Matteo, du warst 2012 bei einem entscheidenden Moment der Tiefen Hirnstimulation dabei, als am Universitätsklinikum Würzburg eine implantierte Elektrode eingeschaltet wurde. Wie hast du diesen Moment erlebt? 

Matteo Voleno: Das Gerät wird eingeschaltet, und das Zittern der Hand der Patient:innen hört auf. Sofort. Das ist extrem beeindruckend und ich erinnere mich sehr genau daran, auch wenn es viele Jahre her ist. Das ist das Herzstück dieser Therapie – und der Grund, warum mich dieses Feld nicht mehr losgelassen hat. 

Swen Woerlein: Genau darum geht es doch, oder? Ich habe Informatik studiert – mit Medizin als Nebenfach –, weil ich nie abstrakte Systeme für Banken oder Versicherungen bauen wollte. Wenn mein Code jemandem hilft, dessen Leben durch eine Krankheit bedroht oder grundlegend verändert ist – jemandem, der einfach nur wieder selbstständig essen möchte –, dann ist das eine Motivation, die man in der klassischen Softwareentwicklung nicht findet. 

Was passiert bei diesem Eingriff eigentlich – wie würdet ihr es jemandem erklären, der noch nie von Tiefer Hirnstimulation gehört hat? 

Swen Woerlein: Wir versuchen, eine Fehlfunktion im Gehirn durch einen winzigen elektrischen Impuls zu korrigieren, der über eine Elektrode abgegeben wird, die nur wenig dicker als ein Millimeter ist. Das Problem ist der Ort: Wir zielen auf Kerngebiete tief im Inneren des Kopfes, die kaum größer sind als eine Kaffeebohne. Jeder falsche Millimeter kann dramatische Konsequenzen haben – für die Sicherheit der Patient:innen, für das Sprechen, das Sehen, die Persönlichkeit. Es ist, als müsste man im Dunkeln mit einer Nadel einen exakten Punkt in einem dreidimensionalen Labyrinth treffen. Das ist die Herausforderung, vor der die funktionelle Neurochirurgie steht – und genau das lösen wir mit Software.

Matteo, du warst vorher bei Boston Scientific, Hersteller implantierbarer Systeme für die Tiefe Hirnstimulation. Diese Hardware wird immer leistungsfähiger – gleichzeitig steigt die Zahl der Konfigurationsmöglichkeiten ins Unendliche. Macht das den Eingriff nicht auch schwieriger zu beherrschen? 

Matteo Voleno: Boston Scientific (BSC) hat eine neue Ära der Tiefen Hirnstimulation eingeläutet – mit einer räumlichen und zeitlichen Kontrolle über die Stimulation, die es zuvor schlicht nicht gab. Das hat den behandelnden Ärzt:innen völlig neue Möglichkeiten eröffnet. Und genau deshalb braucht es Lösungen wie unsere Software. Denn dieser Fortschritt bringt Komplexität mit sich: Die alten Elektroden hatten vier Kontakte und schickten den Strom gleichmäßig in alle Richtungen – wie eine Glühbirne. Wenn das Zielgebiet direkt neben einer Sprachregion lag, hat man beides erwischt: Das Zittern war weg, aber auch die Fähigkeit der Patient:innen, klar zu sprechen. Die neue Generation kann man eher mit Scheinwerfern vergleichen: zielgerichtete Kontakte, kombiniert mit einer feinen Steuerung, erlauben es, die Stimulation auf die individuellen Bedürfnisse der zu behandelnden Person zuzuschneiden. Diese Flexibilität bedeutet allerdings tausende möglicher Konfigurationen. Das Potenzial ist enorm. Aber niemand kann das alles blind an den Patient:innen durchprobieren – das wäre weder zumutbar noch medizinisch vertretbar. Deshalb entwickeln wir unsere Softwarelösungen damals wie heute gemeinsam mit Boston Scientific. 

Und mit eurer Software könnt ihr diese Konfiguration sozusagen modellieren, bevor ihr sie auf die echte Elektrode im Gehirn der Person übertragt.

Swen Woerlein: Mit Boston Scientific hielt bildgestützte Programmierung – sogenanntes Image-guided Programming – erstmals Einzug in die neurologische Praxis. Unsere Software erstellt eine vollständige digitale Landkarte: Wo sitzt die Elektrode, welche Strukturen liegen in der Nähe? Und dann visualisieren wir das sogenannte Volume of Tissue Activated – bildlich eine Wolke, die zeigt, welchen Bereich des Gehirns das elektrische Stimulationsfeld tatsächlich erreicht. Die Neurolog:innen sehen vorher, welche Hirnregionen von der Stimulation betroffen sein werden. Sie müssen nicht mehr von Null anfangen.

Matteo Voleno: Das ist für die Patient:innen sehr konkret spürbar. Eine Programmier-Session nach der Operation – Kontakt für Kontakt stimulieren, Reaktion beobachten, zurückgehen – kann stundenlang dauern und ist extrem anstrengend. Wenn wir mit einem soliden Ausgangspunkt starten, werden diese Sessions viel kürzer und die Ergebnisse besser.

Und die Elektrode landet dann immer auch wirklich dort, wo sie sein soll?

Matteo Voleno: Unabhängig vom Können des Chirurgie-Teams werden möglicherweise Abweichungen auftreten. Deshalb ist es in der Praxis wichtig, die Genauigkeit der Platzierung zu überprüfen. Mit unserem mobilen Bildgebungsroboter Loop-X können wir direkt nach der Implantation noch im OP einen 3D-Scan machen. Die Software legt dieses Bild sofort über die ursprüngliche Planung – die Chirurg:innen sehen auf den Millimeter, ob alles stimmt. Was das bedeutet, wird klar, wenn man weiß, wie das früher gemacht wurde: Man hat die Elektrode entlang mehrerer Pfade durch das Gehirn geführt und dabei Messungen vorgenommen – drei, manchmal bis zu fünf Durchgänge, um die Position zu bestätigen. Heute reicht in vielen medizinischen Zentren ein einziger Pfad – dank der Weiterentwicklung der Bildgebung und einer zunehmenden Orientierung an der Anatomie. Weniger Durchgänge bedeuten weniger Risiko, kürzere OPs, weniger Belastung.

Weniger Belastung, kürzere OPs – was heißt das denn in konkreten Zahlen?

Matteo Voleno: Vor vielen Jahren sah ich einen Fall, der neun Stunden dauerte – die Person war dabei die ganze Zeit bei Bewusstsein. In frühen Jahren der Tiefen Hirnstimulation gab es Eingriffe über zwei Tage. Heute dauert ein gut geplanter Eingriff in einem eingespielten Zentrum zwei Stunden. Die Patient:innen schlafen dabei.

Das ist auch keine Optimierung mehr – das ist schlicht und ergreifend eine ganz andere Erfahrung. Möglich wurde das, weil die Planungsqualität so stark gestiegen ist, dass die chirurgischen und neurologischen Teams oft ganz oder weitgehend auf die elektrophysiologischen Kontrolldurchgänge verzichten können – also genau auf die Schritte, die früher die Patient:innen wachgehalten haben.

Swen, wo liegen denn die größten Herausforderungen in der Entwicklung?

Swen Woerlein: Wir wollen ja immer Lösungen entwickeln, die im klinischen Alltag funktionieren – und die Realität in den unterschiedlichsten Krankenhäusern dieser Welt ist halt nicht immer so wie in einer optimalen Entwicklungsumgebung. Wir bekommen beispielsweise Bilder von MRT-Geräten, die stark verrauscht und technisch längst überholt sind – und im nächsten Moment Aufnahmen vom modernsten Hochfeldscanner. Unsere Algorithmen müssen in beiden Fällen funktionieren. Aber die technischen Herausforderungen sind nur ein Teil der Geschichte. Die größere Hürde ist oft die Regulatorik: Einen Algorithmus in ein vielversprechendes Forschungsergebnis und schließlich in ein zugelassenes Medizinprodukt zu übersetzen, ist ein völlig anderes Unterfangen. Das dauert Jahre, erfordert umfangreiche Validierung und den Nachweis, dass er nicht nur auf sauberen Datensätzen aus Universitätskliniken funktioniert – sondern unter realen Bedingungen, weltweit. Und wenn es um Software geht, die eine Elektrode durch das Gehirn eines Menschen navigiert, könnte dieser Anspruch nicht höher sein. Wir haben keinen Spielraum für Fehler. Nicht hier.

Welche Rolle wird KI für euer Produkt künftig spielen?

Swen Woerlein: Brainlab arbeitet seit 35 Jahren im Bereich der computerassistierten Chirurgie – Algorithmen waren immer das Kernstück. KI ist dabei kein Allheilmittel, aber sie öffnet die Tür zu Entwicklungssprüngen, die über Jahrzehnte hinweg außer Reichweite gewesen wären. Was mich beschäftigt: Die Hürde, einen Algorithmus für ein reguliertes Medizinprodukt tatsächlich zu entwickeln, ist deutlich höher als in der Forschung. Ein Algorithmus, der an einem sauberen Datensatz aus einer Universitätsklinik gut funktioniert, ist noch kein Produkt. Wir brauchen eine Lösung, die weltweit unter verschiedensten klinischen Bedingungen funktioniert, einer Zulassung durch Behörden wie der FDA standhält und in die Kliniken investieren, weil sie einen tatsächlichen Mehrwert hat. Es ist meine Überzeugung, dass die besten Ergebnisse aus einer Kombination von KI und klassischer algorithmischer Methodik kommen werden – nicht aus einem Ansatz allein.

Matteo, wenn du nach vorne blickst – welche Innovationen werden aus deiner Sicht den größten Nutzen für Kliniken und Patient:innen schaffen?

Matteo Voleno: Für mich läuft es auf folgendes Prinzip hinaus: Die beste Technologie überlässt Kliniker:innen die Kontrolle und nimmt ihnen zugleich aufwändige Routinearbeit ab. Ziel ist es nicht, das ärztliche Urteil zu ersetzen, sondern den Blick frei für Wesentliches zu halten.

Die Informationen sind längst da. Jeder Scan, jeder Planungsschritt, jedes anatomische Detail – all das ist Teil des Workflows. Der nächste Schritt ist eine intelligentere Nutzung: die richtige Information der richtigen Person zum richtigen Zeitpunkt zur Verfügung zu stellen. Genau das reduziert Variabilität, verbessert die Reproduzierbarkeit und macht die Ergebnisse vorhersagbarer – ganz gleich, wo auf der Welt der Eingriff stattfindet.

Ihr beide macht euren Job jetzt schon sehr lange. Was begeistert euch immer noch daran?

Matteo Voleno: Die komplette Bandbreite dieses medizinischen Fachgebiets. Man kann an der Planung ansetzen, an der Navigation, der Verifikation, der Neurologie – und jedes Mal, wenn man in einem Bereich wirklich tief drin ist, öffnet sich schon der nächste. Für mich ist es ein großes Privileg, direkt mit den klinischen Teams zu arbeiten – von ihrer Expertise zu lernen und zu sehen, wie das, was wir bauen, wirklich zur Qualität ihrer Arbeit beiträgt. Das ist genau das, wovon Ingenieur:innen träumen, wenn sie aus der Uni kommen - und ich lebe es jeden Tag.

Swen Woerlein: Das Zusammenspiel aus Sinnhaftigkeit und technischer Herausforderung ist so spannend wie an meinen ersten Tagen in diesem Feld. Die grundlegenden Fragen haben sich nicht verändert: Wie können wir Ärzt:innen in ihrer Arbeit bestmöglich unterstützen? Wie tragen wir zu besseren Behandlungsergebnissen bei? Aber die medizinische und technologische Landschaft entwickelt sich ständig weiter – es gibt immer etwas Neues, Komplexes, etwas, das uns weiterbringt. Dazu kommt das interdisziplinäre Team aus den Bereichen Physik, Informatik, Biologie und Klinik. Diese Mischung ist nicht selbstverständlich.