Einfluss repetetiver transkranieller Magnetstimulation (rTMS) und Theta Burst Stimulation (TBS)auf ereigniskorrelierte Potenziale (EKP) in GoNogo-Aufgaben am präfrontalen Kortex

Die präfrontale repetitive transkranielle Magnestimulation (rTMS)
wird seit den 90er Jahren angewendet, um einerseits die Bedeutung
des präfrontalen Kortex für verschiedene kognitive und affektive
Prozesse zu erforschen und andererseits die Pathophysiologie
psychiatrischer Erkrankungen zu untersuchen und therapeutisch zu
modulieren. Von neuen Stimulationsprotokollen, wie der Theta Burst
Stimulation (TBS), die analog zum Tiermodell zur Induktion von
Langzeitpotenzierung beim Menschen entwickelt wurde, werden
stärkere und länger anhaltende therapeutische Effekte erhofft. Im
Gegensatz zur Stimulation des Motorkortex wurde die präfrontale
rTMS bislang kaum neurophysiologisch untersucht. In dieser Arbeit
werden daher zwei Experimente beschrieben, in denen eine
niederfrequente 1 Hz-rTMS und TBS bezüglich ihrer Effekte auf
ereigniskorrelierte Potentiale (EKP) in GoNogo-Aufgaben
charakterisiert wurden. Sie verfolgten die Fragestellungen, ob EKP
analog zu motorisch evozierten Potenzialen (MEP) geeignet sind die
Wirkungsweise einer präfrontalen rTMS einzuschätzen und ob sich die
TBS qualitativ oder quantitativ von herkömmlichen rTMS-Protokollen
unterscheidet (Experiment 1 und 3). In einem Vorexperiment zu
Experiment 3 (Experiment 2) wurde erstmals die Sicherheit
verschiedener präfrontaler TBS-Formen mittels EEG und kognitiver
Tests untersucht. In Experiment 1 wurden 18 gesunde Probanden mit
einer als inhibitorisch geltenden 1 Hz rTMS über dem linken
dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC), dem medialen
präfrontalen Kortex (mPFC) und einer Kontrollregion stimuliert. Bei
der nachfolgenden Bearbeitung einer GoNogo-Aufgabe, zeigte sich
eine Vergrößerung der P3-Amplitude nach Stimulation des mPFC bei
zeitgleich größerer parietaler Aktivität. Hypothesenkonform konnte
eine Reduktion der N2-Amplitude bei Stimulation des linken DLPFC
gefunden werden. Während der rTMS-Effekt auf die P3-Amplitude am
besten durch die Initiierung von Aufmerksamkeitsprozessen erklärt
werden kann, spricht der Einfluss der 1 Hz-rTMS über dem linken
DLPFC für einen inhibitorischen Effekt auf kortikaler Ebene
(Experiment 1). Im Hinblick auf die vorbeschriebenen nachhaltigeren
Effekte von TBS-Protokollen am Motorkortex wurde in Experiment 2
die TBS am präfrontalen Kortex bei 24 gesunden Probanden
plazebo-kontrolliert bezüglich ihrer Sicherheit untersucht, um
diese als innovative Stimulationsform für weitere Experimente
einsetzbar zu machen. Die Ergebnisse dieses Experimentes zeigten,
dass eine präfrontale, als inhibitorisch geltende TBS (continuous
TBS - cTBS) und eine als exzitatorisch geltende TBS (intermittent
TBS - iTBS) keine epilepsietypischen Potenziale im EEG oder
epileptische Anfälle triggerten. Es kamen jedoch bei drei von 25
Probanden vagale Reaktionen vor, deren Auftreten beachtet und deren
Ursache in weiteren Studien erforscht werden sollte. In den
neuropsychologischen Untersuchungen wurde eine verminderte Leistung
im Arbeitsgedächtnis und in einer frontalen Testbatterie (Trend)
nach iTBS des linken DLPFC und in der Anzahl der ‚false alarms’
einer GoNogo-Aufgabe nach cTBS des mPFC festgestellt. Diese
Veränderungen spiegelten sich auch in neurophysiologischen
Parametern wider. Eine Analyse der EEG-Daten mittels standardized
low resolution brain electromagnetic tomography (sLORETA) ergab
eine Zunahme der Aktivität im Alpha 2-Band links präfrontal nach
iTBS des linken DLPFC, die bis zu einer Stunde nachweisbar blieb
und einen Zusammenhang mit den Leistungen im Arbeitsgedächtnis und
der frontalen Testbatterie zeigte. In Experiment 3 wurden dann 1 Hz
rTMS, cTBS und eine Plazebostimulation bei 9 gesunden Probanden
miteinander verglichen. Alle Stimulationen erfolgten neuronavigiert
bezogen auf eine Aktivierung im individuellen funktionellen
Magnetresonanztomographie (fMRT) Bild, die während der
Entscheidungskomponente (Volition) einer modifizierten
GoNogo-Aufgabe gefunden wurde. Hierbei konnte die in Experiment 1
beobachtete inhibitorische Wirkung der 1 Hz rTMS auf eine relevante
EKP-Komponente (N2P2-peak-to-peak-Amplitude) analog repliziert
werden (Trend). Bei einer zeitlichen Betrachtung der Stromdichten
mittels sLORETA ließ sich deskriptiv eine Verminderung nach 1 Hz
rTMS beobachten, während sich der Verlauf der Stromdichten in der
cTBS-Bedingung abhängig vom Aktivierungszustand des Kortex zu
ändern schien. In einer für ‚conflict monitoring’ relevanten region
of interest (ROI) konnte in dem für die N2P2-Amplitude relevanten
Zeitfenster eine Verminderung (Trend) der Stromdichte in der 1
Hz-Bedingung gefunden werden, die mit der N2P2-Amplitude
korrelierte. Desweiteren waren in Experiment 1 und 3 keine Effekte
auf Verhaltensdaten und EKP-Latenzen nachweisbar. Die Ergebnisse
dieser Arbeit sprechen dafür, dass die gemeinsame Betrachtung von
Verhaltensdaten, EKP- und Stromdichteanalysen eine
neurophysiologische Interpretation der rTMS erlaubt. Die alleinige
Verwendung von EKP zur Beurteilung der Wirkungsweise einer
präfrontalen rTMS hingegen ist methodisch und inhaltlich begrenzt.
Am präfrontalen Kortex zeigten cTBS und iTBS andere Effekte als für
den Motorkortex vorbeschrieben. Insgesamt betrachtet sprechen die
Ergebnisse dafür, dass sich die TBS nicht nur quantitativ sondern
auch qualitativ von einer 1 Hz rTMS unterscheidet. Nach diesen
Pilotexperimenten stellt die Untersuchung rTMS-vermittelter Effekte
auf präfrontal generierte EKP einen vielversprechenden
Untersuchungsansatz dar, um die Bedeutung präfrontaler Regionen als
Generatoren spezifischer EKP-Komponenten zu erforschen, die Wirkung
verschiedener rTMS Protokolle neurophysiologisch zu untersuchen und
diese Protokolle für experimentelle oder therapeutische Anwendungen
weiter zu entwickeln. So könnte die Wirkung spezifischer
TBS-Protokolle durch eine pathologisch veränderte Grundaktivität
bei Patienten mit psychiatrischen Erkrankungen im Gegensatz zu
gesunden Probanden verändert sein. Dies könnte in einem nächsten
Schritt mit dem oben beschriebenen Untersuchungsansatz näher
erforscht werden.