WO2008138305A1 - Stimulationsvorrichtung zur behandlung von suchtkrankheiten - Google Patents

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WO2008138305A1
WO2008138305A1 PCT/DE2008/000763 DE2008000763W WO2008138305A1 WO 2008138305 A1 WO2008138305 A1 WO 2008138305A1 DE 2008000763 W DE2008000763 W DE 2008000763W WO 2008138305 A1 WO2008138305 A1 WO 2008138305A1
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stimulation
signals
addiction
stimulation signals
measurement signals
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PCT/DE2008/000763
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Tass
Volker Sturm
Original Assignee
Forschungszentrum Jülich GmbH
Universität Zu Köln
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Publication date
Application filed by Forschungszentrum Jülich GmbH, Universität Zu Köln filed Critical Forschungszentrum Jülich GmbH
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/3606—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system adapted for a particular treatment
    • A61N1/36082—Cognitive or psychiatric applications, e.g. dementia or Alzheimer's disease

Definitions

  • the invention relates to a stimulation device and a method for stimulating nerve cells.
  • the invention relates to a stimulation device and a stimulation method for the treatment of alcohol addiction and other addictive disorders.
  • Alcoholism is one of the most serious socio-medical problems in industrialized countries. In the Federal Republic of Germany, there are 2.5 to 3 million alcoholics who meet addiction criteria, according to estimates by the German National Center against Addictive Dangers. In addition, there are about 6 million people who operate a harmful alcohol abuse. Alcohol dependence occurs in all social strata, more frequently in men than in women. Direct and indirect sickness and medical expenses as well as follow-up costs due to lost time and alcohol-related accidents are estimated to amount to at least 20 billion Euros annually in Germany. About half of all serious crimes, such as Murder, manslaughter, serious assault or rape is committed under the influence of alcohol. In Germany, more than 40,000 people die each year as a result of alcohol abuse, and average life expectancy among alcoholics is reduced by 15% compared to the normal population.
  • a device comprises a generator unit and a stimulation unit connected to the generator unit.
  • the generator unit is used to generate stimulation signals.
  • the stimulation unit stimulates nerve cells in the nucleus accumbens and / or in the amygdala and / or in the medial forebrain bundle and / or in the nucleus accumbens or the tonsil with the stimulation signals. nucleus-supplying pathways from dopaminergic areas of the midbrain and / or fiber bundles connecting to the nucleus accumbens and the amygdala.
  • the device can be used according to another aspect of the invention for the treatment of addictions.
  • a neurostimulator is used to treat addictions.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device
  • Fig. 2 is a schematic representation of a device
  • FIG. 3 is a schematic representation of a device 300 according to a further embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a stimulation and measuring electrode 400
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a high-frequency continuous stimulation
  • Fig. 6 is a schematic representation of one by means of a
  • FIG. 7 shows a schematic representation of sequences of pulse trains 600 applied by means of a plurality of stimulation contact surfaces;
  • Fig. 8 is a schematic illustration of a pulse train 600;
  • FIG 9 shows a schematic representation of a device 900 according to a further exemplary embodiment.
  • a device 100 is shown schematically.
  • the device 100 includes a generator unit 1 and a stimulation unit 2 connected to the generator unit 1.
  • the generator unit 1 generates stimulation signals which are fed into the stimulation unit 2 and used by the stimulation unit 2 for stimulating brain cells
  • the device 100 is suitable or intended for stimulating brain cells from one or more of the following regions 3 of the brain by means of the stimulation unit 2: nucleus accumbens, amygdala, medial forebrain bundle, pathogens from the dopaminergic areas of the nucleus accumbens-amygmoid system Midbrain, as well as the nucleus accumbens and the almond core connecting fiber bundles.
  • the device 100 may be used, in particular, for the treatment of addictions, e.g. Alcoholism, heroin addiction, polyoxoxomania and other forms of drug addiction.
  • addictions e.g. Alcoholism, heroin addiction, polyoxoxomania and other forms of drug addiction.
  • Addictions such as alcohol addiction, are brain disorders caused by a disruption in the bioelectrical communication of neuronal assemblies that are connected in specific circuits.
  • Animal studies and studies of diseased people using functional imaging show that alcohol, like all addictive substances, has a massive impact on the reward system of the brain.
  • a central role is played by the mesolimbic dopaminergic system with origin neurons in the ventral tegmentum of the midbrain (VTA) and projection areas in the nucleus accumbens, the septum and the amygdala.
  • VTA ventral tegmentum of the midbrain
  • the use of drugs leads to a massive activation of the nucleus accumbens, in particular through the release of the transmitter substance dopamine.
  • the amygdala in the depths of the sleeping lobe which also plays an essential role in addictions, is influenced in particular by dopamine release as a consequence of drug use.
  • structures that are in close spatial and functional relationship to these nuclei such as the anterior cingulate and the medial praefrontal cortex, as well as the hypothalamus, are affected.
  • corpus striatum which is in close connection with the nucleus accumbens, is important for the emergence of addiction.
  • the nerve cell attachments of the nucleus accumbens and the amygdala are very easily excitable and show a high degree of synchronization.
  • Chronic alcohol or drug abuse causes long-term potentiation and / or the so-called "childling" phenomenon, causing the entire neural network responsible for drug addiction to develop persistent abnormal neuronal activity and associated pathological neuronal activity Connectivity (network structure):
  • the mean frequency of the pathological rhythmic activity of the affected neuron groups is approximately in the range of 1 to 10 Hz. but can also be outside of this range.
  • the neurobiological substrates of addictive disorders can be influenced, whereby symptoms are suppressed by electrostimulation and / or neural networks are reorganized in such a way that the pathological neuronal activity no longer occurs or is much less likely.
  • the neurobiological substrates of addictive disorders can be influenced, whereby symptoms are suppressed by electrostimulation and / or neural networks are reorganized in such a way that the pathological neuronal activity no longer occurs or is much less likely.
  • the neurobiological substrates of addictive disorders can be influenced, whereby symptoms are suppressed by electrostimulation and / or neural networks are reorganized in such a way that the pathological neuronal activity no longer occurs or is much less likely.
  • the device 100 can be operated, for example, in a so-called "open loop” mode, in which the generator unit 1 generates predetermined stimulation signals and these are output via the stimulation unit 2 to the target areas in the brain. Furthermore, the device 100 can also be developed to a device 200 shown in FIG. 2, which constitutes a so-called "closed loop” system.
  • the device 200 additionally contains a measuring unit 4, which receives measurement signals from nerve cells and forwards them to the generator unit 1. It can be provided that the generator unit 1 generates the stimulation signals on the basis of the measuring signals recorded by the measuring unit 4.
  • the measuring unit 4 can be implanted in the form of one or more sensors, for example, in one or more of the above target areas.
  • the sensors may for example be configured as an electrode, in particular • for the measurement of neuronal and / or vegetative activity, or as an accelerometer.
  • the physiological activity in the stimulated target area or an associated area can be measured.
  • a demand-controlled stimulation can be carried out by the generator unit 1.
  • the generator unit 1 detects the presence and / or the expression of one or more pathological features on the basis of the measurement signal recorded by the measuring unit 4.
  • the amplitude or the amount of neural activity can be measured and compared with a predetermined threshold.
  • the generator unit 1 can be designed such that a stimulation of one or more of the above-mentioned Target areas is started as soon as the specified threshold is exceeded.
  • the strength of the stimulation signals can be set by the generator unit 1 on the basis of the expression of the pathological features.
  • one or more threshold values can be predetermined, and when the amplitude or the magnitude of the measurement signal exceeds a certain threshold value, the generator unit 1 adjusts a specific strength of the stimulation signals.
  • the measurement signals recorded by the measuring unit 4 are used directly or optionally after one or more processing steps as stimulation signals and are fed by the generator unit 1 into the stimulation unit 1.
  • the measuring signals can be amplified and, if appropriate after mathematical calculation (for example after mixing of the measuring signals), processed with at least one time delay and linear and / or non-linear calculating steps and combinations and fed into at least one stimulation contact of the stimulation unit 2.
  • the billing mode is chosen in such a way that the diseased neuronal activity is counteracted and the stimulation signal also disappears with decreasing pathological neuronal activity or at least significantly reduces its strength.
  • a device 300 is shown schematically, which shows a development of the devices 100 or 200 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the device 300 contains, in addition to the generator unit 1, two stimulation units 21 and 22 which are placed in different target areas 31 and 32 of the brain. Destinations 31 and 32 may be the above destinations.
  • the device 300 may optionally have additional stimuli. contained in the same or other target areas.
  • the apparatus 300 may include measuring units 41 and 42 which are also placed in the target areas 31 and 32 and which allow operation of the apparatus 300 in the "closed loop" operation described above.
  • FIG. 4 schematically shows an electrode 400, which can be used, for example, as a stimulation unit 2, 21 or 22.
  • the electrode 400 consists of an insulated electrode shaft 401 and at least one, for example, more than two or more than eight or more than twelve stimulation pads 402, which have been introduced into the electrode shaft 401.
  • the stimulation pads 402 are made of an electrically conductive material, such as a metal, and are in direct electrical contact with the nerve tissue after implantation.
  • Each of the stimulation contact surfaces 402 can be activated via its own supply line 403 or the recorded measurement signals can be dissipated via the supply lines 403.
  • the electrode 400 has a reference electrode 404, the surface of which is typically larger than that of the stimulation contact surfaces 402.
  • the reference electrode 404 is used in the stimulation of the nerve tissue to generate a reference potential.
  • one of the stimulation pads 402 may be used for this purpose.
  • the electrode 400 is implanted in the head of the patient in such a way that the stimulation contact surfaces 402 in the patient
  • the stimulation pads 402 are typically located in close proximity to each other.
  • the implanted electrode 400 has, for example, at least 2 or at least 8 or at least 12 stimulation contact surfaces 402 over a distance of 7 to 8 mm and in the case of the amygdala over a distance of 1 cm.
  • the electrode 400 can also be used as a measuring unit 4. In this case, the electrode 400 can also be used as a measuring unit 4.
  • measurement signals are recorded via at least one of the contact surfaces 402.
  • the contact surfaces 402 may be connected to the generator unit 1 via cables or via telemetric connections.
  • a suitable stimulation method is the high-frequency continuous stimulation shown schematically in FIG. 5.
  • Neuronal associations are hereby repeated with current- or voltage-controlled pulses 500 which are repeated at a frequency in the range from 50 to 250 Hz, in particular from 110 to 140 Hz be stimulated.
  • the stimulation with short pulse trains 600 is preferred.
  • the application of the pulse trains 600 takes place in a manner which causes the stimulus
  • the synchronized, overly synchronous active neuron population is desynchronized and thus returns to its normal behavior.
  • the pulse trains 600 are applied, for example, as a sequence with up to 20 pulse trains 600. Within a sequence, the pulse trains 600 are repeated at a frequency fi in the range from 0.5 to 50 Hz, in particular in the range from 1 to 10 Hz. Embodiments of the pulse trains 600 will be explained below in connection with FIG. 8.
  • the administration of the pulse trains 600 via the individual stimulation contact surfaces takes place with a time delay between the individual stimulation contact surfaces.
  • the pulse trains 600 applied via four different stimulation crankshaft areas are shown in FIG. 7 with one another. The beginning of the sequences of pulse trains 600 is shifted here in each case by a time ⁇ T.
  • the time delay ⁇ T between any two pacing pads should preferably be in the range of one Nth of the middle period of the pathological rhythmic activity in the target network.
  • the time delay ⁇ T is in the range of 0.1 second / N to 1 second / N. In the best case, this allows immediate control of the abnormal neuronal discharge patterns in the target region.
  • a long-lasting synaptic remodeling in the affected nerve cell groups can be achieved by the stimulation, so that the target areas unlearn the tendency to generate pathological neuronal activity via plastic processes.
  • the pulse trains 600 can each consist of 1 to 100, in particular 2 to 10, electrical charge-balanced individual pulses 601.
  • a pulse train 600 which consists of three individual pulses 601, is shown in FIG.
  • the individual pulses 601 are repeated at a frequency f 2 between 50 and 250 Hz, in particular above 100 Hz.
  • the individual pulses 601 may be current- or voltage-controlled pulses which are composed of an initial pulse component 602 and a subsequent pulse component 603 flowing in the opposite direction, the polarity of the two pulse components 602 and 603 being opposite to that shown in FIG Polarity can also be reversed.
  • the duration 604 of the pulse component 602 is in the range between 1 ⁇ s and 450 ⁇ s.
  • the amplitude 605 of the pulse component 602 is in the range between 0 mA and 10 mA in the case of current-controlled pulses and in the range of 0 to 16 V in the case of voltage-controlled pulses.
  • the amplitude of the pulse component 603 is less than the amplitude 605 of the pulse component 602
  • the duration of the pulse portion 603 is longer than that of the pulse portion 602.
  • the pulse portions 602 and 603 are ideally dimensioned such that the charge transferred through them is equal in both pulse portions 602 and 603, ie hatched in FIG Plotted areas are the same size. As a result, by a single pulse 601 as much charge is introduced into the brain tissue, as is taken from the brain tissue.
  • the rectangular shape of the individual pulses 601 shown in FIG. 8 represents an ideal shape. Depending on the quality of the electronics generating the individual pulses 601, the ideal rectangular shape is deviated from.
  • FIG. 9 shows a device 900 for the treatment of addictions by means of stimulation of neurons during their intended operation.
  • stimulation electrodes 21 and 22 have been implanted in the brain of a patient.
  • the stimulation electrodes 21 and 22 placed on either side in one or more of the target areas mentioned above are each connected to the generator unit 1 by a cable 5 via a connector 6 and a connecting cable 7. All parts of the device 900 are implanted in the body of the patient.
  • the connecting cables 5 and 7 and the connector 6 are implanted under the skin.
  • a smaller generator instead of a pectorally implanted generator 1 as shown in FIG. 9, a smaller generator can also be implanted directly in the borehole. Thereby, the infection rate in the generator bag can be reduced and breaks of the connecting cables 5 and 7 can be avoided.
  • the device 900 still contains at least one sensor.

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung (100) zur Behandlung von Suchtkrankheiten, welche eine Generatoreinheit (1) zum Erzeugen von Stimulationssignalen und eine mit der Generatoreinheit (1) verbundene Stimulationseinheit (2) umfasst, wobei die Stimulationseinheit (2) zur Stimulation von Nervenzellen (3) im Nucleus accumbens und/oder im Mandelkern und/oder im medialen Vorderhirnbündel und/oder in dem Nucleus accumbens oder dem Mandelkern zuführenden Bahnverbindungen aus dopaminergen Arealen des Mittelhirns und/oder in den Nucleus accumbens und den Mandelkern verbindenden Faserbündeln mit den Stimulationssignalen ausgelegt ist.

Description

STIMULATIONSVORRICHTUNG ZUR BEHANDLUNG VON SUCHTKRANKHEITEN
Die Erfindung betrifft eine Stimulationsvorrichtung und ein Verfahren zur Stimulation von Nervenzellen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Stimulationsvorrichtung und ein Stimulationsverfahren zur Behandlung von Alkoholsucht und anderen Suchterkrankungen.
Die Alkoholkrankheit gehört in Industrieländern zu den schwerwiegendsten sozial-medizinischen Problemen. In der Bundesrepublik Deutschland gibt es nach Schätzungen der deutschen Hauptstelle gegen Suchtgefahren 2,5 bis 3 Millionen Al- koholkranke, die Suchtkriterien erfüllen. Hinzu kommen ca. 6 Millionen Menschen, die einen gesundheitsschädlichen Alkoholmissbrauch betreiben. Alkoholabhängigkeit kommt in allen sozialen Schichten vor, bei Männern häufiger als bei Frauen. Direkte und indirekte Krankheits- und Behandlungskosten sowie Folgekosten durch Arbeitsausfall und alkholbedingte Unfälle werden in Deutschland jährlich auf mindestens 20 Milliarden Euro geschätzt. Etwa die Hälfte aller schweren Straftaten, wie z.B. Mord, Totschlag, schwere Körperverletzung oder Vergewaltigung, wird unter Alkoholeinfluss verübt. In Deutsch- land sterben jährlich mehr als 40.000 Menschen an den Folgen des Alkoholmissbrauches, die mittlere Lebenserwartung ist bei Alkoholikern gegenüber der Normalbevölkerung um 15% verringert.
Die klinisch relevantesten Folgen der Alkoholabhängigkeit sind eine signifikante Minderung der Lebenserwartung durch alkoholbedingte Unfälle, Suizide, Leberzirrhose, chronische Pankreatitis und Kardiomyopathie, sowie dauerhafte Folgeschäden, insbesondere Erkrankungen des Nervensystems, wie Po- lyneuropathie, Hirnatrophie, schwere kognitive Störungen und PersönlichkeitsVeränderungen. Ähnliches gilt auch für andere Suchtformen, z.B. für Heroinabhängigkeit oder Polytoxikomanie .
Bisher wurden Alkoholismus und andere Suchtformen durch sta- tionäre Entgiftung, möglichst in der Form eines qualifizierten Entzugs, mit anschließenden stationären und teilstationären Entwöhnungsbehandlungen mit einer Dauer von 4 bis 6 Wochen, unterschiedlichen psychotherapeutischen Methoden, Rückfallverhütungsprogrammen und Selbsthilfegruppen, sowie phar- makologischer Rezidivprophylaxe behandelt.
Selbst bei optimaler Kombination der vorstehend genannten konservativen, d.h. nicht-operativen Methoden kann nur bei ca. 40% bis 70% der Suchtkranken eine langfristige stabile Besserung erzielt werden. Besonders problematisch ist nach erfolgtem Entzug, auch wenn keine direkte körperliche Abhängigkeit mehr besteht, die persistierende psychische Abhängigkeit. Treffen z.B. entzogene Patienten auf Alkohol- oder Drogenabhängige oder kommen sie z.B. in Gebäude, in denen sie früher Drogen konsumiert haben, s'o kann das sogenannte
„craving", d.h. der unwiderstehliche Drang zu erneutem Alkohol- oder Drogenkonsum, ausgelöst werden.
Vor diesem Hintergrund werden eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, eine Verwendung der in Anspruch 1 beanspruchten Vorrichtung gemäß Anspruch 10, eine Verwendung eines Neurostimula- tors gemäß Anspruch 12 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 14 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 Stimulationssignalen. Die Stimulationseinheit sti- muliert mit den Stimulationssignalen Nervenzellen im Nucleus accumbens und/oder im Mandelkern und/oder im medialen Vorderhirnbündel und/oder in dem Nucleus accumbens oder dem Mandel- kern zuführenden Bahnverbindungen aus dopaminergen Arealen des Mittelhirns und/oder in den Nucleus accumbens und den Mandelkern verbindenden Faserbündeln.
Die Vorrichtung kann gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung zur Behandlung von Suchtkrankheiten verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Neurosti- mulator zur Behandlung von Suchtkrankheiten verwendet.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen :
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung
100 gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung
200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 300 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Stimulations- und Messelektrode 400;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Hochfrequenz- DauerStimulation;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer mittels einer
Stimulationskontaktfläche applizierten Sequenz von Pulszügen 600;
Fig. 7 eine schematische Darstellung von mittels mehre- rer Stimulationskontaktflächen applizierten Sequenzen von Pulszügen 600; Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Pulszugs 600; und
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 900 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung 100 dargestellt. Die Vorrichtung 100 beinhaltet eine Generatoreinheit 1 und eine mit der Generatoreinheit 1 verbundene Stimulationsein- heit 2. Während des Betriebs der Vorrichtung 100 erzeugt die Generatoreinheit 1 Stimulationssignale,, die in die Stimulationseinheit 2 eingespeist werden und von der Stimulationseinheit 2 zur Stimulation von Hirnzellen verwendet werden. Die Vorrichtung 100 ist dazu geeignet oder dazu bestimmt, dass mittels der Stimulationseinheit 2 Hirnzellen aus einem oder mehreren der folgenden Bereiche 3 des Hirns stimuliert werden: Nucleus accumbens, Mandelkern, mediales Vorderhirnbündel, dem Nucleus accumbens-Mandelkern-System zuführende Bahnverbindungen aus dopaminergen Arealen des Mittelhirns, sowie den Nucleus accumbens und den Mandelkern verbindende Faserbündel .
Die Vorrichtung 100 kann insbesondere zur Behandlung von Suchterkrankungen, wie z.B. Alkoholismus, Heroinsucht, Po- lytoxikomanie und anderen Formen der Drogenabhängigkeit, verwendet werden.
Suchterkrankungen, wie z.B. Alkoholsucht, sind Hirnerkrankungen, die durch eine Störung der bioelektrischen Kommunikation von Neuronenverbänden, die in spezifischen Schaltkreisen zusammengeschlossen sind, verursacht werden. Tierexperimentelle Untersuchungen sowie Untersuchungen von erkrankten Menschen mit funktioneller Bildgebung zeigen, dass Alkohol, wie alle suchterzeugenden Stoffe, das Belohnungssystem des Gehirns massiv beeinflusst. Eine zentrale Rolle spielt dabei das me- solimbische dopaminerge System mit Ursprungsneuronen im ventralen Tegmentum des Mittelhirns (VTA) und Projektionsarealen im Nucleus accumbens, dem Septum und dem Mandelkern. Die Einnahme von Drogen führt zu einer massiven Aktivierung des Nucleus accumbens, insbesondere durch Ausschüttung des Überträgerstoffes Dopamin. Auch der in der Tiefe des Schlafenlap- pens gelegene Mandelkern, der bei Suchterkrankungen ebenfalls eine wesentliche Rolle spielt, wird insbesondere durch Dopa- minausschüttung in der Folge von Drogeneinnahme beeinflusst. Neben dem Nucleus accumbens und dem Mandelkern werden Strukturen, die zu diesen Kernen in enger räumlicher und funktio- neller Beziehung stehen, wie der vordere cinguläre und der mediale praefrontale Cortex, sowie der Hypothalamus beeinflusst. Auch das sogenannte Corpus striatum, das mit dem Nucleus accumbens in enger Verbindung steht, ist für die Suchtentstehung wichtig.
Die Nervenzellverbände des Nucleus accumbens und des Mandelkerns sind sehr leicht erregbar und weisen eine hohe Synchronisationstendenz auf. Durch chronischen Alkohol- oder Drogen- missbrauch kommt es zu Langzeitpotenzierung und/oder zum so- genannten „kindling"-Phänomen. Hierdurch generiert das gesamte neuronale Netzwerk, das für die Erzeugung von Drogenabhängigkeit verantwortlich ist, anhaltend krankhafte neuronale Aktivität und eine damit verbundene krankhafte Konnektivität (Netzwerkstruktur) . Dabei bilden eine große Anzahl von Neuro- nen synchron Aktionspotentiale aus, d.h. die beteiligten Neuronen feuern übermäßig synchron. Im Fall von Suchtkrankheiten liegt die mittlere Frequenz der krankhaften rhythmischen Aktivität der betroffenen Neuronenverbände etwa im Bereich von 1 bis 10 Hz, kann aber auch außerhalb dieses Bereichs liegen.
Durch die mit Hilfe der Vorrichtung 100 durchführbare Neuro- stimulation können die neurobiologischen Substrate der Suchterkrankungen beeinflusst werden, wobei durch Elektrostimulation Symptome unterdrückt und/oder Nervennetzwerke so umge- baut werden, dass die krankhafte neuronale Aktivität nicht mehr oder mit deutlich geringerer Wahrscheinlichkeit auftritt. Hierzu werden neben einer dauerhaften Hoch'frequenzsti- mulation insbesondere Stimulationsverfahren verwendet, welche durch eine Desynchronisation 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 Stimulationssignale erzeugt und diese über die Stimulationseinheit 2 an die Zielareale im Hirn abgegeben werden. Des Weiteren kann die Vorrichtung 100 auch zu einer in Fig. 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 Nervenzellen aufnimmt und diese an die Generatoreinheit 1 weiterleitet. Es kann vorge- sehen 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 eines oder mehrere der oben genannten Zielgebiete 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 Zielgebiet oder einem damit verbundenen Gebiet gemessen werden.
Hinsichtlich des Zusammenwirkens der Generatoreinheit 1 mit der Messeinheit 4 sind verschiedene Ausgestaltungen denkbar. Beispielsweise kann von der Generatoreinheit 1 eine bedarfs- gesteuerte 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 gemessen werden und mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen werden. Die Generatoreinheit 1 kann so ausgestaltet sein, dass eine Stimulation eines oder mehrerer der oben ge- nannten Zielgebiete 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 Mess- signale) mit mindestens einer Zeitverzögerung und linearen und/oder nichtlinearen Verrechnungsschritten und Kombinationen prozessiert und in mindestens einen Stimulationskontakt der Stimulationseinheit 2 eingespeist werden. Der Verrechnungsmodus wird hierbei so gewählt, dass der krankhaften neu- ronalen Aktivität entgegengewirkt wird und das Stimulationssignal mit abnehmender krankhafter neuronaler Aktivität ebenfalls verschwindet oder zumindest deutlich in seiner Stärke reduziert wird.
In Fig. 3 ist schematisch eine Vorrichtung 300 gezeigt, die eine Weiterbildung der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen 100 oder 200 dargestellt. Die Vorrichtung 300 enthält neben der Generatoreinheit 1 zwei Stimulationseinheiten 21 und 22, die in unterschiedlichen Zielgebieten 31 und 32 des Hirns platziert sind. Bei den Zielgebieten 31 und 32 kann es sich um die oben genannten Zielgebiete handeln. Darüber hinaus kann die Vorrichtung 300 gegebenenfalls noch weitere Sti- mulationseinheiten enthalten, die in denselben oder anderen Zielgebieten platziert sind. Optional kann die Vorrichtung 300 Messeinheiten 41 und 42 aufweisen, die ebenfalls in den Zielgebieten 31 und 32 platziert sind und die einen Betrieb der Vorrichtung 300 in dem oben beschriebenen „closed loop"- Betrieb ermöglichen.
In Fig. 4 ist schematisch eine Elektrode 400 dargestellt, wie sie beispielsweise als Stimulationseinheit 2, 21 oder 22 ein- gesetzt werden kann. Die Elektrode 400 besteht aus einem isolierten Elektrodenschaft 401 und mindestens einer, beispielsweise mehr als zwei oder mehr als acht oder mehr als zwölf Stimulationskontaktflächen 402, die in den Elektrodenschaft 401 eingebracht worden sind. 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. Jede der Stimulationskontaktflächen 402 kann über eine eigene Zuleitung 403 angesteuert werden bzw. es können über die Zuleitungen 403 die aufgenommenen Messsignale abgeführt werden. Neben den Stimulationskontaktflächen 402 weist die Elektrode 400 eine Referenzelektrode 404 auf, deren Oberfläche typischerweise größer als die der Stimulationskontaktflächen 402 ist. Die Referenzelektrode 404 wird bei der Stimulation des Nervengewebes zur Erzeugung eines Referenzpotentials eingesetzt. Alternativ kann auch eine der Stimulationskontaktflächen 402 zu diesem Zweck verwendet werden.
Die Elektrode 400 wird derart in den Kopf des Patienten im- plantiert, dass sich die Stimulationskontaktflächen 402 im
Nucleus accumbens oder im Mandelkern oder im Einstrahlungsbereich der Fasern des medialen Vorderhirnbündels oder in den dem Nucleus accumbens-Mandelkern-System zuführenden Bahnverbindungen aus dopaminergen Arealen des Mittelhirns oder in den den Nucleus accumbens und den Mandelkern verbindenden Faserbündeln befinden. Die Stimulationskontaktflachen 402 sind typischerweise räumlich eng benachbart angeordnet. Im Falle der Stimulation des Nucleus accumbens weist die implantierte Elektrode 400 über eine Strecke von 7 bis 8 mm und im Falle des Mandelkerns über eine Strecke von 1 cm beispielsweise mindestens 2 oder mindestens 8 oder mindestens 12 Stimulationskontaktflächen 402 auf .
Neben ihrer Funktion als Stimulationseinheit 2 kann die Elek- trode 400 auch als Messeinheit 4 eingesetzt werden. In diesem
Fall werden über mindestens eine der Kontaktflächen 402 Messsignale aufgenommen.
Die Kontaktflächen 402 können mit der Generatoreinheit 1 über Kabel oder über telemetrische Verbindungen verbunden sein.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass der bei Suchterkrankungen vorliegenden krankhaften neuronalen Aktivität und der damit verbundenen krankhaften Konnektivität durch Elek- trostimulation der oben genannten Hirnareale entgegengewirkt werden kann und eine dauerhafte Stabilisierung der gesunden Funktionsweise dieser Neuronenverbände, bis hin zu einer vollständigen Heilung der Suchterkrankung, erzielt werden kann .
Ein dazu geeignetes Stimulationsverfahren stellt die in Fig. 5 schematisch dargestellte Hochfrequenz-Dauerstimulation dar. Dabei werden Neuronenverbände mit ström- oder spannungskon- trollierten 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 Fig. 6 dargestellt sind, bevorzugt. Die Applikation der Pulszüge 600 erfolgt in einer Weise, die bewirkt, dass die stimu- lierte, 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 wer- den die Pulszüge 600 mit einer Frequenz fi 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 Fig. 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 Fig. 7 untereinander die über vier verschiedene Sti- mulationskrσntaktflächen applizierten Pulszüge 600 dargestellt. Der Beginn der Sequenzen von Pulszügen 600 ist hier jeweils um eine Zeit ΔT verschoben.
Im Fall von N Stimulationskontaktflächen sollte die zeitliche Verzögerung ΔT zwischen jeweils zwei Stimulationskontaktflächen bevorzugt im Bereich eines N-tels der mittleren Periode der krankhaften rhythmischen Aktivität im Ziel-Netzwerk liegen. Da die mittlere Frequenz der krankhaften rhythmischen Aktivität bei Suchterkrankungen 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 in der Zielregion erreicht werden. Vor allem kann durch die Stimulation ein lang anhaltender synaptischer Umbau in den betroffenen Nervenzellverbänden erzielt werden, so dass die Zielgebiete die Tendenz, krankhafte neuronale Aktivität zu generieren, über plastische Vorgänge verlernen.
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 Fig. 8 gezeigt. Die Einzel- pulse 601 werden mit einer Frequenz f2 zwischen 50 bis 250 Hz, insbesondere oberhalb von 100 Hz, wiederholt. Die Einzelpulse 601 können ström- oder spannungskontrollierte Pulse sein, die sich aus einem anfänglichen Pulsanteil 602 und ei- nem sich daran anschließenden, in entgegengesetzter Richtung fließenden Pulsanteil 603 zusammensetzen, wobei die Polarität der beiden Pulsanteile 602 und 603 gegenüber der in Fig. 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 10 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 Fig. 8 schraffiert eingezeichneten Flächen sind gleich groß. Im Ergebnis wird dadurch durch einen Einzelpuls 601 genauso viel Ladung in das Hirngewebe eingebracht, wie aus dem Hirngewebe entnommen wird.
Die in Fig. 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 Gene- ratoreinheit 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 Fig. 9 ist eine Vorrichtung 900 zur Behandlung von Suchtkrankheiten mittels Stimulation von Neuronen während ihres bestimmungsgemäßen Betriebs dargestellt. Dazu sind Stimulationselektroden 21 und 22 in das Gehirn eines Patienten implan- tiert worden. Die beidseits in einem oder mehreren der oben genannten Zielgebiete platzierten Stimulationselektroden 21 und 22 sind jeweils mit einem Kabel 5 über einen Konnektor 6 und ein Verbindungskabel 7 mit der Generatoreinheit 1 verbunden. Alle Teile der Vorrichtung 900 sind im Körper des Pati- enten implantiert. Die verbindenden Kabel 5 und 7 sowie der Konnektor 6 sind unter der Haut implantiert. Alternativ kann statt eines wie in Fig. 9 dargestellten pektoral implantierten Generators 1 auch ein kleinerer Generator direkt im Bohrloch implantiert werden. Dadurch kann die Infektionsrate in der Generatortasche verringert werden und Brüche der verbindenden Kabel 5 und 7 vermieden werden. In Falle einer „closed loop"-Stimulation enthält die Vorrichtung 900 noch mindestens einen Sensor.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (100; 200; 300; 900) umfassend:
- eine Generatoreinheit (1) zum Erzeugen von Stimulations- Signalen, und
— eine mit der Generatoreinheit (1) verbundene Stimulationseinheit (2) zur Stimulation von Nervenzellen (3) im Nucleus accumbens und/oder im Mandelkern und/oder im medialen Vorderhirnbündel und/oder in dem Nucleus accumbens oder dem Mandelkern zuführenden Bahnverbindungen aus dopa- minergen Arealen des Mittelhirns und/oder in den Nucleus accumbens und den Mandelkern verbindenden Faserbündeln mit den Stimulationssignalen.
2. Vorrichtung (100; 200; 300; 900) nach Anspruch 1, wobei die Stimulationssignale Sequenzen von Pulszügen sind.
3. Vorrichtung (100; 200; 300; 900) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stimulationseinheit (2) mindestens zwei Stimulati- onskontaktflächen (402) aufweist.
4. Vorrichtung (100; 200; 300; 900) nach Anspruch 3, wobei über verschiedene der mindestens zwei Stimulationskontaktflächen (402) applizierte Stimulationssignale zeitlich verscho- ben sind.
5. Vorrichtung (100; 200; 300; 900) nach Anspruch 4, wobei bei N Stimulationskontaktflächen (402) die zeitliche Verschiebung zwischen jeweils zwei der Stimulationskontaktflä- chen (402) l/(f • N) beträgt und f eine Frequenz im Bereich von 1 bis 10 Hz ist.
β. Vorrichtung (200; 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (200; 300) ferner eine Mes- seinheit (4) zum Aufnehmen von Messsignalen von Nervenzellen (3) umfasst.
7. Vorrichtung (200; 300) nach Anspruch 6, wobei die Generatoreinheit (1) die Stimulationssignale in Abhängigkeit von den Messsignalen erzeugt.
8. Vorrichtung (200; 300) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die
Generatoreinheit (1) die Stimulationssignale in Abhängigkeit eines Vergleichs der Messsignale mit einem vorgegebenen Schwellwert erzeugt.
9. Vorrichtung (200; 300) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Generatoreinheit (1) die Messsignale als Stimulationssignale verwendet oder die Messsignale weiterverarbeitet und die weiterverarbeiteten Messsignale als Stimulationssignale verwendet.
10. Verwendung der Vorrichtung (100; 200; 300; 900) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Behandlung einer Suchtkrankheit .
11. Verwendung nach Anspruch 10, wobei es sich bei der Suchtkrankheit um Alkoholismus, Heroinsucht, Polytoxikomanie oder andere Formen der Drogenabhängigkeit handelt.
12. Verwendung eines Neurostimulators (100; 200; 300; 900) zur Behandlung einer Suchtkrankheit.
13. Verwendung nach Anspruch 12, wobei es sich bei der Suchtkrankheit um Alkoholismus, Heroinsucht, Polytoxikomanie oder andere Formen der Drogenabhängigkeit handelt.
14. Verfahren, bei welchem
- Stimulationssignale erzeugt werden, und
- mit den Stimulationssignalen Nervenzellen im Nucleus ac- cumbens und/oder im Mandelkern und/oder im medialen Vor- derhirnbündel und/oder in dem Nucleus accumbens oder dem Mandelkern zuführenden Bahnverbindungen aus dopaminergen Arealen des Mittelhirns und/oder in den Nucleus accumbens und den Mandelkern verbindenden Faserbündeln stimuliert werden .
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Stimulationssignale Sequenzen von Pulszügen sind.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Stimulationssignale an mindestens zwei Stellen appliziert werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei an verschiedenen Stellen applizierte Stimulationssignale zeitlich verschoben sind.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei bei N stimulierten Stellen die zeitliche Verschiebung zwischen jeweils zwei der stimulierten Stellen l/(f • N) beträgt und f eine Frequenz im Bereich von 1 bis 10 Hz ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei Messsignale von Nervenzellen aufgenommen werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Stimulationssignale in Abhängigkeit von den Messsignalen erzeugt werden.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Stimulati- onssignale in Abhängigkeit eines Vergleichs der Messsignale mit einem vorgegebenen Schwellwert erzeugt werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die Messsignale als Stimulationssignale verwendet werden oder die Messsignale weiterverarbeitet werden und die weiterverarbeiteten Messsignale als Stimulationssignale verwendet werden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei das Verfahren zur Behandlung einer Suchtkrankheit eingesetzt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei es sich bei der Suchtkrankheit um Alkoholismus, Heroinsucht, Polytoxikomanie oder andere Formen der Drogenabhängigkeit handelt.
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