Induktion synaptischer Plastizität beim Menschen durch individualisierte, biphasische repetitive I-Wellen adaptierte Transkranielle Magnetstimulation

• Antragsteller: Dr.-Ing. Bernhard Gleich; Dr. Nikolai Jung
• Fachliche Zuordnung: Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Kinder- und Jugendmedizin
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398820493

Synaptische Plastizität in Form von Langzeitpotenzierung (LTP) und Langzeitdepression (LTD) wird als das neurophysiologische Korrelat jeglicher Form von Lernen und Erinnerung angesehen. Sie spielt eine entscheidende Rolle in der Entwicklung und Beeinträchtigungen werden als ein pathophysiologischer Mechanismus bei Entwicklungsstörungen und anderen Erkrankungen angesehen. Die sogenannte repetitive Transkranielle Magnetstimulation (rTMS) ist ein weit verbreitetes, nicht-invasives und schmerzloses Verfahren zur Untersuchung synaptischer Plastizität beim Menschen. Durch bestimmte Protokolle, wie zum Beispiel die Theta Burst Stimulation (TBS oder Quattropulsstimulation (QBS) lässt sich synaptische Plastizität induzieren. Der Einsatz der rTMS erhält inzwischen mehr und mehr Einzug in der neurowissenschaftlichen Grundlagenforschung und in der Behandlung verschiedener neurologischer Erkrankungen, wie der therapieresistenten Depression und der motorischen Rehabilitation nach Schlaganfall. Die Variabilität der TMS könnte auch durch individuelle, kortikale Oszilationen, so genannte I-waves, getriggert sein. Gemäß ihrer Latenzen in den Maxima, sind im Wesentlichen drei bekannt: I1-3, die mit einer Latenz von ca. 1,5 ms auftreten. Diese I-Wellen scheinen eine Rolle in der Ausbildung und der Modulation synaptischer Plastizität im menschlichen motorischen Kortex zu spielen. I-Wellen sind keine starren Oszilationen sondern treten mit kleinen und individuell unterschiedlichen Abweichungen zu dem initial auslösenden TMS-Stimulus auf. In diesem Kontext könnten neue, individuell einstellbare TMS Parameter, wie die Stimulationsfrequenz, die Stimulationsrichtung und Pulskonfiguration ein großes Potential haben die Effekte zu kontrollieren und die die rTMS Applikation zu individualisieren. In eigenen Vorarbeiten konnten wir ein neues, ultra-schnelles TMS Protokoll entwickeln, die so genannte quadri-pulse theta burst stimulation (qTBS), das aus Paketen mit 4 Pulsen (quadri-pulse) besteht, die in Theta-Frequenz wiederholt werden. Dieses Protokoll ermöglicht es dem Untersucher potentiell alle vier I-Wellen zu stimulieren und hat in Vorarbeiten seine Fähigkeit zur Induktion synaptischer Plastizität mit Interstimulusintervallen in I-Wellen Periodizität (=Interstimulus Interval 1,5 ms) gezeigt. Das Ziel des vorliegenden Antrages ist e, (1) die Rolle der frühen und späten I-Wellen in der Ausbildung der synaptischen Plastizität im menschlichen motorischen Kortex, durch Untersuchungen zur Metaplastizität, besser zu verstehen, (2) die Erkenntnisse zur individuellen, I-Wellen spezifischen TMS durch eine gezielte Stimulation aller 3 I-Wellen zu erweitern und (3) den Einfluss der individualisierten TMS auf motorisches Lernen zu untersuchen, mit dem übergeordneten Ziel, den therapeutischen Einsatz zu verbessern. Erreicht werden soll dies auch mit einem neuen, individuell einstellbaren Magnetsstimulator, der alle drei I-Wellen in der jeweils individuellen Latenz stimulieren kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen