Depression: Bestimmte Hirnverbindungen entscheiden mit über den Erfolg der tiefen Hirnstimulation

Eine Studie des Mount Sinai Hospital in New York (USA) zeigt, welche Nervenfaserbahnen bei der tiefen Hirnstimulation (THS) zur Behandlung einer therapieresistenten Depression mit einer anhaltenden klinischen Verbesserung verbunden sind. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, die Platzierung der Elektroden künftig präziser auszurichten.

Die im „American Journal of Psychiatry“ veröffentlichte Studie untersuchte die bislang größte multizentrische Gruppe von Patientinnen und Patienten mit therapieresistenter Depression, die eine THS des subgenualen cingulären Kortex erhalten hatten. Über mehrere unabhängige Patientenkohorten hinweg war eine anhaltende klinische Verbesserung mit der Stimulation von drei Faserbahnen der weißen Substanz verbunden: dem Cingulum, dem Forceps minor sowie dem medialen Fasciculus uncinatus beziehungsweise den ventralen amygdalofugalen Bahnen.

Drei Faserbahnen mit anhaltender Verbesserung verbunden

Eine zentrale Herausforderung bei der THS ist die Frage, welche Verbindungen des Gehirns tatsächlich stimuliert werden müssen, damit eine anhaltende klinische Verbesserung erreicht werden kann. Die Wirkung der elektrischen Stimulation beschränkt sich nicht auf das Gewebe unmittelbar um die Elektrode, sondern hängt auch davon ab, welche neuronalen Netzwerke und Faserbahnen durch das elektrische Feld erreicht werden.

Die Forschenden kombinierten Modelle der durch die Elektroden erzeugten elektrischen Felder mit Karten der strukturellen Hirnverbindungen. Dabei zeigte sich über die untersuchten Patientenkohorten hinweg ein Zusammenhang zwischen der Stimulation des Cingulums, des Forceps minor sowie des medialen Fasciculus uncinatus beziehungsweise der ventralen amygdalofugalen Bahnen und einer anhaltenden klinischen Verbesserung.

Nach zwei Jahren Behandlung zeichnete sich bei Patientinnen und Patienten, die an den verschiedenen Studienzentren nicht auf die THS angesprochen hatten, insbesondere eine fehlende Beteiligung des linken Cingulums ab.

Die Forschenden untersuchten allerdings nicht, ob eine Neupositionierung der Elektroden mit dem Ziel, diese Faserbahn zu erreichen, tatsächlich zu besseren Behandlungsergebnissen führen würde.

Connectom-basierte Zielsteuerung für präzisere THS

Die Ergebnisse unterstützen einen sogenannten connectom-basierten Ansatz. Dabei wird die Platzierung der Elektroden anhand der strukturellen Verbindungen des Gehirns gesteuert und nicht ausschließlich anhand anatomischer Orientierungspunkte.

„Die Studie unterstreicht die Bedeutung einer individualisierten chirurgischen Zielsteuerung, um optimale Ergebnisse bei der tiefen Hirnstimulation zur Behandlung von Depressionen zu erreichen“, sagte Helen Mayberg vom Mount Sinai. Bei randomisierten Studien zur Neuromodulation seien eine möglichst präzise Elektrodenplatzierung und die Bestätigung, dass das gewünschte Hirnareal tatsächlich erreicht werde, wichtige Voraussetzungen.

Der Ansatz wird auch in der laufenden randomisierten, kontrollierten TRANSCEND-Studie von Abbott untersucht. Dort kommt eine patientenspezifische, connectom-basierte Zielsteuerung für die THS des subgenualen cingulären Kortex zum Einsatz.

Nicht alle Patientinnen und Patienten sprechen gleich an

Die Ergebnisse könnten auch erklären, warum Patientinnen und Patienten trotz einer ähnlich erscheinenden Elektrodenposition unterschiedlich auf die Behandlung ansprechen. Eine Elektrode kann zwar im vorgesehenen anatomischen Bereich liegen, gleichzeitig aber nicht alle Faserbahnen erreichen, die mit einer anhaltenden klinischen Verbesserung verbunden sind.

„Die Studie untersucht eine zentrale Frage bei der THS: nicht nur, welcher Bereich des Gehirns stimuliert werden sollte, sondern welche Verbindungen innerhalb dieses Bereichs erreicht werden müssen“, erläuterte Brian Kopell vom Center for Neuromodulation des Mount Sinai.

Die Forschenden betonen jedoch, dass die Beteiligung der identifizierten Faserbahnen wahrscheinlich nicht der einzige Faktor für das Ansprechen auf die Behandlung ist. Die aktuelle Untersuchung konzentrierte sich auf die Frage, wo die Stimulation erfolgen sollte. Weitere Studien müssen unter anderem klären, welche Patientinnen und Patienten besonders wahrscheinlich von der Behandlung profitieren und wie die Stimulation im Verlauf individuell angepasst werden sollte.

Weitere Forschung mit patientenspezifischer Bildgebung

Eine Einschränkung der Studie bestand darin, dass für einen Teil der Teilnehmenden keine individuellen Diffusions-MRT-Daten zur Verfügung standen. Für einen Großteil der Analysen griffen die Forschenden daher auf generalisierte Karten der strukturellen Hirnverbindungen zurück. In der Emory-Kohorte waren die Ergebnisse jedoch vergleichbar, wenn generalisierte Karten mit patientenspezifischen Diffusionsdaten verglichen wurden.

Künftige Studien sollen untersuchen, ob individuelle Parameter der Integrität der weißen Substanz, der funktionellen Konnektivität und weitere bildgebende Merkmale die Auswahl geeigneter Patientinnen und Patienten sowie die Zielsteuerung und Anpassung der Stimulation weiter verbessern können.

Die Forschenden wollen zudem untersuchen, wie sich auf Grundlage solcher Bildgebungsdaten individuellere Stimulationsparameter wie Amplitude, Frequenz und Pulsbreite festlegen lassen. Ziel ist es, die THS künftig noch stärker an die individuellen neurobiologischen Eigenschaften der Patientinnen und Patienten anzupassen.

(lj/BIERMANN)