Transkranieller Ultraschall verändert Schmerzverarbeitung im Gehirn

Eine neue Studie legt den Grundstein zum Verständnis der neuronalen Vorgänge bei tiefer Hirnstimulation mittels Ultraschall. Sie deutet an, dass die Methode eine nicht invasive Therapieoption für Menschen mit chronischen Schmerzen darstellen könnte.

Die Behandlung chronischer Schmerzen stellt Ärztinnen und Ärzte weltweit auch heute noch vor eine große Herausforderung. Seit einiger Zeit wird die transkranielle Ultraschallstimulation (TUS) als mögliche therapeutische Option untersucht. Dabei handelt es sich um eine nicht invasive Methode, die es ermöglichen soll, die neuronale Aktivität in tiefliegenden Gehirnarealen präzise zu beeinflussen. In ersten klinischen Versuchen mit 20 Schmerzpatienten konnte eine unmittelbare Schmerzreduktionen um 60 Prozent nach aktiver TUS des anterioren cingulären Cortex (ACC) erzielt werden.

Experten des Brain Research and Imaging Centre (BRIC) der Universität Plymouth und der Medizinischen Fakultät der Universität Exeter (Vereinigtes Königreich) untersuchten nun mithilfe von Neuroimaging die neuronalen Mechanismen, die den Effekten der TUS auf die Schmerzverarbeitung zugrunde liegen. Dr. Sophie Clarke, Postdoktorandin an der Universität Plymouth und Hauptautorin der Studie, erläutert: „Ziel der Studie war es, zu charakterisieren, wie die TUS mit der Schmerzverarbeitung im Gehirn interagiert und diese möglicherweise auch verändert.“ Das Verständnis dieser Mechanismen sei entscheidend, um in weiteren Schritten zu klären, ob die Stimulation auch Patienten mit chronischen Schmerzen helfen kann. Ihre Erkenntnisse publizierte die Arbeitsgruppe kürzlich in einer Studie in „Nature Communications“.

Untersuchung von Schmerzwahrnehmung und neuronalen Mechanismen

An der Studie nahmen 32 gesunde Probanden teil. In zwei doppelt verblindeten Sitzungen untersuchten Clarke und Kollegen bei ihnen die analgetische Wirkung einer TUS zur Linderung eines Akutschmerzreizes. Dabei wurde die TUS gezielt auf den dorsalen anterioren cingulären Cortex (dACC) gerichtet, der eine wichtige Rolle bei der zentralen Schmerzverarbeitung spielt. Als Kontrolle diente eine Scheinstimulation.

Während der TUS mussten die Teilnehmer ihre rechte Hand in ein kaltes Gel tauchen, um Schmerzempfindungen auszulösen. Anschließend beantworteten sie Fragen zur Einschätzung der wahrgenommenen Schmerzstärke. Ferner wurden funktionelle magnetresonanztomographische und magnetresonanzspektroskopische (fMRT und MRS) Untersuchungen durchgeführt. Während dieser wurden nach 28 und 55 Minuten zwei weitere Kältetests vorgenommen. Anhand von fMRT und MRS erfassten die Forschenden funktionelle und biochemische Veränderungen im Gehirn der Teilnehmer in Reaktion auf den Schmerzreiz und die TUS.

Verstärkte Konnektivität im neuronalen Schmerznetzwerk

Im Ergebnis hatte die TUS zwar keinen unmittelbaren Effekt auf die Schmerzintensität, die Probanden gaben jedoch 28 bis 55 Minuten nach der Anwendung eine signifikant stärkere Schmerzlinderung an. Dies deutet nach Ansicht der Studienautoren auf einen verzögerten analgetischen Effekt der TUS hin.

Weiter entdeckten die Forscher, dass die aktive TUS des dACC die sensorische Schmerzverarbeitung veränderte und den Zusammenhang zwischen Temperaturreiz und Schmerzintensität entkoppelte. Zugleich zeigte sich eine verstärkte funktionelle Konnektivität des dACC mit motorischen und salienzbezogenen Hirnarealen. Die Ergebnisse, so fassen es die Studienautoren zusammen, sprechen für multidimensionale Effekte von dACC-TUS auf neuronale und verhaltensbezogene Aspekte der Schmerzverarbeitung und unterstreichen das therapeutische Potenzial der Methode.

Die Forscher sind überzeugt, dass die Ergebnisse eine wichtige Grundlage für die Erforschung des therapeutischen Einsatzes von TUS bei Menschen mit chronischen Schmerzen bilden, beispielsweise bei Fibromyalgie, Rückenschmerzen und Arthritis, oder während der Genesung nach einer Krebsbehandlung.

Weitere Forschung zur Wirkung bei chronischen Schmerzpatienten geplant

Die Wissenschaftler vom BRIC und dem Centre for Therapeutic Ultrasound (CENTUS) der Universität Plymouth haben bereits in der Vergangenheit umfangreiche Forschungen zu den Vorteilen der Hirnstimulation bei Erkrankungen wie Angstzuständen und Depressionen, Suchterkrankungen sowie anderen neurologischen und psychiatrischen Störungen durchgeführt. Prof. Elsa Fouragnan, Direktorin des BRIC und des CENTUS erklärt: „Die Ergebnisse dieser neuen Studie sind sehr vielversprechend, und wir bauen bereits darauf auf, um zu beurteilen, ob TUS eine wirksame und nicht invasive Therapieoption [für Menschen mit chronischen Schmerzen; Anm. d. Red.] sein könnte.“

(ah/BIERMANN)