Transkranielle Magnetstimulation: Definition und Erklärung

Geschichte der Transkranielle Magnetstimulation

Ihren wissenschaftlichen Ursprung fand die Transkranielle Magnetstimulation in den 80´er Jahren. Bis zu diesem Zeitpunkt konnten Untersuchungen mit zielgerichteten elektrischen Stimulationen des Gehirns lediglich bei geöffnetem Schädeldach durchgeführt werden. Erstmalig beschrieben Merton & Morton (1980) eine nicht-invasive Methode, bei der sie durch elektrische Reize über Oberflächenelektroden bestimmte Areale des motorischen Kortex erregten. Diese Methode wird als Transkranielle elektrische Stimulation (TES) bezeichnet. Im Jahr 1982 dokumentierten Polson, Barker & Freeston (1982) die Stimulation peripherer Nerven mittels eines magnetischen Feldes. Einem konzeptionell baugleichen Stimulator verwendeten Barker und Kollegen drei Jahre später für die Magnetstimulation über dem Schädeldach zur Stimulation des motorischen Kortex.

Vorteile der Transkraniellen Magnetstimulation gegenüber anderen Methoden

Die Transcraniele Magnetstimulation war für Probanden mit einem wesentlich geringeren Diskomfort als bei vorherigen Messmethoden wie der TES verbunden (Barker et al. 1985). Die TMS hat neben der schmerzarmen Anwendbarkeit weitere Vorteile gegenüber bildgebenden Verfahren, die in wissenschaftlichen Studien zur Untersuchung kognitiver Funktionen zum Einsatz kommen. Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) können Aufschluss über die Aktivität spezifischer Hirnareale bei bestimmten Aufgaben geben. Mittels dieser Verfahren kann die Glukoseverwertung neuronaler Prozesse bzw. die lokale Durchblutung von Hirnarealen aufgezeigt werden. Diesen Methoden mangelt es allerdings an zeitlicher Auflösung und es können keine Aussagen darüber getroffen werden, ob der untersuchte Teil des Gehirns maßgeblich an einer motorischen Funktion beteiligt ist (Hallet 2000).

Funktionsweise der Transkraniellen Magnetstimulation

Bei der TMS wird über eine Spule ein kurzes, sich änderndes Magnetfeld über dem motorischen Kortex induziert. Das elektromagnetische Feld bewirkt eine fokale Potentialänderung, die wiederum eine Depolarisation von Neuronen hervorruft und somit ein Aktionspotential auslöst. Die Aktionspotentiale werden über den Kortikospinaltrakt an Motoneurone des Zielmuskels geleitet. Dort können sie durch Elektromyographie sichtbar gemacht werden kann. Das durch TMS hervorgerufene und am Muskel  abgeleitete Signal wird als Motor Evoked Potential (MEP) bezeichnet (Petersen et al. 2003, Terao & Ugawa 2003, Weber & Eisen 2002). Das MEP spiegelt den exitatorischen Effekt der Transkraniellen Magnetstimulation wider. Neben erregenden Reaktionen werden durch TMS auch inhibitorische Effekte hervorgerufen, die durch die Silent Period visualisiert werden kann (Hallett 2000, Rossini et al. 1994). Im Gegensatz zur TES, bei der die kortikalen Motoneurone direkt erregt werden, kommt es bei der TMS zu einer indirekten Aktivierung der efferenten Nervenfasern. Durch die transsynaptische Erregung von absteigenden kortikalen Fasern erreicht das MEP den Zielmuskel mit einer Latenz von ca. 2 ms gegenüber der TES (Weber & Eisen 2002).

Mittels der TMS ist es daher möglich Aussagen über eine Veränderung der kortikalen Erregbarkeit zu treffen. Die Exitabilität des Kortex wird dabei über die Höhe der MEPs quantifiziert (Sale et al. 2007).

Literatur

Barker AT, Jalinous R, Freeston IL: Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex. Lancet, 325 (1985) 1106-1107.

Hallett M: Transcranial magnetic stimulation and the human brain. Nature, 406 (2000) 147-150.

Merton PA & Morton HB: Stimulation of the cerebral cortex in the intact human subject. Nature, 285 (1980) 227.

Petersen NT, Pyndt HS & Nielsen JB: Investigating human motor control by transcranial magnetic stimulation. Experimental Brain Research, 152 (2003) 1-16.

Polson MJR, Barker AT, Freeston IL: Stimulation of nerve trunks with time-varying magnetic fields. Medical & Biological Engineering & Computing, 20 (1982) 243-244.

Rossini PM, Barker AT, Berardelli A, Caramia MD, Caruso G, Cracco RQ, Dimitrijevic MR, Hallett M, Katayama Y, Lücking CH, Maertens de Noordhout AL, Marsden CD, Murray NMF, Rothwell JC, Swash M & Tomberg C: Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord and roots: basic principles and procedures for routine clinical application: report of an IFCN committee. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology, 91 (1994) 79–92.

Sale MV, Ridding MC & Nordstrom MA: Factors influencing the magnitude and reproducibility of corticomotor excitability changes induced by paired associative stimulation. Experimental Brain Research, 181 (2007) 615-626.

Terao Y & Ugawa Y: Basic mechanisms of TMS. Journal of Clinical Neurophysiology, 19 (2003) 322-343.

Weber M & Eisen AA: Magnetic stimulation of the central and peripheral nervous systems. Muscle & Nerve 25 (2002) 160–175.