"Digitaler und gerätelastiger" – Interview mit Prof. Dr. Ulf Ziemann

Interview

"Es wird digitaler und gerätelastiger werden"

Prof. Dr. Ulf Ziemann ist einer der renommiertesten Neurologen in Deutschland. Als einer der Ärztlichen Direktoren der Neurologischen Universitätsklinik in Tübingen und als Ko-Direktor des Hertie-Instituts für Hirnforschung ist er – unter anderem in Kooperation mit den Kliniken Schmieder – an wichtigen Forschungsprojekten beteiligt, die die Zukunft der Neurorehabilitation prägen könnten. Eines seiner Forschungsprojekte ist ein Schlaganfallhelm mit Spulen zur transkraniellen Magnetstimulation des Gehirns. Ein Flaggschiffprojekt, wie er selbst sagt, das die Rehabilitationsmedizin nachhaltig verändern könnte. Als wissenschaftlicher Beirat im Lurija Institut berät er die Kliniken Schmieder bei Forschungsprojekten.

Herr Prof. Ziemann, Sie leiten die Forschungsgruppe „Brain Networks and Plasticity“. Zentral ist hier der Einsatz der Transkraniellen Magnetstimulation, kurz TMS, die auch in den Kliniken Schmieder eingesetzt wird. Könnten Sie bitte erläutern, wie TMS funktioniert?

Prof. Dr. Ziemann: Meine Forschungsgruppe ist weltweit führend in der Entwicklung innovativer, nichtinvasiver Hirnstimulation, vornehmlich der TMS. Man kann sich das so vorstellen: Wenn man das Gehirn mit TMS repetitiv reizt, kann man eine Veränderung von Netzwerken im Gehirn erreichen, von Erregbarkeit und auch von Verbindungsstärken in einem solchen Netzwerk. Das ist gerade nach einer Schädigung, z. B. nach einem Schlaganfall, besonders wichtig, weil wir wissen, dass das Gehirn in der Lage ist, sich zu erholen oder sich zu reorganisieren. Es kann verlorengegangene Funktionen etwa bei einer Arm-Handlähmung zum Teil kompensieren oder auch restituieren.

Und wie funktioniert die Weiterentwicklung der TMS?

Prof. Dr. Ziemann: Ich habe dazu unter anderem mit Herrn Prof. Liepert aus Allensbach schon viel geforscht. Innerhalb der Neurorehabilitation ist er in der TMS-Forschung ein herausragend wichtiger Partner. Wir sind dabei von fixen Protokollen, bei denen man mit einer bestimmten Frequenz und Reizstärke repetitiv das Gehirn stimuliert, hingekommen zu sogenannten hirnzustandsabhängigen Reizprotokollen, bei denen wir in der Lage sind in Echtzeit, also auf die Millisekunde genau, Informationen aus dem Gehirn mit Elektroenzephalographie (EEG) auszulesen und zu analysieren. Diese Informationen, auch Brain States genannt, nutzen wir dann, um zu entscheiden, wann wir stimulieren. Wir wissen, dass das „Wann“ enorm wichtig ist, um den Therapieerfolg nichtinvasiver Hirnstimulationen zu verbessern. Wir überprüfen die Wirksamkeit aktuell in Schlaganfallstudien. In Tübingen sind wir federführendes Zentrum einer großen multizentrischen Studie mit insgesamt sechs Zentren, die akute Schlaganfallpatienten mit solch einem innovativen Protokoll behandeln.

Kommt bei Ihrer Forschung auch Künstliche Intelligenz zum Einsatz?

Prof. Dr. Ziemann: Ja, sie ist Teil der Forschung und unserer Vision. Mit KI können wir Algorithmen einsetzen, die Echtzeitinformationen mittels EEG verwendet und uns zeigt, wann ein guter Zeit-punkt ist, um zu stimulieren. Aber sie zeigen uns auch, was wir verändern, während wir stimulieren. Damit bekommen wir auch Informationen über das „Wo“ und „Wie“. Wenn man nun will, dass in einem bestimmten Netzwerk die Verbindungsstärke zwischen zwei Netzwerk-Knotenpunkten gestärkt wird, die z. B. für die Erholung der motorischen Funktion nach Schlaganfall sehr wichtig ist, dann sind wir mittlerweile in der Lage zu erkennen, ob wir durch die Stimulation das Netzwerk in die richtige Richtung verändern.Dieser Ansatz – auch Closed Loop genannt – ist völlig neu und vielversprechend. Wir überprüfen also den Behandlungserfolg während wir intervenieren. Wenn es in die richtige Richtung geht, machen wir weiter, wenn nicht, ändern wir das Protokoll.

Was bedeutet das nun für die Patientinnen und Patienten?

Prof. Dr. Ziemann: Wir erhoffen uns damit, und das ist jetzt Zukunft, bei jedem Patienten ein völlig individualisiertes Stimulationsprotokoll zu generieren, das diesem Patienten maximal hilft, das noch vorhandene Gehirn um die Schlaganfallschädigung herum so zu reorganisieren, dass Funktionen sich besser erholen können – optimiert also im Vergleich zu konventioneller Stimulationsbehandlung mit einem fixen Protokoll.

Ihre Forschungsgruppe entwickelt gemeinsam mit der finnischen Aalto Universität und der italienischen Chieti-Pescara-Universität einen Schlaganfallhelm mit derzeit 10 TMS-Spulen. Was kann man hier erwarten?

Prof. Dr. Ziemann: Das ist das Flaggschiffprojekt meiner Forschung. Wir haben dafür zehn Millionen Euro in einem Synergy Projekt vom European Research Council bekommen, eines der höchstdotierten Programme der europäischen Forschungsförderung. Das technische Prinzip von TMS ist, dass ein kurzer Stromfluss in Kupferdrahtspulen durch den Schädelknochen – ohne Schmerzen zu verursachen – ein Magnetfeld im Gehirn induziert, das einen Stromimpuls auslöst und dadurch Nervenzellen aktiviert. Bei repetitiver Reizung können hierdurch Netzwerke des Gehirns verändert werden. Und da wir wissen, dass das Zusammenspiel neuronaler Aktivität nicht an nur an einem Ort stattfindet, sondern verteilt in Netzwerken des Gehirns – auch bei einer einfachen Handlung – können wir durch den Helm elektronisch den Reizort verschieben. Wir versuchen also mit dem „Wo“ und „Wann“ das Netzwerkzusammenspiel für einen Patienten wiederherzustellen, um ihm in der Rehabilitation zu helfen. Wichtig ist aber auch zu erwähnen, dass das Stimulieren allein nicht ausreicht. Wir tun dies in zeitlich enger Abstimmung mit konventioneller Physiotherapie. Das Gehirn wird geprimed, also vorbereitet für die nachfolgende Rehabilitationstherapie.

Wann wird der Schlaganfallhelm Realität? Sie rechnen mit einem enormen gesellschaftlichen Nutzen, volkswirtschaftlich beziffert mit rund einer Milliarde Euro jährlich in Europa.

Prof. Dr. Ziemann: Mit dem Closed-Loop Ansatz und der KI mit selbstlernenden Algorithmen können wir ein optimales Studienprotokoll für einen individuellen Patienten generieren – das ist meine Vision, da werden wir womöglich in zehn Jahren stehen. Voll automatisiert. Das ist bislang noch eine sehr visionäre Annahme.

Wie muss man sich die Behandlung mit einem Schlaganfallhelm bildlich vorstellen?

Prof. Dr. Ziemann: Weil jeder Patient individuell ist, die Netzwerke individuell sind und ein Patient mit einer Aphasie natürlich anders stimuliert werden muss als jemand mit einer Handparese, sind auch die Netzwerkzustände und das „Wo“ und „Wann“ verschieden. Ganz bildlich gesprochen: wir haben eine Behandlungseinheit mit zehn Helmen, für die Patienten wird dann voll automatisiert ein Protokoll generiert, dann folgen Follow-Up-Sitzungen und das Protokoll wird weiterentwickelt. Natürlich müssen die Ergebnisse engmaschig z. B. durch Neurologen oder Rehabilitationsmediziner überprüft werden.

Wohin führt also die Reise in der Neurorehabilitation?

Prof. Dr. Ziemann: Wir haben zwei Entwicklungen, die gegeneinander laufen: eine zunehmend alternde Bevölkerung mit immer mehr Patienten und auf der anderen Seite immer weniger Fachpersonal. Man muss also darüber nachdenken, wie man Therapien nach Hause bringen kann, die wenig oder gar nicht personalintensiv sind. Hier können Robotik-Ansätze oder bionische Ansätze helfen, auch Gamification, da Motivation mit spielerischen Ansätzen sehr wichtig ist, auch Virtual Reality oder Augmented Reality. Es geht darum, dies alles in die Breite zu bringen und anwendbar zu machen im häuslichen Umfeld. Dies könnte die Rehakliniken entlasten.

Wie wird sich das Profil der Berufsgruppen in Rehabilitationskliniken verändern?

Prof. Dr. Ziemann: Es wird digitaler und auch gerätelastiger werden. Nach wie vor wird den Therapeuten die primäre Rolle der Behandlung und Supervision zukommen, aber sie werden die Patienten nicht mehr dauerhaft für den gesamten Behandlungsprozess vor Ort haben, dieser wird auch zuhause stattfinden.

Wo liegen die Risiken einer Digitalisierung und der Algorithmen?

Prof. Dr. Ziemann: Unsere Gesellschaft benötigt ethische Regularien, was wollen wir zulassen und was nicht. Dies liegt in unserer Verantwortung. Ich bin Neurologe und mich interessiert der humane Einsatz dieser Methoden zum Wohle des Patienten. Aber man muss die neuen Behandlungsstrategien immer wieder überprüfen. Mein Credo ist daher eine enge Qualitätssicherung. Aber wenn man verantwortlich damit umgeht, ist dies die Zukunft einer innovativen Rehabilitationsmedizin.

Weiterführende Informationen: Hertie-Institut für klinische Hirnforschung, Forschungsgruppe Prof. Ziemann