Die elektrische Magnetspule hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung in der Erforschung und Behandlung von Hirnfunktionen gewonnen. Insbesondere die Transkranielle Magnetstimulation (TMS) und ihre repetitive Form (rTMS) haben sich als vielversprechende Werkzeuge erwiesen, um gezielt neuronale Aktivität im Gehirn zu beeinflussen. Dieser Artikel beleuchtet die Funktionsweise der elektrischen Magnetspule im Kontext der Hirnstimulation, ihre Anwendungen in der Therapie verschiedener neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen sowie die aktuellen Forschungsergebnisse und zukünftigen Perspektiven.
Einführung in die Transkranielle Magnetstimulation (TMS)
Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine nicht-invasive Methode, bei der Magnetfelder genutzt werden, um gezielt Hirnregionen zu stimulieren oder zu hemmen. Dabei wird eine spezielle Magnetspule an der Außenseite des Kopfes platziert. Die von dieser Spule erzeugten kurzen Magnetimpulse durchdringen die Schädeldecke und lösen in bestimmten Hirnregionen elektrische Reaktionen aus.
Funktionsweise der TMS
Die TMS basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Wenn Strom durch eine Kupferspule geleitet wird, entsteht ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld induziert im Gehirn schwache elektrische Felder, welche die Aktivität der darunterliegenden Neuronen beeinflussen. Durch gezielte Impulsgebung kann die Kommunikation zwischen Hirnregionen moduliert werden. Je nach Stimulationsfrequenz wirkt rTMS entweder hemmend (z. B. bei überaktiven Angstnetzwerken) oder aktivierend (z. B. bei unteraktiven frontalen Arealen bei Depression).
Repetitive Transkranielle Magnetstimulation (rTMS)
Die repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) ist eine spezielle Form der TMS, bei der mehrere Pulse hintereinander, oft in schneller Folge, angewendet werden. Diese wiederholte Stimulation über eine bestimmte Zeit hinweg wird therapeutisch genutzt, insbesondere bei der Behandlung von Depressionen und anderen neurologischen oder psychiatrischen Störungen. Die wiederholte Anwendung kann länger anhaltende Veränderungen der Gehirnaktivität bewirken.
rTMS bei Depressionen
Die rTMS-Therapie gilt als gut verträgliche, medikamentenfreie Alternative - insbesondere bei Depressionen, Zwangsstörungen, chronischen Schmerzen oder posttraumatischen Belastungsreaktionen. Bei therapieresistenten Depressionen ist die rTMS in Deutschland bereits als leitliniengerechte Behandlung etabliert. Studien belegen die Wirksamkeit der TMS in der Depressionsbehandlung. Die rTMS bei Depressionen gilt als evidenzbasierte Alternative zu Medikamenten.
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Ablauf einer rTMS-Behandlung
Der rTMS-Behandlungsablauf ist standardisiert und gut planbar. Während der Behandlung sitzt der Patient bequem, die Spule wird über dem Ziel Areal positioniert. Die Dauer einer Sitzung - die sogenannte TMS Sitzungsdauer - variiert je nach Protokoll zwischen 3 und 30 Minuten. Die Impulse verursachen ein leises Klopfen oder Zucken, sind jedoch nicht schmerzhaft. Typischerweise erfolgen 10-20 Sitzungen über mehrere Wochen. Intensivprogramme wie das One-Day-Treatment (mehrere Sitzungen pro Tag) verkürzen die Gesamtbehandlungsdauer signifikant.
rTMS Booster und Neuroplastizität
Mehrere Ansätze können als rTMS Booster dienen und die Neuroplastizität steigern:
- Dextromethorphan oder Ketamin (Off-Label) als Neuro-Enhancer
- Nährstofftherapie: spezifische Empfehlungen
- kognitive Aktivierung: Lernen, Bewegung, Musik
- intensivierte Protokolle
Auswirkungen von rTMS auf die Erbsubstanz (DNA)
Wissenschaftliche Studien zeigen, dass rTMS die Genexpression und die molekulare Genregulation beeinflusst:
- Aktiviert u. a. Immediate-Early-Genes (z. B. c-Fos, Arc)
- Verändert DNA-Methylierung an stressrelevanten Genen
- Fördert epigenetische Modulation wie Histon-Acetylierung
Diese Effekte können Anpassungsvorgänge, Resilienz und neuronale Reorganisation fördern.
Kosten und Erfahrungen mit rTMS
Die rTMS Kosten variieren je nach Intensität und Diagnostik. Die transkranielle Magnetstimulation Kostenübernahme erfolgt bei privaten Kassen häufig, bei gesetzlichen selten. rTMS Erfahrungen berichten von mehr Antrieb, besserem Schlaf, innerer Ruhe und verbesserter Stimmung. Standardprogramme dauern 3-5 Wochen, Intensivprotokolle auch 1-3 Tage. Es gibt spezialisierte Kliniken in vielen Städten weltweit.
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TMS bei Alzheimer-Demenz
Eine Phase-2-Studie hat untersucht, ob die Transkranielle Magnetstimulation (TMS) bei Alzheimer helfen kann, den Krankheitsverlauf möglicherweise zu verlangsamen. Die wichtigsten Ergebnisse sind:
- Der Krankheitsverlauf wurde bei Menschen, die mit TMS behandelt worden waren um 44 Prozent verlangsamt (im Vergleich zur Placebo-Gruppe).
- Bei 37 Prozent der Behandelten blieb die Krankheit über ein Jahr stabil (Placebo-Gruppe: 17 Prozent).
- Die geistige Leistungsfähigkeit konnte erhalten werden.
- Die Fähigkeiten im Alltag blieben stabil.
- Zudem verminderten sich Verhaltensauffälligkeiten.
Obwohl die bisherigen Studien vielversprechend sind, sind weitere Untersuchungen nötig, um die Ergebnisse zu bestätigen. TMS kann derzeit nicht als offizielle Therapie für Alzheimer empfohlen werden.
Alternative Hirnstimulationsmethoden
Neben der TMS gibt es weitere Methoden zur Stimulation von Hirnnerven, die aktuell zur Therapie von Alzheimer-Demenz erforscht werden:
- Transkranielle Pulsstimulation (TPS): Nicht-invasive Stimulation einzelner Bereiche im Gehirn durch Ultraschall-Impulse.
- Transkranielle elektrische Stimulation (TES): Nicht-invasive Stimulation einzelner Hirnbereiche durch Gleichstrom.
- Temporale Interferenz-Stimulation (TIS): Nicht-invasive elektromagnetische Stimulation, die auch tiefere Hirnregionen erreicht, geht hervor aus der Tiefenhirnstimulation (THS), die bereits in der Therapie von Menschen mit Parkinson angewandt wird.
- Magnetresonanz (MR)-gesteuerter fokussierter Ultraschall (MRgFUS): Nicht-invasive präzise Stimulation kleiner Strukturen des Gehirns.
Die Wirksamkeit in Bezug auf die Alzheimer-Therapie ist zum aktuellen Zeitpunkt nicht für alle dieser Methoden belegt.
TMS in der Forschung
Tübinger Neurowissenschaftler haben eine Methode entwickelt, mit der sich die Gehirnaktivität während einer transkraniellen Magnetstimulation (TMS) messen lässt. Ein besseres Verständnis könnte dazu beitragen, die TMS als nicht-invasive und schmerzfreie Diagnose- und Behandlungsmethode weiter zu entwickeln.
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Messung der neuronalen Aktivität während der TMS
Forscher haben eine Abschirmung der Mikroelektroden gegen die starken Magnetfelder der TMS entwickelt. Sie stimulierten mit TMS die Region im Motorkortex von Ratten, die die Vordergliedmaßen steuert. Während die Tiere durch die Stimulation ihre Vorderpfoten bewegten, maßen die Forscher die Aktivität der Neuronen. Zum ersten Mal konnten sie so direkt beobachten, wie die für die Vordergliedmaßen verantwortlichen Kortexneuronen auf TMS reagierten. Sie stellten fest, dass die neuronale Aktivität auch nach Ende des TMS-Pulses anhielt. Außerdem änderte sich die neuronale Aktivität abhängig von der Richtung des Stromflusses, den die TMS im Hirngewebe erzeugte.
Unterschiede zwischen TMS und anderen Therapieformen
TMS vs. Magnetfeldtherapie
Die Magnetfeldtherapie oder Magnettherapie ist eine Therapieform, bei der Magnetfelder zur Behandlung von orthopädischen und entzündlichen Erkrankungen eingesetzt werden. Obwohl verschiedene Formen der Magnetfeldtherapie in einigen Krankenhäusern und Arztpraxen angewendet werden, gibt es bisher keinen anerkannten wissenschaftlichen Nachweis für die Wirksamkeit der Magnetfeldtherapie. Im Gegensatz dazu gibt es für die rTMS zahlreiche wissenschaftliche Studien, die ihre Wirksamkeit belegen, weshalb sie zu den schulmedizinisch anerkannten Therapieformen gehört.
TMS vs. rTMS
Der Unterschied zwischen TMS (Transkranielle Magnetstimulation) und rTMS (repetitive Transkranielle Magnetstimulation) liegt in der Art und Weise, wie die Magnetstimulation angewendet wird. Bei der TMS wird ein einzelner Magnetpuls oder eine Serie von wenigen Pulsen verwendet, um ein bestimmtes Areal des Gehirns zu stimulieren. Es handelt sich dabei um eine einmalige, kurzfristige Stimulation, die normalerweise zu diagnostischen Zwecken oder für Forschungszwecke eingesetzt wird. Die rTMS ist eine spezielle Form der TMS, bei der mehrere Pulse hintereinander, oft in schneller Folge, angewendet werden.
Anwendungsbereiche der TMS
TMS wird in der ambulanten Behandlung verschiedener neurologischer und psychiatrischer Krankheiten eingesetzt. Zu den Erkrankungen, bei denen über bedeutende Erfahrung verfügt und die erfolgreich behandelt werden, gehören z.B. Angststörungen, Demenzen, Depressionen, Erschöpfung, Fibromyalgie, Halluzinationen, Long-Covid-Syndrom, Parkinson, Schlafstörungen, Tinnitus, Zwangsstörungen.
Wie funktioniert TMS im Detail?
TMS basiert auf dem physikalischen Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Therapeutisch wird die Neurostimulation mit sich wiederholenden (repetitiven) Folgen gleicher Magnetimpulse eingesetzt, weshalb sie auch als repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) bezeichnet wird. Die Frequenz dieser Impulse ist ein wesentlicher Parameter eines Stimulationsprotokolls. Typische Frequenzen sind z.B. 1 Hz, 10 Hz oder 20 Hz. Auch Impulsfolgen von 50 Hz, die mit 5 Hz wiederholt werden, werden verwendet. Diese Art der Stimulation wird als Theta-Burst-Stimulation (TBS) bezeichnet.
Wirkungsweise der TMS
Mithilfe der TMS können diese Regionen gezielt stimuliert werden, um die Hirnaktivität zu normalisieren. Die Magnetimpulse der TMS induzieren ein zeitvariantes elektrisches Feld. Die dadurch hervorgerufene elektrische Potenzialänderung führt zu einem Impulsstrom in den Nervenzellen, welcher die stimulierten Neuronen depolarisieren oder hyperpolarisieren und somit ihre Aktivität verändern. Dies beeinflusst nicht nur die direkt stimulierten Nervenzellen, sondern auch die, die mit ihnen verbunden sind. Gleichzeitig kann TMS die Durchblutung des Gehirns verbessern. Die Kombination dieser Effekte führt zu Veränderungen in der Struktur und Funktion neuronaler Netzwerke, die zu einer Verbesserung bei neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen beitragen können.
Voraussetzungen und Vorbereitung für eine TMS-Behandlung
Für eine Behandlung mit TMS ist die Diagnose einer neurologischen oder psychiatrischen Erkrankung durch einen Facharzt für Neurologie oder Psychiatrie erforderlich. Eine MRT-Untersuchung des Kopfes ist für eine TMS-Therapie zwar nicht zwingend erforderlich, es gibt jedoch gute Gründe, sie nach Möglichkeit vor einer TMS-Behandlung anzufordern. Sie kann helfen, mögliche Risiken zu erkennen und sicherzustellen, dass die Behandlung sicher und effektiv durchgeführt werden kann.
Mögliche Nebenwirkungen und Risiken
Aus zahlreichen klinischen Studien sind nur wenige schwerwiegende Nebenwirkungen während und nach einer TMS-Sitzung bekannt. Am häufigsten treten während der Sitzung Zuckungen der Augen- oder Gesichtsmuskulatur auf, an die sich die Patienten in der Regel schnell gewöhnen. Leichte Kopfschmerzen und ein brennendes Gefühl im Stimulationsbereich sind die häufigsten Nebenwirkungen nach einer Sitzung. Auch Müdigkeit, Übelkeit oder Schwindel können auftreten und verschwinden in der Regel noch am selben Tag.
Kontraindikationen für eine TMS-Behandlung
Heute gilt nur noch das Vorhandensein von nicht entfernbaren ferromagnetischen Materialien in der Nähe des Stimulationsortes als absolute Kontraindikation für eine TMS-Behandlung. In solchen Fällen kann die Behandlung jedoch durchgeführt werden, wenn der zu erwartende Nutzen größer ist als das mögliche Risiko und entsprechende Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.
Ablauf einer TMS-Sitzung im Detail
Bei der ersten rTMS-Therapiesitzung werden der Stimulationsort und die optimale Stimulationsintensität individuell festgelegt. Während der Behandlungssitzungen, die zwischen 10 und 40 Minuten dauern, sitzt der Patient in einem Behandlungsstuhl. Die Magnetspule wird auf die markierte Kappe aufgesetzt und auf die Zielregion im Gehirn ausgerichtet. Nach Beginn der Stimulation hört der Patient ein wiederholtes Klicken und kann ein leichtes Zucken der Gesichtsmuskulatur bemerken. Nach der Behandlung sind keine zusätzlichen Medikamente oder Erholungsphasen notwendig, der Patient kann seinen Alltag wie gewohnt fortsetzen.
Erfolgsaussichten und Therapiedauer
Die genaue Dauer einer TMS-Therapie, die für eine vollständige Behandlung einer Erkrankung erforderlich ist, lässt sich im Voraus nur schwer vorhersagen. In der Regel zeigt sich nach 10 bis 15 Sitzungen, ob die Behandlung wirken wird. Deshalb ist es wichtig, den Schweregrad der Symptome vor und während der TMS-Behandlung mit Tests zu messen. Aus qualitativ hochwertigen klinischen Studien lassen sich in vielen Fällen Informationen über die Erfolgsaussichten einer Behandlung mit dem eingesetzten TMS-Protokoll ableiten.
Tiefe Transkranielle Magnetstimulation (dTMS)
Basierend auf der Technologie der repetitiven transkraniellen Magnetstimulation (rTMS) ist es mit der tiefen transkraniellen Magnetstimulation (engl. „deep“ TMS) möglich, tiefer gelegene Hirnareale zu erreichen und dort Neuronen zu stimulieren. Es wird eine andersartige Spule zur Erzeugung der Magnetfelder eingesetzt, die sich in einem Helm befindet. Mit der tiefen Hirnstimulation kann tiefer und zielgerichteter für bestimmte Krankheitsbilder therapiert werden.
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