
Zentrum für Translationale Neuromodulation
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1 Mission
Das Zentrum für Translationale Neuromodulation Berlin ergänzt das stationäre und ambulante Behandlungsangebot der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie (CCM) um innovative Verfahren zur gezielten Beeinflussung der Hirnaktivität mittels nicht-invasiver Hirnstimulation sowie Neurofeedback.
Bei der nicht-invasiven Hirnstimulation wird das zentrale Nervensystem über Magnet- oder elektrische Felder von außen beeinflusst. Beim Neurofeedback befähigt ein entsprechendes Training den Patienten/Probanden, bestimmte Muster elektrischer oder metabolischer Hirnaktivität selbst zu generieren. Es wurde gezeigt, dass beide Verfahren in der Behandlung neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen wirksam sein können
Ziel des Zentrums ist es, diese Verfahren in ein stimmiges Gesamt-Konzept mit psychopharmakologischen, psychotherapeutischen und psychosozialen Interventionen einzubetten und so eine individualisierte und integrative Versorgung zu gewährleisten. Dabei ist der Patientenversorgung ein klinischer und präklinischer Forschungsbereich vorangeschaltet, so dass das Zentrum eine Plattform für klinische Translation bildet. Translation bedeutet, dass neueste Forschungserkenntnisse und Methoden in wirkungsvolle und nebenwirkungsarme Behandlungsansätze übertragen werden.
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2 Methoden
Das Zentrum bietet alle etablierten Methoden der nicht-invasiven Hirnstimulation, u.a. transkranielle magnetische und elektrische Stimulation (TMS/TES, u.a. tDCS, tACS, tRNS), sowie periphere elektrische Stimulation (u.a. transkutane Vagusnervstimulation, tVNS, transkutane Elektrostimulation, TENS). In Kooperation mit der Klinik für Neurochirurgie sowie der Sektion Bewegungsstörungen und Neuromodulation der Klinik für Neurologie wird auch die Tiefe Hirnstimulation (THS) als individueller Heilversuch, bzw. im Rahmen multizentrischer Studien, eingesetzt.
Modernste bildgebende Verfahren, wie strukturelle und funktionelle Kernspintomographie (MRI), EEG-Quellenrekonstruktion, funktionelle Nah-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS), Magnetoenzephalographie (MEG) sowie Positronenemissionstomographie (PET) werden mit Neuronavigationsverfahren kombiniert, um die Effektivität der eingesetzten Neuromodulationsverfahren zu maximieren.
Folgende Erkrankungen stehen im Fokus:
- Depression
- Angststörungen
- Zwangsstörungen
- Schizophrenie
- ADHS
- Tinnitus
- Migräne und chronische Schmerzen
3 Translation innovativer Verfahren
Mit Hilfe bildgebende Verfahren, die elektrophysiologische und metabolische Hirnaktivität in Echtzeit darstellen, sollen Hirnstimulationsverfahren gezielt an den jeweiligen Hirnzustand angepasst werden (Thut et al., 2017). Eine solche closed-loop Stimulation (Zrenner et al., 2016) ermöglicht eine effektivere und nebenwirkungsärmere Beeinflussung krankheitsspezifischer Hirnaktivität. Die closed-loop Stimulation ist aktuell sowohl mit repetitiver TMS (rTMS) als auch mit TES möglich. Im Rahmen multizentrischer Studien (Partner-Zentren: Universitätsklinikum Tübingen und Mainz) untersuchen wir diese Verfahren aktuell in ihrer klinischen Wirksamkeit bei Depressionen. Mit Hilfe eines dreistufigen Verfahren sollen strukturelle und funktionelle neuroplastische Prozesse angestoßen werden, die zu einer Normalisierung gestörter Hirnfunktionen und somit Verringerung krankheitsspezifischer Symptome führen: Mittels einer open-loop Stimulation werden Stimulationsparameter identifiziert, die zu einer zuverlässigen Veränderung von Hirnfunktionen (Aufmerksamkeitsleistung, Emotionskontrolle, Gedächtnis) führen. In einem zweiten Schritt werden die physiologischen Korrelate dieser veränderten Hirnfunktionen auf individueller Ebene charakterisiert (Witkowski et al., 2016; Soekadar et al., 2013; Soekadar et al., 2016; Haslacher, 2020). In einem dritten und letzten Schritt erlernen die Probanden diese physiologischen Korrelate mittels Neurofeedback gezielt zu regulieren (Ruiz et al., 2013; Ruddy et al., 2018; Liew et al., 2016) während eine adaptive brain-state informed (d.h. vom jeweiligen Hirnzustand abhängige) Stimulation sie dabei unterstützt. In Tiermodellen werden Mechanismen und innovative Anwendungen der nicht-invasiven Neuromodulation im Rahmen neuer Indikationsstellungen oder als präventive Intervention untersucht und für die klinische Translation vorbereitet (Rummel et al., 2016; Hadar et al., 2019; Hadar et al., 2016; Hadar et al., 2018; Edemann-Callesen et al., 2015; Edemann-Callesen et al., 2018).
In Kooperation mit der Sektion für Bewegungsstörungen und Neuromodulation der Klinik für Experimentelle Neurologie (Prof. Dr. A. Kühn / Prof. Dr. M. Endres), dem Image Guidance Lab der Klinik für Neurochirurgie (PD Dr. T. Picht / Prof. Vajkoczy) sowie der Clinical Research Unit des Berlin Institute of Health (BIH) (Dr. S. Schmidt) werden gemeinsame methodische sowie translationale Forschungsfragen bearbeitet und in ein integratives Versorgungskonzept übersetzt.
Im Bereich der Grundlagenforschung zur Entwicklung neuer Hirnstimulationsverfahren bestehen Kooperationsprojekte mit der AG Schmitz sowie AG Larkum am Charité Crossover (CCO).
4 Team
Am Zentrum für Translationale Neuromodulation arbeitet ein interdisziplinäres Team aus Ärzten, Wissenschaftlern und Ingenieuren.
Ärztliche und wissenschaftliche Leitung / Koordination
Prof. Dr. med. Surjo R. Soekadar (Leiter des Forschungsbereichs Translation und Neurotechnologie)
Prof. Dr. med. Christine Winter (Leiterin des Forschungsbereichs Translation und Neurotechnologie)
6 Nationale und internationale Kooperationen
Es bestehen nationale und internationale Kooperationen mit
- Prof. Dr. med. Michael Nitsche (Leibniz Institut für Arbeitsforschung, Dortmund)
- Prof. Dr. med. Ulf Ziemann (Universitätsklinik Tübingen, Abt. für vaskuläre Neurologie)
- Dr. med. Christoph Zrenner (Universitätsklinik Tübingen, Klinik für Psychiatrie
- Prof. Dr. Til Ole Bergmann (Universität Mainz, Deutsches Resilienz Zentrum)
- Dr. med. Florian Müller-Dahlhaus (Universitätsklinik Mainz)
- Leonardo G. Cohen, MD (Human Cortical Physiology and Neurorehabilitation Section, National Institute of Neurological Disorders and Stroke, NINDS, Maryland, USA)
- Hagai Bergmann, MD (Hebrew University of Tel Aviv, Israel)
- William T. Regenold, MD (NIMH, Bethesda, USA)
7 Publikationen
- Autoren:Edemann-Callesen H, Habelt B, Wieske F, Jackson M, Khadka N, Mattei D, Bernhardt N, Heinz A, Liebetanz D, Bikson M, Padberg F, Hadar R, Nitsche MA, Winter C
Zeitschrift (Journal):Transl Psychiatry Jahr:2018; Jahrgang (Volume):8Ausgabe (Issue):(1):Seiten (Pages):11.
Titel:Non-invasive modulation reduces repetitive behavior in a rat model through the sensorimotor cortico-striatal circuit - Autoren:Edemann-Callesen H, Voget M, Empl L, Vogel M, Wieske F, Rummel J, Heinz A, Mathé AA, Hadar R, Winter C
Zeitschrift (Journal):Brain Stimul Jahr:2015; Jahrgang (Volume):8Ausgabe (Issue):(4):Seiten (Pages):714-23.
Titel:Medial Forebrain Bundle Deep Brain Stimulation has Symptom-specific Anti-depressant Effects in Rats and as Opposed to Ventromedial Prefrontal Cortex Stimulation Interacts With the Reward System - Autoren:Hadar R, Bikovski L, Soto-Montenegro ML, Schimke J, Maier P, Ewing S, Voget M, Wieske F, Götz T, Desco M, Hamani C, Pascau J, Weiner I, Winter C
Zeitschrift (Journal):Mol Psychiatry Jahr:2018; Jahrgang (Volume):23Ausgabe (Issue):(4):Seiten (Pages):943-951.
Titel:Early neuromodulation prevents the development of brain and behavioral abnormalities in a rodent model of schizophrenia - Autoren:Hadar R, Vengeliene V, Barroeta Hlusicke E, Canals S, Noori HR, Wieske F, Rummel J, Harnack D, Heinz A, Spanagel R, Winter C
Zeitschrift (Journal):Transl Psychiatry Jahr:2016; Jahrgang (Volume):6Ausgabe (Issue):(6):Seiten (Pages):e840.
Titel:Paradoxical augmented relapse in alcohol-dependent rats during deep-brain stimulation in the nucleus accumbens - Autoren:Hadar R, Winter R, Edemann-Callesen H, Wieske F, Habelt B, Khadka N, Felgel-Farnholz V, Barroeta-Hlusicka E, Reis J, Tatarau CA, Funke K, Fritsch B, Bernhardt N, Bikson M, Nitsche MA, Winter C
Zeitschrift (Journal):Mol Psychiatry Jahr:2019; Jahrgang (Volume):[Epub ahead of print]
Titel:Prevention of schizophrenia deficits via non-invasive adolescent frontal cortex stimulation in rats - Autoren:Haslacher D, Nasr K, Robinson SE, Braun C, Soekadar SR
Zeitschrift (Journal):bioRxiv Jahr:2020;
Titel:Stimulation Artifact Source Separation (SASS) for assessing electric brain oscillations during transcranial alternating current stimulation (tACS) - Autoren:Liew SL, Rana M, Cornelsen S, Fortunato de Barros Filho M, Birbaumer N, Sitaram R, Cohen LG, Soekadar SR
Zeitschrift (Journal):Neurorehabil Neural Repair Jahr:2016; Jahrgang (Volume):30Ausgabe (Issue):(7):Seiten (Pages):671-5.
Titel:Improving Motor Corticothalamic Communication After Stroke Using Real-Time fMRI Connectivity-Based Neurofeedback - Autoren:Ruddy K, Balsters J, Mantini D, Liu Q, Kassraian-Fard P, Enz N, Mihelj E, Subhash Chander B, Soekadar SR, Wenderoth N
Zeitschrift (Journal):Elife Jahr:2018; Jahrgang (Volume):7:Seiten (Pages):e40843.
Titel:Neural activity related to volitional regulation of cortical excitability - Autoren:Ruiz S, Lee S, Soekadar SR, Caria A, Veit R, Kircher T, Birbaumer N, Sitaram R
Zeitschrift (Journal):Hum Brain Mapp Jahr:2013; Jahrgang (Volume):34Ausgabe (Issue):(1):Seiten (Pages):200-12.
Titel:Acquired self-control of insula cortex modulates emotion recognition and brain network connectivity in schizophrenia - Autoren:Rummel J, Voget M, Hadar R, Ewing S, Sohr R, Klein J, Sartorius A, Heinz A, Mathé AA, Vollmayr B, Winter C
Zeitschrift (Journal):J Psychiatr Res Jahr:2016; Jahrgang (Volume):81:Seiten (Pages):36-45.
Titel:Testing different paradigms to optimize antidepressant deep brain stimulation in different rat models of depression - Autoren:Soekadar SR, Herring JD, McGonigle D
Zeitschrift (Journal):Neuroimage Jahr:2016; Jahrgang (Volume):140:Seiten (Pages):1-3.
Titel:Transcranial electric stimulation (tES) and NeuroImaging: the state-of-the-art, new insights and prospects in basic and clinical neuroscience - Autoren:Soekadar SR, Witkowski M, Cossio EG, Birbaumer N, Robinson SE, Cohen LG
Zeitschrift (Journal):Nat Commun Jahr:2013; Jahrgang (Volume):4:Seiten (Pages):2032.
Titel:In vivo assessment of human brain oscillations during application of transcranial electric currents - Autoren:Thut G, Bergmann TO, Fröhlich F, Soekadar SR, Brittain JS, Valero-Cabré A, Sack AT, Miniussi C, Antal A, Siebner HR, Ziemann U, Herrmann CS
Zeitschrift (Journal):Clin Neurophysiol Jahr:2017; Jahrgang (Volume):128Ausgabe (Issue):(5):Seiten (Pages):843-857.
Titel:Guiding transcranial brain stimulation by EEG/MEG to interact with ongoing brain activity and associated functions: A position paper - Autoren:Witkowski M, Garcia-Cossio E, Chander BS, Braun C, Birbaumer N, Robinson SE, Soekadar SR
Zeitschrift (Journal):Neuroimage Jahr:2016; Jahrgang (Volume):140:Seiten (Pages):89-98.
Titel:Mapping entrained brain oscillations during transcranial alternating current stimulation (tACS) - Autoren:Zrenner C, Belardinelli P, Müller-Dahlhaus F, Ziemann U
Zeitschrift (Journal):Front Cell Neurosci Jahr:2016; Jahrgang (Volume):19:Seiten (Pages):92.
Titel:Closed-Loop Neuroscience and Non-Invasive Brain Stimulation: A Tale of Two Loops