Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erstmals präzise Vermessung magnetischer Gehirnaktivität unter Wechselstrom-Stimulation

22.10.2015

Präzise Vermessung magnetischer Gehirnaktivität während transkranieller Wechselstrom-Stimulation erstmals gelungen: Tübinger Forschern der Universitätsklinik für Psychiatrie und Psychotherapie ist es erstmals gelungen, die magnetische Aktivität des Gehirns unter Wechselstrom-Stimulation millimetergenau zu kartographieren.

Die sog. transkranielle elektrische Stimulation (tES) wird seit vielen Jahren in der Behandlung neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen, z.B. Depressionen, Epilepsien oder Schlaganfällen, eingesetzt. Allerdings sind die genauen Wirkmechanismen der Stimulation weitgehend ungeklärt. Das neue Verfahren ermöglicht nun, diese Wirkmechanismen genauer aufzuklären und die Stimulation für den klinischen Einsatz weiter zu verbessern.

Die Wirkung elektrischer Ströme auf das menschliche Gehirn ist seit Jahrhunderten bekannt und wird in der Behandlung verschiedener Erkrankungen, z.B. schwerer Depressionen, Schlaganfall, Epilepsien, Parkinson oder chronischer Schmerzen, genutzt.

Vor allem die sog. transkranielle elektrische Stimulation (tES), bei der schwache Ströme über zwei oder mehr am Kopf befestigte Elektroden abgegeben werden, wurde in den letzten Jahren klinisch umfangreich getestet. Doch die genauen Wirkmechanismen der tES sind bis heute weitgehend ungeklärt, da es kein geeignetes Verfahren gab, um die extrem schwache elektrische und magnetische Aktivität des Gehirns zeitgleich während der Stimulation zu messen.

Die Störsignale der Stimulation überlagerten die physiologische Aktivität um ein Vielfaches, so dass es lediglich möglich war, Veränderungen der Hirnaktivität nach Ausschalten der Stimulation zu untersuchen.

2013 haben es Tübinger Wissenschaftlicher erstmals geschafft, neuromagnetische Aktivität im Millisekunden-Bereich während transkranieller Gleichstromstimulation (eng. transcanial direct current stimulation, tDCS) störungsfrei zu messen (Soekadar et al. 2013, Nature Communications). Hierdurch wurde es möglich, Veränderungen magnetischer Hirnaktivität unmittelbar während der Stimulation zu untersuchen (Garcia-Cossio et al. 2015, NeuroImage).

Änderte der Strom jedoch rhythmisch seine Richtung, ein Stimulationsverfahren, das man als Wechselstromstimulation (engl. transcranial alternating current stimulation, tACS) bezeichnet, konnten die hirneigenen Rhythmen nicht mehr sicher von den Störsignalen der Stimulation unterschieden werden.

Die Effekte der Wechselstrom-Stimulation werden der Phasen-Angleichung zwischen hirneigenen Rhythmen und dem angelegten Stimulationssignal zugeschrieben, ein Phänomen das man als „Entrainment“ bezeichnet.

Nun ist es durch den Einsatz eines neuartigen Stimulationsverfahrens in Tübingen erstmals gelungen, die hirneigenen Rhythmen von den Störsignalen sicher zu trennen und somit magnetische Gehirnaktivität während tACS störungsfrei und millimeter-präzise zu vermessen.

Durch Amplituden-Modulation eines hochfrequenten Stimulationssignals, das außerhalb der Frequenzen hirneigener Rhythmen schwingt, wird die Kontamination physiologischer Signale vermieden, während sich die Phase hirneigener Rhythmen dem Modulationssignal angleicht.

Von der Stimulation beeinflusste Hirnareale können auf diese Weise genau identifiziert und stimulationsabhängige Veränderungen in deren neuromagnetischer Aktivität untersucht werden. Die Forscher hoffen, dass die genauen Wirkmechanismen der transkraniellen Wechselstromstimulation nun genauer aufgeklärt werden können.

Insbesondere „die individuelle Anpassung an die anatomischen Gegebenheiten sowie die neurophysiologische Wirkung während der Stimulation“ seien wichtige Perspektiven, um die transkranielle elektrische Hirnstimulation im klinischen Einsatz zu optimieren, so Dr. med. Surjo R. Soekadar, Leiter der Arbeitsgruppe Angewandte Neurotechnologie am Universitätsklinikum Tübingen. „In einem nächsten Schritt ist zum Beispiel denkbar, dass die Stimulation im Sinne eines sog. closed-loop Ansatzes in Echtzeit auf die individuelle Hirnaktivität angepasst wird und somit die Effekte der Stimulation besser gesteuert werden können“ ergänzt Matthias Witkowski, Erst-Autor der Studie.

Die Arbeit der Wissenschaftler ist ab sofort im international renommierten Fachjournal “NeuroImage” unter http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811915009349 online abrufbar.

Medienkontakt
Universitätsklinikum Tübingen
Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie
Birgit Teufel
Arbeitsgruppe Angewandte Neurotechnologie
Tel. 07071 29-82624
E-Mail birgit.teufel@med.uni-tuebingen.de

Veröffentlichungen

Witkowski M, Cossio EG, Chander BS, Braun C, Birbaumer N, Robinson SE, Soekadar SR. Mapping entrained brain oscillations during transcranial alternating current stimulation (tACS). Neuroimage. 2015 (in press). pii: S1053-8119(15)00934-9. doi: 10.1016/j.neuroimage.2015.10.024.

Garcia-Cossio E, Witkowski M, Robinson SE, Cohen LG, Birbaumer N, Soekadar SR. Simultaneous transcranial direct current stimulation (tDCS) and whole-head magnetoencephalography (MEG): assessing the impact of tDCS on slow cortical magnetic fields. Neuroimage. 2015 (in press). pii: S1053-8119(15)00891-5. doi: 10.1016/j.neuroimage.2015.09.068.

Soekadar SR, Witkowski M, Cossio EG, Birbaumer N, Robinson SE, Cohen LG. In vivo assessment of human brain oscillations during application of transcranial electric currents. Nat Commun. 2013;4:2032. doi: 10.1038/ncomms3032.

Weitere Informationen:

http://www.medizin.uni-tuebingen.de UniversitätsklinikumTübingen
http://www.medizin.uni-tuebingen.de/Patienten/Kliniken/Psychiatrie+und+Psychothe... Universitätsklinik für Psychiatrie und Psychotherapie Tübingen

Dr. Ellen Katz | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Evolutionäre Zielkonflikte können die Entwicklung von Antibiotikaresistenzen nicht verhindern
19.05.2020 | Universität zu Köln

nachricht Operieren mit einem Kopfnicken: weltweit erste Operation mit 3D-RoboticScope
19.05.2020 | Universitätsspital Zürich

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wenn aus theoretischer Chemie Praxis wird

Thomas Heine, Professor für Theoretische Chemie an der TU Dresden, hat 2019 zusammen mit seinem Team topologische 2D-Polymere vorhergesagt. Nur ein Jahr später konnten diese Materialien von einem italienischen Forscherteam synthetisiert und deren topologische Eigenschaften experimentell nachgewiesen werden. Für die renommierte Fachzeitschrift Nature Materials war das Anlass, Thomas Heine zu einem News and Views Artikel einzuladen, der in dieser Woche veröffentlicht wurde. Unter dem Titel "Making 2D Topological Polymers a reality" beschreibt Prof. Heine, wie aus seiner Theorie Praxis wurde.

Ultradünne Materialien sind als Bausteine für nanoelektronische Bauelemente der nächsten Generation äußerst interessant, da es viel einfacher ist, Schaltungen...

Im Focus: When predictions of theoretical chemists become reality

Thomas Heine, Professor of Theoretical Chemistry at TU Dresden, together with his team, first predicted a topological 2D polymer in 2019. Only one year later, an international team led by Italian researchers was able to synthesize these materials and experimentally prove their topological properties. For the renowned journal Nature Materials, this was the occasion to invite Thomas Heine to a News and Views article, which was published this week. Under the title "Making 2D Topological Polymers a reality" Prof. Heine describes how his theory became a reality.

Ultrathin materials are extremely interesting as building blocks for next generation nano electronic devices, as it is much easier to make circuits and other...

Im Focus: Mikroroboter rollt tief ins Innere des Körpers

Mit einem Leukozyten als Vorbild haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart einen Mikroroboter entwickelt, der in Größe, Form und Bewegungsfähigkeit einem weißen Blutkörperchen gleicht. In einem Labor simulierten sie dann ein Blutgefäß – und es gelang ihnen, den Mikroroller durch diese dynamische und dichte Umgebung zu steuern. Der Roboter hielt dem simulierten Blutfluss stand und brachte damit das Forschungsgebiet rund um die zielgenaue Medikamentenabgabe einen Schritt weiter: Es gibt keinen besseren Zugangsweg zu allen Geweben und Organen im menschlichen Körper als den Blutkreislauf.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme (MPI-IS) in Stuttgart haben einen winzigen Mikroroboter entwickelt, der einem weißen...

Im Focus: Rolling into the deep

Scientists took a leukocyte as the blueprint and developed a microrobot that has the size, shape and moving capabilities of a white blood cell. Simulating a blood vessel in a laboratory setting, they succeeded in magnetically navigating the ball-shaped microroller through this dynamic and dense environment. The drug-delivery vehicle withstood the simulated blood flow, pushing the developments in targeted drug delivery a step further: inside the body, there is no better access route to all tissues and organs than the circulatory system. A robot that could actually travel through this finely woven web would revolutionize the minimally-invasive treatment of illnesses.

A team of scientists from the Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS) in Stuttgart invented a tiny microrobot that resembles a white blood cell...

Im Focus: Schnüffel-Roboter als Katastrophenhelfer

Wo Menschenleben gefährdet sind, kommen künftig neuartige Roboter zum Einsatz, die an der TU Dresden entwickelt werden

Wissenschaftler an der TU Dresden arbeiten seit Juni 2019 an künstlichen Helfern, die in einem Katastrophengebiet Gefahren erkennen, beseitigen und somit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Dresden Nexus Conference 2020 - Gleicher Termin, virtuelles Format, Anmeldung geöffnet

19.05.2020 | Veranstaltungen

Urban Transport Conference 2020 in digitaler Form

18.05.2020 | Veranstaltungen

Erfolgreiche Premiere für das »Electrochemical Cell Concepts Colloquium«

18.05.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Techniker Krankenkasse, EuPD Research und Handelsblatt starten Bewerbung für die Sonderpreise "Gesunde Hochschule" im Rahmen des Corporate Health Award 2020

22.05.2020 | Förderungen Preise

Werkstattbericht #1: Head Mounted Displays (HMDs) – Schwerpunktpositionen und Drehmomente

22.05.2020 | Informationstechnologie

Biochemie-Absolvent der Universität Bayreuth hat Antigen für hochspezifischen Corona-Antikörpertest entwickelt

22.05.2020 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics