem Tiermodell konnten die Forscher erstmals zeigen, dass die Kombination von VNS mit einer physikalischen Therapie die motorische Regeneration beschleunigt.

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Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse, “Vagusnervstimulation verbessert stabile Plastizität und Generalisierung der Schlaganfallwiederherstellung”, in der Zeitschrift Schlaganfall . Eine klinische Studie mit der gleichen Behandlung, “Pivotal Study of VNS während der Rehabilitation nach Schlaganfall (VNS-REHAB)”, wird derzeit an 18 Forschungsstandorten in den USA und in Großbritannien durchgeführt. Das Ziel der Studie ist es, die Wirksamkeit der paarigen Vagusnervstimulation zu messen, um Schlaganfallpatienten zu helfen, motorische Fähigkeiten schneller wiederherzustellen.

Was ist Vagusnervstimulation?

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Die Vagusnervstimulation wird über ein kleines, chirurgisch implantiertes Gerät abgegeben, das elektrische Impulse unterschiedlicher Intensität und Impulsbreite zur Aktivierung des Vagusnervs verwendet. Die elektrische Stimulation des Vagusnervs mittels VNS ist eine FDA-zugelassene Behandlung für medikamentenresistente Epilepsie und behandlungsresistente Depression. Eine kürzlich durchgeführte Proof-of-Concept-Humanstudie fand auch heraus, dass VNS eine lebensfähige Behandlung für entzündliche Gelenkerkrankungen wie rheumatoide Arthritis ist.

Der plötzliche Verlust des Blutflusses nach einem Schlaganfall führt zum Absterben von Neuronen in jeder vom Schlaganfall betroffenen Hirnregion, die Verbindungen zu anderen Nervenzellen unterbricht. Der Verlust von motorischen Fähigkeiten in einem Arm oder Bein nach einem Schlaganfall wird durch einen Verlust der Konnektivität zwischen Nervenzellen in der Extremität mit entsprechenden motorischen Regionen des Gehirns verursacht.

Mithilfe eines Tiermodells fanden die Forscher von UT Dallas heraus, dass kurze VNS-Stöße die Kommunikationswege stärken, indem sie nach einem Schlaganfall stärkere Zellverbindungen im Gehirn aufbauen. Tatsächlich zeigen ihre Ergebnisse, dass die Kopplung von VNS mit gezielten Bewegungstherapien den Nutzen des rehabilitativen Trainings nach einem Schlaganfall dramatisch erhöht. In Tierversuchen dauerten diese Verbesserungen Monate nach Abschluss der VNS-Therapie.

Die Autoren dieser Studie, angeführt von Eric C. Meyers, erklären: “Diese Studie liefert den ersten Beweis dafür, dass VNS gepaart mit rehabilitativem Training nach Schlaganfall (1) die langanhaltende Genesung bei einer komplexen Aufgabe mit Vorderbein-Supination verdoppelt (2). verdoppelt die Erholung bei einer einfachen motorischen Aufgabe, die nicht mit VNS gepaart wurde, und (3) verbessert die strukturelle Plastizität in Motornetzen. ”

Michael Kilgard, Associate Director des Texas Biomedical Device Center und Professor für Neurowissenschaften an der School of Behavioral and Brain Sciences an der UT Dallas, war ein Senior Co-Autor dieser Forschung. Kilgard ist der leitende Forscher am UTD Cortical Plasticity Laboratory. Zu seinem Team gehört auch Seth Hays, ein Postdoktorand an der School of Behavioral and Brain Sciences an der UT Dallas, der sich auf gezielte Plastizitätstherapie zur Linderung motorischer Dysfunktionen spezialisiert hat.

“Unser Experiment wurde entwickelt, um diese neue Frage zu stellen: Nach einem Schlaganfall müssen Sie jede einzelne Handlung rehabilitieren?” Sagte Kilgard in einer Erklärung. “Wenn VNS dir hilft, hilft es nur mit der genauen Bewegung oder Funktion, die du mit der Stimulation kombinierst? Was wir fanden, war, dass es auch ähnliche motorische Fähigkeiten verbessert, und dass diese Ergebnisse Monate nach dem Abschluss der VNS-gepaarten Therapie erhalten blieben. ”

Die Forscher von UT Dallas sind optimistisch, dass ihre neueste Forschung zur gezielten Vagusnervstimulation ein entscheidender Schritt zur Schaffung von Leitlinien für die standardisierte Verwendung von VNS während der Schlaganfalltherapie beim Menschen ist. “Wir haben lange vermutet, dass VNS neue Verbindungen im Gehirn herstellt, aber nichts war sicher bekannt”, sagte Hays in einer Erklärung. “Dies ist der erste Beweis dafür, dass wir Veränderungen im Gehirn bei Tieren nach Hirnverletzungen vorantreiben. Es ist ein großer Schritt vorwärts, um zu verstehen, wie die Therapie funktioniert – diese Reorganisation, die wir vorhergesagt haben, würde den Vorteilen von VNS zugrunde liegen. ”

Eine andere neuere Studie von UT Dallas fand heraus, dass die Vagusnervstimulation mit moderater Intensität die Neuroplastizität steigernden und Gedächtnis-steigernden Wirkungen von VNS effektiver als die Stimulation mit niedriger oder hoher Intensität optimiert. Bemerkenswerterweise wiesen die Forscher darauf hin, dass die optimale Pulsbreite und Stromstärke durch ein “inverted-U” -Muster gekennzeichnet waren, bei dem zu viel oder zu wenig VNS weniger wirksam war als ein “Goldilocks” -Süßfleck mittlerer Intensität, der genau richtig war. Diese Ergebnisse 2017 wurden in der Zeitschrift Brain Stimulation veröffentlicht .

Paarige Vagusnervstimulation bietet neue Hoffnung für die Schlaganfallrehabilitation

Im Jahr 2017 haben die Hersteller eines Vagusnerv-Stimulationsgeräts eine randomisierte, doppelblinde klinische Studie mit VNS-Reha für Patienten nach einem zerebrovaskulären Schlaganfall gestartet. Diese derzeit laufende Studie wird bis zu 120 Probanden an 18 klinischen Standorten in den USA und in Großbritannien umfassen. Der voraussichtliche Abschluss der Voruntersuchungen für diese klinische Studie ist der 30. Juni 2019.

Die Ohio State University ist eine der Institutionen, die an der gepaarten VNS-Studie teilnehmen. Marcie Bockbrader vom Wexner Medical Center an der OSU ist ihr Hauptprüfer für den Versuch.

In einer aktuellen Pressemitteilung sagte Bockbrader: “Diese Nervenstimulation ist wie das Einschalten eines Schalters, wodurch das Gehirn des Patienten für die Therapie empfänglicher wird. Das Ziel ist zu sehen, ob wir die motorische Erholung bei Menschen verbessern können, die tatsächlich einen Hirnschrittmacher in ihrem Körper implantiert haben. Die Idee ist, dieses Gehirn mit einer normalen Reha zu kombinieren und zu sehen, ob Patienten, die nach einem Schlaganfall alle anderen üblichen Therapien durchlaufen haben, noch besser werden können. ”

Unten sehen Sie ein YouTube-Video von Marcie Bockbrader und Kollegen in ihrem gepaarten VNS-Therapie-Labor, zusammen mit einem Patienten, der seinen Schlaganfall-Reha-Prozess beschreibt:

Für diese klinische Studie erhält jeder Studienteilnehmer drei einstündige Sitzungen mit intensiver Physiotherapie pro Woche für insgesamt sechs Wochen. Ziel ist es, die aufgabenspezifische Motorarmfunktion zu verbessern. Bei der Hälfte der an dieser klinischen Studie teilnehmenden Gruppe wurde eine Vagusnervenstimulationsvorrichtung chirurgisch implantiert; die andere Hälfte wird als Kontrollgruppe dienen.

Während jeder Rehabilitationstherapie drückt der Therapeut, wann immer ein Patient eine bestimmte motorische Fähigkeit korrekt ausführt, einen Knopf, um eine optimale Pulsbreite und Stromstärke der Vagusnervstimulation auszulösen. Die Hypothese ist, dass, wenn präzise und genaue Bewegungen durch einen kurzen Ausbruch von VNS während eines Versuch-und-Irrtum-Lernprozesses positiv verstärkt werden, diese Handlungen schneller in das Gehirn “fest verdrahtet” werden.

“Wir versuchen zu sehen, ob dieser Neurostimulator verwendet werden könnte, um die effektive Therapie zu steigern und eine Art” Supercharged-Therapie “zu schaffen. Wir wollen herausfinden, ob sich Patienten durch diese Stimulation schneller erholen können “, schloss Bockbrader.

Verweise

Eric C. Meyers, Bleyda R. Solorzano, Justin James, Patrick D. Ganzer, Elaine S. Lai, Robert L. Rennaker, Michael P. Kilgard, Seth A. Hays. “Vagusnervstimulation verbessert stabile Plastizität und Generalisierung der Schlaganfallwiederherstellung.” Schlaganfall (Erstveröffentlichung online: 25. Januar 2018) DOI: 10.1161 / STROKEAHA.117.019202

Kristofer W. Loerwald, Michael Borland, Robert L. Rennaker II, Seth A. Hays, Michael P. Kilgard. “Die Wechselwirkung von Pulsweite und Stromstärke auf das Ausmaß der kortikalen Plastizität, die durch Vagusnervstimulation hervorgerufen wird.” Hirnstimulation (Erstveröffentlichung online: 15. November 2017) DOI: 10.1016 / j.brs.2017.11.007