Wirksamkeit von TDCS zur Behandlung von Arbeitsgedächtnisstörungen und Depressionen bei Temporallappenepilepsie

Die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist eine leistungsstarke Technik zur Modulation der Gehirnaktivität:

TDCS basiert auf dem Anlegen eines schwachen Gleichstroms an die Kopfhaut, der zwischen zwei relativ großen Elektroden – Anode und Kathode – fließt. Während tDCS, niedriger Amplitude (1-2 mA), werden konstante Ströme über die Kopfhautelektroden angelegt und durchdringen den Schädel, um in das Gehirn einzudringen. Obwohl der Strom in der Kopfhaut erheblich umgeleitet wird, dringt ausreichend Strom in das Gehirn ein, um das transmembranäre neuronale Potenzial zu modifizieren, wie zwei neuere Modellierungsstudien gezeigt haben (Miranda et al. 2006; Wagner et al. 2007a), und somit den Pegel zu beeinflussen der Erregbarkeit und modulieren die Feuerrate einzelner Neuronen. Wenn tDCS ausreichend lange angewendet wird, kann die kortikale Funktion über die Stimulationsdauer hinaus verändert werden (Nitsche und Paulus 2001) und die Richtung der kortikalen Erregbarkeit ändert sich abhängig von der aktuellen Orientierung.

Mehrere gut durchgeführte Tierstudien zu den Auswirkungen von tDCS aus den 1950er und 60er Jahren zeigten, dass tDCS eine leistungsstarke Technik zur Modulation der Gehirnfunktion ist. Diese Studien zeigten, dass polarisierende Ströme, die an die Oberfläche des Gehirns angelegt werden, zu einer Modulation der kortikalen Aktivität führen. Die anodische Oberflächenpolarisation des Kortex erhöht spontane Einheitsentladungen (Burns 1954; Creutzfeld et al. 1962) und initiiert paroxysmale Aktivität (Goldring und O'Leary 1951), während die kathodische Polarisation diese Ereignisse im Allgemeinen unterdrückt. Darüber hinaus erleichtert eine niedrige Oberflächenpolarisation den Erwerb erlernter motorischer Reaktionen und induziert verlängerte Änderungen in den Mustern der evozierten kortikalen Einheitsentladungen (Bindman et al. 1964). Schließlich haben Purpura et al. (1964), die Pyramidenbahnzellen von Katzen untersuchten, zeigten, dass verlängerte Polarisationsperioden fortschreitende Membran- und postsynaptische Potenzialänderungen sowie Nachwirkungen hervorrufen können (Purpura und McMurtry 1965).

Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden kürzlich Studien am Menschen durchgeführt, die insgesamt gezeigt haben, dass die Stimulation des motorischen Kortex (M1) mit tDCS die Erregbarkeit des motorischen Kortex in Abhängigkeit von der Stimulationspolarität verändert: Während die anodische Stimulation die kortikale Erregbarkeit erhöht, verringert die kathodische Stimulation sie (Nitsche et al. 2003; Nitsche und Paulus 2000; Nitsche und Paulus 2001). Ähnliche modulierende Effekte wurden auch im visuellen Kortex beschrieben (Antal et al. 2004; Antal et al. 2001). Eine kürzlich durchgeführte tDCS-Studie hat gezeigt, dass anodische tDCS des primären motorischen Kortex nicht nur die kortikale Aktivität beeinflusst, sondern auch signifikante Veränderungen der thalamischen Aktivität induziert (Lang et al. 2005). Es sollte beachtet werden, dass die Anwendung von tDCS beim Menschen in den letzten 10 Jahren erheblich fortgeschritten ist und sich daher von der Anwendung beim Menschen unterscheidet, die in den 60er und 70er Jahren verwendet wurde (Wagner et al. 2007b).

Darüber hinaus bietet tDCS im Vergleich zu anderen Techniken der nichtinvasiven Hirnstimulation (d. h. repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS)) mehrere Vorteile: (1) geringe Größe der Elektroden und des Stimulators, wodurch eine tragbare Verwendung beispielsweise zu Hause möglich ist, (2) einfache und kostengünstige Technik, die leicht für die Verwendung in der klinischen Praxis übersetzt werden kann, (3) lang anhaltende Wirkungen – die modulierenden Wirkungen von tDCS halten im Vergleich zu rTMS länger an – beispielsweise verändert eine 13-minütige Stimulation die Erregbarkeit des Gehirns für bis zu 2 Stunden (Nitsche und Paulus 2001) und (4) leichtere Verblindung mit Schein-tDCS im Rahmen klinischer Studien (Gandiga et al. 2006)

Es hat sich gezeigt, dass die präfrontale Stimulation die kognitive Funktion verbessert:

Es wurden mehrere kürzlich veröffentlichte Studien veröffentlicht, die die Verbesserung des Arbeitsgedächtnisses zeigen, wenn die tDCS-Stimulation auf den dorsalen lateralen präfrontalen Kortex angewendet wird. Fregni et al. (2005) untersuchten 15 normale Probanden. Die Patienten führten während aktiver anodischer (stimulatorischer) tDCS des linken dorsolateralen präfrontalen Kortex (linker DLPFC), Scheinstimulation über dem linken DLPFC, kathodischer (inhibitorischer) Stimulation des linken DLPFC oder anodischer Stimulation über dem eine Drei-Rücken-Arbeitsgedächtnisaufgabe durch primärer motorischer Kortex (M1). Die Ergebnisse dieser Studie zeigten eine signifikante Verbesserung des Arbeitsgedächtnisses, indiziert durch die Aufgabengenauigkeit nach aktiver anodischer tDCS des linken DLPFC. Die anderen Stimulationsbedingungen – einschließlich Schein-tDCS, anodischer tDCS des linken DLPFC oder anodischer tDCS von M1 – führten nicht zu einer signifikanten Änderung der Aufgabenleistung. In ähnlicher Weise haben Boggio et al. (2007) auch eine signifikante Verbesserung der affektiven Go-No-Go-Aufgabenleistung bei Patienten mit schwerer Depression nach der Behandlung mit anodischer tDCS am linken DLPFC festgestellt, unabhängig vom Grad der Stimmungsverbesserung nach 10 aufeinanderfolgenden Tagen tDCS.

Umgekehrt gibt es Hinweise darauf, dass die kathodische Hemmung des rechten DLPFC die Leistung des Arbeitsgedächtnisses bei der gleichen Aufgabe bei depressiven Patienten verbessert (Bermpohl et al. 2006). Zusammengenommen legen diese Studien nahe, dass die erhöhte Aktivität des linken DLPFC – ob direkt durch anodische Stimulation oder indirekt durch kathodische Hemmung des rechten DLPFC – für die Verbesserung der Arbeitsgedächtnisleistung verantwortlich ist.

Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) hat eine signifikante antidepressive Wirkung: Die Modulation des präfrontalen Kortex mit anodischer tDCS ist mit einer signifikanten Verbesserung der Depression verbunden. Zunächst eine vorläufige, randomisierte, kontrollierte und doppelblinde Studie, in der die Auswirkungen einer fünftägigen anodischen Stimulation des linken DLPFC bei 10 Patienten mit Major Depression untersucht wurden. Alle Patienten tolerierten tDCS ohne Komplikationen. Am Ende der Behandlung gab es 4 Patienten, die auf die Behandlung ansprachen, in der aktiven Gruppe gegenüber keinen Patienten, die in der Scheingruppe ansprachen. Die Patienten, die eine aktive Stimulation erhielten, hatten eine signifikante Abnahme der Werte der Hamilton Depression Rating Scale (HDRS) und des Beck Depression Inventory (BDI) im Vergleich zum Ausgangswert, was bei Patienten, die eine Scheinstimulation erhielten, nicht beobachtet wurde (Fregni et al. 2006b).

In einer doppelblinden klinischen Parallelgruppen-Follow-up-Studie mit 40 Patienten mit schwerer Depression wurden die Patienten von ihren Medikamenten befreit und in drei Behandlungsgruppen randomisiert: anodische tDCS des linken DLPFC (aktive Gruppe); anodisches tDCS des okzipitalen Kortex (aktive Kontrollgruppe) und Schein-tDCS (Placebo-Kontrollgruppe). tDCS wurde für 10 Sitzungen während eines Zeitraums von 2 Wochen angewendet. Die Stimmung wurde von einem verblindeten Rater unter Verwendung von HDRS und BDI bewertet. Die Behandlung wurde gut vertragen mit minimalen Nebenwirkungen, die gleichmäßig auf alle Behandlungsgruppen verteilt waren. Diese Studie zeigte signifikant größere Reduktionen der Depressionswerte nach linker DLPFC-tDCS (HDRS-Reduktion von 40,4 % (±25,8 %)) im Vergleich zu okzipitaler (HDRS-Reduktion von 21,3 % (±12,9 %)) und Schein-tDCS (HDRS-Reduktion von 10,4 % (±36,6 %)). Die vorteilhaften Wirkungen von tDCS in der DLPFC-Gruppe hielten für 1 Monat nach Ende der Behandlung an (Boggio et al. 2008).

In ähnlicher Weise hatten in einer anderen Längsschnittstudie zu Depressionen von Rigonatti et al. (2008) serielle Anwendungen von anodischer (stimulatorischer) tDCS, die auf den präfrontalen Kortex angewendet wurden (10 Sitzungen mit jeweils 2 mA), eine ähnliche Wirkung auf die Verringerung depressiver Symptome, gemessen anhand der Beck-Depression Inventory punktet noch 6 Wochen nach der Behandlung als Fluoxetin. Die Wirkung von tDCS war jedoch unmittelbarer als die von Fluoxetin19.

Zusammenfassend scheint tDCS des linken DLPFC in der Lage zu sein, signifikante positive affektive und kognitive Verbesserungen bei normalen Patienten und Patienten mit signifikanter Depression zu induzieren. Wir werden daher in diesem Vorschlag testen, ob eine verlängerte präfrontale Stimulation mit klinisch bedeutsamen Veränderungen der affektiven und kognitiven Funktion verbunden ist, ohne die epileptiforme Aktivität oder die Anfallshäufigkeit zu verschlechtern. Die Ergebnisse dieser Pilotstudie werden einen signifikanten klinischen Einfluss auf die Behandlung der neuropsychiatrischen Komorbiditäten von Patienten mit Temporallappenepilepsie haben.