Wie Wissenschaftler planen, Ihr Nervensystem zu hacken

Ein Nerv verbindet Ihre lebenswichtigen Organe, Sensorik und gestalten Ihre Gesundheit. Wenn wir lernen, sie zu kontrollieren, wird die Zukunft der Medizin elektrisch sein. Von Gaia Vince.

Wenn Maria Vrind, eine ehemalige Turnerin von Volendam in den Niederlanden festgestellt, dass der einzige Weg den Sie ihre Socken morgens anziehen konnte auf dem Rücken mit den Füßen in der Luft zu liegen, musste sie akzeptieren, dass Dinge einen kritischen Punkt erreicht hatte. "Ich geworden war so steif, dass ich konnte nicht aufstehen", sagt sie. "Es war ein großer Schock, denn ich ein aktiver Mensch bin."

Es war 1993. Vrind war in ihren späten 40ern und arbeiten zwei Jobs, Leichtathletiktrainer und Betreuer für Menschen mit Behinderungen, aber ihr Zustand jetzt fing an, über ihr Leben. "Ich musste meine Aufträge beenden und für einen anderen zu suchen, da ich mich zunehmend behindert wurde." Durch die Zeit, die sie diagnostiziert wurde, sieben Jahre später, sie war in starke Schmerzen und konnte nicht mehr gehen. Knie, Knöchel, Handgelenke, Ellbogen und Schultergelenke waren heiß und entzündet. Es war rheumatoide Arthritis, eine gemeinsame aber unheilbar Autoimmunerkrankung, bei der der Körper seine eigenen Zellen, in diesem Fall der Auskleidung der Gelenke, Herstellung von chronischen Entzündungen und Knochen Deformität angreift.

Warteräume außen rheumatoide Arthritis Kliniken verwendet werden voll von Menschen im Rollstuhl. Das passiert nicht so viel jetzt aufgrund einer neuen Welle von Medikamenten, den sogenannten Biopharmazeutika – wie zielgerichtete, gentechnisch veränderte Proteine – die wirklich helfen können. Nicht jeder fühlt sich besser, aber: auch in Ländern mit die beste Gesundheitsversorgung, mindestens 50 Prozent der Patienten weiterhin Symptome leiden.

Wie viele Patienten erhielt Vrind mehrere verschiedene Medikamente wie Schmerzmittel, ein Krebsmedikament namens Methotrexat um ihr gesamtes Immunsystem und Biopharmazeutika, blockieren die Produktion von spezifischen entzündliche Proteine zu dämpfen. Die Medikamente machen ihre Arbeit gut genug – zumindest haben sie bis zu einem Tag im Jahr 2011, wenn sie nicht mehr funktionierte.

"Ich war im Urlaub mit meiner Familie und meiner Arthritis plötzlich schrecklich und ich konnte nicht gehen – meine Schwiegertochter hatte um mich zu waschen." Vrind wurde ins Krankenhaus gebracht, wo sie an einen intravenösen Tropf angeschlossen war und angesichts einer anderen Krebs-Medikament, eine, die ihre weißen Blutkörperchen gezielt gehetzt. "Es hat geholfen", gesteht sie, aber sie war nervös, unter Berufung auf solche langfristigen Droge.

Zum Glück, hätte sie nicht zu. Wie sie sich zu einem Leben von Behinderung und monatliche Chemotherapie Rücktritt war, eine neue Behandlung wurde entwickelt, fordere zutiefst unserem Verständnis wie Gehirn und Körper interagieren, um das Immunsystem zu steuern. Es würde eröffnen einen völlig neuen Ansatz zur Behandlung von rheumatoider Arthritis und anderen Autoimmunerkrankungen, die mit dem Nervensystem um Entzündung zu ändern. Es würde sogar zu Forschung in unseren Köpfen zur Daube weg von Krankheit Verwendung könnte führen.

Und wie viele gute Ideen, es kam von unerwarteter Seite.

Der Nerv-Jäger

Kevin Tracey, ein Neurochirurg, mit Sitz in New York, ist ein Mann einen Mann mit einer Mission von persönlichen Ereignissen – heimgesucht. "Meine Mutter starb an einem Hirntumor, als ich fünf Jahre alt war. Es war sehr plötzlich und unerwartet", sagt er. "Und ich habe gelernt aus dieser Erfahrung, dass das Gehirn – Nerven – für die Gesundheit verantwortlich sind." Dies trieb seine Entscheidung zu einem Gehirnchirurgen. Dann, während seiner Ausbildung Krankenhaus nach einem Patienten mit schweren Verbrennungen suchte er plötzlich schwere Entzündung gelitten. "sie war ein 11 Monate altes Baby Mädchen namens Janice, die in meinen Armen gestorben."

Diese traumatischen Momente machte ihn ein Neurochirurg, viel über Entzündungen denkt. Er glaubt, dass es diese Perspektive war, die ihm ermöglichte, die Ergebnisse eines versehentlichen Experiments auf eine neue Weise zu interpretieren.

In den späten 1990er Jahren experimentierte Tracey mit einem Rattengehirn. "Wir ein entzündungshemmendes Medikament ins Gehirn injiziert hatte weil wir die wohltuende Wirkung studierten der Entzündung bei einem Schlaganfall zu blockieren," erinnert er sich. "Wir waren überrascht zu erfahren, dass wenn das Medikament im Gehirn vorhanden war, es auch Entzündungen in der Milz und in anderen Organen in den Rest des Körpers blockiert. Doch die Menge an Wirkstoff, die wir injiziert hatte war viel zu klein, um in die Blutbahn geraten und reiste mit dem Rest des Körpers."

Nach Monaten über diese rätselhafte traf er schließlich auf die Idee, dass das Gehirn das Nervensystem – speziell den Nervus Vagus – verwenden könnten, um zu sagen, die Milz, überall Entzündungen auszuschalten.

Es war eine außergewöhnliche Idee – ob Tracey hatte Recht, Entzündung im Körpergewebe direkt durch das Gehirn reguliert wurde. Kommunikation zwischen das Immunsystem spezialisierte Zellen in unseren Organen und Blut und die elektrischen Anschlüsse des Nervensystems war unmöglich betrachtet worden. Tracey entdeckte nun offenbar, dass die beiden Systeme eng verknüpft waren.

Die erste kritische Prüfung für diese spannende Hypothese war, den Nervus Vagus zu schneiden. Wenn Tracey und sein Team haben, hatte das entzündungshemmende Medikament nicht mehr ins Gehirn injiziert eine Auswirkung auf den Rest des Körpers. Der zweite Test war den Nerv ohne jede Droge im System zu stimulieren. "Weil den Vagusnerv, wie alle Nerven, Informationen über elektrische Signale kommuniziert, es bedeutete, dass wir das Experiment zu replizieren, indem ein Nervenstimulator auf den Nervus Vagus im Hirnstamm, Entzündungen in der Milz zu blockieren können", erklärt er. "Was haben wir getan und das war der Durchbruch Experiment."

Der wandernde Nerv

Nervus Vagus beginnt im Hirnstamm, direkt hinter den Ohren. Es reist hinunter jede Seite des Halses, quer über die Brust und unten durch die Bauchdecke. "Vagus" ist lateinisch für "Wandern" und in der Tat dieses Bündel von Nerv Fasern kreiieren durch den Körper, die Vernetzung des Gehirns mit dem Magen und Verdauungstrakt, Lunge, Herz, Milz, Darm, Leber und Nieren, ganz zu schweigen von einer Reihe von anderen Nerven, die Rede, Blickkontakt, Mimik und sogar Ihre Fähigkeit, in Einklang zu stimmen anderer Menschen beteiligt sind. Es besteht aus Tausenden und Abertausenden von Fasern und 80 Prozent von ihnen sind sensorische, was bedeutet, dass den Nervus Vagus Berichte an Ihr Gehirn was in Ihre Organe vor sich geht.

Weit unter dem Niveau von unserem bewussten Verstand ist der Vagusnerv lebenswichtig für unseren Körper gesund zu halten. Es ist ein wesentlicher Bestandteil der Parasympathikus, die zur Beruhigung der Organe nach den gestressten "Kampf oder Flucht" Adrenalin-Reaktion auf Gefahr verantwortlich ist. Nicht alle Vagus Nerven sind die gleichen, aber: Manche Menschen haben stärkere Vagus Tätigkeit, die ihren Körper entspannen schneller nach einem Stress bedeutet.

Die Stärke Ihrer Vagus Antwort gilt als Ihr Vagotonus und mithilfe eines Elektrokardiogramms Herzfrequenz messen ermittelt werden. Jedes Mal, wenn Sie atmen, schlägt dein Herz schneller, um den Fluss von sauerstoffreichem Blut durch Ihren Körper zu beschleunigen. Ausatmen und Ihre Herzfrequenz verlangsamt. Diese Variabilität ist eines von vielen Dingen geregelt durch den Vagusnerv, der aktiv ist, wenn Sie ausatmen, aber unterdrückt, wenn Sie atmen, also je größer der Unterschied im Herzen bewerten, wenn in und out, je höher Ihre Vagotonus atmen.

Forschung zeigt, dass eine hohe Vagotonus Ihren Körper besser macht auf die Regulierung des Blutzuckerspiegels, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Diabetes, Schlaganfall und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Niedrige Vagotonus, wurde jedoch mit chronischen Entzündungen in Verbindung gebracht. Als Teil des Immunsystems Entzündung hat eine nützliche Rolle, die dem Körper hilft, nach einer Verletzung heilen zum Beispiel, aber es kann Organe und Blutgefäße schädigen, wenn es anhält, wenn es nicht benötigt wird. Der Vagusnerv Arbeitsplätze gehört zum Zurücksetzen des Immunsystems und schalten Sie Produktion von Proteinen, Kraftstoff-Entzündung. Niedrige Vagotonus bedeutet diese Verordnung ist weniger effektiv und Entzündungen kann übermäßige, wie z. B. in Maria Vrind rheumatoide Arthritis oder Toxic Shock Syndrom, die Kevin Tracey glaubt wenig Janice getötet werden.

Für der Vagus in einer Reihe von chronisch entzündlichen Erkrankungen gefunden zu haben Beweise für eine Rolle, wollten wie rheumatoide Arthritis, Tracey und seine Kollegen sehen, ob es eine mögliche Route für die Behandlung werden könnte. Nervus Vagus arbeitet als ein zwei-Wege-Bote, vorbei an elektrochemischen Signale zwischen den Organen und dem Gehirn. In chronisch-entzündliche Erkrankung Tracey dachte, waren nicht Nachrichten aus dem Gehirn sagt der Milz ausschalten Produktion eines bestimmten entzündlichen Proteins, Tumor-Nekrose-Faktor (TNF), gesendet. Vielleicht könnte die Signale verstärkt werden?

Er verbrachte die nächste zehn Jahre akribisch Kartierung aller Beteiligten bei der Regulierung der TNF, aus dem Hirnstamm zu den Mitochondrien in unseren Zellen Nervenbahnen. Schließlich wurde mit einem robusten Verständnis wie den Nervus Vagus Entzündung kontrolliert, Tracey bereit zu testen, ob es möglich war, in der menschlichen Krankheit einzugreifen.

Anregende Studie

Im Sommer 2011 sah Maria Vrind eine Zeitungsanzeige für Menschen mit schwerer rheumatoider Arthritis, ehrenamtlich für eine klinische Studie. Teilnahme würde bedeuten, ausgestattet mit einem elektrischen Implantat direkt an den Nervus Vagus angeschlossen. "Ich rief sie sofort", sagt sie. "Ich wollte nicht mein ganzes Leben auf Krebsmedikamente werden; Es ist schlimm für Ihre Organe und nicht gut langfristig."

Tracey entwarf die Prüfung mit seinem Mitarbeiter, Paul-Peter Tak, Professor für Rheumatologie an der Universität von Amsterdam. Tak hatte lange nach einer Alternative zu starken Medikamenten gesucht, die das Immunsystem zur Behandlung von rheumatoider Arthritis zu unterdrücken. "Die körpereigene Immunantwort nur ein Problem wird, wenn es den eigenen Körper anstatt fremden Zellen, oder greift wenn sie chronisch ist,", argumentierte er. "So stellt sich die Frage: wie können wir ausschalten Mechanismus des Körpers verbessern? Wie können wir die Auflösung fahren?"

Wenn Tracey ihn rief darauf hin, dass der Vagusnerv stimuliert die Antwort sein könnte, durch die Produktion von TNF Abschaltung, Tak schnell erkannte das Potenzial und war begeistert zu sehen, ob es funktionieren würde. Vagusnerv-Stimulation hatte bereits beim Menschen für Epilepsie, genehmigt worden, so bekommen die Genehmigung für eine Arthritis Testversion relativ einfach wäre. Eine ernstere potenzielle Hürde war ob Menschen verwendet, um die Einnahme von Medikamenten für ihren Zustand wäre bereit, um ein Gerät in ihrem Körper zu implantieren einer Operation unterziehen: "Es war ein großes Fragezeichen über ob Patienten eine neuroelektrischen Gerät wie ein Herzschrittmacher akzeptieren würden", sagt Tak.

Er braucht nicht Sorgen machen müssen. Mehr als eintausend Menschen zeigten Interesse an dem Verfahren, weit mehr, als für die Testversion benötigt wurden. Im November 2011 erstmals Vrind von 20 niederländische Patienten operiert werden.

"Der Schrittmacher auf der linken Seite meiner Brust mit Drähten, die nach oben und legen auf den Nervus Vagus in meiner Kehle, setzten", sagt sie. "Ich wartete zwei Wochen, während das Gebiet geheilt, und dann die Ärzte es eingeschaltet und die Einstellungen für mich angepasst."

Ein Magnet zu streichen über ihre Kehle sechsmal am Tag, bekam sie das Implantat zu aktivieren und stimulieren ihre Vagusnerv für jeweils 30 Sekunden. Die Hoffnung war, dass dies die entzündliche Reaktion in ihre Milz verringern würde. Vrind und die anderen Studienteilnehmerinnen und-Teilnehmer nach Hause geschickt wurden, wurde es eine Zeit des Wartens für Tracey, Tak und das Team zu sehen, ob die Theorie, Laborstudien und Tierversuche in realen Patienten Früchte tragen würde. "Wir hoffen, dass für einige, gäbe es eine Lockerung ihrer Symptome – vielleicht würde ihre Gelenke ein wenig weniger schmerzhaft werden," sagt Tak.

Vrind war zunächst ein bisschen zu eifrig für ein Wundermittel. Sie sofort aufgehört, ihre Pillen, aber ihre Symptome kam wieder so schlecht, dass sie ans Bett gefesselt war und schreckliche Schmerzen. Sie ging zurück auf die Medikamente und sie verringerten sich allmählich über eine Woche statt.

Und dann geschah das außergewöhnliche: Vrind erlebt eine umso bemerkenswerter, als sie Erholung oder die Wissenschaftler erhoffen gewagt hatte.

"Innerhalb von ein paar Wochen, ich war in einem Top Zustand," sagt sie. "Ich konnte wieder laufen und Radfahren, ich begann wieder Eislaufen und lernte meine Gymnastik. "Ich fühle mich so viel besser." Sie nimmt noch Methotrexat, die sie mit einer niedrigen Dosis für den Rest ihres Lebens benötigen, aber bei 68, halb-pensionierte Vrind jetzt spielt und lehrt Senioren Volleyball, ein paar Stunden in der Woche, Zyklen für mindestens eine Stunde täglich, turnt und spielt mit ihren acht Enkelkinder.

Andere Patienten an der Studie hatten ähnliche transformative Erfahrungen. Die Ergebnisse sind noch in Vorbereitung zur Veröffentlichung aber Tak sagt mehr als die Hälfte der Patienten zeigte deutliche Verbesserung und rund ein Drittel in Remission – in der Tat von ihrer rheumatoiden Arthritis geheilt sind. 16 der 20 Patienten an der Studie nicht nur besser gefühlt, aber auch Maßnahmen der Entzündung im Blut ging. Einige sind jetzt völlig frei von Drogen. Selbst diejenigen, die nicht klinisch signifikante Verbesserungen mit dem Implantat erlebt haben darauf bestehen, dass es ihnen hilft; Niemand will es entfernt.

"Wir haben sehr klare Trends mit Stimulation von drei Minuten pro Tag gezeigt", sagt Tak. "Wenn wir Anregung eingestellt, konnte man sehen Krankheit kam wieder zurück und TNF-Spiegel im Blut stieg. "Wir neu gestartet Stimulation und es normalisierte sich wieder."

Tak-Verdächtigen, die Patienten weiterhin auf Vagusnerv-Stimulation zum Leben braucht. Aber im Gegensatz zu den Medikamenten, die Arbeiten durch die Verhinderung der Produktion von Immunzellen und Proteine wie TNF, Vagusnerv-Stimulation scheint die körpereigene natürliche Gleichgewicht wiederherzustellen. Es reduziert die Überproduktion von TNF, die chronische Entzündung verursacht, aber hat keinen Einfluss auf gesunde Immunfunktion, damit der Körper normalerweise auf Infektion reagieren kann.

"Ich bin wirklich froh, dass ich in der Studie," sagt Vrind. "Es war mehr als drei Jahre vergangen, seit das Implantat und meine Symptome noch nicht zurückgegeben. Anfangs fühlte ich einen Schmerz in meinem Kopf und Hals, wenn ich es benutzt, aber innerhalb von ein paar Tagen, es hielt. Jetzt fühle ich nicht nichts außer ein Engegefühl in meine Kehle und meine Stimme zittert während es arbeitet.

"Ich habe gelegentlich Steifigkeit oder ein wenig Schmerzen in meinem Knie manchmal, aber es ist in ein paar Stunden verschwunden. Ich habe keine Nebenwirkungen vom Implantat, wie ich mit den Drogen hatte, und die Wirkung nicht nachlassen ist, wie es mit den Drogen gemacht haben."

Anhebung des Tons

Haben ein elektrisches Gerät chirurgisch ist implantiert in den Hals für den Rest Ihres Lebens ein schwere Verfahren. Aber die Technik hat sich als so erfolgreich – und so attraktiv für die Patienten –, dass andere Forscher nun suchen in mit Vagusnerv-Stimulation für eine Reihe von anderen schwächenden Erkrankungen, einschließlich chronisch entzündliche Darmerkrankungen, Asthma, Diabetes, chronische Müdigkeit und Übergewicht.

Aber was ist mit Menschen, die nur geringe Vagotonus, deren körperliche und geistige Gesundheit profitieren könnten, einen Schub zu geben? Niedrige Vagotonus ist verbunden mit einer Reihe von Risiken für die Gesundheit, während Menschen mit hohen Vagotonus nicht nur gesünder sind, sie sind auch sozial und psychologisch stärker – besser in der Lage, zu konzentrieren und erinnere mich an Dinge, glücklicher und weniger wahrscheinlich, depressiv werden, einfühlsamer und eher enge Freundschaften haben.

Zwillingsstudien zeigen, dass bis zu einem gewissen Grad Vagotonus ist genetisch vorbestimmt – manche Menschen mehr Glück als andere geboren werden. Aber niedrigen Vagotonus ist häufiger bei Patienten mit bestimmter Lebensstil – Menschen, die wenig Bewegung, zum Beispiel zu tun. Dies führte Psychologen an der University of North Carolina in Chapel Hill zu Fragen, ob die Beziehung zwischen Vagotonus und Wohlbefinden ohne Implantate genutzt werden könnten.

Barbara Fredrickson und Bethany Kok rekrutiert im Jahr 2010 rund 70 Mitarbeiter der Universität für ein Experiment. Jeder Freiwillige wurde gebeten, die Stärke der Emotionen erfassen sie jeden Tag fühlte. Vagotonus wurde zu Beginn des Experiments und am Ende, neun Wochen später gemessen. Als Teil des Experiments lernten die Hälfte der Teilnehmer eine Meditationstechnik, die Gefühle des guten Willens gegenüber sich selbst und andere zu fördern.

Wer meditiert, zeigte einen signifikanten Anstieg der Vagotonus, die gemeldete Anstieg der positiven Emotionen zugeordnet war. "Das war der erste experimentelle Nachweis, die wenn Sie positive Emotionen erhöhte und das führte zu erhöhte soziale Nähe, dann Vagotonus geändert", sagt Kok.

Jetzt an der Max-Planck-Institute in Deutschland führt Kok eine viel größere Studie um festzustellen, ob die Ergebnisse fanden sie repliziert werden können. Wenn ja, könnten Vagotonus eines Tages als diagnostisches Werkzeug eingesetzt. In gewisser Weise ist es schon. "Krankenhäuser verfolgen bereits Herzfrequenzvariabilität – Vagotonus – bei Patienten, die einen Herzinfarkt gehabt haben", sagt sie, "denn es ist bekannt, dass geringe Variabilität ein Risikofaktor ist."

Die Auswirkungen der in der Lage, einfach und kostengünstig zu verbessern Vagotonus und entlasten Sie so große öffentliche Gesundheit Belastungen wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes, sind enorm. Es hat das Potenzial, völlig verändern, wie wir die Krankheit sehen. Wenn Besuch Ihrem Hausarzt einen Scheck über Ihre Vagotonus so einfach beteiligt wie wir Blutdruck testen, zum Beispiel könnten Sie Therapien zu verbessern verschrieben werden. Aber dies ist noch ein langer Weg aus: "Wir wissen nicht einmal noch eine gesunde Vagotonus sieht," warnt Kok. " Wir schauen nur reicht, haben wir nicht präzise Messungen wie wir für Blutdruck tun."

Was eher auf kürzere Sicht scheint ist, dass Geräte implantiert werden, für viele Krankheiten, die heute durch Medikamente behandelt werden: "Wenn die Technologie verbessert und diese Geräte immer kleiner und genauer," sagt Kevin Tracey, "Ich stelle mir vor einer Zeit, wo Geräte zu neuronalen Regelkreise für bioelektronische Medizin injiziert werden – sie werden platziert werden, entweder unter örtlicher Betäubung oder unter leichter Sedierung."

Aber die Technologie entwickelt, hat unser Verständnis wie der Körper schafft es Krankheit für immer verändert. "Es wird immer deutlicher, dass wir nicht, Organsysteme isoliert sehen können, wie wir in der Vergangenheit getan haben werden", sagt Paul-Peter Tak. "Wir schaute auf das Immunsystem und deshalb haben wir Medikamente das Ziel das Immune System."

"Aber es ist ganz klar, dass der Mensch eine Einheit: Körper und Geist sind eins. Es klingt logisch, aber es ist nicht wie wir es vorher angeschaut. Wir haben nicht die Wissenschaft zustimmen, was intuitiv zu sein scheint. Jetzt haben wir neue Daten und neue Erkenntnisse."

Und Maria Vrind, die trotz schwerer rheumatoider Arthritis jetzt Zyklus um Volendam schmerzfrei kann, hat eine neue Miete des Lebens: "Es ist kein Wunder-man hat mir gesagt, funktioniert es durch elektrische Impulse – aber es fühlt sich magisch. Ich will nicht, dass sie es jemals zu entfernen. "Ich habe mein Leben zurück!"

Dieser Artikel erschien am Mosaik und ist hier unter Creative Commons Lizenz veröffentlicht. Bilder von Philip Bitnar, Delta_avi_delta und Hjl unter Creative Commons Lizenz.