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Transkranielle MagnetstimulationDie transkranielle Magnetstimulation, kurz TMS ist eine nicht-invasive Technologie, bei der mithilfe starker MagnetfelderBereiche des Gehirnsstimuliert werden. Die transkranielle Magnetstimulation wird in beschränktem Umfang in der neurologischen Diagnostik eingesetzt. Sie wird auch für die Behandlung von neurologischen Erkrankungen wie des Tinnitus, der Epilepsieoder der Parkinson-Krankheitvorgeschlagen, ebenso in der Psychiatrie für die Therapieaffektiver Störungen, allen voran der Depression. Aus ersten durchgeführten Studien lässt sich noch nicht erkennen, in wie weit die teilweise recht hohen Erwartungen in die transkranielle Magnetstimulation berechtigt sind.
Geschichte der TMSErste transkranielle (v. lat. transkraniell = durch den Schädelhindurch) Magnetstimulationengelangen dem Arztund PhysikerArsène d'Arsonval Ende des 19. Jahrhunderts an der französischenWissenschaftsakademie in Paris. Er nutzte Starkstromspulen, wie sie in elektrischen Kraftwerken benutzt werden, um sich selbst und seine Probanden zu stimulieren und konnte so nachweisen, dass ein sich veränderndes Magnetfeldin menschlichen Geweben einen Stromfluss induziert. Es folgten, vor allem in Selbstversuchen durchgeführte, Experimentemit sehr großen Spulen, die den Kopf der Probanden oft vollständig umschlossen. Die Probanden sahen lebhafte Phosphene(Magnetophosphene), und erlebten Kreislaufstörungen und Schwindelattacken bis hin zu Bewusstseinsverlusten. An der Universität von Sheffieldwurde von Antony Barker 1985 eine schonendere Variante der Magnetstimulation vorgestellt. Sie ist auf die technische Entwicklung leistungsfähiger Kondensatorenzurückzuführen und verwendet deutlich kleinere Spulen, die die Großhirnrindenur in einem kleinen Bereich stimulieren. Die Magnetstimulation des schädelnahen Kortexist seitdem nahezu ohne Unannehmlichkeiten für die Probanden bzw. Patientenund technisch "simplicity itself" (A. Barker). Technische GrundlagenDie TMS nutzt das physikalischePrinzip der elektromagnetischen Induktion. Eine tangential am Schädel angelegte Magnetspuleerzeugt ein ultrakurzes Magnetfeld der Dauer von 200-600 µs mit einer magnetischen Flussdichtevon bis zu 3 Tesla. Nach dem Induktionsgesetzführt das sich verändernde Magnetfeld zur Induktion eines, ebenfalls ultrakurzen, elektrischen Feldesin stromleitenden Geweben im Schädel-Inneren. Die Stärke dieses elektrischen Feldes, und somit die Wirkung der TMS, fällt mit der Entfernung von der Spule exponentiell ab und hängt von den Eigenschaften des Kondensatorstromes und der Spuleab. Verwendet werden sogenannte Rundspulen und Doppelspulen. Letztere bestehen aus zwei Rundspulen, die sich jeweils am Rand berühren oder überlagern. Dadurch wird das Magnetfeld beider Teilspulen in diesem Bereich überlagert, und somit verstärkt. Elektrotechnischwerden bei gängigen Magnetstimulatoren grundsätzlich monophasische von biphasischen Schaltungen unterschieden. Ein Schwingstromkreiswird von einem hochleistungsfähigen Kondensatorgespeist und über einen starkstromkompatiblen Gleichrichterschalter (Thyristor) geschlossen. Nach einer halben Schwingungkehrt sich die Stromrichtung des Schwingkreises um (der Strom "schlägt zurück"). In der monophasischen Schaltung wechselt der Kondensator nach einer Viertelschwingung seine Polarität, und kann deshalb nicht durch den zurückschwingenden Strom wieder aufgeladen werden. Stattdessen wird die Stromschwingung über eine gleichrichtendeDiodeund einen elektrischen Widerstandabgefangen und exponentiellvermindert. In der biphasischen Schaltung hingegen wird der Kondensator vom zurückschwingenden Strom über eine gleichrichtende Diode auf submaximale Kapazitätwieder aufgeladen und nach einer halben Schwingung abgeschaltet. In der Spule resultiert daher in der monophasischen Schaltung ein exponentiell abklingender Strom, in der biphasischen Schaltung ein Strom, der einer gedämpften Sinus-Vollschwingung ähnelt. Ebenfalls unterschieden wird die Stimulation mit einzelnen Magnetfeld-Pulsen von der Stimulation mit Impuls-Salven, die sogenannte repetitive Magnetstimulation (rTMS). Für die rTMS werden vor allem biphasische Strompulsformen verwendet. Technisch sind heute Salven von bis zu 100Hzmöglich. Grenzen werden der rTMS heute vor allem durch die Erhitzung der Spule gesetzt. An der Entwicklung gekühlter Spulen wird gearbeitet. WirkungDie Magnetstimulation führt im Gehirn zur Auslösung von Aktionspotenzialen. Der genaue Mechanismus ist leider trotz intensiver Forschung seit Einführung der Methode 1985 nach wie vor nicht in allen Einzelheiten verstanden. Ab einer bestimmten Magnetfeldstärke wird ein ausreichend großes elektrisches Feld in der schädelnahen Großhirnrinde erzeugt, um Neuronenzu depolarisieren. Diese Depolarisation findet am ehesten am Axonstatt. Verläuft das induzierte elektrische Feld in Verlaufsrichtung des Axons, so ist die benötigte Magnetfeldstärke am kleinsten. Die Magnetfeldstärke, die gerade benötigt wird, um eine Wirkung am Neuron zu bewirken nennt man in der NeurophysiologieErregungs-Schwelle. Nervenenden, -verzweigungen und vor allem -biegungen haben eine besonders niedrige Erregungsschwelle. AnwendungVerwendet wird die TMS in der neurowissenschaftlichen Forschung, in der Neurologieund in der Psychiatrie. Von wissenschaftlichem Interesse ist vor allem die kurzfristige Störung einer kleinen Hirnregion, um deren physiologische Funktion zu untersuchen. So kann man mit der Magnetstimulation über dem motorischen Kortex Muskelzuckungen auslösen, über der Sehrindekann man Phosphene, aber auch Skotomeerzeugen. Die rTMS von Hirnregionen, die für Sprachezuständig sind, kann für einige Minuten zur Verschlechterung der sprachlichen Ausdrucksfähigkeit der Probanden führen. Die Auslösung von Muskelzuckungen durch Stimulation des motorischen Kortex wird in der Neurologie diagnostischgenutzt. Sie führen zu elektrischen Potenzialen (motorisch evozierte Potenziale; MEP), die mit Elektroden relativ einfach abzuleiten sind. Bestimmte Erkrankungen des Gehirns und des Rückenmarkes, wie die Multiple Skleroseführen zu Veränderungen der MEP, die deshalb eine wichtige diagnostische Stütze darstellt. Ebenso von diagnostischem Interesse ist die Veränderung von Reizschwellenbei verschiedenen neurologischen Erkrankungen wie der Migräneoder der Epilepsie. Auch die Anwendung von Psychopharmakaoder Drogenführt zu Veränderungen der Reizschwelle, die mit der TMS messbar sind. Die rTMS kann zu einer Gewöhnung (Habituation) an die Stimulation führen, wodurch es zu einer längerfristigen Veränderung der Aktivität der Gehirnrinde im stimulierten Bereich kommen kann. So kann man die Bewegungsfähigkeit von Probanden durch rTMS des motorischen Kortex für einige Minuten verschlechtern. Ebenfalls verändern kann man die Aktivität des präfrontalen Cortex, was man bei der Behandlung der Depressionin der Psychiatrie zu nutzen versucht. Die antidepressive Wirkung soll bei den Patienten für einige Tage anhalten, ist jedoch nicht ausreichend wissenschaftlich gesichert. Risiken und NebenwirkungenProbanden und Patienten, die vor einer TMS stehen, sollten ihren behandelnden Arzt auf Risiken und Nebenwirkungenansprechen. Die hier beschriebenen Risiken und Nebenwirkungen können nur einen Überblick verschaffen. Der behandelnde Arzt wird in jedem einzelnen Fall entscheiden müssen, ob eine Person für die TMS geeignet ist, oder nicht. Seit Einführung der Magnetstimulation 1985 sind kaum Nebenwirkungen beobachtet worden. Die häufigste Nebenwirkung, vor allem bei Mit-Stimulation von Muskulatur auftretend, sind vorübergehende Kopfschmerzen. Am gefürchtetsten ist jedoch das sehr seltene Auftreten eines epileptischen Anfallesbei rTMS. Deshalb wurden 1998 in einem Konsensstrenge Anwendungsvorschriften für die TMS erarbeitet. Weitere, vor allem seltene Nebenwirkungen müssen durch die weitere sorgfältige wie langfristige Beobachtung während und nach Anwendung der TMS in Forschung und Klinik herausgefunden werden. Schon aus diesem Grund kann diese Liste nicht vollständig sein. en:Transcranial magnetic stimulation Weblinks
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