TU-Wien und Med­Uni-Wien ent­wi­ckeln neue Unter­su­chungs­me­thode zur Sti­mu­la­tion des Vagus­nervs im Ohr. Der Nerv spielt eine wich­tige Rolle bei der mensch­li­chen Schmerzempfindung.

Der Vagus­nerv hat für unse­ren Kör­per eine wich­tige Bedeu­tung. Einige sei­ner Fasern rei­chen zu den inne­ren Orga­nen und er ist auch im mensch­li­chen Hör­or­gan zu fin­den. Der Nerv spielt eine rele­vante Rolle für diverse Kör­per­funk­tio­nen, bei­spiels­weise bei der Schmerz­emp­fin­dung. Seit vie­len Jah­ren wird daran geforscht, wie der Vagus­nerv mit spe­zi­el­len Elek­tro­den effek­tiv und gleich­zei­tig scho­nend sti­mu­liert wer­den kann.

Der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Wien und der Medi­zi­ni­schen Uni­ver­si­tät Wien ist nun in einem koope­ra­ti­vem For­schungs­pro­jekt eine wich­tige Ent­wick­lung gelun­gen : In einer mikro­ana­to­mi­schen Stu­die wurde unter­sucht, wie der Vagus­nerv im Ohr in Rela­tion zu ver­schie­de­nen Blut­ge­fä­ßen ver­läuft. In wei­te­rer Folge wurde am Com­pu­ter ein 3D-Modell erstellt, um die opti­male Sti­mu­la­tion mit Nadel­elek­tro­den zu berech­nen. Und im nächs­ten Schritt pas­sier­ten Tests an Pati­en­tIn­nen. Mit die­ser Methode konnte dann ein Signal­mus­ter ermit­telt wer­den, das den Vagus­nerv im Ohr beson­ders gut stimuliert.

Win­zige Elek­tro­den direkt am Ohr
Euge­ni­jus Kani­usas, Elek­tro­tech­ni­ker am Insti­tut für Micro­wave and Cir­cuit Engi­nee­ring der TU Wien und sein Team führ­ten in Koope­ra­tion mit der Med-Uni Wien bereits meh­rere Stu­dien durch, in denen chro­ni­sche Schmer­zen oder auch Durch­blu­tungs­stö­run­gen mit einer elek­tri­schen Sti­mu­la­tion des Vagus­nervs im Ohr behan­delt wur­den. Dabei wer­den kleine Elek­tro­den direkt ins Ohr gesto­chen, die dann – kon­trol­liert von einem klei­nen trag­ba­ren Gerät am Hals – bestimmte Strom­im­pulse aussenden.

Eine große Her­aus­for­de­rung ist dabei die Elek­tro­den genau an der rich­ti­gen Stelle anzu­brin­gen. „Man sollte keine Blut­ge­fäße tref­fen und die Elek­trode genau im rich­ti­gen Abstand zum Nerv plat­zie­ren“, erklärt Euge­ni­jus Kani­usas. „Ist die Elek­trode zu weit ent­fernt, wird der Nerv nicht aus­rei­chend sti­mu­liert. Ist sie zu nah, dann ist das Signal zu stark. Der Nerv kann blo­ckiert wer­den, mit der Zeit ‚ermü­den‘ und irgend­wann keine Signale mehr ans Hirn wei­ter­lei­ten“, so Kaniusas.

Com­pu­ter­ba­sier­tes 3D-Modell
Bis­her musste man sich bei der Posi­tio­nie­rung der Elek­tro­den auf Erfah­rungs­werte ver­las­sen. Nun wurde erst­mals in einer mikro­ana­to­mi­schen Stu­die im Detail unter­sucht, wie die Ner­ven­fa­sern und Blut­ge­fäße im Ohr räum­lich ver­lau­fen. Dazu wur­den Schnitt­bil­der von Gewe­be­pro­ben hoch­auf­lö­send foto­gra­fiert und dann von Babak Dabiri Raz­lighi, einem For­scher im Team von Euge­ni­jus Kani­usas, am Com­pu­ter zu einem drei­di­men­sio­na­len Modell zusammengefügt. 

„Die Blut­ge­fäße kann man in Pati­en­ten gut sicht­bar machen, indem man das Ohr durch­leuch­tet“, ergänzt Wolf­gang J. Wenin­ger von der betei­lig­ten Med­Uni Wien. „Die Ner­ven aller­dings sieht man nicht. Unsere mikro­ana­to­mi­schen Mes­sun­gen sagen uns nun, wie die Ner­ven im Ver­hält­nis zu Blut­ge­fä­ßen ver­lau­fen und wie groß im Durch­schnitt der Abstand zwi­schen Blut­ge­fä­ßen und Ner­ven an defi­nier­ten Posi­tio­nen ist. Das hilft uns dabei, die rich­tige Stelle für die Plat­zie­rung der Sti­mu­la­ti­ons­elek­tro­den zu fin­den“, erläu­tert Weninger.

Drei­pha­sen-Signal für opti­male Stimulation
Mit dem Com­pu­ter­mo­dell lässt sich auch berech­nen, wel­che elek­tri­schen Signale ver­wen­det wer­den soll­ten und dabei ist nicht nur die Stärke des Signals wich­tig, son­dern auch sein zeit­li­cher Ver­lauf. „In der Com­pu­ter­si­mu­la­tion zeigte sich erst­mals, dass ein drei­pha­si­ges Signal­mus­ter aus der Sicht der Bio­phy­sik hilf­reich sein sollte, ähn­lich wie man es aus der Stark­strom­tech­nik kennt – nur mit viel gerin­ge­rer Strom­stärke“, berich­tet Kani­usas. „Drei ver­schie­dene Elek­tro­den lie­fern jeweils auf- und abschwel­lende Strom­pulse, aber nicht syn­chron, son­dern auf ganz bestimmte Weise zeitversetzt.“ 

Diese Art der Sti­mu­la­tion wurde dann an Per­so­nen getes­tet, die an chro­ni­schen Schmer­zen lei­den und das drei­pha­sige Sti­mu­la­ti­ons­mus­ter erwies sich sogar als beson­ders wir­kungs­voll. „Die Vagus­nerv-Sti­mu­la­tion ist eine viel­ver­spre­chende Tech­nik, deren Wir­kung mit unse­ren neuen Erkennt­nis­sen objek­ti­viert und nun noch wei­ter ver­bes­sert wird“, sagt Euge­ni­jus Kani­usas. „Vor allem bei Men­schen mit chro­ni­schen Schmer­zen, die bereits als aus­the­ra­piert gel­ten und bei denen Medi­ka­mente kei­nen Nut­zen mehr brin­gen, ist die Vagus­nerv-Sti­mu­la­tion eine oft ret­tende Mög­lich­keit“, so Kaniusas.