Der Einfluss der transkraniellen Gleichstromstimulation auf den Motorcortex: Eine Untersuchung mittels Nahinfrarotspektroskopie

Abstract

Die vorliegende Studie untersucht mittels Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) den Einfluss einer tDCS auf die Blutflussantwort im primär motorischen Cortex. Auf Grundlage der neurovaskulären Kopplung lassen sich Durchblutungsänderungen hierbei als Ausdruck cerebraler Aktivitätsänderungen interpretieren. Gemäß den Ergebnissen bisheriger Studien zum Einfluss der tDCS auf die Erregbarkeit des Motorcortex, wurde die Hypothese aufgestellt, dass eine anodale Stimulation zu einer vermehrten und eine kathodale Stimulation zu einer verminderten regionalen cerebralen Durchblutung (rCBF) führt. Es wurden 36 gesunde, rechtshändige Probanden in drei randomisierte Untersuchungsgruppen aufgeteilt. Gruppe A erhielt eine unipolare anodale tDCS, den Probanden der Gruppe B wurde eine unipolare kathodale tDCS appliziert und in Gruppe C erfolgte eine Sham-Stimulation. Die Stimulationselektrode wurde jeweils über dem linken primär motorischen Cortex positioniert, die Referenzelektrode wurde jeweils über der rechten Orbita platziert. Auf Grundlage einer im Vorfeld der Studie durchgeführten Voruntersuchung wurde während der Bildgebung von den Probanden eine Zeigefingertapping-Aufgabe ausgeführt, deren Frequenz und Ausführungsseite (rechts oder links) in randomisierter Reihenfolge durch einen visuellen Impuls vorgegeben wurden. Die Bildgebung mittels Nahinfrarotspektroskopie erfolgte unter Ausführung dieser motorischen Aufgabe zu insgesamt 5 verschiedenen Messzeitpunkten: Unmittelbar vor der Stimulation sowie schnellstmöglich (5-7 Minuten), 15, 25 und 45 Minuten nach erfolgter tDCS über beiden Motorcortices. Nach anodaler tDCS war eine signifikante Abnahme der Durchblutung in Form einer O2Hb-Konzentrationsabnahme im linken und rechten primären motorischen Cortex unmittelbar nach erfolgter Stimulation messbar. Diese ließ sich in abgeschwächter Form bis zum Messzeitpunkt 15 Minuten nach Stimulationsende beobachten. Eine Veränderung der HHb-Konzentration blieb aus. Nach kathodaler tDCS und Sham-Stimulation waren keine signifikanten Änderungen der Blutflussantwort feststellbar. Ursachen für dieses Ergebnis könnten aufgabenabhängige und zustandsabhängige Interaktionen sein. In der vorliegenden Arbeit könnten sowohl die Ausführung der Tapping-Aufgabe als auch ungewollte motorische oder kognitive Tätigkeiten den Stimulationseffekt beeinflusst haben. Auch der neuronale Zustand, auf den die tDCS trifft und der physiologischen zirkadianen, hormonellen und metabolischen Schwankungen unterliegt, könnte die Untersuchungsergebnisse mitbedingt haben. Es ist denkbar, dass auch interindividuelle Merkmalsunterschiede anatomischer und physiologischer Merkmale – wie z. B. die Passung des Referenzpunktes C3 (des zur Elektrodenpositionierung genutzten 10-20-Systems) zum primären Motorcortexareal, die Dicke der Kopfschwarte oder der Schädelkalotte – den Stimulationseffekt beeinflussten. Die isolierte Veränderung der O2Hb-Konzentration bei gleichzeitigem Ausbleiben der erwarteten gegenläufigen HHb-Konzentrationsänderung deckt sich mit Beobachtungen vorhergehender Studien und könnte als Ausdruck der höheren Sensitivität des O2Hb für Durchblutungsänderungen gedeutet werden und somit auf eine relativ gering ausgeprägte Blutflussabnahme nach anodaler tDCS hinweisen. Da HHb corticale Blutflussänderungen spezifischer abzubilden scheint als O2Hb, könnte die isolierte Konzentrationsänderung des O2Hb alternativ auch als Ausdruck einer Erfassung nichtcorticaler hämodynamischer Veränderungen wie z. B. der lokalen Hautdurchblutung interpretiert werden.