Hirnstimulation — Physiologische Grundlagen

Abstract

Dieses Kapitel behandelt die elektrophysiologischen Grundlagen der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) am Beispiel der Stimulation des primären mo- torischen Kortex. Die neurophysiologsichen Mecha- nismen der TMS sind im Vergleich zur Elektrostimulati- on des peripheren Nervs ungleich komplexer und viele Fragen sind aktuell noch unbeantwortet. Selbst wenn eine »fokale« achtförmige Reizspule verwendet wird, ist die TMS nicht umschrieben genug, um einzelne Neu- ronenpopulationen im Kortex selektiv zu stimulieren. Wird die Reizspule tangential auf die Schädeloberfl ä- che aufgesetzt, induziert der Magnetreiz ein relativ ho- mogenes, horizontal ausgerichtetes elektrisches Feld in dem unter der Spule liegenden Kortex. Aufgrund the- oretischer Erwägungen wird angenommen, dass die TMS bevorzugt Aktionspotenziale in solchen Axonen auslöst, die parallel zum induzierten elektrischen Feld verlaufen und einen gebogenen Verlauf haben. Die durch das elektromagnetische Wechselfeld induzierten Aktionspotenziale breiten sich über synaptische Ver- bindungen im stimulierten Kortex aus und verursachen ein komplexes Muster an exzitato- rischen und inhibitorischen postysnaptischen Aktions- potenzialen. Diese indirekten, »transsynaptischen« Ef- fekte tragen wahrscheinlich wesentlich zur kortikalen Neurostimulation bei. Neben technischen Variablen wie der Reizintensität oder der Reizkonfi guration be- einfl ussen intrinsische Variablen wie die Ausrichtung der Axone im stimulierten Kortex relativ zur Orientie- rung des induzierten elektrischen Feldes, der Abstand des zu stimulierenden Kortex von der Schädeloberfl ä- che oder das aktuelle Erregbarkeitsniveau der korti- kalen Neurone zum Zeitpunkt der TMS wesentlich die Effi zienz der transkraniellen Neurostimulation. Die Aus- lösung von Aktionspotenzialen in kortikokortikalen oder kortikosubkortikalen Projektionsneuronen führt zur transsynaptischen Ausbreitung der Neurostimulati- on in mit dem kortikalen Zielareal verbundene Hirnre- gionen. Dieser Mechanismus ist vermutlich für funkti- onelle »Netzwerkeff ekte« der TMS von entscheidender Bedeutung.