Anfälle erkennen, bevor sie auftreten

Forscher am MIT und in Harvard bereiten Studien zu einem neuen Gerät zur Behandlung von Epilepsie vor. Im Erfolgsfall wäre es das erste Gerät dieser Art, das Anfälle automatisch erkennt und behandelt, sagt John Guttag , am Computer Science and Artificial Intelligence Lab des MIT, der es zusammen mit einem Kollegen entwickelt hat Ali Schuhb und Steven Schachter , einem Neurologen an der Harvard Medical School in Boston.

Derzeit leiden allein in den Vereinigten Staaten mehr als zwei Millionen Menschen an Epilepsie. Und weltweit ist einer von 100 Menschen davon betroffen. Während etwa die Hälfte von ihnen in der Lage ist, die Erkrankung mit medikamentösen Therapien zu behandeln, kämpfen viele andere ständig darum, die richtigen Medikamente für ihre Erkrankung zu finden. Und für viele Betroffene, beispielsweise solche, deren Epilepsie durch ein Trauma des Gehirns verursacht wird, sind Medikamente keine Option.

Guttag arbeitet an einer technologischen Alternative, bei der ein schrittmacherähnliches Gerät in die Brust des Patienten implantiert wird. An das Gerät angeschlossen ist eine Elektrode, die sich um den Vagusnerv legt, einen großen Nerv, der vom Hirnstamm durch den Hals bis in den Bauch verläuft. Dieser Vagusnervstimulator (VNS) hat zwei Modi, sagt Guttag. Man stimuliert den Nerv in regelmäßigen Abständen elektrisch. Es gebe Hinweise darauf, dass diese periodische Stimulation eine langfristige prophylaktische Wirkung habe, sagt er. Aber das ist Hit oder Miss.

Der andere On-Demand-Modus, der stärkere elektrische Stimulationen verwendet, kann vom Patienten aktiviert werden, wenn ein Anfall auftritt, um ihn zu stoppen. Obwohl nicht genau bekannt ist, warum dies funktioniert, gibt es viele Beweise dafür, dass VNS Anfälle tatsächlich stoppen kann, sagt Guttag.

Aber da ist ein Fang. Um den On-Demand-Modus zu aktivieren, müssen Patienten jedes Mal, wenn sie einen Anfall spüren, ein magnetisches Handgelenkband über ihre Brust streichen, erklärt Schachter von Harvard. Daher muss ein Patient in der Lage sein, die frühen Anzeichen eines Anfalls rechtzeitig zu spüren, um etwas dagegen zu unternehmen.

Nach meinen Erfahrungen kann mehr als die Hälfte den Beginn der Anfälle nicht wahrnehmen, sagt Schachter. Und von denen, die es schaffen, den Magneten zu verwenden, führt nur jeder vierte Fall zu einer Verringerung der Schwere des Anfalls, sagt er. Dies kann auf einen Latenzeffekt zurückzuführen sein: Jede Verzögerung könnte die Symptome weniger wirksam lindern.

Ein Teil des Problems bei VNS besteht darin, dass es sich nicht um ein geschlossenes Regelkreissystem handelt, sagt Steven Rothman , einem Neurologen an der Washington University in St. Louis, MO, was bedeutet, dass es keine Rückmeldung zum Gerät gibt. Er weist darauf hin, dass es effektiver wäre, wenn das System selbst und nicht der Patient den Anfall erkennen könnte.

Eine neue Version des VNS-Geräts von Guttag, die in den nächsten Monaten an 10 bis 20 Patienten getestet wird, versucht dieses Problem zu lösen, indem sie dem Gerät Feedback vom Patienten liefert. Die Gehirnaktivität des Patienten wird mit einem Elektroenzephalogramm (EEG) überwacht, das kontinuierlich von einem Erkennungsprogramm analysiert wird. Wenn ein Anfall erkannt wird, aktiviert das Gerät einen Elektromagneten, der über der Brust des Patienten hängt, der wiederum das implantierte VNS-Gerät aktiviert.

Zunächst werden die EEG-Elektroden als Teil eines Gerätes getragen, das wie eine Badekappe aussieht, sagt Guttag. Es müsste nicht ständig getragen werden, sondern könnte beispielsweise beim Autofahren verwendet werden. Und das langfristige Ziel ist ein viel weniger auffälliges Objekt (Wir könnten es leicht unter ein Haarteil legen). Schließlich könnten die Elektroden dauerhaft unter der Kopfhaut platziert werden, sagt er. In ähnlicher Weise wäre der elektromagnetische Auslösemechanismus in das implantierte VNS-Gerät integriert. Die Mechanik dieses Proof-of-Principle-Aufbaus sei noch grob, sagt Schachter, aber die überaus wichtigen Algorithmen seien zuverlässig.

Tatsächlich ist das Ziel ein Erkennungsprogramm, das gut genug ist, um einen Anfall viel früher zu erkennen, als ein Patient es könnte. Wenn ja, würde ein solches Gerät nicht nur die Schwere der Anfälle drastisch reduzieren, sondern sie möglicherweise auch verhindern.

Ein weiteres Gerät zur Erkennung von Anfällen, der Response Neurostimulator, entwickelt von NeuroPace in Mountain View, CA, befindet sich ebenfalls in der Entwicklung und befindet sich derzeit in klinischen Studien. Dazu gehört auch der Versuch, Anfälle frühzeitig zu erkennen. Anstatt jedoch den Vagusnerv zu stimulieren, stimuliert er das Gehirn elektrisch direkt über Elektroden, die auf der Oberfläche oder im Gehirn implantiert sind.

Theoretisch sollte das Gerät von NeuroPace den Anfall leichter erkennen können, sagt Brian Litt , einem Neurologen und Bioingenieur am Hospital der University of Pennsylvania in Philadelphia, weil solche Detektionselektroden direkt am Gehirn platziert werden können. Im Gegensatz dazu neigen Kopfhautelektroden dazu, viel stärkere Signale aufzunehmen, sagt er.

Was Guttag angeht, hat VNS jedoch einen klaren Vorteil: Es ist weniger invasiv, weil wir nichts in das Gehirn einbringen. Tatsächlich würde ein VNS-Gerät, das automatisch funktionieren könnte, von den Patienten begrüßt, sagt Litt. Im Erfolgsfall könnte es bei Epilepsie das bewirken, was Herzschrittmacher und implantierbare Defibrillatoren bei Herzerkrankungen getan haben, sagt er. Im Moment ist es das Äquivalent zu sagen: „Wenn Sie spüren, dass ein potenziell tödlicher Herzrhythmus sich in die Brust schlägt“.

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