Behandlung von Parkinson durch Hirnstimulation

JW: Liebe Frau Fitzer, welches Thema bearbeiten Sie in Ihrer Promotion?

Fitzer: Meine Promotion beschäftigt sich mit der Modellierung der Interaktion einer ins menschliche Gehirn implantierten Elektrode mit Neuronen, also den umliegenden Gehirnzellen. Diese sogenannte tiefe Hirnstimulation wird bei der Behandlung von Parkinson eingesetzt, um die durch die Krankheit ausgelösten Bewegungsbeschwerden - unkontrollierte Bewegungen, Steifheit - zu lindern. Auch bei anderen Krankheitsbildern wird die Wirkung der tiefen Hirnstimulation untersucht. Dabei sind die genauen Vorgänge im Gehirn bis heute weitgehend unbekannt und Gegenstand aktueller Forschung. Auch kann das Implantat im Gehirn verschiedene Reaktionen auslösen. Das Gewebe kann sich zum Beispiel entzünden. Die Elektrode kann korrodieren und chemische Reaktionen können die elektrischen Eigenschaften der Schnittstelle dauerhaft verändern. Für die Forschung an der Verbesserung dieser Schnittstelle, zum Beispiel neue Materialien für die Elektroden oder neue Erkenntnisse über die genaue Wirkungsweise der Stimulation, eignen sich unter anderem Computermodelle. Diesen Modellen liegen große Systeme aus Differentialgleichungen zugrunde. Deren Berechnung benötigt aufgrund ihrer Größe und Komplexität viel Zeit und Computer mit großen Arbeitsspeicher. Hier möchte ich die „Modellordnungsreduktion“ anwenden.

Modellordnungsreduktion ist ein mathematisches Verfahren, welches diese großen Gleichungssysteme in kleinere „umwandeln“ kann. Damit einher geht natürlich ein Genauigkeitsverlust, der aber in vielen Fällen vertretbar ist. Das reduzierte System ist dann im Idealfall wesentlich schneller lösbar und Ergebnisse so schneller verfügbar.

In diesem Projekt arbeiten wir zusammen mit Wissenschaftlern der Universität Rostock, vom Karlsruhe Institute of Technology, der Universität Freiburg und des Max-Planck-Instituts für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg. Das ist für mich unglaublich spannend.

JW: Wo könnten die Ergebnisse Ihrer Arbeit Anwendung finden?

Fitzer: Meine Arbeit soll einen Beitrag leisten zur Erforschung der Schnittstelle zwischen Elektrode und Neuronen. Ein besseres Verständnis der Wechselwirkung zwischen Elektrode und Neuronen könnte Wissenschaftlern dabei helfen, neue Materialien für die Implantate zu entwickeln, die Art der Stimulation zu optimieren, oder durch andere Erkenntnisse die tiefe Hirnstimulation weiterzuentwickeln. Toll wäre, wenn letztendlich Patienten von verbesserten Behandlungsmethoden profitieren könnten.

JW: Was schätzen Sie an der Jade Hochschule?

Fitzer: An der Jade Hochschule schätze den unglaublich schnellen, unkomplizierten Support bei technischen und organisatorischen Fragen. Da ich nicht am Standort der Hochschule arbeite, ist das für mich sehr wichtig.

Außerdem bin ich begeistert von der kompetenten und tatkräftigen Unterstützung meiner betreuenden Professorin Prof. Dr.-Ing Tamara Bechtold.