Auswirkungen der Stimulation des menschlichen Motorkortex mit randomisiertem Strom auf die kortikospinale Erregbarkeit
Effects of transcranial random noise stimulation of human motor cortex on corticospinal excitability
by Susanne Tewes
Date of Examination:2010-06-16
Date of issue:2010-10-21
Advisor:PD Dr. Andrea Antal
Referee:Prof. Dr. Knut Brockmann
Referee:Prof. Dr. Dr. Thomas Crozier
Files in this item
Name:tewes.pdf
Size:1.15Mb
Format:PDF
Abstract
English
For several years methods of non-invasive stimulation have been used to induce neuroplasticity in the human motor cortex. TDCS and rTMS have been proven to change corticospinal excitability. This study will survey the effects of tRNS on MEP-amplitude and CSP-duration. The results will be compared to those from other non-invasive stimulation techniques. tRNS is a novel method whereby a random electrical oscillation spectrum is applied over the human motor cortex. The effect on MEPs and CSPs is evaluated directly (0 minutes) and 40 minutes after the stimulation. In this study, tRNS was only applied on the left M1, while MEPs and CSPs were measured on both sides. The measurements were made after a stimulation-duration of 4 minutes, 10 minutes and after sham-stimulation on three different days on twelve volunteers. There was no significant change after 4-minute-tRNS for the right hand, but on the contralateral side an excitatory effect was shown (p=0,001). After 10-minute-tRNS, MEPs, evoked from the stimulated cortex, were significantly enlarged (p=0,027) with an enhancement after 40 minutes (p=0,0063). MEPs evoked from the contralateral side remained unchanged after 10-minute-tRNS. No significant changes in CSP-duration, neither after 4- nor 10-minute-tRNS, were detected, there was merely a trend after 10-minute-tRNS: CSP was slightly shortened (p=0,097). In comparison to the findings with tDCS and rTMS we can say that MEPs, evoked from the stimulated side, were influenced by all of these stimulation techniques, while findings for MEPs from contralateral side show varying results. TRNS doesn’t have an influence on CSP-duration, while rTMS does. Previous studies suggest that the tRNS-effects could be based on the activation of glutamatergic synapses, which accords to the findings in this present study. Furthermore, stochastic resonance may play a decisive role in the effectiveness of tRNS.
Keywords: tRNS; non-invasive stimulation; neuroplasticity; TMS; CSP; MEP
Other Languages
Schon seit Jahrzehnten wird an Methoden
geforscht, mit nicht-invasiven Stimulationstechniken
Neuroplastizität zu erzeugen. Sowohl durch tDCS als auch durch rTMS
konnte nachhaltig die kortikospinale Erregbarkeit verändert werden.
In dieser Arbeit soll die Auswirkung von tRNS auf die MEP-Amplitude
und die CSP-Dauer untersucht werden, um diese Ergebnisse
anschließend mit denen anderer nicht-invasiver
Stimulationstechniken zu vergleichen. TRNS ist eine neue Methode
der nicht-invasiven Kortexstimulation, bei der ein randomisiertes
elektrisches Oszillationsspektrum auf den M1 appliziert wird. Dabei
wird die Veränderung der oben genannten Parameter unmittelbar (0
Minuten) und 40 Minuten nach der Applikation von tRNS im Vergleich
dieser vor Stimulation betrachtet. Die Stimulation mit
randomisiertem Strom erfolgt dabei nur auf den linken M1, wobei die
MEPs und die CSPs sowohl von der kontralateralen als auch von der
ipsilateralen Seite abgeleitet wurden. Untersucht wird der Effekt
nach einer Stimulationsdauer von 4 Minuten, 10 Minuten und einer
Placebostimulation an jeweils zwölf gesunden, freiwilligen
Probanden an drei unterschiedlichen Tagen. Nach vierminütiger
Kortexstimulation mit tRNS zeigt sich bei der MEP-Amplitude der
rechten Hand keine signifikante Veränderung, wohingegen sich auf
der kontralateralen, nicht stimulierten Seite ein exzitatorischer
Effekt zeigt (p=0,001). Nach zehnminütiger Stimulation sind die
MEP-Amplituden, die von der stimulierten Seite evoziert wurden,
signifikant vergrößert (p=0,027), mit einer Verstärkung nach 40
Minuten (p=0,0063). Die MEPs der kontralateralen Seite blieben nach
10-Minuten-tRNS unverändert. Die CSP war zu keinem der
Messzeitpunkte nach vier- oder zehnminütiger tRN-Stimulation
signifikant verändert. Es gibt lediglich einen Trend: nach
10-Minuten-tRNS ist die CSP vom nicht stimulierten Kortex leicht
verkürzt (p=0,097). Im Vergleich zu den Ergebnissen von tDCS und
rTMS kann festgestellt werden, dass die MEPs der stimulierten Seite
beeinflussbar sind, wohingegen es unterschie dliche Ergebnisse für
die der kontralateralen Seite gibt. Die CSP konnte nicht durch
tRNS, aber durch rTMS verändert werden. In einer vorausgegangen
Studie mit tRNS wurde als möglicher Wirkmechanismus die Beteiligung
von glutamatergen Synapsen vermutet, was auch durch die
Erkenntnisse dieser Arbeit bestärkt werden kann. Des Weiteren
scheint die stochastische Resonanz eine entscheidende Rolle zu
spielen.
Schlagwörter: tRNS; nicht-invasive Stimulation; Neuroplastizität; TMS; CSP; MEP