Forschungsgruppe

Neuromodulation & Neurorehabilitation

Leiter:  PD Dr. med. Christian Grefkes, MBA

Modulation von Gehirnfunktionen bei Gesunden und Patienten - Grundlagen schaffen für neue Konzepte in der Rehabilitation von Schlaganfall-Patienten

Wie wirkt sich ein Schlaganfall auf die motorischen und sensorischen Funktionen des menschlichen Gehirns aus? - Diese Frage steht im Zentrum unserer Forschungsaktivitäten. Des Weiteren konzentrieren wir uns auf die Entwicklung neuer Strategien zum Wiedergewinn von  Bewegungsfunktionen bei Patienten mit motorischen Defiziten.


Abbildung rechts: Änderungen der Hirnaktivität von Schlaganfallpatienten mit einer Handlähmung (fMRT, n = 2 x 12, RFX P < 0.05, korr.)

Störung der strukturellen Integrität des corticospinalen Traktes (CST, blau) durch eine zwei Wochen alte Schlaganfall-Läsion bei einer 35-jährigen Patientin mit Halbseitenlähmung (links T1-gewichtetes MRT, rechts: DTI)

Methoden und Projekte

Funktionelle MRT (fMRT)

Wir verwenden ein Siemens Trio 3 Tesla Gerät zur Akquisition struktureller (T1, T2, FLAIR, DWI, DTI) und funktioneller (EPI: GE, SE, ASL) Bildgebungssequenzen. Zur visuellen Stimulation der Probanden steht eine Videobrille sowie ein LCD-Monitor zur Verfügung, für akustische Experimente liegt ein hochwertiges MR-Kopfhörersystem vor.

Siehe auch: Kernspin-Tomographie (MRT / MRI)

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Neuropharmakologie

Unsere Arbeitsgruppe befasst sich mit den Effekten einer

pharmakologischen Stimulation auf das motorische Verhalten bei Patienten, die nach einer zerebralen Ischämie ein motorisches Defizit aufweisen. Das bessere Verständnis solcher Prozesse soll den Weg zu neuen therapeutischen Möglichkeiten ebnen.

Basierend auf der aktuellen Literatur kommen als Stimulanzien die Wirkstoffe Reboxetin (adrenerg), Fluoxetin (serotonerg) und Levodopa (oder Dopaminagonisten) in Frage. Die Patienten werden in enger Kooperation mit der Neurologischen Klinik der Universität zu Köln in unsere Projekte eingebunden.

  • Die Verhaltenseffekte der medikamentösen Intervention werden einerseits neuropsychologisch evaluiert und andererseits anhand von Bewegungstests ermittelt. Diese Tests greifen verschiedene Bereiche des motorischen Verhaltens ab, beispielsweise Bewegungskinematik, Fingertippen-Frequenz, Analyse der Greifbewegung oder Griffkraftmessung (Nowak et al., 2007).
  • Die neuralen Effekte, die mit der Modulation eines spezifischen Neurotransmitter-Systems assoziiert sind, werden mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanz-Tomographie (fMRT) untersucht. Mit den experimentellen Paradigmen werden sowohl die Veränderung in der Aktivität kortikaler Areale untersucht als auch die Veränderungen in der effektiven Konnektivität zwischen den Arealen - also der Einfluss, den ein Areal auf die Aktivität eines anderen Areals besitzt (dynamic causal modeling, DCM).
  • Läsionen der strukturellen Integrität werden mit Hilfe des Diffusions-Tensor Imaging (DTI) dargestellt. Die direkten pharmakologischen Wirkungen auf molekularer Ebene bewerten wir mit selektiven PET-Tracern. Da der Stimulationseffekt durch ein Pharmakon bei verschiedenen Patienten sehr wahrscheinlich unterschiedlich stark ausfallen wird, kann die PET-Messung dazu beitragen, jene Patienten zu erkennen, die in der Rezeptorverteilung die molekularen Voraussetzungen für ein optimales Ansprechen aufweisen.

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Transkranielle Magnetstimulation

Ein weiterer Ansatz, Hirnaktivität zu modulieren, liegt in der Kombination aus pharmakologischer Stimulation und elektrophysiologischer Intervention wie der transkraniellen Magnetstimulation (TMS). Bislang können die meisten repetitiven TMS-Anwendungen eine Änderung der kortikalen Erregbarkeit für einen Zeitraum zwischen 15 bis 60 Minuten herbeiführen, abhängig vom Stimulationsprotokoll. Die Modulation kortikaler Aktivität mit Hilfe von zentral wirksamen Pharmaka könnte daher mit elektrophysiologischen Parametern der Hirnrinde wechselwirken, was letztlich zu erhöhten und stabileren Interventionseffekten führen könnte.

Solche Effekte wären auch im Rahmen eines neurorehabilitativen Ansatzes als günstig anzusehen, beispielweise in Kombination mit einem Bewegungstraining.

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Echtzeit-Bewegungsanalyse-Systeme

Wir verwenden ein Zebris CMS20S zur 3D-Echtzeit-Bewegungsanalyse. Das Messverfahren basiert auf der Laufzeitmessung von Ultraschallimpulsen, die von zirka 5 mm großen Miniatursendern zu den drei im Empfänger eingebauten Mikrofonen abgegeben werden. Die räumliche Auflösung beträgt etwa 0,1 mm, die zeitliche Auflösung (Abtastrate) 100 Hz. Die Offline-Analyse der Messdaten erlaubt die Berechnung von Bewegungsumfängen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und anderen kinematischen Parametern (siehe Abbildung).

 

Zebris-Bewegungsanalyse-System

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Forschungsschwerpunkte
im Einzelnen:

Modulation von Gehirnfunktionen
bei Schlaganfall-Patienten durch

pharmakologische Intervention
rTMS oder tDCS

Akuter Schlaganfall

Vorträge 

PD Dr. Christian Grefkes

23.01.2013 |  ANIM - Mannheim

Netzwerkstörungen nach Schlaganfall - Neue Erkenntnisse durch Konnektivitätsanalysen

22.03.2013 |  DGKN - Leipzig
Konnektivität und Netzwerke als Basis physiologischer und pathologischer Gehirnfunktion

23.03.2013 |  DGKN - Leipzig
RJK-Curriculum 2: "Dynamic causal modelling (DCM) mit SPM"

Auszeichnungen 2012

Ausgewählter Ort im Wettbewerb "365 Orte im Land der Ideen"

Habilitationspreis der Medizinischen Fakultät der Universität zu Köln - C. Grefkes

Auszeichnungen 2011

Förderpreis der Deutschen Gesellschaft für Neurotrauma­tologie und Klinische Neuro­rehabilitation - A. Rehme

Niels-A.-Lassen-Preis der Deutschen Gesellschaft für Klinische Neurophysiologie (DGKN) - C. Grefkes

Young-Scientist-Award des Kompetenznetz Schlaganfall - C. Grefkes

Kooperationspartner:

Klinik für Neurologie, Uniklinik Köln (Prof. Dr. Fink)

Klinik für Neurochirurgie, Uniklinik Köln (Dr. Weiss, Prof. Dr. Goldbrunner)

Klinik für Psychiatrie, Uniklinik Köln (PREVENT-Studiengruppe)

Institut für Medizin und Neurowissenschaften, Forschungszentrum Jülich (Prof. Dr. Weiß-Blankenhorn, Prof. Dr. Eickhoff)

Sobell Department of Motor Neuroscience and Movement Disorders, UCL Institute of Neurology, London (Prof. Rothwell, Dr. Hamada, Dr. Ward, Dr. Boudrias)