Een schokkende manier om de hersenen te herstellen

Als Emad Eskandar het heeft over een van zijn neurochirurgische patiënten met een obsessieve-compulsieve stoornis, heeft hij het niet over iemand die zijn platencollectie ordent op kleur, grootte en naam. Of iemand die ritueel twee keer de knop van het fornuis aanraakt voordat hij het huis verlaat en zegt: Sorry, ik ben een beetje OCS.

De OCS-patiënten van Eskandar douchen drie uur lang. Ze besteden acht uur aan het schoonmaken van hun omgeving met bleekmiddel. Ze komen op afspraakdagen vast te zitten aan de wastafel in hun hotelkamer en kunnen niet stoppen met hun handen wassen totdat iemand ze komt halen. OCS treft naar schatting 2,5 miljoen volwassen Amerikanen. Maar alleen degenen die alle andere behandelingsopties hebben uitgeput - Luvox, Anafranil, Prozac, cognitieve gedragstherapie - belanden op de operatietafel van Eskandar in het Massachusetts General Hospital. Tegen die tijd zijn ze wanhopig genoeg om bijna alles te proberen - zelfs diepe hersenstimulatie (DBS), een laatste redmiddel dat Eskandar de afgelopen 15 jaar heeft beheerst en verfijnd.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van november 2015

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Bij een eerste operatie boort Eskandar twee gaatjes ter grootte van een dubbeltje in de bovenkant van de schedel van de patiënt en brengt 42 centimeter lange elektroden ongeveer zeven centimeter diep in de grijze hersenmassa. Bij een tweede operatie, meestal een paar dagen later, maakt hij een zak onder de huid in de borst of buik, implanteert hij een apparaat met een batterij en een pulsgenerator in deze nieuw gecreëerde ruimte, en leidt hij een draad naar de schedel, die verbinding maakt met het met de elektroden. Wanneer het apparaat is ingeschakeld, zendt het een elektrische stroom uit die de neurale vezels stimuleert die informatie van primitieve hersengebieden die verband houden met motivatie naar de frontale kwab vervoeren. In 50 procent van de gevallen van Eskandar volgt een wonder: de obsessies en dwanghandelingen vervagen en verdwijnen dan.

Hoewel de behandeling extreem klinkt, zijn zijn ocs-patiënten in sommige opzichten de gelukkigen. Er is geen door de FDA goedgekeurde laatste redmiddel voor de miljoenen Amerikanen die lijden aan andere psychiatrische aandoeningen, zoals depressie, posttraumatische stressstoornis of schizofrenie. Of voor borderline persoonlijkheidsstoornis en traumatisch hersenletsel. Maar voor al deze omstandigheden kan dat binnenkort veranderen.

Boven en onder: de hoofdchirurg, Emad Eskandar, bestudeert de CT-scan van de hersenen van de patiënt om te bepalen waar de elektroden moeten worden geplaatst.

Diepe hersenstimulatie wordt al bijna twee decennia gebruikt om patiënten met ernstige vormen van Parkinson te behandelen (en sinds 2009 om een ​​veel kleiner aantal patiënten met OCS te behandelen). Maar liefst 125.000 mensen leven met elektroden die in hun hersenen zijn geïmplanteerd. Als onderdeel van het Brain Initiative van president Obama leidt Eskandar een team van artsen, wetenschappers en ingenieurs dat een jaar in een vijfjarige inspanning van $ 30 miljoen zit om DBS te gebruiken voor de behandeling van ernstige psychiatrische stoornissen, waarvan de meeste zijn overwogen te complex en mysterieus voor een dergelijk systeem dat momenteel op de markt is. Aandoeningen zoals schizofrenie, PTSS en depressie worden gekenmerkt door onvoorspelbare veranderingen in de hersenen die leiden tot intermitterende episodes. Om ze te temmen is een nieuw soort apparaat nodig dat niet alleen de hersenen kan stimuleren, maar ook de hersenactiviteit in realtime kan volgen en afwijkingen kan detecteren die in veel gevallen nog niet zijn vastgesteld door neurowetenschappers.

Het is aan Eskandar en het team dat hij leidt met zijn oude MGH-medewerker Darin Dougherty, om vast te stellen hoe de hersenen van mensen die aan deze aandoeningen lijden verschillen van die van gezonde individuen. En dan moeten ze uitzoeken wat voor elektrische stimulatiepatronen kunnen worden gebruikt om ze te repareren. We mikken op iets belachelijk ambitieus, erkent hij.

Ingenieurs aan de overkant van de Charles River bij Draper Laboratory werken nauw samen met Eskandar om de benodigde hardware te ontwikkelen. Ze hebben een prototype gebouwd van een DBS-systeem dat signalen kan opnemen van honderden plaatsen diep in de hersenen en aan de oppervlakte. Het apparaat zal patroonherkenningssoftware gebruiken om abnormale activiteit te detecteren die verband houdt met pathologische mentale toestanden; dan zal het als reactie gebieden van de hersenen stimuleren. De ingenieurs van Draper zijn bezig met het fabriceren van een geminiaturiseerde versie van het apparaat, die ze al in 2016 op mensen hopen te testen.

De meeste psychiaters zijn het erover eens dat nieuwe behandelingen voor geestesziekten hard nodig zijn. Bestaande medicijnen voor hersenaandoeningen zijn vaak niet effectief en hebben vaak vervelende bijwerkingen. Een reden is dat medicijnen de chemie van de hele hersenen veranderen, niet alleen het interessegebied, en het gedrag van overigens gezonde neuronen moduleren (zie Shining Light on Madness, juli/augustus 2014).

Met elektrische stimulatie kunnen artsen zich daarentegen richten op afzonderlijke populaties van neuronen, waardoor de behandeling wordt beperkt tot kleine, geïsoleerde delen van de hersenen die de problemen veroorzaken. DBS stelt ons in staat om in het werkelijke circuit te gaan waarvan we weten dat het bij een aandoening betrokken is, en we stimuleren het en maken het vuur of niet op de manier die we willen, zegt Dougherty, de psychiater die samen met Eskandar Mass. General's Division of Neurotherapeutics, het drukste centrum van het land voor psychiatrische chirurgische behandeling. Het is dag en nacht in termen van robuustheid.

Om hersenaandoeningen op deze manier te behandelen, moeten de chirurgen natuurlijk de precieze circuits identificeren en begrijpen die ze veroorzaken - wat in veel gevallen nog niet is gebeurd. Hoewel neurowetenschappers veel hebben geleerd over hoe hersencircuits zijn georganiseerd en hoe ze werken, is het zelden mogelijk geweest om deze circuits in realtime te zien werken. Maar Eskandar en Dougherty zeggen dat de technologie die ze ontwerpen en testen die mogelijkheid zal openen. Door meerdere stukjes neuronen tegelijkertijd op te nemen voor langere tijd, denken ze dat ze de manier kunnen veranderen waarop we verschillende soorten psychische aandoeningen definiëren en begrijpen - en, wat nog belangrijker is, uiteindelijk leiden tot effectievere manieren om ze te behandelen.

Het water kalmeren

Artsen hebben sinds de oudheid geëxperimenteerd met elektriciteit om hersenaandoeningen te behandelen, in sommige gevallen zelfs door straalvis op de schedel toe te passen. Maar DBS werd geboren in een Franse operatiekamer in 1987, toen een neurochirurg genaamd Alim Louis Benabid een toevallige ontdekking deed terwijl hij zich voorbereidde op de operatie van een patiënt die leed aan oncontroleerbaar trillen.

Emad Eskandar en zijn team bereiden een metalen apparaat voor, een CRW stereotactisch frame genaamd, dat het proces zal helpen begeleiden.

Decennia lang was de laatste ademtechniek voor dergelijke patiënten extreem maar vaak behoorlijk effectief geweest: hersenchirurgen boorden eenvoudig gaten in de schedel en verwijderden de hersengebieden waarvan gedacht werd dat ze het probleem veroorzaakten. De aanpak werd soms gebruikt voor andere bewegingsstoornissen, maar ook voor ernstige epilepsie en sommige psychische aandoeningen. Die dag in 1987 was Benabid van plan een stuk van de thalamus van zijn patiënt te verwijderen, een walnootvormige structuur diep in de hersenen. Door een deel van het weefsel te vernietigen of te beschadigen, was hij van plan de bron weg te snijden van de verdwaalde elektrische impulsen die langs de perifere zenuwvezels van het lichaam vlogen en de hand van zijn patiënt deden trillen.

Hersenchirurgie van welke aard dan ook, is natuurlijk een voorstel met een hoge inzet. Misrekeningen kunnen verlamming, blindheid en zelfs de dood veroorzaken. Om verrassingen te voorkomen, nam Benabid een veelvoorkomende chirurgische voorzorgsmaatregel: hij hield zijn patiënt wakker in de operatiekamer, wat mogelijk is omdat er geen neurale pijnreceptoren zijn. Hij stak een elektrische sonde in het deel van de hersenen dat hij wilde verwijderen. Daarna gaf hij een polsslag en bekeek de patiënt nauwlettend om er zeker van te zijn dat de stimulatie geen onverwachte effecten had. Het is een techniek die neurochirurgen al meer dan een halve eeuw gebruiken om te verifiëren dat het gebied dat ze gaan verwijderen geen essentiële functie heeft; de kleine stroom in de elektrode zorgt ervoor dat de neuronen eromheen vuren, wat onthult welke rol ze eventueel spelen in lichamelijke processen.

In 1987 hadden neurowetenschappers een protocol ontwikkeld dat Benabid gelukkig besloot te negeren. In plaats van de hersenen van zijn patiënt te stimuleren met een frequentie van 50 hertz, draaide hij de knop naar bijna 100 hertz. Toen hij de elektrode op zijn doelwit aanbracht, gebeurde er iets onverwachts: de hand van de patiënt stopte met trillen - voor het eerst in jaren. Toen Benabid de stroom uitschakelde, hervatte het schudden. Toen hij het weer aanzette, stopte het weer. Stimulerend op hoge frequentie, realiseerde hij zich, deed op de een of andere manier de lastige signalen dempen.

De chirurg is klaar om de elektroden voorzichtig op de beoogde locatie in de hersenen in te brengen.

In 1991 publiceerde hij een artikel over zijn gebruik van DBS om trillingen aan beide zijden van het lichaam te behandelen. Hij vervolgde met een ander historisch document dat aantoonde dat hij veel van de andere slopende symptomen van Parkinson kon verlichten, waaronder vertraagde beweging en spierstijfheid. De Amerikaanse Food and Drug Administration keurde DBS goed voor gebruik bij tremoren in 1997 en voor Parkinson in 2002. Het is nu gebruikt bij tienduizenden patiënten.

Toch discussiëren wetenschappers jaren later nog steeds over de reden waarom DBS werkt. Wetenschappers wisten al lang dat oncontroleerbaar trillen op de een of andere manier werd veroorzaakt wanneer foutieve signalen afkomstig van structuren diep in de hersenen voortdurend gebieden van de motorische cortex activeerden die de bewegingen van het lichaam aanstuurden. In de jaren tachtig wisten ze zelfs wat deze signalen bij Parkinson veroorzaakte - onvoldoende hoeveelheden van een chemisch signaalmiddel dat dopamine wordt genoemd in structuren die de basale ganglia worden genoemd. Decennia lang bleef de organisatie van de basale ganglia en andere kenmerken van de binnenste lagen van de hersenen echter grotendeels een kwestie van speculatie.

Benabid theoretiseerde dat het stimuleren van de neuronen de abnormale activiteit onderdrukte. In de afgelopen tien jaar hebben neurowetenschappers in dierstudies de neuronale output nauwkeuriger gemeten en ontdekten dat DBS integendeel de activiteit lijkt te stimuleren. Philip Starr, een neurochirurg aan de Universiteit van Californië, San Francisco, die gespecialiseerd is in bewegingsstoornissen, heeft een leidende theorie geformuleerd: hij gelooft dat DBS werkt door het desynchroniseren van schietpatronen in circuits.

Net zoals energie die door de oceaan beweegt, reizen elektrische signalen die door de hersenen gaan in golven. En net als bij een oceaanstorm, kan een grote golf die met de juiste snelheid beweegt, alle kleine golven op zijn pad wegnemen. Bij Parkinson bouwt abnormale activiteit op zichzelf op, waardoor pathologische golven van activiteit ontstaan ​​die controle krijgen over het circuit en alle andere activiteit overstemmen. DBS breekt deze golven weer op, waardoor het circuit kan ontgrendelen en kleinere signalen kunnen doorkomen.

Wat het mechanisme achter DBS ook was, het was slechts een kwestie van tijd voordat onderzoekers begonnen na te denken over hoe ze de techniek zouden kunnen uitbreiden om andere hersenaandoeningen te behandelen, met name hardnekkige psychische aandoeningen.

Depressie

Op de dag dat ik de operatiekamer van Emad Eskandar bij Mass. General bezoek, ligt zijn patiënt op een brancard met een feestelijke donkerblauwe tint nagellak. De patiënt wordt gekweld door OCS en heeft niet op alle andere behandelingsopties gereageerd. Nu ligt ze verdoofd te midden van schalen met glanzende metalen scalpels en scharen, en de verpleegsters hebben haar in een wit laken gedrapeerd. Ze hebben ook haar hoofd kaalgeschoren en met behulp van klemmen en schroeven een stevig, doosachtig frame aan haar voorhoofd en de zijkanten van haar schedel bevestigd. Elke arm van het frame is geëtst met de minuscule cijfers van een liniaal, tot op de millimeter. Met de cijfers kan Eskandar de holle metalen leidingen die hij van plan is door de cortex van zijn patiënt en in het centrum van haar hersenen te drukken, nauwkeurig uitlijnen, een rechte route naar zijn doelwit volgen.

De operatie begint met het boren van gaatjes ter grootte van een dubbeltje in de schedel, waardoor de elektroden worden ingebracht.

Maar eerst moet de neurochirurg die route in kaart brengen. Eskandar zit dichtbij in scrubs, een chirurgisch masker dat losjes op zijn blauwe chirurgische pet is gedrukt, en beweegt een muisaanwijzer over een plek in het midden van een van de vier afbeeldingen die op een monitor worden weergegeven, waarop de hersenen van de patiënt worden afgebeeld. Elke afbeelding is vanuit een andere hoek genomen. Dit is perfect - je wilt hier zijn, zegt hij tegen een junior chirurg. Dat is uw toegangspunt.

Eskandar heeft bij tientallen OCS-patiënten elektroden geïmplanteerd; hij was een van de eerste neurochirurgen die de interventie experimenteel begon uit te voeren, lang voordat het in 2009 door de FDA werd goedgekeurd voor wijdverbreid gebruik. Het was precies het soort kans waarop hij had gehoopt toen hij besloot naar de medische school te gaan.

Hij blonk uit in wiskunde en natuurkunde op de middelbare school en ging naar de Universiteit van Nebraska met de bedoeling scheikundig ingenieur te worden. Maar dat veranderde toen hij een nachtbaan kreeg in een psychiatrische instelling, waar hij toezicht hield op patiënten met acute psychotische breuken. De patiënten die hij ontmoette maakten diepe indruk. Er was een wiskundeprofessor met een doctoraat uit Northwestern, hopeloos in de war door zijn eigen waanideeën. Eskandar herinnert zich ook een verwarde man van zijn eigen leeftijd, die stemmen hoorde in liedjes van Van Halen en ooit over het hek sprong tijdens een openluchtrecreatieperiode toen Eskandar niet oplette. De politie vond de patiënt een paar uur later, terwijl hij midden op de snelweg stond en het verkeer met een vork regelde.

Eskandar was gefascineerd door de omvang van deze wanen en verbaasd over hoe weinig artsen begrepen van geestesziekten. Het was een heel ander gevoel dan in een gewoon ziekenhuis, herinnert hij zich. Het was als: 'Weet iemand echt wat er aan de hand is?' Hij solliciteerde naar de medische school in de hoop de mysteries van de hersenen te ontrafelen. Na een periode hersenonderzoek te hebben gedaan bij de National Institutes of Health, verdiende hij een verblijfsvergunning in het Mass. General Hospital, net toen de FDA het eerste gebruik van diepe hersenstimulatie voor bewegingsstoornissen goedkeurde. Nadat hij een paar jaar eerder patiënten met hersenaandoeningen had vermaakt en bewaakt, werd hij nu geopereerd en kreeg hij de kans om hun neurale activiteit te meten en mee te doen aan de jacht op de oorzaken van dergelijk bizar gedrag. Hij verbleef in Mass. General nadat zijn residentie eindigde.

Nu staat Eskandar over de blote hoofdhuid van de ocs-patiënt en markeert zijn ingangspunten met een Sharpie. Vervolgens klikt hij een hulpstuk op het metalen frame dat het hoofd van de patiënt omhult, past de hoek aan om de cijfers op één lijn te brengen en laat de groep verpleegsters, bewoners en andere waarnemers weten dat hij er klaar voor is. Binnen een paar minuten heeft hij twee boorgaten in de schedel van de patiënt geopend en de head-rig gebruikt om twee lange, holle metalen buizen door de buitenste lagen van haar hersenen naar het midden van de grijze stof te leiden. In de buizen schuift hij een paar dunne elektroden die worden aangesloten op het apparaat dat hij later wil implanteren. Daarna verwijdert hij de buizen, hecht de elektrodedraden met zijden draden in de hoofdhuid en vult de boorgaten met snelhardend cement.

Het apparaat dat in het lichaam van de patiënt moet worden geïmplanteerd, is effectief bij de behandeling van OCS. Maar het maakt gebruik van technologie die al tientallen jaren bestaat, en de ervaren neurochirurg is er zeker van dat hij en andere clinici slechts het oppervlak hebben bekrast van wat mogelijk zou kunnen zijn als de huidige technologieën de DBS-systemen die beschikbaar zijn in de operatiekamer upgraden. Denk aan wat er de afgelopen 20 jaar is gebeurd op het gebied van miniaturisatie en de wet van Moore en zo, zegt Eskandar. Je hebt dit apparaat dat in de jaren '90 uitkwam. Toen het in de jaren tachtig werd ontworpen, had ik niet eens een mobiele telefoon.

Het team van Eskandar kijkt naar opnames die de activiteit van afzonderlijke neuronen in de hersenen van de patiënt vastleggen. Tijdens de operatie ondergaat de patiënt tests om zijn neurale circuits in kaart te brengen.

Het nieuwe systeem dat bij Draper wordt ontwikkeld en dat Eskandar en zijn Mass. General-collega's hebben helpen ontwerpen, zal gegevens kunnen verzamelen van maar liefst 320 elektroden - inclusief meerdere groepen sensoren die op de buitenste laag van de hersenen zijn geplaatst - en dienovereenkomstig stimulatie leveren . In plaats van een omvangrijke processor die in de borst of buik van een patiënt wordt geïmplanteerd, zal het apparaat bestaan ​​uit een geminiaturiseerde centrale hub, kleiner dan een mobiele telefoon, met een geïntegreerde batterij. Het geheel zal compact genoeg zijn om precies op de achterkant van de schedel te passen. De schedelnaaf zal worden bevestigd aan maar liefst vijf keramische en titanium elektronische satellieten die klein genoeg zijn om te passen in boorgaten ter grootte van een dubbeltje die in de bovenkant van de schedel zijn geboord. Elk van deze satellieten zal de gegevens verzamelen en doorgeven van de elektroden die worden verbonden met de sensoren of de leidingen diep in de hersenen. Het team heeft ook een extern basisstation gemaakt dat draadloos communiceert met de schedelhub; het kan de batterij van de hub opladen en de gegevens analyseren die het in de loop van de dag heeft opgeslagen.

Het nieuwe apparaat, met zijn meerdere leads en sensoren, zou de sleutel kunnen zijn als Eskandar en zijn collega's de technologie willen uitbreiden naar depressie en andere, meer gecompliceerde psychische stoornissen. Halverwege de jaren 2000 wonnen hij en Dougherty de goedkeuring om een ​​proef uit te voeren waarbij DBS werd gebruikt om depressie te behandelen. De resultaten waren in sommige gevallen opmerkelijk, een aanwijzing voor het potentieel dat het team nu probeert te realiseren. Maar in veel andere gevallen was de behandeling frustrerend ineffectief. Een geavanceerder apparaat zou veel preciezere interventies kunnen betekenen die zijn toegesneden op individuele patiënten en misschien een effectieve behandeling voor een grotere groep mensen.

Hun eerste patiënt had alle medicijnen geprobeerd die de wetenschap te bieden had, om nog maar te zwijgen van 30 rondes van elektroconvulsietherapie. Haar naam was Liss Murphy, en tegen de tijd dat ze Dougherty ontmoette in 2006, was ze wanhopig. Een paar jaar eerder was ze een dynamische, 30-jarige PR-manager die in Chicago woonde. Maar door een depressie was ze binnen een paar weken arbeidsongeschikt geworden, waardoor ze nauwelijks meer kon praten. Op een dag verliet ze haar werk en ging nooit meer terug. Gedwongen om in 2004 naar de omgeving van Boston te verhuizen, belandde ze in het McLean Hospital.

Nadat Eskandar Murphy had geopereerd, begon ze verbazingwekkend te herstellen. Ze was in staat om haar relaties met vrienden en familie te hervatten. Ze kreeg een zoon en ervoer voor het eerst sinds jaren weer geluk, gelach en vreugde. De kracht van de aanpak werd haar duidelijk in 2012, toen artsen door een infectie het apparaat van Murphy enkele maanden moesten uitschakelen. Binnen enkele dagen keerde haar depressie terug; maar toen het apparaat weer werd ingeschakeld, zei ze, ervoer ze een krachtige fysieke transformatie.

Het was gewoon een golf van warmte die door je heen opsteeg, en ik kon zien dat het aan was, zegt ze. Ik werd de dag erna wakker en het was een hele nieuwe wereld. De kleuren buiten waren feller. Mijn zoon en ik gingen naar het verhalenuurtje. Het was maanden geleden dat alleen hij en ik iets hadden gedaan. Alles was weer nieuw en het was alsof ik de andere kant had bereikt.

Geïnspireerd breidden Dougherty en Eskandar hun proeven uit en zagen vergelijkbare resultaten bij een aantal andere patiënten (maar zeker niet bij alle). Tegen die tijd was er al een parallelle poging om DBS te gebruiken tegen depressie. In maart 2003 had Helen Mayberg, een neuroloog aan de Universiteit van Toronto, een DBS-apparaat geïmplanteerd in een patiënt met een depressie, waarbij het in een smalle band van een hersenstructuur werd geplaatst die het subgenuale cingulaat wordt genoemd. Ze publiceerde een artikel in het tijdschrift neuron in 2005, een jaar voor de operatie van Murphy, rapporteerde resultaten bij zes proefpersonen (ze volgde dat op met een groep van 20, die vandaag nog steeds wordt gevolgd). Net als Murphy waren sommigen van hen vóór de operatie vrijwel catatonisch geweest, maar herstelden.

Het aanvankelijke succes van Mayberg met DBS, samen met het werk van de groep van Eskandar en Dougherty, voedde de verwachting dat het apparaat binnenkort FDA-goedkeuring zou krijgen voor een aandoening die miljoenen Amerikanen treft. Beide groepen hadden volgens Dougherty een respons van ongeveer 50 procent, met remissie in een derde van de gevallen. Maar de grote proeven die de FDA oplegde voordat de behandeling kon worden goedgekeurd, vereisten controlegroepen om placebo-effecten te meten. Experimentatoren implanteerden DBS-apparaten in alle vrijwilligers; vervolgens hebben ze willekeurig de helft toegewezen aan een standaard stimulatieprotocol en de andere helft aan een protocol waarin de elektrode nooit wordt aangezet. Na analyse van de voorlopige resultaten stopte de FDA beide onderzoeken. Uiteindelijk hadden we een vrij hoog placebo-effect, zegt Dougherty. Maar bij sommige mensen werkte het zeker.

Eskandar en Dougherty hebben te veel opmerkelijke genezingen gezien om de behandeling buiten beschouwing te laten. Mayberg blijft ook een fervent voorstander van de kracht van DBS om depressie te behandelen. Alle drie zijn echter van mening dat een meer geavanceerd DBS-systeem van het soort dat Draper aan het ontwikkelen is, de therapie waarschijnlijk effectiever zal maken. De reden is simpel: de problemen die optreden bij depressie en andere psychische stoornissen beperken zich niet tot één anatomische locatie. Het zijn ziekten van neurale circuits en vertonen gewoonlijk complexe reeksen symptomen, die kunnen variëren afhankelijk van welk deel of welke delen van het circuit zijn aangetast. Dit betekent dat er verschillende soorten depressie zijn, en verschillende soorten patiënten met depressie; elke persoon kan anders reageren, afhankelijk van waar, wanneer en hoe de hersenen worden gestimuleerd.

Een lid van het chirurgisch team evalueert de patiënt met de geïmplanteerde DBS-elektrode en beoordeelt de voordelen en eventuele bijwerkingen van de procedure.

In de afgelopen jaren is Mayberg begonnen met het in kaart brengen van de complexe verbindingen die uitstralen vanaf de plek waar ze zich op richt in DBS, een regio die area 25 wordt genoemd. Achteruit werkend, hoopt ze het circuit te reverse-engineeren en alle hubs en componenten te identificeren. Met een complexer apparaat dat in staat is om op meerdere gebieden te voelen en te stimuleren, is het volgens haar wellicht beter mogelijk om interventies af te stemmen op verschillende onderwerpen, door stimulatiepatronen aan te passen aan hun specifieke symptomen en neurale activeringspatronen.

Eskandar en Dougherty hebben ondertussen nog bredere ambities. Ze hopen therapieën te ontwikkelen voor een hele reeks andere mentale aandoeningen die zo complex zijn dat het vrijwel ondenkbaar zou zijn om ze te behandelen met de huidige generatie ruwe, eenrichtingsapparaten.

Telltale kleuren

Terwijl ik in het laboratorium van Eskandar zit, kijk ik naar een roterend 3D-beeld van een doorschijnende schedel en de hersenen erin. Binnen het zwart-wit brein worden verschillende neurale activeringspatronen gemarkeerd in drie verschillende kleuren: turkoois, oranje en magenta. Om de afbeeldingen te maken, gebruikten de collega's van Eskandar functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI), een techniek die veranderingen in neurale activiteit volgt door de bloedstroom naar verschillende delen van de hersenen te meten. Het turkoois vertegenwoordigt de hersenactiveringspatronen die zijn vastgelegd van een gezond onderwerp terwijl hij een specifieke taak uitvoerde. De oranje en magenta vertegenwoordigen de activeringspatronen die zijn vastgelegd in de hersenen van twee psychiatrische patiënten terwijl ze dezelfde taak uitvoerden. Alle drie de patronen zien er anders uit. Hoewel bij de oranje en magenta patiënten allebei een ernstige depressie is vastgesteld, heeft elk een extra aandoening: de een lijdt aan PTSS en de ander heeft een gegeneraliseerde angststoornis.

Deze aandoeningen zijn per definitie constellaties van symptomen, zegt Dougherty. Daarom zou volgens hem een ​​nauwkeuriger behandeling, beter afgestemd op de individuele patiënt, het verschil kunnen maken. Er is geen depressieplek, zegt hij. Er is geen PTSS-plek. Er is geen borderline persoonlijkheidsstoornis ter plaatse.

Met behulp van het DBS-systeem dat momenteel beschikbaar is, legt Eskandar uit, terwijl hij wijst op de hersenpatronen van de twee depressieve patiënten, zou de behandelingsstrategie eenvoudigweg zijn om een ​​elektrode aan te zetten en hetzelfde hersengebied voor beide patiënten te stimuleren. Het geavanceerde DBS-systeem dat Dougherty en Eskandar met Draper ontwikkelen, zal daarentegen in staat zijn om in realtime abnormale patronen van hersenactiviteit te detecteren en de getroffen gebieden te stimuleren. Ze moeten zich aanpassen wanneer nieuwe patronen opduiken, waarbij ze elke keer een elektrische schok op de juiste plek aanbrengen.

Eskandar vestigt nogmaals mijn aandacht op het scherm. De drie hersenscans waar we naar kijken, vertelt hij me, zijn allemaal opgenomen terwijl de patiënten een taak uitvoerden die hun vermogen meette om de emotionele gebieden van de hersenen tot rust te brengen en een vraag te beantwoorden die focus en mentale helderheid vereiste. Eskandar wijst op een van de patronen van hersenactivatie van depressieve patiënten, en legt uit dat dit hetzelfde patroon is dat men gewoonlijk aantreft bij patiënten die symptomen van PTSS ervaren. Het emotiegedreven deel van de hersenen dat de amygdala wordt genoemd, is vol activiteit. Het vuurt veel krachtiger dan de amygdala's van normale patiënten die dezelfde taak uitvoeren. Het is alsof het emotionele deel van de hersenen van deze patiënt schreeuwt en al het andere overstemt.

Stel je voor, suggereert Eskandar, als we deze reactie eenvoudig zouden kunnen negeren, door de juiste gebieden handmatig te activeren en te deactiveren. In feite heeft hij al geprobeerd om dat aan te tonen bij een patiënt bij wie elektroden waren geïmplanteerd ter voorbereiding op een operatie om epilepsie te behandelen (neurochirurgen gebruiken deze techniek vaak om de activiteit te controleren en de precieze locatie te verifiëren waar de aanvallen vandaan komen). Eskandar en zijn team konden de emotionele reactie van de patiënt op een afbeelding van een menselijk gezicht opwekken door de amygdala te stimuleren, en ze waren in staat om die reactie af te zwakken door een ander gebied, de dorsale anterieure cingulate cortex, te stimuleren.

Het team hoopt een hele reeks nieuwe DBS-behandelingen te ontwerpen: de elektroden van het apparaat zullen worden ingebracht op locaties die zijn gekozen op basis van de constellatie van symptomen van elke persoon, en de specifieke afwijkingen in de hersencircuits zullen bepalen waar de stroom wordt geactiveerd. Eskandar is optimistisch over de vooruitzichten voor de behandeling van depressie met deze nieuwe hulpmiddelen. Hij heeft ook hoge verwachtingen van de behandeling van PTSS en gegeneraliseerde angststoornis. Hij voelt zich zelfs goed over de mogelijkheden om verslaving, schizofrenie en traumatisch hersenletsel te behandelen. Maar hij erkent dat sommige van de aandoeningen die hij en Dougherty willen aanpakken, zoals een borderline-persoonlijkheidsstoornis, ver weg blijven. Zelfs bij de enige psychiatrische aandoening waarvoor DBS door de FDA is goedgekeurd, OCS, schommelt het slagingspercentage nog steeds rond de 50 procent - een grimmige herinnering aan de uitdagingen die voor ons liggen.

Inderdaad, Eskandar en Dougherty maken zich geen illusies. Het menselijk brein blijft een van de meest raadselachtige en complexe biologische systemen die we kennen. En in veel opzichten staan ​​onze pogingen om het te begrijpen nog in de kinderschoenen. Tegen het einde van dit jaar, zegt Eskandar, hoopt hij aan te tonen dat het nieuwe systeem kan worden geprogrammeerd om een ​​specifiek patroon van hersenactiviteit waar te nemen en erop te reageren. Het is een relatief eenvoudige test van de technologie. Toch is succes niet verzekerd. Ik weet zeker dat het de eerste keer niet gaat werken, of waarschijnlijk zelfs de derde keer, zegt hij. Maar uiteindelijk gaat het lukken. En we blijven proberen totdat we het goed hebben.

Adam Piore is een freelance journalist gevestigd in New York.

zich verstoppen