Induktion von neuroplastischen Veränderungen

Forschungsprojekt

Induktion von neuroplastischen Veränderungen

Nachhaltige Verbesserungen durch Interventionen in der neurologischen Rehabilitation sind mit funktionellen Veränderungen im zentralen Nervensystem assoziiert. Diese können zum Beispiel als direkte Veränderung der neuralen Repräsentation der betroffenen Funktionen zu Tage treten. Ein Beispiel hierfür ist die Veränderung der funktionellen Organisation des sensomotorischen Kortex durch die Benutzung einer aktiven Fußheber-Orthese mit funktioneller Elektrostimulation bei Patienten mit Hirnläsionen nach einem Schlaganfall.

Solchen Patienten, die nach dem Schlaganfall ihre Füße nicht mehr richtig heben und normal laufen können, kann eine aktive Orthese helfen. Ein Sensor gibt beim Aufsetzen der Ferse ein Signal an eine Zentraleinheit, die wiederum einen Stromimpuls über einen Nerv an die Muskeln weitergibt, welche die Fußhebung durch Kontraktion bewirken. Die Zeit zwischen dem Aufsetzen der Ferse und der Muskelstimulation kann für jeden Patienten individuell eingestellt werden.

Die aktive Orthese verbessert jedoch nicht nur das Gangbild der Betroffenen, sondern bewirkt auch, dass sich deren Gehirn funktionell neu organisiert. In einer Studie konnte drei Monate nach der Implantation der aktiven Orthese beobachtet werden, dass sich das Gangbild bei allen 11 untersuchten Patienten deutlich verbessert hat. Bei etwa der Hälfte der Patienten verschlechterte sich die Bewegungsqualität allerdings sofort, wenn die Prothese nach dieser Zeit wieder ausgeschaltet wurde – vergleichbar mit dem Gangbild vor der Implantation. Im Gegensatz dazu blieb bei den übrigen Patienten im gleichen Zeitraum das Gangbild auch bei ausgeschalteter Prothese stabil. In magnetenzephalographischen Aufnahmen (MEG) zeigte sich, dass der Einsatz der Prothese zu unterschiedlichen Veränderungen in den Gehirnen der Patienten geführt hatte: Während bei den Patienten mit nicht-dauerhaften Gangbildverbesserungen innerhalb des 3-monatigen Studienverlaufs vorwiegend eine funktionelle Reorganisation der nicht vom Schlaganfall betroffenen Hirnhälfte stattgefunden hatte, zeigten sich bei den Patienten mit stabiler Verbesserung im Laufen vor allem funktionelle Umorganisationsprozesse in der durch den Schlaganfall betroffenen Hirnhälfte.

Damit konnte erstmals gezeigt werden, dass sich durch das Gehen mit einer aktiven Prothese Funktionsrepräsentationen im Kortex, auch mehrere Jahre nach einem Schlaganfall, bei den Patienten reorganisieren – manchmal in der gesunden, manchmal in der betroffenen Hirnhälfte. Durch diese Erkenntnisse können Bewegungsstörungen mit einer Fußheberschwäche effektiver behandelt werden. Außerdem können Hilfsmittel und Reha-Maßnahmen passgenauer für die Betroffenen ausgewählt werden. Die Studie ist im Fachmagazin Nature Scientific Reports erschienen (Merkel et al., 2017).

Literatur

Merkel C, Hausmann J, Hopf JM, Heinze HJ, Buentjen L & Schoenfeld MA. Active prosthesis dependent functional cortical reorganization following stroke. Scientific Reportsvolume 7, Article number: 8680 (2017).

Autor

Prof. Dr. med. Mircea Ariel Schoenfeld
Ärztlicher Leiter Neurorehabilitation
Kliniken Schmieder Heidelberg

20 Jahre Lurija Institut
Stiftung-Schmieder-Preis