Der Einfluß der Stromrichtung auf motorische und visuelle Schwellen der transcraniellen Magnetstimulation

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Bestimmung von Schwellenwerten mit der TMS und die sich daraus ableitende Einschätzung der Erregbarkeit verschiedener kortikaler Areale. Als wichtiger Parameter hierfür gilt die motorische Schwelle, die mit Hilfe der transkraniellen Magnetstimulation bestimmt werden kann. Im motorischen System verwendeten wir ein bereits veröffentlichtes Messverfahren (Kammer et al., 2000). Aus-gehend von diesem Verfahren haben wir eine neue Messmethode für den visuellen Kortex entwickelt, die es ermöglicht, die Erregbarkeit von motorischem und visuellem Kortex zu vergleichen. In unseren Experimenten, die jeweils mit zwei verschiedenen Stimulationsgeräten durchgeführt wurden, variierten wir die Richtung des im Gehirn induzierten Stroms, die stimulierte Hemisphäre und äußere Faktoren, wie die Luminanz des Hintergrundes. Als wesentliches Ergebnis unserer Messungen zeigte sich, dass es im visuellen Kortex, wie im motorischen, eine Vorzugsstromrichtung gibt. Die Schwellenwerte waren signifikant niedriger, wenn der induzierte Strom von lateral nach medial, also horizontal und senkrecht zum Inter-hemisphärenspalt floß. Die Schwellen bei entgegengesetzter Stromrichtung lagen im Mittel 20% höher. Dieser Stromrichtungseffekt trat unab-hängig von der Hemisphäre und vom Stimulations-gerät auf. Die Luminanz des Hintergrundes (von Dunkelheit bis 3200 cd/m²) hatte keinen Einfluß auf die visuellen Schwellenwerte. Im Gegensatz zum "hot spot" des motorischen gab es im visuellen Kortex ein mehrere Quadrat-zentimeter umfassendes Areal, über dem sehr ähnliche Schwellenwerte bestimmt werden konnten. Als Entstehungsort der Phosphene kommen aufgrund des relativ großen Areals, über dem man sie auslösen kann und auch wegen ihres wenig komplexen Erscheinungsbildes, am ehesten kortikale Fasern in Frage, die von V2-V4 nach V1 projizieren. Die Schwellenwerte der Motorik und der Phosphenwahrnehmung zeigten sich als konstante Parameter und ließen sich trotz großer interindividueller Unterschiede auch nach längerer Zeit (4-6 Monate bzw. 18 Monate) gut repro-duzieren. Motorische und visuelle Schwellenwerte zeigten jedoch keine Korrelation. Man kann also durch Messung der einen Schwelle keine sichere Aussage über die Erregbarkeit des gesamten Kortex treffen. Dies stellt die bisher übliche Verfahrensweise bei repetitiver TMS in Frage. Üblicherweise wird unabhängig vom stimulierten Areal die individuelle motorische Schwelle als Kalibrierungswert für die Stimulationsintensität heran-gezogen. Zur Einschätzung der Erregbarkeit sollte also ein für jedes kortikale Areal spezifischer Test herangezogen werden.

The aim of this study was to assess cortical excitability in two different cortical areas by transcranial magnetic stimulation. It is well accepted to use the motor threshold as a parameter to determine excitability. Different common methods for the determination of the motor threshold (Kammer et al., 2000) were compared and used to develop a standardized procedure for the visual cortex in order to determine thresholds for phosphene perception. This method allows to compare the excitability of the two cortical areas. Experiments were done with two stimulation devices. The direction of the applied current was varied. Both hemispheres were stimulated in order to find out, whether there is a dominant hemisphere in the visual system. External factors, like background lumination, were also tested. The most important finding of our experiments was, that there was a prefered current direction in the visual cortex as it is known for the motor system. Thresholds of the visual cortex were signifcantly lower, if the induced current flew from lateral to medial in a horizontal line perpendicular to the interhemispheric sulcus. Thresholds of the opposite current direction were approximately 20% higher. This effect of current direction did not depend on the stimulated hemisphere nor on the stimulation device. Background luminance (from complete darkness up to 3200cd/m²) did not have any influence on phosphene thresholds. In contrast to a "hot spot" obtained in the motor area for certain muscles there was a relatively large area of several square centimeters in the occipital cortex, where similar thresholds were determined. It is still unknown, which structures are responsible for the generation of phosphenes. Because of the large area where they can be evoked and their quite simple appearance it is likely, that fibers projecting from higher visual areas to V1 are the origin of phosphenes. Motor and visual thresholds were very stable and highly reproducible for a long period of time (up to 18 months). But the parameters did not show any correlation. That means it is not possible to deduce the level of excitability of one cortical area by measuring the motor threshold. As this is usually done, for example when repetitive TMS is applied to cortical areas, a more specific procedure should be considered.