Die Abteilung für Klinische Neurophysiologie der Universitätsklinik Göttingen unter der Leitung von Prof. Walter Paulus hat sich als ein führendes Zentrum für die Erforschung und Anwendung der nicht-invasiven Hirnstimulation etabliert. Insbesondere die repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) und die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) stehen im Fokus der Forschungsarbeiten und klinischen Anwendungen. Diese Methoden ermöglichen es, die Aktivität des Gehirns von außen gezielt zu beeinflussen und eröffnen neue Perspektiven für die Therapie neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen.
Grundlagen der Hirnstimulation
Die Grundlage sowohl der rTMS als auch der tDCS sind physikalische Gesetzmäßigkeiten der Abhängigkeiten von Magnetfeldern und elektrischem Strom sowie die Tatsache, dass die Aktivität von Nervenzellen über deren Membranspannung gesteuert wird. Je positiver die Membranspannung ist, desto leichter werden Nervenimpulse, also Aktionspotenziale, ausgelöst.
Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS)
Bei der tDCS werden Elektroden an der Oberfläche des Kopfes der Versuchsperson befestigt. Durch diese wird ein schwacher, konstanter Stromimpuls geleitet, mit dem Ziel, die Gehirnaktivität in den oberflächlichen Regionen zu beeinflussen. Die tDCS kann entweder die Erregbarkeit von Nervenzellen erhöhen (anodale Stimulation) oder verringern (kathodale Stimulation).
Repetitive Transkranielle Magnetstimulation (rTMS)
Während der rTMS wird eine Magnetspule eingesetzt, um gezielt auf den Gehirnbereich unter der Spule zu wirken. Die Pulsstärke der rTMS kann variiert werden, um entweder anzuregen oder zu hemmen. Eine Weiterentwicklung ist die Theta-Burst-Technik, die die notwendige Magnetdosis deutlich reduziert und damit wirksamer anregen oder hemmen kann als je zuvor.
Forschungsschwerpunkte in Göttingen
In Göttingen hat man sich frühzeitig mit den Möglichkeiten der tDCS auseinandergesetzt und maßgeblich dazu beigetragen, den Wirkmechanismus der tDCS weiter aufzuklären. Die Forschungsschwerpunkte umfassen unter anderem:
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- Wirkmechanismen der Hirnstimulation: Untersuchung, wie tDCS und rTMS die Erregbarkeit von Nervenzellen und die Funktion neuronaler Netzwerke beeinflussen.
- Anwendung bei neurologischen Erkrankungen: Erprobung der Hirnstimulation zur Therapie von Schmerzerkrankungen, Migräne, Tinnitus, Multipler Sklerose, Schlaganfall und Stottern.
- Neuroplastizität: Erforschung, wie Hirnstimulation die Anpassungsfähigkeit des Gehirns (Neuroplastizität) fördern und zur Rehabilitation beitragen kann.
- Kognitive Funktionen: Untersuchung der Auswirkungen von Hirnstimulation auf Gedächtnis, Aufmerksamkeit und andere kognitive Prozesse.
Aktuelle Forschungsarbeiten in Göttingen beschäftigen sich auch mit der Anwendung der transkraniellen Wechselstromstimulation (tACS) zur Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit in einem Merktest. Dabei werden gezielt Theta-Wellen im EEG verstärkt, um die Bildung neuer Kontakte zwischen Nervenzellen im Gehirn zu stimulieren.
Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die Untersuchung der neurobiologischen Prozesse des Stotterns. Mit neuroradiologischen (strukturelles und funktionelles MRT) und neurophysiologischen Methoden, insbesondere der transkraniellen Magnetstimulation und der Elektroenzephalographie, sollen grundlegende Mechanismen der Redeflussstörung aufgedeckt werden. Eine aktuelle DFG-geförderte Studie beschäftigt sich mit der Bildgebung bei stotternden Kindern im Alter von 6 bis 8 Jahren, um bildgebende oder klinische Prädiktoren für den Verlauf (Persistenz oder Spontanheilung) zu finden.
Klinische Anwendung der Hirnstimulation in Göttingen
Die Klinik für Neurologie und Anästhesiologie der Universitätsmedizin Göttingen bietet eine Ambulanz für nicht-invasive Gehirnstimulation an, die innovative Verfahren zur gezielten Beeinflussung der Hirnaktivität und Hirnerregbarkeit mittels nicht-invasiver Hirnstimulation anbietet. Das Behandlungsangebot umfasst:
- rTMS: Behandlung von Migräne, anderen Kopfschmerzen, chronischen Schmerzen (z. B. Rückenschmerzen, Fibromyalgie, komplexes regionales Schmerzsyndrom - CRPS) und kognitiven Störungen.
- tDCS: Anwendung bei verschiedenen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen, z. B. Depressionen, Schlaganfall, Multiple Sklerose und Schmerzen.
Vor Beginn einer Behandlung erfolgt ein umfassendes Erstgespräch, in dem geklärt wird, ob und in welcher Form eine Behandlung mit transkranieller Stimulation in Frage kommt. Außerdem werden Informationen zu den Kosten der Behandlung und den Möglichkeiten der Erstattung/Unterstützung durch die Krankenkasse gegeben.
Die eigentliche Stimulations-Behandlung erfolgt in der Zeit von Montag bis Freitag über einen Zeitraum von zwei bis vier Wochen. Eine reguläre Behandlungssitzung dauert etwa 30 Minuten, wobei die Behandlungen in der Regel einmal täglich oder dreimal/Woche vorgenommen werden.
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Mögliche Besserungen durch die Behandlung
Die positiven Effekte der Stimulationstherapie können sehr unterschiedlich sein. Einige Patienten berichten über Linderung von Krankheitssymptomen (z. B. weniger Schmerzen), andere über mehr Lebensenergie, Aktivität oder eine Besserung des Appetits und des Schlafs.
Mögliche Nebenwirkungen
Sehr selten erleben die Patienten Müdigkeit oder leichte Kopfschmerzen, die aber von alleine nach kurzer Zeit abklingen. Während TMS können es lokale Muskelkontraktionen während der Stimulation auftreten, verbunden mit einer Reizung der Kopfhaut, was als Kribbeln und Ziehen beschrieben wurde. Gewebeschäden wurden auch nach hohen Intensitäten und -frequenzen nie beobachtet. Es handelt sich also um ein risikoarmes, aber trotzdem effektives Verfahren.
Kostenübernahme durch Krankenkassen
Die Verfahren der transkraniellen Stimulation werden in der Regel nicht von den gesetzlichen Krankenkassen übernommen. Sie sind eine sogenannte individuelle Gesundheitsleistung (IGEL), deren Kosten von den Patienten selbst getragen werden müssen.
Internationale Zusammenarbeit und Publikationen
Die Abteilung für Klinische Neurophysiologie in Göttingen ist international vernetzt und beteiligt sich an zahlreichen Forschungsprojekten. Die wissenschaftlichen Arbeiten der Göttinger Forscher werden regelmäßig in renommierten Fachzeitschriften veröffentlicht. Einige ausgewählte Publikationen sind:
- Antal A, Alekseichuk I, Bikson M, et al. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clinical Neurophysiology, 2017, 128: 1774-1809.
- Alekseichuk I, Turi Z, de Lara G, Antal A, Paulus W. Spatial working memory in humans depends on theta and high gamma synchronization in prefrontal cortex. Current Biology, 2016, 26:1513-21.
- Shirota Y, Sommer M, Paulus W. Strength-Duration Relationship in Paired-pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) and Its Implications for Repetitive TMS. Brain Stimulation, 2017, 9: 755-761.
- Paulus W, Rothwell J. Membrane resistance and shunting inhibition: where biophysics meets state-dependent human neurophysiology. J of Physiology London, 2016, 594: 2719-2728.
- Czesnik D, Howells J, Negro F, Wagenknecht M, Hanner S, Farina D, Burke D, Paulus W. Increased HCN channel driven inward rectification in benign cramp fasciculation syndrome Brain, 2015, 138: 3168-79.
- Menardi A, Rossi S, Koch G, et al. Toward Noninvasive Brain Stimulation 2.0 in Alzheimer’s Disease. Aging Research Reviews, 2021, 75:101555.
- Siegert A, Diedrich L, Antal A. New Methods, Old Brains − A Systematic Review on the Effects of tDCS on the Cognition of Elderly People. Frontiers in Human Neuroscience, section Brain Imaging and Stimulation, 2021, 15:730134.
- Rossi S, Antal A, Bestmann S, et al. Safety and recommendations (version 3.0) for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues. A Consensus Statement from the IFCN Workshop on “Present and Future of TMS: Safety and Ethical Guidelines” Siena, October 17-20, 2018. Clinical Neurophysiology, 2021, 132:269-306.
- Antal A, Bischoff R, Stephani C, et al. Low intensity, transcranial, alternating current stimulation reduces migraine attack burden in a home application set-up: a double-blinded, randomized feasibility study. Brain Sciences, 2020, 10:888.
- Antal A. Transcranial Direct Current Stimulation in the Treatment of Facial Pain. Progress in Neurological Surgery, Basel,2020, 35: 1-9.
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