Nervenzellen stimulieren Ohrstöpsel stimuliert Vagusnerv durch elektrische Reize

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Mit stimulierten Reizen am Vagusnerv im Ohr werden im Gehirn motorische Schaltkreise neu vernetzt. Beschädigte Hirnregionen und ihre Funktionen werden wieder hergestellt. Ein chirurgischer Eingriff ist nicht notwendig.

Nach Angaben des Statistischen Bundesamtes sind Herz-Kreislauf-Erkrankungen in Deutschland die häufigste Todesursache. Dabei ist der Schlaganfall weltweit die häufigste Ursache für bleibende körperliche Behinderungen im Erwachsenenalter. Die Betroffenen können alltägliche Bewegungen wie Gehen oder Greifen nicht mehr oder nur noch schlecht ausführen. Ein Grund dafür ist, dass der Schlaganfall Regionen im Gehirn schädigt, die für diese Bewegungen mitverantwortlich sind.

Erste klinische Studien anderer Wissenschaftler zeigen, dass die Stimulation des Vagusnervs eine wichtige Rolle bei der Rehabilitation geschädigter Hirnregionen nach einem Schlaganfall spielt. Die Betroffenen konnten ihre Beweglichkeit schneller und besser wiedererlangen. Doch bis dahin ist dafür eine teure Operation unter Vollnarkose notwendig, denn es muss dazu ein Impulsgeber unter die Haut implantiert werden. In der Regel kann dieser Eingriff erst ein Jahr nach dem Schlaganfall durchgeführt werden. Dadurch verlieren Patienten wertvolle Zeit.

Ein elektrischer Reiz unterstützt das Gehirn

Die ETH-Wissenschaftler Paulius Viskaitis und Dane Donegan vom Rehabilitation Engineering Laboratory haben nun ein neues System entwickelt, mit dem die Stimulation des Vagusnervs in Zukunft viel einfacher und schneller möglich sein wird: „Unser Ohrstöpsel aktiviert den Nerv in der Ohrmuschel mit subtilen elektrischen Reizen. Ein chirurgischer Eingriff ist nicht mehr nötig“, erklärt Viskaitis, der kürzlich ein Pioneer Fellowship der ETH Zürich erhielt, um die Technologie auf den Markt zu bringen.

Neurowissenschaftler Donegan, damals noch an der University of Colorado, konnte zudem vor wenigen Jahren zeigen, dass es nicht nur darauf ankommt, dass man den Vagusnerv stimuliert, sondern auch wann man das tut. Besonders wirksam sind die elektrische Reize nämlich dann, wenn Schlaganfallpatienten Bewegungen ausführen, die ihnen nach dem Schlaganfall motorisch Schwierigkeiten bereiten.

Dadurch werden im Gehirn motorische Schaltkreise neu vernetzt, um die fehlende Funktion jener Regionen zu kompensieren, die durch den Schlaganfall beschädigt wurden. „Vergleichbar mit der Rekonfiguration einer Software fördert der Reiz des Nervs die Neuroplastizität, hilft dabei neue Synapsen zu bilden und unterstützt das Wiedererlernen von Bewegungen“, erklärt Donegan.

Gezielt Stimulieren mit Bewegungssensor

Ein weiterer Nachteil der Behandlung mit implantiertem Sensor ist, dass ein Therapeut oder eine Therapeutin den Stimulator manuell bedienen muss. Das ist kostspielig und zeitintensiv. Die zwei ETH-Forscher haben daher einen Bewegungssensor entwickelt, der einer Smartwatch ähnlich ist. Diesen tragen Schlaganfallpatienten dort, wo ihre Motorik beeinträchtigt ist – so zum Beispiel am rechten Arm. Mittels einer speziellen Software, die ebenfalls von Viskaitis und Donegan entwickelt wurde, analysiert der Sensor die Bewegungen des Arms in Echtzeit und teilt dem Ohrstöpsel mit, wann der Patient diesen besonders gut bewegt hat.

Daraufhin wird der Vagusnerv stimuliert, und das Gehirn prägt sich den richtigen Bewegungsablauf schneller und wirksamer ein. Im Fachjargon wird dieser Ablauf Verstärkendes Lernen genannt. 

Video: Erholung von Schlaganfall durch Ohrstöpsel

Therapiefortschritt per Smartphone

Im Unterschied zu bestehenden Behandlungsmethoden können Schlaganfallpatienten die Technologie der ETH-Forscher ohne professionelle Betreuung nutzen. Zudem soll der Bewegungssensor Therapeuten ermöglichen, den Fortschritt ihrer Patienten ganz bequem auf dem Smartphone zu beobachten. Davon erwarten sich die ETH-Forscher weitere Fortschritte bei der Behandlung.

Viskaitis und Donegan wollen noch diesen Sommer ein ETH-Spin-off gründen und möglichst schnell Tests mit gesunden Menschen durchführen. Anschließend planen sie die erste klinische Studie.

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