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NEUROLOGIE/819: Transkranielle Magnetstimulation - Erforschung der plastischen Veränderungen im Gehirn (idw)


Ruhr-Universität Bochum - 04.09.2014

Sichtbar gemacht: Plastische Veränderungen im Gehirn



Tinnitus, Migräne, Epilepsie, Depression, Schizophrenie, Alzheimer. Dies sind Beispiele neurologisch bedingter Erkrankungen, die zunehmend mittels Magnetstimulation des Gehirns behandelt und erforscht werden. Doch über die genauen Wirkmechanismen dieser Methode wusste man bisher nicht viel. Der Arbeitsgruppe um PD Dr. Dirk Jancke vom Institut für Neuroinformatik der RUB ist es nun erstmalig gelungen, neuronale Effekte der Behandlung mit hochaufgelösten Bildern darzustellen.

Schmerzfreie Behandlungsmethode

Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine schmerzfreie, nicht invasive Stimulationsmethode, bei der ein starkes Magnetfeld durch eine über dem Kopf platzierte Spule erzeugt wird. So werden Gehirnregionen gezielt aktiviert oder gehemmt. Trotz zunehmender medizinischer Anwendungen sind die genauen neuronalen Wirkmechanismen der TMS bislang nur wenig verstanden. Dies liegt einerseits daran, dass beim Menschen eingesetzte bildgebende Verfahren, wie fMRT (funktionelle Kernspintomografie), nicht die notwendige zeitliche Auflösung haben, um Aktivitäten von Nervenzellen in Millisekunden zu erfassen. Schnellere Messverfahren, wie EEG oder MEG, werden hingegen durch das induzierte Magnetfeld beeinflusst, sodass starke Störsignale kurzzeitig nach einem Magnetpuls wesentliche Informationen über Aktivitätsänderungen im Gehirn verbergen.

Wirkung auf Nervenzellen in Echtzeit beobachten

Hochaufgelöste Bilder der Wirkung von TMS sind nun erstmalig Forschern der RUB im tierexperimentellen Ansatz gelungen. Die Arbeitsgruppe um PD Dr. Dirk Jancke, Institut für Neuroinformatik, nutzt dazu spannungsabhängige Farbstoffe, die in Zellmembranen verankert fluoreszente Lichtsignale aussenden, sobald Nervenzellen aktiviert oder gehemmt werden. Die Verwendung von Licht vermeidet das Problem von Messartefakten aufgrund der auftretenden Magnetfelder. "Wir konnten nun in Echtzeit zeigen, wie ein einzelner TMS-Puls Gehirnaktivität über einen größeren Bereich unterdrückt, höchstwahrscheinlich durch massive Aktivierung hemmender Gehirnzellen", so Jancke. Bei höheren TMS Frequenzen erzeugt jeder weitere TMS-Puls eine schrittweise Erhöhung der Gehirnaktivität. "Der daraus resultierende erhöhte Aktivitätszustand öffnet ein Zeitfenster für plastische Veränderungen", erläutert Dr. Vladislav Kozyrev, Erstautor der Studie.

Chance für Patienten

Die erhöhte Erregbarkeit von Nervenzellen kann genutzt werden, um eine Reorganisation von Zellkontakten durch gezielte Lernprozesse zu bewirken. Etwa wird durch visuelles Training nach TMS die Unterscheidungsfähigkeit von Bildkonturen verbessert, und bei Patienten mit Amblyopie - einer erworbenen Sehschwäche - die Kontrastwahrnehmung erhöht.

Für viele neurologische Erkrankungen des Gehirns wie beispielsweise Epilepsie, Depression und Schlaganfall sind spezifische Modelle entwickelt worden. "Mittels unserer Technik erhalten wir raumzeitlich hochaufgelöste Daten von kortikalen Aktivitätsveränderungen im Tierexperiment", so Dirk Jancke. "Diese Daten, so hoffen wir, erlauben gezielte Verbesserungen von TMS-Parametern und Lernvorgängen, die zur Übertragung auf die medizinische Behandlung des Menschen genutzt werden können."


Förderung
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft förderte die Studie, unter anderem im Rahmen des Bochumer SFB 874 "Integration und Repräsentation sensorischer Prozesse (Teilprojekt A2, Eysel/Jancke)".


Titelaufnahme
V. Kozyrev, U.T. Eysel, D. Jancke (2014): Voltage-sensitive dye imaging of transcranial magnetic stimulation-induced intracortical dynamics, PNAS, 10.1073/pnas.1405508111


Weitere Informationen
PD Dr. Dirk Jancke, Optical Imaging Group
Institut für Neuroinformatik
Ruhr-Universität, 44780 Bochum
E-Mail: dirk.jancke@rub.de

Angeklickt
Webseite Optical Imaging Lab
http://homepage.ruhr-uni-bochum.de/Dirk.Jancke/

Zu dieser Mitteilung finden Sie Bilder unter:
http://idw-online.de/de/image244074
Das Prinzip transkranieller Magnetstimulation (TMS). Eine stromdurchflossene Spule (oben links) erzeugt kurzzeitig Magnetfelder, die elektrische Ströme in der Hirnrinde auslösen.

Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung stehen unter:
http://idw-online.de/de/institution2

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Quelle:
Informationsdienst Wissenschaft - idw - Pressemitteilung
Ruhr-Universität Bochum, Arne Dessaul, 04.09.2014
WWW: http://idw-online.de
E-Mail: service@idw-online.de


veröffentlicht im Schattenblick zum 6. September 2014