In-vivo-Bildgebung des therapeutischen elektrischen Stromflusses (tDCS)

Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) und tiefe Hirnstimulation (DBS) sind Beispiele für elektrische Stimulationstherapien, die als Mittel zur Modulation motorischer Funktionen, semantischer Verarbeitung und exekutiver Funktionen zunehmend an Bedeutung gewinnen. Zu beiden Therapien gab es zahlreiche klinische und experimentelle Studien. Es wurde festgestellt, dass tDCS je nach Stimulationspolarität und Elektrodenposition sowohl fördernde als auch hemmende Wirkungen auf das Gehirn hat. DBS wurde klinisch umfassend für die Behandlung von Bewegungsstörungen, vor allem der Parkinson-Krankheit, evaluiert und weitet seinen Anwendungsbereich auf die Behandlung von Störungen wie fokaler Dystonie, Depression und chronischen Schmerzen aus. Obwohl sich tDCS größtenteils noch im experimentellen Stadium befindet, nehmen die Anwendungen und die Akzeptanz von tDCS extrem schnell zu.

Obwohl die mit tDCS verbundenen funktionellen Veränderungen ohne Kenntnis der zugrunde liegenden Neurophysiologie kategorisiert werden können, ist ein Verständnis darüber, wo bei jeder Elektrostimulationstechnik tatsächlich von außen angelegter Strom fließt, von entscheidender Bedeutung, um zu verstehen, welche Gehirnregionen, Schaltkreise oder Elemente davon betroffen sind Therapien und wie diese Veränderungen auftreten können. Dieses Wissen wird zu einem besseren Verständnis der diesen Therapien zugrunde liegenden Mechanismen und damit zu gezielteren und wirksameren Stimulationsmustern und -orten führen. Letztendlich wird dies zu effizienteren und neuartigen klinischen Anwendungen führen.

Viele Studien haben die Auswirkungen der aktuellen Anwendung in extra- und intrakraniellen Modalitäten mithilfe von Computersimulationen simuliert. Simulationen werden immer durch Fehler bei der Interpretation von MRT-Daten während der Segmentierung, Unterschiede zwischen angenommenen und tatsächlichen Werten der elektrischen Leitfähigkeit und Nichtübereinstimmungen zwischen tatsächlichen und vermuteten Elektrodenpositionen und -größen eingeschränkt. Daher werden dringend bessere Methoden zum Verständnis und zur Überprüfung der aktuellen Flussverteilungen benötigt.

In dieser Studie wurde kürzlich eine MRT-basierte Phasenbildgebungstechnik entwickelt, um Stromdichten in vivo direkter zu messen. Im Gegensatz zu früheren MRT-basierten Methoden zur Messung des elektrischen Stromflusses funktioniert die Technik ohne eine Neupositionierung des Probanden. Diese Methoden werden anhand hochauflösender fachspezifischer Modelle validiert, die viele Gewebekompartimente, einschließlich anisotroper weißer Substanz, umfassen. Somit steht eine neue direkte Messmethode gegenüber modernsten Modellierungsansätzen zur Verfügung.