Neurostimulation, die sich an jeden Schritt anpasst

Forschende in Lausanne haben die Tiefe Hirnstimulation für Menschen mit Parkinson so weiterentwickelt, dass sie sich in Echtzeit den Bedürfnissen von Personen mit Parkinson anpasst. Dadurch konnten sie Gangstörungen deutlich lindern. 

Seit mehr als drei Jahrzehnten wird die Tiefe Hirnstimulation (THS) erfolgreich bei fortgeschrittener Parkinsonerkrankung eingesetzt. Durch die kontinuierliche Abgabe elektrischer Impulse an die tiefen Hirnkerne lässt sich ein Grossteil der motorischen Symptome der Erkrankung wie Bewegungsarmut, Steifheit oder Zittern lindern. Allerdings stösst die Stimulation bei bestimmten Symptomen an ihre Grenzen, die mit dem Fortschreiten der Erkrankung auftreten und besonders einschränken können: bei Gangstörungen.

Um diese Beeinträchtigungen besser zu korrigieren, wäre es wünschenswert, wenn sich die Stimulation automatisch dem Bewegungszustand anpassen könnte. Fachleute forschen deshalb schon seit vielen Jahren daran, adaptive Systeme zu entwickeln, die in der Lage sind, die Stimulation dem Zustand der betroffenen Person anzugleichen.

Technologische Fortschritte ermöglichen heute eine neue Generation dieser adaptiven Hirnstimulatoren. Schon jetzt werden im klinischen Alltag Stimulatoren eingesetzt, die über die implantierten Elektroden gleichzeitig die Hirnaktivität messen können. Diese Signale liefern wertvolle und kontinuierliche Informationen über die Art und Schweregrad der motorischen Symptome.

Ein Durchbruch
Ein Team des NeuroRestore-Zentrums an der EPFL und am Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV) in Lausanne haben nun einen bedeutenden Durchbruch auf dem Gebiet der adaptiven Hirnstimulation erzielt. Die Forschenden haben ein Verfahren erarbeitet, mit dem sich die Hirnstimulation innert Sekunden automatisch dem Bewegungszustand und den motorischen Bedürfnissen einer Person anpasst. Dazu entwickelten sie Algorithmen, 
mit denen sich verschiedene Bewegungszustände anhand der von den implantierten Elektroden aufgezeichneten Gehirnaktivität in Echtzeit erkennen und vorhersagen lassen. Diese auf Künstlicher Intelligenz basierenden Algorithmen wurden anhand von Daten trainiert und evaluiert, die bei vierzig Parkinsonbetroffenen in verschiedenen Bewegungssituationen erhoben wurden, insbesondere im Stehen, beim Gehen und bei Richtungswechseln.

Mehr oder weniger Stimulation
Die Forschenden testeten den neuen Therapieansatz an vier Personen. Im Labor wurde die über die THS-Elektroden aufgezeichnete Gehirnaktivität gleichzeitig mit den Messungen analysiert, die mit hochauflösenden Kameras und den Beinen angebrachten Sensoren durchgeführt wurden. Ausserhalb des Labors ermöglichten Schuhe mit eingebauten Sensoren die Gehaktivitäten kontinuierlich aufzuzeichnen und so die verschiedenen Bewegungszustände unter Alltagsbedingungen zu erfassen.

Diese Informationen wurden anschliessend genutzt, um die Parameter der Hirnstimulation automatisch an die Aktivität der betroffenen Person anzupassen. «Jeder Mensch hat unterschiedliche Mobilitätsbedürfnisse, die sich im Laufe des Tages je nach körperlicher Aktivität ändern», erklärt Eduardo Moraud, Assistenzprofessor an der EPFL und Mitautor der in Nature Medicine veröffentlichten Studie; er ist Inhaber des Medtronic-Lehrstuhls für Neuromodulation. «Unser System passt die Stimulation automatisch und in Echtzeit an diese Bedürfnisse an. So kann sie in bestimmten Situationen reduziert werden, beispielsweise um übermässige Bewegungen oder Krämpfe in den Beinen zu begrenzen, wenn die Person geht oder Treppen steigt. Umgekehrt kann die Stimulation automatisch erhöht werden, wenn die Beine ermüden oder es zu Gehblockaden kommt.»

Verbesserung der Symptome
Durch die automatische Anpassung der Stimulation an die Bewegungen konnten Gangstörungen verringert und die Fähigkeit zum Gehen, Treppensteigen oder Aufstehen von einem Stuhl verbessert werden. Dank dieses neuen Ansatzes konnten einige Teilnehmer längere Strecken zurücklegen, bei anderen verbesserten sich die Schrittlänge oder das Schwingen der Arme beim Gehen.

Neue Chancen
Die Forschenden sind der Ansicht, dass dieser Ansatz Menschen mit Parkinson, die mit THS behandelt werden, neue Möglichkeiten eröffnet, vor allem wenn sie unter schweren Gehbeeinträchtigungen leiden. «Die erzielten Resultate sind vielversprechend und verdeutlichen das Potenzial dieses Ansatzes», sagt Moraud. «Doch es sind noch umfangreichere klinische Studien nötig, um nachzuweisen, dass die Methode sicher und langfristig und auch bei einer grösseren Zahl von Personen von Nutzen ist.»

Diese nächste Phase des Projekts ist bereits finanziert, dank der Unterstützung durch die Michael J. Fox Foundation, einer der international führenden Stiftungen, die sich der Parkinsonforschung widmen. «Unser Ziel ist es nun, die adaptive Stimulation bei fünfzehn weiteren Personen zu testen, und zwar auch in deren häuslicher Umgebung», erklärt EPFL-Forscher Moraud.

August 2026