TMS: Mit dem Theta-Burst-Protokoll zu Mechasnism der Plastizität in Individuen sich mit Fragile X-Syndrom und Autismus

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die kortikale motorische Plastizität zu untersuchen und deren Beziehung zur typischen und atypischen neuronalen Entwicklung mithilfe einer nichtinvasiven transkraniellen Magnetstimulation aufzuzeigen. Dies wird erreicht, indem zunächst der motorische Hotspot des M1-Areal für den Musculus primus interosseus dorsalis lokalisiert und sowohl die Ruhe- als auch die aktive motorische Schwelle bestimmt werden. Der zweite Schritt des Verfahrens besteht darin, die basale kortikospinale Erregbarkeit zu ermitteln.

Der dritte Schritt des Verfahrens besteht in der Applikation einer Theta- Burst-Stimulation. Der letzte Schritt des Verfahrens ist die Bewertung der resultierenden kortikospinalen Erregbarkeit. Letztendlich können Ergebnisse erzielt werden, die Unterschiede in den Wirkungen der Theta-Burst-Stimulation auf die kortikospinale Erregbarkeit bei Probanden mit neurodevelopmentalen Störungen zeigen, basierend auf der Variation zwischen der Erregbarkeit vor und nach der Stimulation.

Heute werden wir eine Art transkranielle Magnetstimulation demonstrieren, die als Theta-Burst-Stimulation bezeichnet wird. Diese Methode kann dabei helfen, zentrale Fragen im Bereich der klinischen kognitiven Neurowissenschaft zu beantworten, beispielsweise wie Plastizitätsmechanismen zu den pathologischen, neurologischen und verhaltensbezogenen Phänotypen beitragen, die charakteristisch für bestimmte Entwicklungsstörungen sind. Bevor Sie mit diesem Protokoll beginnen, rufen Sie das MRT-Bild des Probanden mithilfe Ihrer rahmenlosen stereotaktischen Einrichtung ab.

Dieses anatomische Modell wird verwendet, um bestimmte kraniale Positionen zu markieren und sicherzustellen, dass jedes Mal dieselbe Stelle stimuliert wird. Bevor die Theta-Brust-Stimulation beginnt, muss zunächst die Lage des primären motorischen Kortex des Probanden bestimmt werden. Setzen Sie dazu den Probanden auf einen bequemen Stuhl neben der TMS-Ausrüstung. Stellen Sie sicher, dass der Proband auf Kontraindikationen gegenüber TMS untersucht wurde, und erläutern Sie die Einzelheiten des Protokolls.

Registrieren Sie außerdem die Position des Probanden mithilfe der stereotaktischen Ausrüstung und führen Sie ihn oder sie in die TMS-Anlage ein. Geben Sie einige Impulse ab, damit er oder sie sich an das Klickgeräusch und das klopfende Gefühl gewöhnen kann. Bereiten Sie anschließend den Probanden auf das Experiment vor, indem Sie ihn oder sie zunächst auffordern, die rechte Hand darzubieten, damit Oberflächenelektroden am Musculus interosseus dorsalis angebracht werden können.

Bevor Sie die Elektroden anbringen, reinigen Sie die Haut, um eine ordnungsgemäße Ableitung sicherzustellen. Falls der Musculus interosseus dorsalis schwer zu lokalisieren ist, bitten Sie den/die Probanden, eine Zupfbewegung auszuführen oder den Zeigefinger hin und her zu bewegen. Dies sollte die Lokalisation des Muskels erleichtern.

Platzieren Sie EMG-Oberflächenelektroden über dem ersten Dorsalzwischenmuskel der rechten Hand, sodass die durch TMS verursachten Muskelzuckungen aufgezeichnet werden können. Bringen Sie außerdem eine Erdungselektrode auf dem muskulösen Teil des Unterarms des Probanden an. Überprüfen Sie Ihre Aufnahmegeräte, um sicherzustellen, dass alle Oberflächenelektroden ein gutes Signal mit möglichst wenig Rauschen liefern.

Sowohl der Proband als auch der Techniker sollten an dieser Stelle Ohrstöpsel zur Gehörschutz einsetzen. Nun sind wir bereit, die Lage des Handareals der linken motorischen Großhirnrinde des Probanden zu bestimmen. Obwohl dieser Bereich bei jedem leicht unterschiedlich ist, liegt er in der Regel bei etwa 3,5 Zentimetern.

Stimulieren Sie lateral zum kranialen Vertex mit einer Stimulationsintensität von 50 %. Untersuchen Sie ein kleines Raster um diesen Bereich, indem Sie die Spule in kleinen Schritten bewegen und dabei auf das maximale MEP achten. Passen Sie außerdem die Stimulationsintensität und den Stimulationswinkel nach Bedarf an.

Nachdem M1 identifiziert wurde, sollte dessen Lage mithilfe der stereotaktischen Ausrüstung, falls verfügbar, markiert werden. Falls nicht, kann ein ungiftiger Fettpen verwendet werden, um vorübergehend die Kopfhaut des Probanden zu markieren. Der nächste Schritt dieses Protokolls besteht darin, die Ruhe-Motorikschwelle des Probanden zu bestimmen.

Stellen Sie das System bei Bedarf wieder auf 50 % Leistung ein und beginnen Sie mit der Einzelimpuls-Stimulation an derselben Stelle, während Sie die resultierenden motorisch evozierten Potentiale messen. Passen Sie die Leistung nach oben oder unten an, bis bei genau fünf von zehn aufeinanderfolgenden Impulsen ein MEP von mehr als 50 Mikrovolt erzeugt wird. Notieren Sie diesen Leistungspegel als die Ruhe-Motorik-Schwelle des Probanden.

Bitten Sie anschließend die Versuchsperson, ihren rechten Zeigefinger und Daumen unter Anwendung eines Drucks von etwa 20 % sanft zusammenzukneifen, während die Versuchsperson diese Position hält. In dieser Kneifposition beginnt eine Einzelpulsstimulation mit 50 % Leistung über derselben M1-Position. Messen und dokumentieren Sie die resultierenden MEPs.

Stellen Sie nun die Leistung so ein, dass bei genau fünf von zehn aufeinanderfolgenden Impulsen ein MEP von mehr als 200 Mikrovolt erzeugt wird. Dieses Leistungsniveau entspricht der aktiven motorischen Schwelle des Probanden.

Bestimmen Sie abschließend die Baseline-MEP eines Probanden, indem Sie das motorische Hotspot mit 10 einzelnen Impulsen bei 120 % Schwellenwert in Ruhe stimulieren und die MEP messen. Mitteln Sie nach jedem Impuls die MEP-Werte aus drei Serien mit jeweils 10 Impulsen. Nachdem die Schwellenwerte des Probanden bestimmt wurden, kann das System für die Stimulation eingerichtet werden.

Es werden standardmäßige Theta-Burst-Parameter verwendet, bestehend aus drei Impulsen bei 50 Hertz mit einer Intensität von 80 % der aktiven motorischen Schwelle in Intervallen von 200 Millisekunden, um einen intermittierenden TBS anzuwenden, der die kortikale Aktivität fördern kann. Erzeugen Sie eine zweisekündige Stimulationssequenz mit den oben genannten Parametern, gefolgt von acht Sekunden ohne Stimulation. Wiederholen Sie dies über 190 Sekunden, was insgesamt 600 Impulse ergibt, um einen kontinuierlichen Theta-Burst anzuwenden, der nachweislich die kortikale Aktivität hemmt.

Erzeugen Sie eine ununterbrochene Stimulationssequenz mit den oben genannten Parametern für 47 Sekunden, was insgesamt 600 Impulsen entspricht. Stellen Sie sicher, dass der Proband bequem sitzt und bereit ist, zu beginnen, da der Rest des Protokolls ohne Unterbrechung durchgeführt werden sollte. Bitten Sie ihn oder sie, ruhig und entspannt zu bleiben.

Platzieren Sie die Spule über dem zuvor lokalisierten motorischen Hotspot M1 und geben Sie entweder ITBS oder CTBS ab. Hier geben wir CTBS ab. Stellen Sie sicher, dass die Spule während der gesamten Stimulation in der korrekten Position bleibt.

Nach der Theta.-Geburtsstimulation sofort mit der Bestimmung der motorisch evozierten Potentiale nach dem Reiz beginnen, um die vorübergehenden Effekte der TMS beurteilen zu können. Dazu folgendermaßen vorgehen.

Stellen Sie zunächst die TMS-Maschine so ein, dass sie einzelne Pulse mit 120 % der Ruhe-Motorikschwelle abgibt. Platzieren Sie die Spule erneut über dem Probanden, und zwar über dem gleichen motorischen Hotspot, und stellen Sie sicher, dass sich die Spule exakt an der gleichen Stelle befindet, die zuvor mit TBS stimuliert wurde. Führen Sie 10 einzelne Stimulationspulse mit dem gleichen Elektrodenaufbau durch, der im vorherigen Schritt verwendet wurde, um die resultierende Serie von 10 MEP-Werten zu messen und aufzuzeichnen.

Diese MEPs sollten dann gemittelt und als Ergebnis zu diesem Zeitpunkt aufgezeichnet werden. Verwenden Sie anschließend die Parameter, um zu 11 Zeitpunkten nach TBS – fünf Minuten, 10 Minuten, 20, 30, 40, 50, 60, 75, 90, 105 und schließlich 120 Minuten nach Stimulation – zu stimulieren, und erfassen Sie jeweils neue Aufzeichnungen aus jeweils 10 Impulsen sowie deren Mittelwerte. Nach Abschluss entfernen Sie die Oberflächenelektroden und lassen Sie die Versuchsperson die Ohrstöpsel entfernen und aufstehen.

Vergessen Sie nicht, sich bei der Person für die Teilnahme an den Experimenten zu bedanken. Bitten Sie die Versuchsperson außerdem, zu einer zukünftigen TMS-Sitzung zurückzukehren, damit andere TBS-Parameter untersucht werden können. Die Ergebnisse der TMS-Sitzung hängen vom verwendeten TBS-Muster ab.

Hier sehen wir repräsentative Ergebnisse einer Gruppe bei Anwendung eines intermittierenden Theta-Burst-Stimulationsmusters. Man sollte einen Anstieg der MEP-Werte über die Dauer hinweg bemerken, was den natürlichen Plastizitätszustand des Probanden widerspiegelt, wie hier dargestellt. Ebenso sollte man bei Anwendung eines kontinuierlichen Theta-Burst-Stimulationsmusters eine Abnahme der MEP-Werte über die Dauer hinweg beobachten, was den natürlichen Plastizitätszustand des Probanden im Anschluss an dieses Verfahren widerspiegelt.

Weitere Verfahren wie Verhaltensaufgaben, pharmakologische Interventionen und/oder zusätzliche Stimulationsparadigmen können durchgeführt werden, um weitere Fragen zu beantworten, beispielsweise wie sich abnormale Plastizität manifestiert und wie sie behandelt werden kann.