Tierexperimentelle Bestimmung von Sicherheitskriterien der transkraniellen Gleichstromstimulation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Um die Effektivität und Stabilität der mittels tDCS erzeugten neuroplastischen Effekte durch Intensivierung der Stimulationsprotokolle zu ermöglichen, führten wir eine Reihe von grundlegenden systematischen tierexperimentellen Studien zur funktionellen Wirksamkeit sowie zur Verträglichkeit der tDCS durch. Unter Verwendung eines eigens entwickelten Rattenmodells konnten wir erstmals gleichstromspezifische Sicherheitskriterien aufstellen und Schwellenwerte hinsichtlich Stimulationsdauer und -Intensität etablieren, die um etwa 2 Zehnerpotenzen von den aktuell verwendeten Stimulationsprotokollen entfernt liegen. Hieraus ergibt sich, dass sich die aktuell verwendeten Protokolle noch intensivieren lassen ohne ein Sicherheitsrisiko eingehen zu müssen. Um eine mögliche antikonvulsive Wirkung der tDCS zu evaluieren, untersuchten wir die Effekte der tDCS im dem speziell hierfür modifizierten Rampenslimulationsmodell der fokalen Epilepsie. Kathodale tDCS führte abhängig von der Dauer und der -Intensität der Stimulation zu einer anhaltenden Erhöhung der fokalen Anfallsschwelle. Unsere Ergebnisse zeigen, dass kathodale tDCS eine mögliche therapeutische Option bei pharmakoresistenten fokalen Epilepsien darstellt, insbesondere bei solchen mit oberflächennahen Foci, wie sie beispielsweise bei der Epilepsia partials continua oder bei kortikalen Dysplasien auftreten. Eine weitere Untersuchung zur funktionellen Relevanz der tDCS-induzierten Neuroplastizität unternahmen wir im Tiermodell der Migräne, bei der eine abnorme kortikale Exzitabilität mit einer Alterarion der cortical spreading depression (CSD) einhergeht. Anodate tDCS induzierte in unserer Studie ebenfalls eine Zunahme der CSD-Geschwindigkeit. Da anodale tDCS eine kortikale Erregbarkeitserhöhung bewirkt, die in unserem Tiermodell mit einer Erhöhung der CSD- Propagationsgeschwindigkeit einhergeht, legen unserer Ergebnisse nahe, dass anodale tDCS in der Lage ist, das Risiko einer Migräneattacke zu erhöhen. Um darüber hinaus auch die Möglichkeiten der Stabilisierung der tDCS-Nacheffekte zu untersuchen und um die vorhandenen tDCS-Protokolle zu optimieren, führten wir funktioneile tDCS-Untersuchungen am Rhesusaffen durch. Hierzu wurde ein TMS-Primatenmodell entwickelt, das erstmals die Erfassung der fianktionellen Effekte der tDCS mit Hilfe der TMS an einem wachen und trainierten Rhesusaffen erlaubt. Im folgenden Schritt wurden dann die optimalen Elektrodenpositionen für die tDCS ermittelt, die es ermöglichen, analog zur klinischen Anwendung, mittels tDCS polaritätsspezifische Erregbarkeitsveränderungen zu erzielen. Nach der erfolgreichen Etablierung eines weltweit einzigartigen tDCSPrimatenmodells, intensivieren wir in unseren aktuellen Untersuchungen die Stimulationsparameter nun schrittweise am trainierten Rhesusaffen, um möglichst lang anhaltende und effektive neuroplastische Erregbarkeitsveränderung im Primatenkortex induzieren zu können. Die so entwickelten tDCS Protokolle sollen am Ende eine relevante therapeutische Effektivität besitzen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Fregni, F., Liebetanz, D., Monte-Silva, K.K., Oliveira, M.B., Santos, A.A., Nitsche, M.A., Pascual-Leone, A. & Guedes, R.C. (2007) Effects of transcranial direct current stimulation coupled with repetitive electrical stimulation on cortical spreading depression. Exp Neurol, 204, 462-466.
- Liebetanz D, Fregni F, Monte-Silva KK, Oliveira MB, Amäncio-dos-Santos A, Nitsche MA, Guedes RCA. After-effects of transcranial direct current stimulation (tDCS) on cortical spreading depression. Neurosci Lett 2006; 398:85-90.
- Liebetanz, D., Klinker, F., Hering, D., Koch, R., Nitsche, M.A., Potschka, H., Loscher, W., Paulus, W. & Tergau, F. (2006) Anticonvulsant effects of transcranial direct-current stimulation (tDCS) in the rat cortical ramp model of focal epilepsy. Epilepsia, 47, 1216- 1224.
- Liebetanz, D., Paulus, W. & Nitsche M. A. (2007) Methode und Mechanismen der transkraniellen Gleichstromstimulation. Klin Neurophysiol 38, 136-140.
