Toward connectomic brain stimulation
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projekts konnte gezeigt werden, dass die tiefe Hirnstimulation spezifische Hirn-Netzwerke anregt, welche mit einer symptomspezifischen Linderung einhergehen. Ein Beispiel stellt ein spezifisches Netzwerk für Tremor dar, welches die zerebellothalamozentrale Schleife umfasst. Es konnte ferner gezeigt werden, dass die Netzwerke symptom-, nicht krankheitsspezifisch sind. Im besagten Beispiel zeigte sich dasselbe Netzwerk responsiv bzgl. Linderung von sowohl Ruhetremor bei der Parkinsonerkrankung als auch Aktionstremor beim Essentiellen Tremor Syndrom. Ferner konnte erklärt werden, weshalb tiefe Hirnstimulation im selben Kerngebiet (subthalamischer Kern) zu einer Symptomlinderung bei vier verschiedenen Erkrankungen führt (Parkinson Syndrom, Dystonie, Tourette Syndrom und Zwangstörung). Namentlich ist für jede Erkrankung ein spezifisches und unterschiedliches Netzwerk entscheidend mit unterschiedlichen Projektionen von Großhirnrinde in den subthalamischen Kern. Zuletzt trug die Förderung zur Weiterentwicklung mehrerer wissenschaftlicher Softwarepakete bei, welche Forschenden öffentlich und kostenfrei als Open Source zur Verfügung stehen (Lead-DBS, Lead-OR und Lead-Connectome). Seit 2012 konnten diese Toolboxen über fünfhundert wissenschaftliche Publikationen von internationalen Zentren durch methodische Konzepte im Bereich der klinischen Bildgebung unterstützen. Zusammenfassend sind die Arbeiten entscheidend für die Weiterentwicklung des Konzepts der konnektombasierten Hirnstimulation. Langfristig bieten die Ergebnisse des Projekts die Möglichkeit, eine personalisierte und symptomspezifische Hirnstimulation zu entwickeln, welche durch den Schaltplan des menschlichen Gehirns, das sog. „Konnektom“ informiert wird. Es erfolgten drei Pressemitteilungen seitens der Gastgebenden Institution zu den Projekten, welche zu mehreren Erfolgsberichten in den Publikumsmedien führten: https://www.charite.de/service/pressemitteilung/artikel/detail/nervenbahnen_unter_strom/; https://www.charite.de/service/pressemitteilung/artikel/detail/gezielte_hirnstimulation_gegen_bewegungsstoerungen/; https://www.charite.de/service/pressemitteilung/artikel/detail/wie_entstehen_tics/
Publications
- Connectivity profile of thalamic deep brain stimulation to effectively treat essential tremor. Brain. 2019 Oct 1;142(10):3086-3098
Al-Fatly B, Ewert S, Kübler D, Kroneberg D, Horn A, Kühn AA
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Baldermann JC, Melzer C, Zapf A, Kohl S, Timmermann L, Tittgemeyer M, Huys D, Visser-Vandewalle V, Kühn AA, Horn A, Kuhn J
(See online at https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2018.12.019) - Deep brain stimulation induced normalization of the human functional connectome in Parkinson's disease. Brain. 2019 Oct 1;142(10):3129-3143
Horn A, Wenzel G, Irmen F, Huebl J, Li N, Neumann WJ, Krause P, Bohner G, Scheel M, Kühn AA
(See online at https://doi.org/10.1093/brain/awz239) - A unified connectomic target for deep brain stimulation in obsessive-compulsive disorder. Nature Communications. 2020 Jul 3;11(1):3364
Li N, Baldermann JC, Kibleur A, Treu S, Akram H, Elias GJB, Boutet A, Lozano AM, Al- Fatly B, Strange B, Barcia JA, Zrinzo L, Joyce E, Chabardes S, Visser-Vandewalle V, Polosan M, Kuhn J, Kühn AA, Horn A
(See online at https://doi.org/10.1038/s41467-020-16734-3) - Left Prefrontal Connectivity Links Subthalamic Stimulation with Depressive Symptoms. Ann Neurol. 2020 Jun;87(6):962-975
Irmen F, Horn A, Mosley P, Perry A, Petry-Schmelzer JN, Dafsari HS, Barbe M, Visser-Vandewalle V, Schneider GH, Li N, Kübler D, Wenzel G, Kühn AA
(See online at https://doi.org/10.1002/ana.25734) - A Unified Functional Network Target for Deep Brain Stimulation in Obsessive-Compulsive Disorder. Biological Psychiatry. 2021 Apr 20
Li N, Hollunder B, Baldermann JC, Kibleur A, Treu S, Akram H, Al-Fatly B, Strange BA, Barcia JA, Zrinzo L, Joyce EM, Chabardes S, Visser-Vandewalle V, Polosan M, Kuhn J, Kühn AA, Horn A
(See online at https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2021.04.006) - Connectomic Deep Brain Stimulation for Obsessive-Compulsive Disorder. Biol Psychiatry. 2021 Jul 19
Baldermann JC, Schüller T, Kohl S, Voon V, Li N, Hollunder B, Figee M, Haber SN, Sheth SA, Mosley PE, Huys D, Johnson KA, Butson C, Ackermans L, Bouwens van der Vlis T, Leentjens AFG, Barbe M, Visser-Vandewalle V, Kuhn J, Horn A
(See online at https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2021.07.010) - Lead-OR: A Multimodal Platform for Deep Brain Stimulation Surgery.; 2021
Oxenford S, Roediger J, Milosevic L, Güttler C, Spindler P, Vajkoczy P, Neumann WJ, Kühn A, Horn A
(See online at https://doi.org/10.1101/2021.08.09.21261792) - Subthalamic and pallidal deep brain stimulation: are we modulating the same network? Brain. 2021 Aug 28
Sobesky L, Goede L, Odekerken VJJ, Wang Q, Li N, Neudorfer C, Rajamani N, Al-Fatly B, Reich M, Volkmann J, de Bie RMA, Kühn AA, Horn A
(See online at https://doi.org/10.1093/brain/awab258) - A neural network for tics: insights from causal brain lesions and deep brain stimulation. Brain. 2022:awac009
Ganos C, Al-Fatly B, Fischer JF, Baldermann JC, Hennen C, Visser-Vandewalle V, Neudorfer C, Martino D, Li J, Bouwens T, Ackermanns L, Leentjens AFG, Pyatigorskaya N, Worbe Y, Fox MD, Kühn AA, Horn A
(See online at https://doi.org/10.1093/brain/awac009)
