Gezielte Hirnstimulation mit Ultraschall – Studie bringt neue Hoffnung bei Depression und Parkinson

Neurologische Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson oder Depressionen gelten als schwer behandelbar. Medikamente wirken nicht bei allen Patienten, operative Eingriffe sind oft mit Risiken verbunden. Ein internationales Forschungsteam hat nun eine neue Methode vorgestellt, mit der sich Hirnnetzwerke gezielt stimulieren lassen – allein durch Schallwellen. Möglich macht das eine spezielle Form der Ultraschall-Hirnstimulation.

Hinter der Entwicklung steht ein Team der ETH Zürich, der Universität Zürich und der New York University. Im Unterschied zu bisherigen Verfahren regt die Technik nicht nur einen Punkt im Gehirn an, sondern gleich mehrere gleichzeitig. Drei bis fünf Stellen lassen sich dabei präzise ansteuern – ähnlich exakt wie mit einem Laser.

„Das Gehirn funktioniert in Netzwerken“, erklärt Projektleiter Daniel Razansky. „Es ist daher einfacher, ein Hirnnetzwerk anzuregen oder zu dämpfen, wenn man das an mehreren Punkten gleichzeitig macht.“

Ultraschall-Hirnstimulation mit geringerer Belastung

Die Anwendung bleibt vollkommen nicht-invasiv. Das Gerät wird lediglich außen auf den Kopf gesetzt. Die Ultraschallwellen durchdringen die Schädeldecke und treffen punktgenau auf die vorgesehenen Bereiche im Gehirn. Ein chirurgischer Eingriff ist nicht erforderlich. Da mehrere Zonen gleichzeitig stimuliert werden, kann die Intensität deutlich niedriger gewählt werden als bei bisherigen Verfahren.

„Je weniger intensiv der Ultraschall, desto sicherer ist das für das Gehirn“, so Razansky. Den Experten zufolge verringert sich dadurch das Risiko für Gefäßschäden oder Überhitzung spürbar.

So erzeugt das System millimetergenaue Brennpunkte

Kernstück der neuen Methode ist ein halbkugelförmiges Array mit 512 Ultraschall-Wandlern. Jeder von ihnen erzeugt einen kleinen Impuls. Die Wellen überlagern sich so, dass im Gehirn mehrere scharfe Brennpunkte entstehen – vergleichbar mit einem dreidimensionalen Hologramm.

Das System arbeitet mit einer Frequenz von 3 Megahertz. Die Fokuszonen sind rund 250 Mikrometer breit. Mithilfe einer speziellen Bildgebung über Calcium-Fluoreszenz können die Wissenschaftler in Echtzeit verfolgen, wo die Schallwellen wirken.

Bessere Wirkung bei weniger Energie

Ein Rechenmodell zeigt, dass die gleichzeitige Stimulation mehrerer Hirnbereiche eine verstärkende Wirkung erzielt. Die Aktivierung einzelner Areale reicht oft nicht aus, um ein gesamtes Netzwerk in Gang zu setzen. Wenn jedoch mehrere Stellen gleichzeitig angesteuert werden, genügt bereits eine deutlich geringere Energiemenge.

Die wichtigsten Effekte im Überblick:

• Die Reaktionsschwelle sinkt auf weniger als die Hälfte
• Die Stimulation wirkt stabiler und gezielter
• Die Netzwerke reagieren stärker und koordinierter

Perspektive für viele Betroffene

Bislang wurde das Verfahren nur an Mäusen getestet. Doch die Methode könnte künftig Menschen helfen, bei denen Medikamente nicht anschlagen oder ein Eingriff zu riskant wäre. Dazu gehören Patienten mit Alzheimer, Parkinson, chronischen Depressionen oder nach einem Schlaganfall.

Die Forscher sehen vor allem Vorteile bei der gezielten Aktivierung ganzer Hirnnetzwerke. Viele neurologische Symptome entstehen nicht durch eine einzelne gestörte Stelle, sondern durch fehlerhafte Verbindungen im Netzwerk – genau hier setzt die Methode an.

Kurz zusammengefasst:

• Forscher der ETH Zürich und Partneruniversitäten haben eine „holografische“ Ultraschalltechnik entwickelt, die drei bis fünf Punkte im Gehirn gleichzeitig ansteuert und so ganze Netzwerke präziser beeinflusst.
• Die Kombination aus Ultraschall und Hirnstimulation erlaubt schwächere, gezielte Impulse, senkt Risiken wie Überhitzung oder Gefäßschäden deutlich und kommt ohne chirurgischen Eingriff aus.
• Die Technik könnte künftig schonende Behandlungen für Alzheimer, Parkinson, Epilepsie oder Depressionen ermöglichen und bietet gleichzeitig neue Wege für die Hirnforschung.

Übrigens: Auch bei der Wasserreinigung entfaltet Ultraschall seine Kraft – Forscher nutzen die Wellen, um winzige Kristalle mit Cobalt zur Höchstleistung zu bringen. So lassen sich Schadstoffe bis zu 28-mal schneller abbauen als mit herkömmlichen Verfahren. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © DALL-E