Auswirkung zweier neuer rTMS-Protokolle auf das neuronale Aktivitätsniveau und die funktionielle Konnektivität zwischen Gehirnarealen: Messung mittels interleaved TMS-ASL-Bildgebung
Final Report Abstract
Bei der repetitiven Transkraniellen Magnetstimulation (rTMS) verändern mehrere hundert rasch aufeinander folgende Magnetpulse das Aktivitätsniveau der kortikalen Neuronen, die sich unterhalb der Magnetspule befinden. Diese Änderungen bleiben auch nach der Stimulation für einige Zeit erhalten. Im Motorkortex kann dies direkt durch die veränderte Muskelantwortstärke auf TMS-Testpulse hin nachgewiesen werden. Diese Möglichkeit ist jedoch auf den primären Motorkortex beschränkt. Die Auswirkung von rTMS auf andere Gehirnareale lassen sich so nicht charakterisieren. Weiterhin wirkt die rTMS auch indirekt auf Areale, welche die Magnetpulse zwar nicht direkt beeinflussen, die aber Verbindungen zum stimulierten Bereich haben. Für einen erfolgreichen therapeutischen Einsatz von rTMS, wie er z.B. bei der Behandlung von Depressionen und Tinnitus versucht wird, ist ein besseres Verständnis der direkten und indirekten rTMSEffekte unumgänglich. Diese Effekte wurden bisher untersucht, indem TMS mit Positronen-Emissions-Tomographie (PET) kombiniert wurde. PET hat jedoch die Nachteile einer relativ schlechten zeitlichen Auflösung sowie einer Strahlenbelastung der untersuchten Probanden. In diesem Projekt wurde TMS deshalb erstmals direkt mit einer relativ neuen Bildgebungsmethode aus der Magnetresonanz-Tomographie (MRT) kombiniert (ASL: arterial spin labeling). ASL erlaubt wie PET die stabile Messung von Änderungen des kortikalen Blutflusses über einen längeren Zeitraum hinweg. Dabei traten anfangs mehrere technische Probleme auf Unter anderem zeigte sich die ursprüngliche TMSMagnetspule dem starken Magnetfeld des MRT nicht gewachsen, so dass bei Stimulation Brüche in der Spule auftraten. Deshalb war eine Neukonstruktion der Spule durch den Hersteller notwendig, welcher dabei eng mit uns kooperierte. Der erste Projektschritt, in welchem ein geeignetes Setup zur kombinierten TMS-MRT Messung implementiert wurde, verzögerte sich deshalb. Inzwischen erlaubt unser Aufbau aber eine für die Probanden sichere und komfortable Magnetstimulation im MRT bei gleichzeitig guter MRT-Datenqualität. ASL hat im Gegensatz zu PET den Nachteil, dass es einen geringeren Signal-zu-Rausch Abstand aufweist. Im zweiten Projektschritt wurde deshalb zunächst nachgewiesen, dass ASL zuverlässig Blutflussänderungen messen kann, welche durch kurze rTMS-Stimulationsblöcke (24 Sekunden Dauer) hervorgerufen werden. Die Ergebnisse sind sehr positiv, so dass im nächsten Schritt die neu etablierte TMS-ASL Kombination nun angewandt wird, um die Auswirkungen von länger dauernden rTMSProtokollen auf kortikale Blutflussänderungen zu charakterisieren. Das Projekt wird damit wie ursprünglich beantragt zu Ende geführt, wobei die Finanzierung für die letzte Projektphase durch die Max-Planck-Gesellschaft getragen wird. Zukünftig eröffnen sich durch die TMS-ASL Kombination neue Möglichkeiten, da im Vergleich zu PET keine Strahlenbelastung anfällt. Beispielsweise sind wiederholte Folgeuntersuchungen an derselben Probanden- oder Patientengruppe möglich. Dadurch kann etwa die Wirkung von über mehrere Tage hinweg eingesetzter rTMS-Protokolle charakterisiert werden, wie sie bei der versuchsweisen Behandlung von Depressionen oder Tinnitus verwendet werden.
Publications
- Moisa, Af., R. Pohmann andA. Thielscher: A new hardware-software coil positioning system for interleaved TMS/fMRI: A motor cortex stimulation study. 17th Annual Meeting ofthe Intemalional Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM 2008) 17, 1 (05 2008)
- Moisa, M., R. Pohmann, K. Uludag andA. Thielscher: Interleaved TMS/CASL: A motor cortex study. Proceedings of the 3rd Intemational Conference on TMS and tDCS (Göttingen Germany) 3, 1 (10 2008)
- Moisa, M., R. Pohmann, K. Uludag andA. Thielscher: Interieaved TMS/CASL: Comparison of different rTMS protocols. Proceedings of 15th Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping (HBM 2009)
- Moisa. M., R. Pohmann, L Ewald andA. Thielscher: A new coil positioning method for interieaved TMS/fMRI and its validation in a motor cortex study. Joumal of Magnetic Resonance Imaging 29(1), 9 (01 2009)
