Inducing neuroplasticity in the human motor system by transcranial magnetic stimulation: from pathophysiology to a therapeutic option in movement disorders

Abstract

Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) hat sich zu einer gut etablierten Methode zur nicht-invasiven Prüfung der kortikospinalen Erregbarkeit beim Menschen entwickelt. Darüber hinaus lassen sich mittels der repetitiven trankraniellen Magnetstimulation (rTMS) lang anhaltende Veränderungen der kortikalen Erregbarkeit induzieren. Dies macht rTMS zu einer vielversprechenden Technik als nicht-invasiver nicht-medikamentöser Behandlungsansatz für Bewegungsstörungen. Diese Arbeit besteht aus fünf wissenschaftlichen Veröffentlichungen, welche die Rolle verschiedener rTMS-Parameter und die Interaktion zwischen dopaminerger Medikation und extern induzierter Neuroplastizität aufzeigen. Gegenstand der ersten Studie ist ein direkter Vergleich der unmittelbaren Nacheffekte von konventioneller rTMS und den Theta Burst Stimulations (TBS) Protokollen auf die Beweglichkeit bei Patienten mit M. Parkinson. Das Hauptergebnis ist ein ausgeprägter und anhaltender motorischer Lerneffekt in einfachen Bewegungstests bei Patienten mit unveränderter Medikation, der jedoch nach einer 12stündigen Medikamentenpause fehlte. Es gab keine Veränderung der Beweglichkeit, die eindeutig einer einzelnen rTMS-Intervention zuzuschreiben wäre. Während ein Mangel an Dopamin sowohl motorisches Lernen als auch rTMS-Effekte blockiert, könnte der ausgeprägte Lerneffekt der Patienten unter Medikation rTMS-induzierte neuroplastische Veränderungen verhindert haben. Die Bedeutung von Dopamin wurde in einer zweiten Studie bei gesunden Probanden bestätigt. Der hemmende Nacheffekt eines 1 Hz rTMS-Protokolls, welches über dem primär motorischen Cortex angewendet wurde, wurde durch den kombinierten D1/D2-Rezeptoragonisten Pergolid verstärkt und verlängert. Bisher wurde die Wiederholungsrate von TMS-Pulsen als wichtigster einzelner Faktor angesehen, welcher die Richtung der Nacheffekte eines rTMS Protokolls bestimmt. In der dritten Studie dieser Arbeit konnten wir zeigen, dass das Vorhandensein von Pausen bei hochfrequenter Stimulation für einen fazilitierenden Na cheffekt erforderlich ist, während die kontinuierliche Anwendung der gleichen Anzahl von Pulsen mit gleicher Frequenz zu einer Hemmung führt. Die vierte Studie beschäftigt sich mit dem Einfluss der Pulsdauer bei Einzelpuls-TMS auf häufig verwendeten Maße für kortikospinale Erregbarkeit. Die motorische Schwelle ausgedrückt als Prozentsatz der maximalen Stimulatorleistung nahm bei längerer Pulsdauer ab, während die Pulsdauer im Bereich kommerziell erhältlicher TMS-Geräte keinen signifikanten Einfluss auf schwellenadaptiert gemessene Erregbarkeitsparameter hatte. Die letzte Studie zeigt die Anwendung eines hemmenden rTMS-Protokolls zur besseren Einordnung der Rolle des dorsolateralen prämotorischen Cortex (dPMC) für zeitliche Bewegungssteuerung und einer entsprechenden funktionellen hemispärischen Asymmetrie. Die Ergebnisse legen nahe, dass der linke dPMC entscheidend für ein akkurates Timing beider Hände ist, während der rechte dPMC keinen Effekt hatte. Diese Studien zeigen, dass die therapeutisch Anwendung von rTMS bei Bewegungsstörungen vielversprechend, zur Zeit jedoch noch nicht ausgereift ist. Die Stimulationsparameter müssen der zugrunde liegenden Pathophysiologie auf der Grundlage eines besseren Verständnisses der Mechanismen von rTMS-induzierten Effekten angepasst werden, um die derzeitigen Einschränkungen zu überwinden und die Entwicklung hypothesengenerierter Protokolle zu fördern, die sich für den Einsatz in klinischen Untersuchungen eignen.