Motorische Reorganization

In der neurochirurgischen Onkologie ist das Ziel jeder präoperativen Planung, ein größtmögliches Resektionsausmaß zu erreichen, unter der Prämisse des geringsten Risikos für ein neues neurologisches Defizit. So ist die topographische Zuordnung funktionstragender Hirnrindenareale im Bezug zum Tumor von entscheidender Bedeutung, sowohl für die Abwägung des resektionsbedingten Risikos, wie auch für die Planung der operativen Strategie. Bei Vorliegen einer veränderten Anatomie, etwa aufgrund des verdrängenden Tumorwachstums bzw. -ödems oder aber bereits stattgefundener plastischer Reorganisation, ist diese Abwägung basierend auf anatomischer Bildgebung erschwert oder nicht möglich (Picht et al. Neurosurgery 2011, Duffau et al., J Neurosurg. 2003) 

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Projektleiterin

Projekte

Reorganisation des motorischen Kortex bei Patienten mit hirneigenen Tumoren

Für das Verständnis kortikaler Repräsentation von Funktion erfolgte in den letzten Jahren ein Paradigmenwechsel, weg von der klassischen Theorie eines statisch modularen Systems hin zum Konzept eines dynamischen und adaptiven kortiko- subkortikalen Netzwerkes (Hodotopisches Konzept, De Benedictis et al., Neurosurgery. 2011). Durch synaptische Plastizität, funktionelle Umwidmung, wie auch Aktivierung latenter Netzwerke wird eine funktionelle Reorganisation zur Kompensation oder Rehabilitation von neurologischen Defiziten ermöglicht (De Benedictis et al., Neurosurgery. 2011).

Durch diese Erkenntnisse können Patient*innen mit Tumoren in funktionstragenden Arealen welche noch vor einigen Jahren aufgrund des hohen Risikos eines postoperativen Defizits als nicht resektabel galten nun dennoch einer operativen Therapie zugeführt werden. Dies gilt auch für Situation eines Rezidivtumors, denn auch hier kann das motorische Areal durch kortikale Reorganisation soweit verlagert sein, dass eine erneute Resektion mit einem vertretbaren Risiko durchgeführt werden kann.

 

Motorische Reorganisation bei chronischer cerebrovaskulärer Ischämie

Patientinnen und Patienten mit einer Stenose der hirnversorgenden Gefäße (Stenose Arteria carotis, Moya Moya Krankheit) leiden häufig an wiederholten kurzzeitigen neurologischen Ausfallserscheinugngen (Transitorische ischämische Attacke) sowie hämodynamisch bedingten Schlaganfällen (Grenzzoneninfarkte). Eine chirurgische Therapieoption zur Prävention weiterer Schlaganfälle ist die Anlage eines Extra-Intrakraniellen Bypasses (STA-MCA Bypass).

So war es das Ziel einer Pilotstudie mit 39 Patientinnen und Patienten, das motorische Netzwerk im Zustand einer chronischen cerebrovaskulären Ischämie und nach erfolgter operativer Revaskularisierung zu untersuchen.

Hier konnten das Potenzial des motorischen Systems, durch eine angepasste Kortexarchitektur und Funktionalität den Zustand einer chronischen Minderperfusion zu kompensieren dargestellt werden. Diese funktionelle Reorganisation zur Sicherstellung einer suffizienten motorischen Funktion trotz reduzierter Perfusionsverhältnisse führte zu dem Konzept des ‚überwinternden Gehirns’ („hibernating brain“). Entgegen der traditionellen Annahme, neuronale Funktion sei bis zu einer bestimmten Perfusionsschwelle uneingeschränkt, bei unterschreiten dieser jedoch unwiderruflich geschädigt, zeigen unsere ersten Ergebnisse eine graduelle Anpassung neuronaler Aktivität an ein reduziertes Perfusionsniveau. Dieser Zustand der ‚neuronal hibernation’ spiegelt nicht nur das Potenzial des motorischen Systems wieder, drohende neurologische Defizite zu kompensieren, sondern könnte möglicherweise als prognostischer Parameter helfen, Patientinnen und Patienten zu identifizieren, die besonders von einer Bypassoperation profitieren.

Die Kortikospinale Reserve: Änderung des motorischen Netzwerkes bei cervikaler Myelopathie

Schädigungen des zervikalen Rückenmarks führen zu neurophysiologischen Veränderungen auf spinaler sowie zerebraler Ebene. Diese Veränderungen unterscheiden sich je nach Schädigungsausmaß sowie der zeitlichen Dynamik der Schädigung. Die dezidierte Analyse der neurophysiologischen Vorgänge bei Rückenmarksschädigung kann einerseits zu einem besseren Verständnis der pathophysiologischen Vorgänge führen und andererseits helfen, die Therapieoptionen anhand der individuellen neurophysiologischen Messwerte zu objektivieren.

In einer Pilotstudie mit 18 Patientinnen und Patienten sowie 8 Probandinnen und Probanden konnte unsere Arbeitsgruppe bei Patientinnen und Patienten mit cervikaler Myelopathie eine funktionelle Reorganisation auf spinaler wie auch kortikaler Ebene nachweisen. In Analogie zu den vorangegangenen Ergebnissen bei Patientinnen und Patienten mit traumatischer oder aber entzündlicher Rückenmarksschädigung konnte in unseren Ergebnissen anhand eines kleinen Patientenkollektivs bereits eine Assoziation einer vermehrten Rekrutierung von supplementär motorischen Arealen sowie erniedrigter kortikospinaler Hemmung mit einem günstigeren klinischen Verlauf gezeigt werden. Bei bildmorphologisch ähnlich fortgeschrittenen Krankheitsbildern wies die nTMS Analyse bei Patientinnen und Patienten mit klinisch nur geringer Symptomatik eine ausgeprägte funktionelle Reorganisation nach, und zeigte andererseits bei Patientinnen und Patienten mit schweren neurologischen Ausfällen, dass diese Kompensationsmechanismen erschöpft waren.

Dieses Projekt erhielt 2016 den Forschungsförderungspreis der Deutschen Gesellschaft für Wirbelsäulenchirurgie und 2018 den 1. Vortragspreis beim Jahreskongress der DWG in Wiesbaden. Diese Fördermitteln ermöglichten nun das Konzept der ,kortikospinalen Reserve‘ an einem größeren Patienten- und Probandenkollektiv als Multizentrische Studie ,CReMe‘ (Cerebral Reorganization in Myelopathy) mit den Studienzentren Charité Berlin, TU München, Uniklinik Köln und Inselspital Bern zu untersuchen.

NTMS gestützte Traktographie bei Hirnstammtumoren

Operative Eingriffe im Bereich des Hirnstammes sind aufgrund der dichten anatomischen Lage essentieller Strukturen mit einer hohen Morbidität und Mortalität vergesellschaftet. Kann jedoch eine Tumorresektion dennoch durchgeführt werden, so kann das onkologische Outcome deutlich verbessert werden und bei manchen Pathologien sogar eine Heilung erzielt werden. Die Wahl der chirurgischen Strategie insbesondere des operativen Zugangsweges sind kritische Schritte zur Reduktion der postoperativen Morbidität. Der Hauptfokus dieses Projektes beruht auf der Darstellung der motorischen Faserbahnen (Pyramidenbahn) in Lagebeziehung zum Tumor wie auch Prüfung deren Funktionalität. Hierbei werden die Ergebnisse der NTMS Untersuchung mit der MR Diffusionsmessung kombiniert, um somit eine NTMS gestützte Traktografie durchzuführen (Frey et al, Neuroimage 2013). Ziel ist hierbei anhand der NTMS Daten die essentiell funktionstragenden Bahnen zu identifizieren um somit das Risiko eines neuen motorischen Defizits nach einer Resektion besser abschätzen zu können und im Falle einer Operation die optimale chirurgische Strategie zu wählen.

Doktoranden

Fabia Roth

Doktorandin

Leona Kawelke

Doktorandin

Meltem Ivren

Doktorandin

Andia Mirbagheri

Doktorandin