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Nicht-invasive Hirnstimulationen

Allgemeine Informationen

Nicht-invasive Hirnstimulationen (NIBS) sind ein weit verbreitetes Forschungsinstrument zur Modulation der kortikalen Erregbarkeit motorischer und nicht-motorischer Bereiche, wie zum Beispiel gedächtnis- oder sprachbezogener Bereiche. Mit ihrer Fähigkeit, die kortikale Erregbarkeit entweder zu hemmen oder zu verstärken, sind NIBS-Techniken ein vielversprechendes Instrument sowohl für die Forschung als auch für den klinischen Bereich. Es gibt verschiedene Arten von NIBS-Methoden: transkranielle Magnetstimulation (TMS), transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) und transkranielle Wechselstromstimulation (tACS), die sich in ihrer Wirkungsweise unterscheiden.

- TMS nutzt Magnetfelder, um elektrischen Strom in räumlich begrenzten kortikalen Regionen zu induzieren. TMS bietet im Vergleich zu den anderen Techniken eine bessere räumliche Auflösung (2-3 cm). Wird die TMS über dem motorischen Kortex angewandt, ermöglicht sie auch die Quantifizierung der motorisch evozierten Potenziale (MEP), ein Maß für die Erregbarkeit des motorischen Systems. Je nach Frequenz der Stimulation kann TMS hemmende oder erregende Auswirkungen auf die kortikale Erregbarkeit haben.

- Bei der tDCS wird ein Konstantstrom mit niedriger Intensität (0,5 bis 2 mA) und zwei Schwammelektroden mit entgegengesetzter Polarität angelegt: eine positive Elektrode (Anode) und eine negative Elektrode (Kathode). Da der bei der tDCS verwendete Strom unterschwellig ist, induziert er keine Aktionspotenziale; stattdessen moduliert er die spontane neuronale Aktivität (evozierte, laufende/endogene Aktivität) in einer polaritätsabhängigen Weise. Ähnlich wie TMS kann tDCS hemmende oder anregende Wirkungen auf die kortikale Erregbarkeit haben, aber anders als bei TMS ist diese Eigenschaft nicht frequenz-, sondern polaritätsabhängig.

- tACS kann zur Modulation der oszillatorischen Aktivität eingesetzt werden. Während bei der tDCS ein konstanter Strom über die Zeit hinweg angelegt wird, wird bei der tACS ein Wechselstrom mit einer Frequenz angelegt, von der angenommen wird, dass sie mit einer bestimmten kognitiven Funktion in Verbindung steht. tACS kann daher die Stärke der oszillatorischen Rhythmen im Gehirn in einer frequenzabhängigen Weise modulieren, indem neuronale Populationen über entfernte Gehirnregionen hinweg synchronisiert werden.

Vorteile/Nachteile im Vergleich zu anderen Methoden

Die Vorteile der NIBS, insbesondere der TMS, gegenüber Studien mit bildgebenden Verfahren liegen darin, dass mit TMS kausale Beziehungen zwischen Gehirn und Verhalten nachgewiesen werden können. TMS hat auch eine gute zeitliche Auflösung, die es ermöglicht, die kausale Chronometrie in Gehirn-Verhaltens-Beziehungen zu untersuchen. NIBS kann auch mit anderen neurophysiologischen Techniken wie Elektroenzephalographie (EEG), Magnetoenzephalographie (MEG), funktioneller Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) oder Magnetresonanztomographie (MRT) kombiniert werden.

Die Kombination von NIBS und bildgebenden Verfahren (zum Beispiel fMRI) liefert wertvolle Informationen über kausale Wechselwirkungen zwischen Gehirnarealen. Die MRT ermöglicht die genaue Positionierung und Ausrichtung der Spule über der Stimulationsstelle auf der Grundlage der individuellen Anatomie und Funktion der PatientIn. Zu diesem Zweck steht ein Neuronavigationssystem zur Verfügung (Brainsight, Polaris), mit dem die TMS-Spule über individuelle Ziele geführt werden kann. Darüber hinaus können auch bildgebende Verfahren eingesetzt werden, um TMS-induzierte Effekte abzubilden; diese Kombination ermöglicht die Messung der funktionellen Konnektivität im Zielnetzwerk.

Einschränkung/Risiken

Zu den Einschränkungen der TMS gehören gleichzeitige auditive und somatosensorische Stimulationen, die die Aufgabenleistung beeinflussen können. Geeignete Kontrollbedingungen müssen sorgfältig abgewogen werden. Darüber hinaus kann die TMS aufgrund ihres begrenzten Zugangs zu Strukturen, die tiefer als einige Zentimeter unter der Kopfhautoberfläche liegen, subkortikale und limbische Bereiche nicht erreichen. Die Entwicklung neuer Spulen (zum Beispiel Doppelkonusspule) sollte eine tiefere Stimulation ermöglichen.

Die größten Risiken und Kontraindikationen für NIBS ergeben sich aus Metallimplantaten oder metallischen Gegenständen in der Nähe des Kopfes. Wir raten auch Personen mit Epilepsie in der Vorgeschichte von NIBS ab. Weitere Einschränkungen und Einzelheiten sind in den Informationen für StudienteilnehmerInnen/PatientInnen aufgeführt. Vor der Nutzung dieser Einrichtung ist eine Schulung erforderlich. Es werden Informationen über die Verwendung der Geräte, die Sicherheit und die Einschlusskriterien gegeben.

Kontaktpersonen

Dr. Jamila Andoh, Institut für Neuropsychologie und Klinische Psychologie



Zentralinstitut für Seelische Gesundheit (ZI) - https://www.zi-mannheim.de