eine vielversprechende Behandlung für Depressionen

Depressionen sind eine wachsende Geißel in Kanada und anderswo und gehören dazu Fragen der öffentlichen Gesundheit am wichtigsten nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO). Die Covid-19-Pandemie und die darauf folgenden Eindämmungsmaßnahmen Auswirkungen auf die psychische Gesundheit der Kanadier. Wir planen eine Zunahme der Selbstmorde.

Leider First-Line-Behandlungen für Depressionen, wie Psychotherapie und Medikamente, unwirksam bleiben für einen großen Teil der Patienten, die betreut werden.

Eine neue Art der Behandlung ist jedoch vielversprechend: Neurostimulation. Die Versorgung erfolgt in der Klinik durch einen Techniker, der eine Magnetspule steuert und einige hundert elektromagnetische Impulse an einen ganz bestimmten Bereich des Gehirns abgibt. Die Behandlungen sind schmerzfrei, haben keine Operation oder signifikante Nebenwirkungen und dauern weniger als eine Stunde pro Tag. Die Ergebnisse sind spektakulär. Ein Trugbild?

Als Professor für Neurowissenschaften am Department of Biology der University of Ottawa und als Associate Researcher am Krembil Research Institute in Toronto hat mich meine Forschung in der nichtlinearen Physik zu der unglaublichen Komplexität und dem Reichtum biologischer Systeme geführt in den Neurowissenschaften.

Mit Hilfe der Mathematik und der Leistungsfähigkeit digitaler Berechnungen kann nicht nur besser verstanden werden, wie das Gehirn auf zellulärer Ebene funktioniert, sondern auch, wie sein großes Netzwerk organisiert ist und was bei Krankheiten fehlen kann. Dies kann es ermöglichen, neue Wege für Behandlungen zu identifizieren und deren Wirksamkeit durch Simulationen zu testen. Eine kolossale Aufgabe, an der ich in Zusammenarbeit mit einem interdisziplinären Forscherteam auf der ganzen Welt arbeite.

Die Rückkehr des Elektroschocks

Seit einem Jahrzehnt sind medizinische Behandlungen mit Neurostimulation oder elektromagnetischer Stimulation des Gehirns in den Neurowissenschaften und der Psychiatrie wieder aufgetaucht.

Nach den trüben Tagen des Elektroschocks und anderer Techniken, die eher schlechtes Drücken hatten, versucht die elektrische oder magnetische Stimulation von Neuronen ein Comeback zu erreichen, indem ein viel ausgefeilterer Ansatz und viel schwächere elektrische Ströme verwendet werden. Infolgedessen wird die Neurostimulation bei der Behandlung von Depressionen immer wichtiger, und ihre Wirksamkeit scheint bei vielen Patienten die von Arzneimitteln zu übertreffen.



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Methoden wie transkranielle Magnetstimulation (TMS) werden als sichere und schmerzfreie Optionen gegenüber herkömmlichen pharmakologischen Behandlungen vorgestellt. Ganz zu schweigen davon, dass sie praktisch keine Nebenwirkungen haben und neue Perspektiven hinsichtlich der Manipulation und Kontrolle kognitiver Prozesse eröffnen.

Von aktuelle Metaanalysen identifizierte die positiven und dauerhaften Auswirkungen von TMS-Neurostimulationsbehandlungen auf depressive Patienten, von denen einige die Vorteile bis zu einem Jahr nach der Behandlung gespürt haben.

Bewährte Behandlungen

Diese Behandlungen sind mittlerweile von vielen Aufsichtsbehörden zugelassen, und die klinische Anwendung der Neurostimulation nimmt in vielen Ländern zu. Tragbare SMT-Geräte sind insbesondere in Entwicklungskurs und Genehmigung von Health Canada für einen breiteren und zugänglichen Einsatz. Diese Geräte würden es den Patienten ermöglichen, sich zu Hause zu behandeln, ohne wie derzeit täglich in die Klinik kommen zu müssen.

Intrakranielle Neurostimulation.
Baburov / Wikimedia

Die Herausforderung bleibt jedoch erheblich: Wie kann die Gehirnaktivität genau gesteuert werden? Welche Bereiche und welche Arten von magnetischen Signalen sollten verwendet werden, um die Symptome der Patienten zu lindern? Denn trotz der erstaunlichen Ergebnisse und vielversprechenden Fortschritte sind die Wirkmechanismen der Neurostimulation nach wie vor wenig bekannt. Warum ?

TMS verwendet eine Spule, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das elektrische Ströme im Gehirn induziert. Neuronen sind jedoch Zellen, die über wiederholte elektrochemische Impulse kommunizieren: Das Gehirn ist ein Organ mit im Wesentlichen elektrischen Funktionen. Magnetfelder können daher den Dialog zwischen verschiedenen Bereichen des Gehirns beeinflussen und theoretisch deren Funktion wiederherstellen oder ausgleichen.

Aber das Gehirn, das aus Milliarden von Neuronen mit sich ständig ändernder Dynamik besteht, ist ein Netzwerk von unglaublicher Komplexität. Die Neurostimulation stellt daher Forscher und Kliniker vor ein ganzes Problem: Wo und wie soll stimuliert werden? So sehr, dass empirisch viele Fortschritte mit der Trial-and-Error-Methode erzielt werden.

Eine mathematische Berechnung

Die Mathematik ist an diesem interdisziplinären Abenteuer beteiligt. Was ist, wenn wir durch mathematische Modelle der Schaltkreise des Gehirns verstehen können, wie Stimulation Neuronen beeinflusst und wie sich ihre Auswirkungen ausbreiten?



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Durch die Integration von Bildgebungsdaten des Gehirns wie Magnetresonanz und Elektroenzephalogramm ist es möglich, mithilfe der Mathematik digitale Simulationen zu erstellen, um den Einfluss der Neurostimulation auf die neuronale Aktivität besser zu verstehen. Ein vielversprechender Ansatz könnte es tatsächlich ermöglichen, das Rätsel zu lösen: Betrachten Sie das Gehirn als Pendel!

Machen wir zum besseren Verständnis einen Schritt zurück.

Die Aktivität von Neuronen im Gehirn ist alles andere als zufällig und unregelmäßig. Im Gegenteil, Neuronen in bestimmten Teilen des Gehirns koordinieren ihre Aktivität und reagieren gleichzeitig: Sie synchronisieren sich. Diese Synchronisation der Neuronen des Gehirns erscheint in der Lupe medizinischer Bilder als Wellen oder sehr charakteristische Schwingungen, die auch als zerebrale Rhythmen bezeichnet werden.

Die Aktivität des Gehirns schwingt wie ein Pendel und dieses ständige Hin und Her ermöglicht es uns, die neuronalen Prozesse in Aktion zu sehen. Wie die Wellen auf einem Teich sind Gehirnrhythmen dynamisch und ändern sich entsprechend unseren kognitiven Zuständen. Sie unterscheiden sich bei anhaltender geistiger Anstrengung, bei körperlicher Aktivität, beim Schlafen oder während der Meditation.

Hoffnung auf neurodegenerative Erkrankungen

Forscher glauben, dass Gehirnwellen an den meisten Gehirnprozessen beteiligt sind. Dies sind auch die gleichen Rhythmen, die bei vielen neurodegenerativen Erkrankungen zu fehlen scheinen: Sie fehlen, sind zu stark oder sogar zu langsam.

Was wäre, wenn wir diese Rhythmen mithilfe der Neurostimulation steuern könnten? Das ist die aufkommende Hypothese herausgegeben von einigen Forschern in der Neurostimulation. Mithilfe fortgeschrittener Mathematik und Computersimulationen möchten sie verstehen, wie die Koordination zwischen netzwerkbildenden Neuronen beeinflusst werden kann und inwieweit die elektromagnetische Stimulation zur Steuerung des Gehirnrhythmus beitragen und bei der Entwicklung von Behandlungen für sie verwendet werden kann. neurologische Störungen wie Multiple Sklerose, Parkinson, Schizophrenie und Depression.

Diese Forschung kann helfen, die Rolle dieser Rhythmen für die Funktion des Gehirns besser zu verstehen, den Code zu durchdringen, den Neuronen für die Kommunikation miteinander verwenden, und besser zu verstehen, was bei bestimmten Krankheiten fehlt. Sie können auch die Verwendung von Neurostimulation ermöglichen, um die Rechenkapazität dieser neuronalen Netze zu erhöhen und somit die kognitiven Fähigkeiten und die Kreativität zu erhöhen. Reine Science Fiction? Vielleicht … aber nicht so viel.

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