Transkranielle Gleichstromstimulation bei Autismus-Spektrum-Störung

Autismus-Spektrum-Störung (ASS) ist eine lebenslange neurologische Entwicklungsstörung, die durch Kommunikationsstörungen, schlechte soziale Fähigkeiten und abweichendes Verhalten gekennzeichnet ist. ASD verursacht oft erheblichen emotionalen und finanziellen Stress für die Patienten, ihre Familien und die Gemeinschaft. Die Prävalenz von ASD ist hoch, wobei die jüngsten Statistiken bei einem von 68 liegen. Bisher gibt es keine Heilung für ASD, und die Störung bleibt trotz der bestehenden Behandlungsmöglichkeiten eine stark behindernde Erkrankung. Daher werden dringend wirksamere neue Therapieansätze benötigt. In den letzten 10 Jahren wurde die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS), ein Verfahren zur Hirnstimulation, intensiv hinsichtlich ihrer physiologischen Wirkmechanismen untersucht, was ihre Anwendung im klinischen Umfeld empirisch belegt.

Kognitive und soziale Defizite bei ASD. Personen mit ASD wirken oft starr und unflexibel, zeigen eine starke Vorliebe für sich wiederholendes Verhalten und ausgefeilte Rituale. Ein Grund für das abweichende Verhalten bei ASD kann auf ihre mangelhafte Verarbeitungsgeschwindigkeit und die daraus resultierenden kognitiven Defizite zurückgeführt werden. Eine langsame Verarbeitungsgeschwindigkeit bezieht sich auf eine reduzierte Fähigkeit der Exekutivfunktion, Gedanken und Handlungen automatisch abzurufen und zu formulieren, mit dem Ergebnis, dass autistische Personen mit langsamer Verarbeitungsgeschwindigkeit große Schwierigkeiten hätten, die Beziehungen zwischen mehreren Erfahrungen zu lernen oder wahrzunehmen. Infolgedessen kompensieren diese Personen die beeinträchtigte Fähigkeit, Informationen aus der Umgebung zu integrieren, indem sie sich visuelle Details oder einzelne Regeln aus jeder Situation merken. Dies erklärt, warum Personen mit dieser Störung dazu neigen, Routinen bis ins kleinste Detail zu befolgen und bei trivialen Veränderungen in der Umgebung großen Stress zeigen.

Eine gestörte funktionelle Konnektivität liegt der kognitiven Dysfunktion bei ASD zugrunde: Bei Personen mit ASD wurde häufig über neuronale Konnektivitätsprobleme berichtet. Beispielsweise haben Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) und elektrophysiologische Studien über eine verringerte Myelinintegrität im ventromedialen präfrontalen Kortex und an den temporoparietalen Übergängen berichtet. In ähnlicher Weise haben funktionelle Bildgebungsstudien eine verringerte Synchronisation zwischen aktivierten Gehirnbereichen bei Tests des Arbeitsgedächtnisses, der Exekutivfunktion und der Interpretation der affektiven Bedeutung von Handlungen bei Personen mit ASD festgestellt.

Kortikale Hemmung und Erregbarkeit (E/I-Verhältnis) bei ASD: Die signifikante Variabilität in der Symptompräsentation bei ASD kann nun als Manifestation einer Störung des neuralen Systems verstanden werden, wobei Anomalien in der Interaktion zwischen verschiedenen Gehirnbereichen gefunden werden, die auf eine Gehirnkonnektivitätsstörung zurückzuführen sind . Im Zusammenhang mit dem zugrunde liegenden Konnektivitätsproblem bei ASD steht die Dysregulation der kortikalen Erregbarkeit. Ein aufkommendes Prinzip ist, dass die kognitiven Defizite bei Autismus durch ein übermäßig hohes Erregungsniveau innerhalb der neuronalen Schaltkreise verursacht werden, die die verschiedenen kognitiven Funktionen bei ASD vermitteln. Die vorgeschlagene Rolle des erhöhten Verhältnisses von kortikaler zellulärer Erregung zu Hemmung (E/I-Gleichgewicht) in der Pathophysiologie von ASD wird durch neuere Studien gestützt, die gezeigt haben, dass eine Verringerung der GABAergen Signalübertragung ein gemeinsames Merkmal im Gehirn von autistischen Personen ist. mit Verstärkung der exzitatorischen glutamatergen Signalgebung als zugrundeliegendem Mechanismus. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit Studien zur neuronalen Konnektivität, die darauf hindeuten, dass ein kortikales zelluläres E/I-Ungleichgewicht oder Übererregbarkeit die normale progressive Differenzierung und Ausarbeitung der funktionellen Konnektivität im sich entwickelnden Gehirn stören könnte.

Auswirkungen der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) auf die Modulation des kortikalen Erregungs-/Hemmungsgleichgewichts: tDCS ist eine nicht-invasive Neuromodulationsmethode, die das kortikale Aktivitätsniveau beeinflusst, indem niedrige Gleichströme über anodische und kathodische Elektroden an die Kopfhaut angelegt werden. Studien mit Magnetresonanzspektroskopie (MRS) haben berichtet, dass anodale tDCS die kortikale Erregbarkeit durch Verringerung lokaler Konzentrationen des inhibitorischen Neurotransmitters Gamma-Aminobuttersäure (GABA) erhöht, während kathodische tDCS die kortikale Erregbarkeit durch Verringerung der exzitatorischen Glutamatspiegel verringert. Da die kathodische tDCS die durch neuronale Hyperpolarisation verursachte kortikale Erregbarkeit reduzieren kann, ist es vernünftig anzunehmen, dass die kathodische Stimulation bei ASD von Vorteil sein kann, indem sie die kortikale Erregbarkeit bei den betroffenen Personen mit der Störung verringert.

Therapeutische Wirkung von tDCS auf die Verbesserung der kognitiven Funktion: In den letzten zehn Jahren gab es ein wachsendes Interesse daran, die Wirkung von tDCS zu untersuchen, um verschiedene Funktionen des zentralen Nervensystems zu verändern, einschließlich motorischer Kontrolle, Aufmerksamkeit, Gedächtnis, Sprache und Emotion, und zu modulieren Gehirnaktivitätsniveau und funktionelle Konnektivität bei gesunden und Patientenpopulationen. Bis heute haben mehr als 100 tDCS-Studien vielversprechende Ergebnisse gezeigt und von sofortigen tDCS-induzierten positiven Effekten auf die kognitiven Funktionen ohne Sicherheitsprobleme oder Nebenwirkungen berichtet. Zusätzlich wurden bei ausreichender tDCS-Dauer synaptisch getriebene Nachwirkungen induziert. Es wurde gezeigt, dass eine einzelne tDCS-Sitzung für 10-13 Minuten eine Stunde Nachwirkung hervorrufen kann, und 10 wiederholte tDCS-Sitzungen in Verbindung mit einer therapeutischen Aufgabe bei Kindern mit perinatalem Schlaganfall waren eine Woche später mit Veränderungen der spektroskopischen Biomarker verbunden Stimulation und nachhaltige klinische Verbesserung bei einem 2-Monats-Follow-up-Besuch. Interessanterweise wurde über signifikantere Verhaltens-/kognitive Verbesserungen berichtet, wenn tDCS mit einer therapeutischen Aufgabe kombiniert wurden, als wenn tDCS allein verabreicht wurde. Diese Ergebnisse stimmen mit der Vorstellung überein, dass die Durchführung einer therapeutischen Aufgabe während der tDCS den Stimulationseffekt auf die beteiligten neuronalen Schaltkreise lenken kann. In diesem Fall kann die Kopplung von tDCS mit einer therapeutischen Aufgabe das Lernen verbessern, indem langfristige Potenzierungsänderungen in zugrunde liegenden Gehirnregionen induziert und die mit der Aufgabe verbundene Gehirnaktivität moduliert werden. Dies wiederum kann zu einer größeren synaptischen Modifikation und einer verbesserten Aufgabenleistung führen. Unter den verschiedenen tDCS-Protokollen ist die Stimulation des dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) eine der am weitesten verbreiteten Montagen. Es wurde gezeigt, dass tDCS über dem DLPFC kognitive Funktionen wie Arbeitsgedächtnis, inhibitorische Kontrolle, emotionalen Zustand und Verarbeitung bei neuropsychiatrischen Patienten verbessert.

Obwohl diese vorläufigen Ergebnisse bei neuropsychiatrischen Patienten ermutigend sind, sind empirische Studien zur Anwendung von tDCS bei Personen mit ASD begrenzt. Die durchgeführten Untersuchungen sind jedoch ermutigend. Beispielsweise zeigte eine klinische Fallstudie eines autistischen Patienten, der 10 aufeinanderfolgende tägliche 20-minütige Sitzungen mit 1,5 mA kathodischem tDCS über dem linken DLPFC erhielt, eine anhaltende signifikante Verbesserung seiner stark beeinträchtigenden Verhaltenssymptome bei einem 3-Monats-Follow-up-Besuch. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass tDCS über dem linken DLPFC die inhibitorische Kontrolle von Verhaltensausbrüchen und Spracherwerb bei minimal verbalen Kindern mit ASS moduliert. Angesichts der vielversprechenden Ergebnisse der Hirnstimulationsbehandlung resistenter neuropsychiatrischer Störungen zielt die vorliegende Studie daher darauf ab, die repetitive Wirkung von tDCS auf die Verbesserung der kognitiven Funktionen zu untersuchen, mit besonderem Interesse an der Verbesserung der funktionellen Konnektivität bei Jugendlichen mit ASD.