Der Einfluss der sensomotorischen oszillatorischen Hirnaktivität auf die kortikospinale Erregbarkeit bei transkranieller magnetischer Stimulation

Abstract

Trotz konstanter Stimulationsbedingungen kommt es bei der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) des motorischen Kortex zu einer hohen Variabilität der Amplituden der motorisch evozierten Potenziale (MEP). Unklar sind die genauen Ursachen hierfür. Eine mögliche Erklärung für diese Variabilität ist die oszillatorischen Aktivität des Gehirns, insbesondere der sensomotorischen Frequenzbändern, zum Zeitpunkt der Stimulation. Mithilfe eines Brain-Computer-Interfaces (BCI) wurde bei insgesamt 22 gesunden Probanden in zwei Studien und insgesamt fünf Konditionen der Einfluss der oszillatorischen Hirn-Aktivität auf die MEPs unter Ausschluss der muskulären Aktivität mittels partieller Korrelationsanalyse untersucht.

In der ersten Studie führten die Probanden in randomisierter Reihenfolge drei verschiedene BCI-Konditionen (aktive, vorgestellte, passive Bewegung) in einer dafür vorgesehenen Handorthese durch. In der zweiten Studie absolvierten die Probanden eine rein visuelle BCI-Aufgabe durch ausschließliche Bewegungsvorstellung und erhielten frequenzspezifische Rückmeldung entweder des β- oder des μ-Frequenzbandes.

Desynchronisation im β-, jedoch nicht im μ-Frequenzbereich, korrelierte signifikant mit der MEP-Amplitude, wenn das motorische System mittels Bewegungsvorstellung und BCI-Feedback aktiviert wurde. Hierbei war die Spezifität des Trainings wichtig, d.h. die Effekte traten nur bei β- und nicht im μ-BCI auf. Die Abhängigkeit der MEP-Amplitude von der sensomotorischen γ-Aktivität war deutlich robuster und bedurfte keiner standardisierten Modulation.

Die Ergebnisse bestätigen den β-Rhythmus als relevante kortikomuskuläre Frequenz im motorischen System. Die Befunde zeigen auch, dass eine frequenzspezifische Modulation kortikaler Aktivität gezielt eingesetzt werden kann, um TMS-Effekte zu optimieren. Dies eröffnet die Möglichkeit für BCI-gestützte, hirnzustandsabhängige, therapeutische Interventionen, zum Beispiel bei Patienten mit motorischen Ausfällen.