DE102007038160B4

DE102007038160B4 - Vorrichtung zur Stimulation des Riechepithels

Info

Publication number: DE102007038160B4
Application number: DE102007038160A
Authority: DE
Inventors: Peter Tass; Volker Sturm; Joachim E. Zöller
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH; Universitaet zu Koeln
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2007-08-13
Filing date: 2007-08-13
Publication date: 2013-11-21
Anticipated expiration: 2027-08-14
Also published as: DE102007038160A1; WO2009021481A1

Abstract

Vorrichtung (100; 200; 300; 400; 900) umfassend: – eine Generatoreinheit (1) zum Erzeugen von elektrischen Stimulationssignalen, und – eine mit der Generatoreinheit (1) verbundene, implantierbare Riechepithelstimulationseinheit (2) zur Stimulation von Zellen des Riechepithels (3) mit den Stimulationssignalen, wobei – die Riechepithelstimulationseinheit (2) N Stimulationskontaktflächen (402) aufweist und N ≥ 2 gilt, – über verschiedene der Stimulationskontaktflächen (402) applizierte Stimulationssignale zeitlich verschoben sind, und – die zeitliche Verschiebung zwischen jeweils zwei der Stimulationskontaktflächen (402) 1/(f × N) beträgt und f eine Frequenz im Bereich von 1 bis 10 Hz ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stimulation des Riechepithels. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Behandlung psychiatrischer und/oder neurologischer Erkrankungen.
Affektive Erkrankungen, insbesondere Depressionen, Zwangserkrankungen, Schizophrenie und Autismus sowie bestimmte Formen der Epilepsie haben ihre Ursache in einer Fehlfunktion von Hirnzellen. Die genannten psychiatrischen und neurologischen Erkrankungen werden zur Zeit u. a. medikamentös und psychotherapeutisch behandelt. Allerdings sind derartige Behandlungen nur bei einem Teil der Patienten effektiv, z. B. sind ca. 10% aller depressiven Patienten konservativ nicht ausreichend behandelbar.
Die Schrift US 6,374,140 B1 beschreibt eine Vorrichtung zur Stimulation des olfaktorischen Systems.
Vor diesem Hintergrund wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung eine Generatoreinheit und eine mit der Generatoreinheit verbundene Stimulationseinheit. Die Generatoreinheit dient zum Erzeugen von elektrischen Stimulationssignalen. Die Stimulationseinheit stimuliert mit den Stimulationssignalen Zellen des Riechepithels.
Die Vorrichtung kann zur Behandlung einer psychiatrischen und/oder neurologischen Erkrankung verwendet werden.
Ferner kann die Vorrichtung zur Desynchronisation von krankhaft synchronen Neuronenverbänden des limbischen Systems eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 300 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
4A bis 4C schematische Darstellungen einer Elektrode 400;
5 eine schematische Darstellung einer Hochfrequenz-Dauerstimulation;
6 eine schematische Darstellung einer mittels einer Stimulationskontaktfläche applizierten Sequenz von Pulszügen 600;
7 eine schematische Darstellung von mittels mehrerer Stimulationskontaktflächen applizierten Sequenzen von Pulszügen 600;
8 eine schematische Darstellung eines Pulszugs 600; und
9 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 900 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
In 1 ist schematisch eine Vorrichtung 100 dargestellt, die eine Generatoreinheit 1 und eine mit der Generatoreinheit 1 verbundene Stimulationseinheit 2 beinhaltet. Während des Betriebs der Vorrichtung 100 erzeugt die Generatoreinheit 1 elektrische Stimulationssignale, die in die Stimulationseinheit 2 eingespeist werden und von der Stimulationseinheit 2 zur Stimulation von Zellen verwendet werden. Die Vorrichtung 100 ist dazu geeignet oder dazu bestimmt, dass mittels der Stimulationseinheit 2 Zellen, beispielsweise Riechsinneszellen, des Riechepithels 3 eines Menschen oder eines Säugetiers stimuliert werden. Insbesondere haltet es sich bei der Stimulationseinheit 2 um eine Riechepithelstimulationseinheit.
Die Vorrichtung 100 kann insbesondere zur Behandlung von affektiven Erkrankungen, beispielsweise Depressionen, Zwangserkrankungen, Schizophrenie, Autismus sowie Epilepsie verwendet werden.
Die vorstehend genannten Erkrankungen haben ihre Ursache in einer Fehlfunktion der Kommunikation von Nervenzellverbänden des limbischen Systems im Gehirn. Diese Fehlfunktionen werden durch abnorme bioelektrische Aktivität und der damit verbundenen fehlerhaften Konnektivität der Nervenzellverbände verursacht.
Das limbische System besteht aus phylogenetisch (entwicklungsgeschichtlich) alten kortikalen und subkortikalen Hirnarealen, die den Hirnstamm annähernd ringförmig umfassen und Teile des Neokortex mit Arealen des Hirnstamms verbinden, die u. a. die Produktion der wichtigsten Neurotransmitter steuern. Abgesehen von weniger relevanten visuellen, akustischen und taktilen Afferenzen (d. h. Input) werden große Teile des limbischen Systems vom olfaktorischen System (Riechsystem) innerviert. Im Gegensatz zu niedrigeren Säugern und Makrosmatikern (Tieren, bei denen das Riechsystem wichtige bzw. die wichtigsten Orientierungsfunktionen übernimmt) dienen die innervierten Areale nur noch teilweise der direkten Riechfunktion. Sie übernehmen unterschiedlichste, andere Aufgaben, z. B. im Bereich der Geschmacksempfindung, der Gefühlsverarbeitung und der Gedächtnisfunktionen. Insbesondere die Gefühlsverarbeitung ist bei unterschiedlichen psychiatrischen Erkrankungen, z. B. der Depression, massiv gestört.
Die Geruchswahrnehmung erfolgt durch chemische Aktivierung von Nervenzellen, die dem Nasenseptum (Nasenscheidewand) und dem Dach der Nasenhöhle anliegen. Eine dünne knöcherne Platte der medialen vorderen Schädelbasis, die siebartig durchlöchert ist, Lamina cribrosa, trennt die Nervenzellen vom Bulbus olfaktorius (Riechkolben), der dieser Platte direkt aufliegt. Nervenzellen und Bulbus olfaktorius sind durch dünne Nervenfasern verbunden. Jede einzelne Nervenfaser setzt sich dann, von den anderen Fasern segregiert, in dem Bulbus olfaktorius fort und geht in den Tractus olfactorius über, der sich etwas weiter posterior (hinten) in zwei Fasersysteme teilt, die Stria olfactoria medialis und die Stria olfactoria lateralis. Über diese Verbindungen werden nun weite Teile des limbischen Systems innerviert. Der wesentliche Zugang zum limbischen System über periphere Sinnessysteme erfolgt also über das beschriebene olfaktorische System.
Bei bestimmten Erkrankungen, wie z. B. den weiter oben genannten Erkrankungen, generieren Nervenzellverbände des limbischen Systems anhaltend krankhafte neuronale Aktivität und eine damit verbundene krankhafte Konnektivität (Netzwerkstruktur). Dabei bilden eine große Anzahl von Neuronen synchron Aktionspotentiale aus, d. h. die beteiligten Neuronen feuern übermäßig synchron. Bei gesunden Menschen feuern die Neuronen im limbischen System qualitativ anders, z. B. auf unkontrollierte Weise. Im Fall der oben beschriebenen Erkrankungen liegt die mittlere Frequenz der krankhaften rhythmischen Aktivität der betroffenen (synchron feuernden) Neuronenverbände etwa im Bereich von 1 bis 10 Hz, kann aber auch außerhalb dieses Bereichs liegen.
Durch die mit Hilfe der Vorrichtung 100 durchführbare Elektrostimulation werden die Riechsinneszellen des Riechepithels (Riechschleimhaut) stimuliert und die von den Riechsinneszellen aufgenommenen Stimulationssignale über die Nervenverbindungen an das limbische System weitergeleitet. Die über das Riechepithel zum limbischen System gelangten Stimulationssignale korrigieren die krankhafte neuronale Aktivität im limbischen System. Darüber hinaus wird durch die Stimulation eine Neuorganisation der Konnektivität der gestörten neuronalen Netzwerke erzielt, sodass lang anhaltende therapeutische Effekte bewirkt werden können. Hierzu werden neben einer dauerhaften Hochfrequenzstimulation insbesondere Stimulationsverfahren verwendet, welche durch eine Desynchronisation der krankhaft synchron feuernden Neuronen zu einem Abbau krankhaft starker synaptischer Verbindungen führen.
Die Vorrichtung 100 kann beispielsweise in einem sogenannten „open loop”-Modus betrieben werden, bei welchem die Generatoreinheit 1 vorgegebene elektrische Stimulationssignale erzeugt und diese über die Stimulationseinheit 2 an das Riechepithel abgegeben werden. Des Weiteren kann die Vorrichtung 100 auch zu einer in 2 gezeigten Vorrichtung 200 weitergebildet werden, welche ein sogenanntes „closed loop”-System darstellt. Die Vorrichtung 200 enthält zusätzlich noch eine Messeinheit 4, welche Messsignale von Zellen, insbesondere Riechsinneszellen des Riechepithels und/oder das EEG der orbito-frontalen Hirnrinde aufnimmt und diese an die Generatoreinheit 1 weiterleitet. Es kann vorgesehen sein, dass die Generatoreinheit 1 anhand der von der Messeinheit 4 aufgenommenen Messsignale die Stimulationssignale generiert. Die Messeinheit 4 kann in Form eines oder mehrerer Sensoren beispielsweise in das Riechepithel implantiert werden. Die Sensoren können beispielsweise als Elektroden, insbesondere zur Messung von neuronaler und/oder vegetativer Aktivität, oder als Beschleunigungsmesser ausgeführt sein. Insbesondere kann mittels der Messeinheit 4 die physiologische Aktivität in dem stimulierten Gebiet oder einem damit verbundenen Gebiet, wie z. B. dem limbischen System, insbesondere dem orbito-frontalen Cortex, einem wichtigen Teil des limbischen Systems, gemessen werden. Zusätzlich kann die Messeinheit 4 entweder im Gehirn, z. B. in limbischen Strukturen des Gehirns, oder epidural, d. h. zwischen harter Hirnhaut und Schädelknochen implantiert sein.
Hinsichtlich des Zusammenwirkens der Generatoreinheit 1 mit der Messeinheit 4 sind verschiedene Ausgestaltungen denkbar. Beispielsweise kann von der Generatoreinheit 1 eine bedarfsgesteuerte Stimulation durchgeführt werden. Hierzu detektiert die Generatoreinheit 1 anhand des von der Messeinheit 4 aufgenommenen Messsignals das Vorhandensein und/oder die Ausprägung eines oder mehrerer krankhafter Merkmale. Beispielsweise kann die Amplitude oder der Betrag der neuronalen Aktivität von Neuronenverbänden des limbischen Systems gemessen werden und mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen werden. Die Generatoreinheit 1 kann so ausgestaltet sein, dass eine Stimulation gestartet wird, sobald der vorgegebene Schwellwert überschritten wird. Alternativ zum Steuern der Zeitpunkte der Stimulation anhand der von der Messeinheit 4 aufgenommenen Messsignale oder zusätzlich dazu kann von der Generatoreinheit 1 anhand der Ausprägung der krankhaften Merkmale beispielsweise die Stärke der Stimulationssignale eingestellt werden. Z. B. können ein oder mehrere Schwellwerte vorgegeben werden, und bei einem Überschreiten der Amplitude oder des Betrags des Messsignals über einen bestimmten Schwellwert stellt die Generatoreinheit 1 eine bestimmte Stärke der Stimulationssignale ein.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die von der Messeinheit 4 aufgenommenen Messsignale direkt oder gegebenenfalls nach einem oder mehreren Verarbeitungsschritten als Stimulationssignale verwendet werden und von der Generatoreinheit 1 in die Stimulationseinheit 1 eingespeist werden. Beispielsweise können die Messsignale verstärkt und gegebenenfalls nach mathematischer Verrechnung (z. B. nach Mischung der Messsignale) mit mindestens einer Zeitverzögerung und beispielsweise linearen und/oder nichtlinearen Verrechnungsschritten und Kombinationen prozessiert und in mindestens einen Stimulationskontakt der Stimulationseinheit 2 eingespeist werden. Die Verarbeitungsschritte der Messsignale werden hierbei so gewählt, dass der krankhaften neuronalen Aktivität entgegengewirkt wird und das Stimulationssignal mit abnehmender krankhafter neuronaler Aktivität ebenfalls verschwindet oder zumindest deutlich in seiner Stärke reduziert wird.
In 3 ist schematisch eine Vorrichtung 300 gezeigt, die eine Weiterbildung der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen 100 oder 200 dargestellt. Die Vorrichtung 300 enthält neben der Generatoreinheit 1 zwei Stimulationseinheiten 21 und 22, die jeweils in einem der durch die Nasenscheidewand getrennten Bereiche der Nasenhöhle und dort in dem jeweiligen Riechepithel 31 bzw. 32 platziert sind. Optional kann die Vorrichtung 300 Messeinheiten 41 und 42 aufweisen, die ebenfalls in den Riechepitheln 31 bzw. 32 platziert sind und die einen Betrieb der Vorrichtung 300 in dem oben beschriebenen „closed loop”-Betrieb ermöglichen.
In den 4A bis 4C ist schematisch eine Elektrode 400 dargestellt, wie sie beispielsweise als Stimulationseinheit 2, 21 oder 22 eingesetzt werden kann. Die Elektrode 400 besteht aus einem isolierten Elektrodenschaft 401 und mindestens einer, beispielsweise mehr als zwei oder mehr als vier oder mehr als fünfzehn Stimulationskontaktflächen 402, die in den Elektrodenschaft 401 eingebracht worden sind, sowie einer Haltevorrichtung 403 und einem Elektrodenkabel 404. Sowohl der Elektrodenschaft 401 als auch die Stimulationskontaktflächen 402, die Haltevorrichtung 403 und die Isolation des Elektrodenkabels 404 sind aus biokompatiblen Materialien hergestellt. Die Stimulationskontaktflächen 402 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall, gefertigt und befinden sich nach der Implantation in direktem elektrischen Kontakt mit dem Nervengewebe des Riechepithels. Jede der Stimulationskontaktflächen 402 kann über eine eigene Zuleitung angesteuert werden bzw. es können über die Zuleitungen die aufgenommenen Messsignale abgeführt werden. In dem vorliegenden Beispiel enthält die Elektrode 400 insgesamt 26 Stimulationskontaktflächen 402, die in zwei Reihen mit jeweils 13 Stimulationskontaktflächen 402 angeordnet sind. Neben den Stimulationskontaktflächen 402 kann die Elektrode 400 noch eine in den 4A bis 4C nicht dargestellte Referenzelektrode aufweisen, deren Oberfläche typischerweise größer als die der Stimulationskontaktflächen 402 ist. Die Referenzelektrode wird bei der Stimulation des Nervengewebes zur Erzeugung eines Referenzpotentials eingesetzt. Alternativ kann auch eine der Stimulationskontaktflächen 402 zu diesem Zweck verwendet werden.
Neben ihrer Funktion als Stimulationseinheit 2 kann die Elektrode 400 auch als Messeinheit 4 eingesetzt werden. In diesem Fall werden über mindestens eine der Kontaktflächen 402 Messsignale aufgenommen.
Die Haltevorrichtung 403 kann in einen Fräskanal im Nasenbein implantiert werden und durch eine aufgeschraubte miniaturisierte Metallplatte am Knochen fixiert werden. Die Haltevorrichtung 403 hält den Elektrodenschaft 401 in der gewünschten Position. Der Elektrodenschaft 401 wird von unten gegen das Riechepithel gedrückt, sodass die Stimulationskontaktflächen 402 eine sichere Verbindung mit den Zellen des Riechepithels eingehen.
Das Elektrodenkabel 404 ist flexibel, elektrisch isoliert und wesentlich dünner als die Haltevorrichtung 403. Das Elektrodenkabel 404 verläuft unter der Haut und verbindet die Stimulationskontaktflächen 402 mit der Generatoreinheit 1.
In 4A ist die Elektrode 400 in einer Seitenansicht dargestellt. Der Elektrodenschaft 401 weist eine Breite und eine Dicke im Bereich von 1 bis 3 mm, insbesondere im Bereich von 1,5 bis 2 mm auf sowie eine Länge im Bereich von 7 bis 20 mm, insbesondere im Bereich von 8 bis 10 mm und beispielsweise 9 mm. Der Elektrodenschaft 401 und die Haltevorrichtung 403 sind miteinander verbunden und bilden miteinander einen Winkel φ im Bereich von 35° bis 55°, insbesondere im Bereich von 40° bis 50° und insbesondere von ca. 45°. Nach der Implantation bedeckt die Elektrode 400 beispielsweise etwas weniger als die Hälfte des unterhalb der Lamina cribrosa lokalisierten Riechepithels; sie kann aber auch die gesamte Lamina cribrosa und das darunter liegende Riechepithel bedecken.
In 4B ist die Elektrode 400 in einer Vorderansicht gezeigt. Auch in dieser Perspektive bilden der Elektrodenschaft 401 und die Haltevorrichtung 403 miteinander einen Winkel λ im Bereich von 35° bis 55°, insbesondere im Bereich von 40° bis 50° und insbesondere von ca. 45°.
Zur Veranschaulichung der Winkel φ und λ ist die Elektrode 400 in 4C schematisch in einem dreidimensionalen, rechtwinkligen Koordinatensystem dargestellt. Der Elektrodenschaft 401 ist in 4C entlang der negativen z-Achse ausgerichtet. Der Verbindungspunkt zwischen dem Elektrodenschaft 401 und der Haltevorrichtung 403 liegt im Ursprung des Koordinatensystems. Der Winkel φ entspricht dem Winkel den die Haltevorrichtung 403 mit der x-y-Ebene einschließt, und der Winkel λ entspricht dem Winkel, den die Projektion der Haltevorrichtung 403 auf die x-y-Ebene mit der positiven x-Achse einschließt. Die Ansicht aus 4B entspricht in 4C einer Projektion auf die x-y-Ebene.
Es hat sich gezeigt, dass der bei bestimmten Erkrankungen. vorliegenden krankhaften neuronalen Aktivität und der damit verbundenen krankhaften Konnektivität im limbischen System durch Elektrostimulation der Zellen des Riechepithels entgegengewirkt werden kann und eine dauerhafte Stabilisierung der gesunden Funktionsweise der betroffenen Neuronenverbände erzielt werden kann.
Ein dazu geeignetes Stimulationsverfahren stellt die in 5 schematisch dargestellte Hochfrequenz-Dauerstimulation dar. Dabei wird das Riechepithel mit strom- oder spannungskontrollierten Pulsen 500, die mit einer Frequenz im Bereich von 50 bis 250 Hz, insbesondere von 110 bis 140 Hz, wiederholt werden, stimuliert.
Gegenüber der Hochfrequenz-Dauerstimulation ist die Stimulation mit kurzen Pulszügen 600, die jeweils aus einer Anzahl von Einzelpulsen 601 zusammengesetzt sind und schematisch in 6 dargestellt sind, bevorzugt. Die Applikation der Pulszüge 600 erfolgt in einer Weise, die bewirkt, dass die stimulierte, übermäßig synchron aktive Neuronenpopulation desynchronisiert wird und dadurch zu ihrem normalen Verhalten zurückfindet. Die Pulszüge 600 werden z. B. als Sequenz mit bis zu 20 Pulszügen 600 appliziert. Innerhalb einer Sequenz werden die Pulszüge 600 mit einer Frequenz f₁ im Bereich von 0,5 bis 50 Hz, insbesondere im Bereich von 1 bis 10 Hz wiederholt. Ausgestaltungen der Pulszüge 600 werden weiter unten im Zusammenhang mit 8 erläutert.
Beispielsweise erfolgt die Verabreichung der Pulszüge 600 über die einzelnen Stimulationskontaktflächen mit einer zeitlichen Verzögerung zwischen den einzelnen Stimulationskontaktflächen. Zur Veranschaulichung dieser Stimulationsform sind in 7 untereinander die über vier verschiedene Stimulationskontaktflächen applizierten Pulszüge 600 dargestellt. Der Beginn der Sequenzen von Pulszügen 600 ist hier jeweils um eine Zeit ΔT verschoben.
Im Fall von N Stimulationskontaktflächen kann die zeitliche Verzögerung ΔT zwischen jeweils zwei Stimulationskontaktflächen beispielsweise im Bereich eines N-tels der mittleren Periode der krankhaften rhythmischen Aktivität im limbischen System liegen. Da die mittlere Frequenz der krankhaften rhythmischen Aktivität etwa 1 bis 10 Hz beträgt, liegt die zeitliche Verzögerung ΔT beispielsweise im Bereich von 0,1 Sekunde/N bis 1 Sekunde/N. Im günstigsten Fall kann hierdurch eine sofortige Kontrolle der abnormen neuronalen Entladungsmuster im limbischen System erreicht werden. Vor allem kann durch die Stimulation ein lang anhaltender synaptischer Umbau in den betroffenen Nervenzellverbänden erzielt werden, sodass die Zielgebiete die Tendenz, krankhafte neuronale Aktivität zu generieren, über plastische Vorgänge verlernen.
Sofern über mindestens zwei der Stimulationskontaktflächen Stimulationssignale zeitversetzt an die Zellen des Riechepithels appliziert werden, bedeutet dies, dass dadurch auch zeitversetzt unterschiedliche, an die jeweils stimulierten Bereiche des Riechepithels gekoppelte Subpopulationen im limbischen System stimuliert werden. Die Stimulationssignale können bewirken, dass die Phase der neuronalen Aktivität der jeweiligen Subpopulation zurückgesetzt wird. Die zeitversetzte Stimulation unterschiedlicher Subpopulationen und die dadurch bewirkte zeitversetzte Phasenrücksetzung der unterschiedlichen Subpopulationen ermöglichen es, die zu desynchronisierende Neuronenpopulation in Subpopulationen aufzuspalten, deren Phasen gegeneinander verschoben sind. Aufgrund der krankhaft gesteigerten Interaktion zwischen den Neuronen führt die Aufteilung in phasenverschobene Subpopulationen zu einer Desynchronisation der gesamten Neuronenpopulation.
Die Pulszüge 600 können jeweils aus 1 bis 100, insbesondere 2 bis 10, elektrischen ladunsgbalancierten Einzelpulsen 601 bestehen. Beispielhaft ist ein solcher Pulszug 600, der aus drei Einzelpulsen 601 besteht, in 8 gezeigt. Die Einzelpulse 601 werden mit einer Frequenz f₂ zwischen 50 bis 250 Hz, insbesondere oberhalb von 100 Hz, wiederholt. Die Einzelpulse 601 können strom- oder spannungskontrollierte Pulse sein, die sich aus einem anfänglichen Pulsanteil 602 und einem sich daran anschließenden, in entgegengesetzter Richtung fließenden Pulsanteil 603 zusammensetzen, wobei die Polarität der beiden Pulsanteile 602 und 603 gegenüber der in 8 gezeigten Polarität auch vertauscht werden kann. Die Dauer 604 des Pulsanteils 602 liegt im Bereich zwischen 1 μs und 450 μs. Die Amplitude 605 des Pulsanteils 602 liegt im Falle von stromkontrollierten Pulsen im Bereich zwischen 0 mA und 25 mA und im Fall von spannungskontrollierten Pulsen im Bereich von 0 bis 16 V. Die Amplitude des Pulsanteils 603 ist geringer als die Amplitude 605 des Pulsanteils 602. Dafür ist die Dauer des Pulsanteils 603 länger als die des Pulsanteils 602. Die Pulsanteile 602 und 603 sind idealerweise so dimensioniert, dass die Ladung, welche durch sie übertragen wird, bei beiden Pulsanteilen 602 und 603 gleich groß ist, d. h. die in 8 schraffiert eingezeichneten Flächen sind gleich groß. Im Ergebnis wird dadurch durch einen Einzelpuls 601 genauso viel Ladung in das Gewebe eingebracht, wie aus dem Gewebe entnommen wird.
Die in 8 dargestellte Rechteckform der Einzelpulse 601 stellt eine ideale Form dar. Je nach der Güte der die Einzelpulse 601 erzeugenden Elektronik wird von der idealen Rechteckform abgewichen.
Anstelle von pulsförmigen Stimulationssignalen kann die Generatoreinheit 1 beispielsweise auch anders ausgestaltete Stimulationssignale erzeugen, z. B. zeitlich kontinuierliche Reizmuster. Die oben beschriebenen Signalformen und deren Parameter sind nur beispielhaft zu verstehen. Es kann durchaus vorgesehen sein, dass von den oben angegebenen Signalformen und deren Parametern abgewichen wird.
In 9 ist eine Vorrichtung 900 zur Behandlung von psychiatrischen und/oder neurologischen Erkrankungen, wie affektiven Erkrankungen, Zwangserkrankungen, Schizophrenie, Autismus sowie Epilepsie, mittels Stimulation von Zellen des Riechepithels während ihres bestimmungsgemäßen Betriebs dargestellt. Dazu ist eine Stimulationselektrode 2 im Bereich des Riechepithels eines Patienten implantiert worden. Eine weitere, in 9 nicht dargestellte Elektrode kann auf der anderen Seite der Nasenscheidewand im dortigen Riechepithel implantiert werden. Die Stimulationselektrode 2 ist über ein Elektrodenkabel 5 mit einem Konnektor 6 verbunden. Der Konnektor 6 dient zur Verbindung des Elektrodenkabels 5 (bzw. der Elektrodenkabel bei zwei Stimulationselektroden) mit einem Verbindungskabel 7. Das Verbindungskabel 7 ist an seinem von dem Konnektor 6 abgewandten Ende mit der Generatoreinheit 1 verbunden. Im Falle einer „closed loop”-Stimulation enthält die Vorrichtung 900 noch mindestens einen Sensor, der beispielsweise auch in die Stimulationselektrode 2 integriert sein kann.
Alle Teile der Vorrichtung 900 können im Körper des Patienten implantiert sein. Das Elektrodenkabel 5, der Konnektor 6 sowie das Verbindungskabel 7 sind unter der Haut implantiert. Die Generatoreinheit 1 kann voll implantierbar ausgelegt sein und von einer langlebigen Batterie oder einem aufladbaren Akkumulator gespeist werden. Die Generatoreinheit 1 kann eine Steuerelektronik enthalten, welche die „open loop”- und/oder „closed loop”-Stimulationsverfahren realisiert. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Generatoreinheit 1 ein Halbimplantat mit einer externen (außerhalb des Körpers befindlichen) Energiequelle sein. Steuerelemente können bei dieser Ausgestaltung sowohl im implantierten Teil als auch im externen Teil des Halbimplantats lokalisiert sein. Die Generatoreinheit 1 kann über eine Sicherheitsschaltung verfügen, die bewirkt, dass dem Fachmann bekannte Sicherheitsgrenzen (z. B. maximal verträglicher Ladungseintrag) eingehalten werden.
Die Vorrichtung 900 ermöglicht eine effektive therapeutische Stimulation, welche ohne einen operativen Zugang zum Gehirn auskommt und damit schonender und mit geringeren Risiken verbunden ist als z. B. die tiefe Hirnstimulation, bei der es während der Implantation der Tiefenelektroden zu gefährlichen Blutungen kommen kann. Im Gegensatz zur tiefen Hirnstimulation, die nur kleine Gewebsvolumina erreicht, können über die Vorrichtung 900 durch die Stimulation des limbischen Systems ausgedehnte Teile des Gehirns stimuliert werden.
Die Stimulationselektrode 2 kann wie nachfolgend beschrieben implantiert werden. Über einen ca. 2 cm langen bogenförmigen Hautschnitt, der zum größten Teil im medialsten Teil der Augenbraue geführt wird (mit minimaler kosmetischer Beeinträchtigung), wird eine wenige Millimeter große Öffnung im mittleren Teil der knöchernen Begrenzung der Augenhöhle angelegt, durch die man direkt das Dach der Nasenhaupthöhle inspizieren und erreichen kann. Durch diese Öffnung wird unter optischer Kontrolle die Stimulationselektrode 2 zwischen die Schleimhaut, die das Riechepithel mit den entsprechenden Nervenzellen gegenüber der Nasenhöhle abschirmt, und die zu stimulierenden Nervenzellen implantiert. Die Schleimhautabdeckung schützt vor Infektionen, der direkte Kontakt mit den olfaktorischen Nervenzellen ermöglicht eine optimale Ansteuerung durch Elektrostimulation. Die Stimulationselektrode 2 wird in einem ca. 1 mm breiten, wenige Millimeter tiefen Kanal befestigt, der in das Nasenbein gefräst wird. Die definitive Fixierung erfolgt durch eine kleine Metallplatte, die durch Schrauben auf der Oberfläche des Nasenbeins fixiert wird und beispielsweise die Haltevorrichtung, welche die Elektrode fixiert, in dem eingefrästen Schlitz im Nasenbein sicher befestigt. Das Elektrodenkabel 5 wird anschließend unter der Haut über die Stirn, die Schläfe und weiter bis hinter das Ohr zum Konnektor 6 geführt. Die Generatoreinheit 1 kann an unterschiedlichen Stellen implantiert werden. In der Regel erfolgt dies auf dem Brustmuskel unter der Haut.

Claims

Vorrichtung (100; 200; 300; 400; 900) umfassend: – eine Generatoreinheit (1) zum Erzeugen von elektrischen Stimulationssignalen, und – eine mit der Generatoreinheit (1) verbundene, implantierbare Riechepithelstimulationseinheit (2) zur Stimulation von Zellen des Riechepithels (3) mit den Stimulationssignalen, wobei – die Riechepithelstimulationseinheit (2) N Stimulationskontaktflächen (402) aufweist und N ≥ 2 gilt, – über verschiedene der Stimulationskontaktflächen (402) applizierte Stimulationssignale zeitlich verschoben sind, und – die zeitliche Verschiebung zwischen jeweils zwei der Stimulationskontaktflächen (402) 1/(f × N) beträgt und f eine Frequenz im Bereich von 1 bis 10 Hz ist.
Vorrichtung (100; 200; 300; 400; 900) nach Anspruch 1, wobei die Stimulationssignale Sequenzen von Pulszügen sind.
Vorrichtung (200; 300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung (200; 300) ferner eine Messeinheit (4) zum Aufnehmen von Messsignalen, insbesondere von Zellen des Riechepithels (3), umfasst.
Vorrichtung (200; 300) nach Anspruch 3, wobei die Generatoreinheit (1) die Stimulationssignale in Abhängigkeit von den Messsignalen erzeugt.
Vorrichtung (200; 300) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Generatoreinheit (1) die Stimulationssignale in Abhängigkeit eines Vergleichs der Messsignale mit einem vorgegebenen Schwellwert erzeugt.
Vorrichtung (200; 300) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Generatoreinheit (1) die Messsignale als Stimulationssignale verwendet oder die Messsignale weiterverarbeitet und die weiterverarbeiteten Messsignale als Stimulationssignale verwendet.
Vorrichtung (100; 200; 300; 400; 900) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Riechepithelstimulationseinheit (400) eine Haltevorrichtung (403) und einen Elektrodenschaft (401), auf dem Stimulationskontaktflächen (402) angeordnet sind, aufweist und die Haltevorrichtung (403) und der Elektrodenschaft (401) einen Winkel im Bereich von 35° bis 55° miteinander einschließen.