Transkranielle Gleichstromstimulation
( = transcranial direct current stimulation – kurz tDCS)
Untersuchungen der tDCS-Methode bei Anwendungen am Menschen
Die Veränderung von Aufmerksamkeit und Arbeitsleistung durch Stimulation verschiedener Hirnregionen durch Gleichstrom
(zB. mit dem Whisper) ist seit den 1960er Jahren bekannt und seither in vielen Studien untersucht worden.
Wir selbst benützen diese Technik seit 1983 (anfangs versuchsweise, z.B. zur Trainingsunterstützung Powermodulator usw.). Wir wendeten die Techniken vor allem im Bereich des Spitzensporttrainings, des Mentaltrainings, bei Meditation- und Lerntraining wie auch beim Anti-Burnout - Training an. Darüber hinaus wird der Whisper 213 (und Whisper 215 bzw. Whisper TX4) in Seminaren als Trainingsgerät angewendet. Jeder Seminarteilnehmer kann sich einen Whisper auf Dauer des Seminars/Trainings ausborgen und zur Trainingsoptimierung und Trainingsverstärkung anwenden.
Neurostimulation ist Placebogetestet (funktioniert an Tieren wie auch an Menschen)
Neben den Versuchen am Tiermodell wurden von Medizinern und Neurologen Untersuchungen an gesunden Probanden, an Epilepsie- und Schlaganfallpatienten und an depressiven Patienten durchgeführt. Hintergrund ist die Annahme, dass die beim Tiermodell und beim gesunden Probanden nachgewiesene positive Veränderung der kortikalen Erregbarkeit zur Verbesserung pathologischer Veränderungen bei neurologisch oder psychiatrisch erkrankter Patienten genutzt werden könnte. Hierzu werden die theoretischen Grundlagen der Gleichstromstimulation, die Untersuchungsergebnisse aus den Studien an gesunden Probanden sowie an neurologischen und psychiatrischen Patienten dargestellt.
Normalerweise sind zur Behandlung depressiver Erkrankungen antidepressive Medikamente und Psychotherapie die Mittel der ersten Wahl. Bei nicht zufriedenstellender Wirksamkeit können andere biologische Trainings- oder Therapieverfahren ergänzend eingesetzt werden. Dabei hat sich die
transkranielle Magnetstimulation (TMS) als möglicher neuer Ansatz zur Therapie depressiver Störungen etabliert. Dieses System ist aber äußerst aufwendig!
Die Hypothese bei der
TMS ist, dass durch die Magnetfeld-Stimulation von bei Depressionen pathophysiologisch relevanten Gehirn-Arealen dort sowie in verbundenen subkortikalen Regionen metabolische und biochemische Prozesse induziert werden, die eine antidepressive Wirkung haben.
Die einfachere tDCS-Methode
Abgeleitet von diesem pathophysiologischen Modell wurde die
tDCS als weitere nicht invasive Hirnstimulationsmethode untersucht. Hintergrund ist die physiologische Erkenntnis, dass die aufladende Stimulation von Nervenzellen, eine Depolarisation im Membranpotential des darunter liegenden Neuron verursacht, hingegen eine abladende äußere Stimulation das negative Membranpotential hyperpolarisiert.
Paulus
(2004) beschreibt als physiologische Grundlage der
tDCS eine dauerhafte Veränderung der Erregbarkeit von Nervenzellen, die durch
long-term-potentiation (Langzeitpotenzierung) und long-term-depression ähnliche Mechanismen als Ausdruck der Veränderung der NMDA-Rezeptoraktivität gekennzeichnet ist.
Dadurch wird langfristig eine Veränderung in der Neuroplastizität erreicht. Die Dauer der Veränderungen ist abhängig von Stimulationsdauer und Stimulationsintensität.
Nitsche und Paulus
(2003) beschrieben eine Erregungsveränderung der Neuronen des motorischen Kortex unter
tDCS, wobei aufladende Stimulation die Erregbarkeit erhöht und abladende Stimulation die Erregbarkeit vermindert.
Die Reduktion von intrakortikaler Hemmung sowie erleichterte Bahnung bei aufladender Stimulation
war nach der Anwendung, jedoch nicht während der Anwendung nachweisbar. Im umgekehrten Fall führte die abladende Stimulation zur verminderten Bahnung und erhöhten Hemmung nach der
tDCS-Training. Diese Effekte waren bis zu 90 Minuten nach Ende der
tDCS noch nachweisbar
(Nitsche und Paulus 2002). Lang et al.
(2005) nehmen in einer klinischen Studie Veränderungen im primären Motorkortex durch
tDCS an, indem langanhaltende polaritätsspezifische Effekte auf die kortikospinale Erregbarkeit erzielt werden. Die Studie an 16 gesunden Probanden wurde mit einer bipolaren Stimulation über
M1 und dem rechten
frontopolaren Kortex (Frontalhirn) durchgeführt. Im Vergleich zur Plazebo-Gruppe konnte bei der Gruppe mit aufladender Stimulation eine Erhöhung des zerebralen Blutflusses mittels PET gemessen werden, bei der Gruppe mit abladenden Stimulation nahm der zerebrale Blutfluss ab.
Durch den Nachweis einer Veränderung des Blutflusses ist von einer Veränderung der neuronalen Aktivität in den betroffenen Regionen auszugehen.
Quartarone et al.
(2004) untersuchten die
tDCS in einem Paradigma, in dem die motorisch evozierten Potentiale
(MEP) während der reinen Vorstellung einer Bewegung ohne deren Ausführung gemessen wurden. Eine aufladende Stimulation des primär motorischen Kortex über 5 Minuten brachte keine Veränderung der MEP-Amplitude, eine abladende Stimulation jedoch reduzierte die MEP-Amplitude um 30%, die MEP-Amplitude bei Vorstellung einer Bewegung sank um 50%. Nach 10 Minuten waren die Ruhe-MEP wieder normalisiert, die MEP bei Bewegungsvorstellung blieben jedoch bis zu 30 min supprimiert. Die Autoren schließen daraus die Möglichkeit einer Reduktion kortikaler Übererregbarkeit durch abladende Stimulation.
TDCS-Anwendung auch bei Schlaganfallpatieneten
Mittlerweile wurde die
tDCS am Motorkortex (für die diversen Bewegungen zuständige Hirnareale) auch bei Schlaganfall-Patienten eingesetzt, bei denen eine Verbesserung motorischer Leistungen nach
aufladender tDCS beobachtet wurde
(Hummel et al. 2006).
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TDCS-Anwendungen auch am präfrontalen Kortex (Stirnhirn)
Nach ihrer primären Anwendung an Bewegungszentren des Gehirns
(am Motorkortex) wurde die
tDCS auch über nicht-motorischen Kortexregionen wie dem
parietalen und dem präfrontalen Kortex (Stirnhirn) eingesetzt. Schon Antal et al.
(2003) untersuchten die Änderungen in der Erregbarkeit der Sehbereiche des Gehirns
(des visuellen Kortex) nach
tDCS mittels neurophysiologischer Verfahren. Demnach ist die
tDCS-Methode eine wirksame Methode zur Induktion reversibler Erregungsveränderungen in polaritätsspezifischer Art, sowohl für den Motorkortex als auch für den visuellen Kortex. Bei der Messung der N70-Komponente
(im EEG) eines visuell evozierten Potentials
(VEP) konnte für aufladende Stimulation eine Erhöhung der N70-Amplitude nachgewiesen werden, für die abladende Stimulation jedoch eine Erniedrigung der Amplitude. D
ie Unterschiede waren signifikant für einen Zeitraum von 10 Minuten nach Stimulation nachweisbar. Ähnliche differentielle Effekte einer
aufladenden- und einer
abladenden tDCS waren auf die Schwelle zur Auslösung von Phosphenen in einem Paradigma mit transkranieller Magnetstimulation nachweisbar
(Antal et al. Brain Res. 2003). In einer anderen Studie konnte Antal et al.
(J Cogn Neurosci 2004) nachweisen, dass die Stimulation über den Bereich
V5 die visuomotorische Koordination verbessert durch Stärkung der Bewegungsperzeption im Kortex. Während der Stimulation über Bereich V5 mussten die Probanden einen Zeichnungstest absolvieren, der bei der Gruppe mit aufladender Stimulation gegenüber der Gruppe mit abladender Stimulation verbessert war.
TDCS und besseres Lernen (auch Placebo getestet)
Bei aufladender tDCS des präfrontalen Kortex ergab eine Studie bei gesunden Probanden eine Leistungsverbesserungen im implizitem Lernen
(Kincses et al. 2004). Fregni et al. (2005) konnten nach Stimulation des linken präfrontalen Kortex mittels
aufladender tDCS eine Verbesserung des Arbeitsgedächtnisses feststellen. Wie zu erwarten, brachte eine Kontrolle mittels abladender oder Plazebo-Stimulation keine Verbesserung des Arbeitsgedächtnisses, ebenso war eine Stimulation des primären motorischen Kortex über M1 wirkungslos.
TDCS und Epilepsie (auch Placebo getestet)
Eine kontrollierte klinische Studie von Fregni et al.
(2006) über die Wirksamkeit von
abladender tDCS in Patienten mit
therapierefraktärer Epilepsie erbrachte eine Verminderung der epileptiformen Entladungen um 64,3% in der Verum-Gruppe und um 5,8% in der Plazebo-Gruppe. Ein Trend
(p=0,06) ging in Richtung Verminderung der epileptischen Anfälle bei der Verum-Gruppe im Vergleich zur Plazebo-Gruppe.
TDCS und Schmerzreduktion (auch Placebo getestet)
Eine weitere plazebokontrollierte Studie von Fregni et al.
(2006) befasst sich mit der Wirksamkeit der
tDCS zur Schmerzreduktion bei Patienten mit zentralen Schmerzsyndromen nach Rückenmarksverletzungen. Die Patienten erhielten über 5 Tage eine aufladende Stimulation des motorischen Kortex über 20 Minuten bzw. eine Plazebobehandlung.
Es zeigte sich eine signifikante Schmerzreduktion der Verumgruppe gegenüber der Plazebogruppe, gemessen mittels visueller Analogskala, Clinical Global Impression und Patient Global Assessment.
Fregni et al.
(2006) konnten nachweisen, dass die
aktive tDCS im Vergleich zur Plazebobehandlung keine Verschlechterung der kognitiven Leistungen bei Patienten mit einer depressiven Störung
(„major depression“) mit sich bringt, sondern im Gegenteil, die Leistungsfähigkeit des Arbeitsgedächtnisses steigern kann. Eine Verbesserung der Leistungen zeigte sich nicht nach Plazebostimulation, ebenso war keine Korrelation mit der Stimmung des Patienten nachzuweisen.
TDCS und die Reduktion von depressiven Symptomen (auch Placebo getestet)
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In einer randomisierten Studie von Fregni et al.
(2006) wurde die Reduktion depressiver Symptome bei 10 Patienten nach
Stimulation des präfrontalen dorsolateralen Kortex über EEG-Punkt F3 untersucht. Eine Bewertung der depressiven Symptomatik erfolgte zur Baseline und nach Behandlung mittels der Hamilton Rating Skala für Depressionen
(HRSD) und des Beck Depressions Inventars
(BDI). Die verumstimulierte Gruppe zeigte eine signifikante Reduktion der depressiven Symptomatik im Vergleich zur plazebostimulierten Gruppe.
Boggio et al.
(2006 in press) konnten in einem Go-no-go-Aufmerksamkeitstest bei 26 Patienten mit depressiver Störung eine signifikante Verbesserung der Testleistungen in der verumstimulierten Gruppe im Vergleich zur plazebostimulierten Gruppe feststellen. Die über dem dorsolateralen präfrontalen Kortex stimulierten Patienten erreichten bei der Trennung von Stimuli
(Bilderserie) mit positivem und negativen emotionalen Kontext ein besseres Ergebnis als die Plazebogruppe. Auch Boggio et al.
(2006 in press) konnten keine Korrelation mit Stimmungsveränderungen nachweisen.
Was bei medikamentöser Therapie Dosierung und Einnahmehäufigkeit darstellt, sind bei Anwendung der
tDCS die Stimulationsparameter. In der Vergangenheit wurden verschiedene Parameter auf ihre Wirksamkeit hin untersucht, wobei insbesondere die
Faktoren: Frequenz, Intensität, Gesamtzahl der Stimuli, Ort der Applikation eine Rolle spielen. Empririsch begründete Parameter ergeben sich aus den verschiedenen Studien. Insgesamt kristallisieren sich nach Nitsche et al.
(2003) als determinierende Faktoren heraus:
Stromdichte
(Stimulationsstärke (A)/Elektrodengröße (cm2))
Gesamtladung
(Stromstärke/Elektrodengröße x Stimulationsdauer)
Ladung pro Phase
(Stromstärke x Dauer eines Einzelimpulses)
Ladungsdichte
(Stromstärke/Elektrodengröße x Dauer eines Einzelimpulses)
Nach den bisherigen Studien erscheint die tDCS mit den bisher verwendeten Parametern als sicher und nebenwirkungsfreie bei gleichzeitig stärkerer und länger anhaltender Wirkung auf die kortikale Exzitabilität als bei der TMS (Magnetfeld-Stimulation). Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die verwendeten Plazebo-tDCS-Bedingungen nicht von einer Verumstimulation unterscheidbar sind, so dass die tDCS für plazebokontrollierte Doppelblindstudien, wie sie bei antidepressiven Interventionen zum Wirksamkeitsnachweis gefordert werden, besonders geeignet ist
(Hummel und Gandiga 2006).
Die Sicherheit der tDCS-Methode
Mehrere Studien zur Sicherheit der tDCS und zur Evaluation der Nebenwirkungen haben zu klaren Empfehlungen hinsichtlich der sicheren Anwendung geführt. Übereinkunft besteht, dass die tDCS bei Beachtung der entsprechenden Richtlinien eine
gut verträgliche und nebenwirkungsfreie Methode ist
(Nitsche et al. 2003, Fregni et al. 2006, Iyer et al. 2005).
Die physiologischen Veränderungen liegen normalerweise in der Modulation von spontaner neuronaler Aktivität durch polaritätsspezifische Verschiebung des verbleibenden Membranpotentials in Richtung De- oder Hyperpolarisierung. Die Änderungsrichtung wird beeinflusst durch die
(ultra schwache) Stromflussrichtung, die räumliche Ausrichtung des Neurons, die Art des Neurons und die Gesamtladung.
Untersuchungen zur Frage, ob nach Anwendung der tDCS-Methode eine neuronale Schädigung zu beobachten ist und/oder negative strukturelle Veränderungen im Gehirn auftreten, ergaben keine Hinweise auf einen schädliche Einflüsse der tDCS. So war die neuronenspezifischen Enolase
(NSE) als neuronaler Destruktionsmarker nach tDCS nicht erhöht
(Nitsche et al. 2003) und weder im kontrastverstärkten MRT noch im EEG konnten pathologische Veränderungen gefunden werden
(Nitsche 2003). Auch spätere Tests und Untersuchungen zeigten einwandfrei, dass die tDCS-Methode keinerlei negative Wirkungen zeigte. Das belegen auch Langzeituntersuchungen.
Auch persistierende Störungen der motorischen und kognitiven Fähigkeiten konnten nicht nachgewiesen werden. Unangenehm können für die Probanden elektrisch induzierte lokale Muskelkontraktionen während der Stimulation sein. Die elektrische Stimulation führt unter Umständen, bei extremer Überempfindlichkeit zu einer wenige Sekunden dauernden leichten Reizung der Kopfhaut, was von den Probanden als mehr oder weniger schwaches Kribbeln und Ziehen beschrieben wurde
(Fregni et al. 2006).
Kortikale Gewebeschäden wurden auch nach hohen Stimulusintensitäten und -frequenzen nicht gefunden. Gemäß des Sicherheitsprotokolls von Nitsche und Paulus (2000) ist das Risiko einer Hautreaktion bei Verwendung von salzwassergetränkten Schwammelektroden (
oder Gummielektroden mit ausreichend Leitgel) extrem minimiert.
Fregni et al. beschrieben in ihren Studien
(Bip Disorders 2006, Clin Neurophysiol 2006, Depr and Anx 2006) keine unerwünschten Nebenwirkungen; alle Anwender der tDCS-Methode hätten die Anwendung gut vertragen.
Am Beginn standen tierexperimentelle Vorbefunde
Tierversuche wurden bisher vor allem zur Untersuchung von Sicherheitsaspekten der tDCS-Methode und hinsichtlich physiologischer Fragestellungen durchgeführt. In vitro konnten Jefferys et al.
(2004) an Hippocampus-Kulturen von Ratten mittels Gleichstromstimulation eine positive Veränderung der neuronalen Aktivität nachweisen. Die punktförmige Stimulation
(<40 mV pro mm), die parallel zur somatodendritischen Achse angewandt wurde,
veränderte die Erregungsschwelle (empfindlicher oder weniger empfindlich!) der Neuronen und verlagerte den Ort der Depolarisationsentstehung vom Neuronensoma hin zu den Dendriten.
Migräne
Liebetanz et al.
(2006) konnten an Ratten eine Veränderung der Ausbreitung der cortical spreading depression (
CSD) durch tDCS nachweisen. Die CSD ist eine Veränderung der Ionen-Homöostase im Rahmen einer abnormen kortikalen Erregbarkeit. Die CSD konnte u.a. bei
Migraine-Patienten nachgewiesen werden. Im Versuch erhielten die anästhesierten Ratten entweder aufladende, abladende oder eine Plazebo-Stimulation mittels tDCS
(über 20 min). Die aufladende Stimulation zeigte eine signifikante Zunahme der Ausbreitungsgeschwindigkeit der CSD, die abladende und die Plazebo-Stimulation zeigten keinen Einfluss auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit.
Energetisches Lernen mit einen Neurostimulator
LINK: http://eggetsberger-info.blogspot.co.at/2013/01/energetisches-lernen-mit-einen.html
Ultrafeiner Strom gegen alte Denkschablonen
LINK: http://eggetsberger-info.blogspot.co.at/2011/11/ultrafeiner-strom-gegen-alte.html
Transkranielle Gleichstromstimulation (kurz tDCS) - Whisper Technologie
LINK: http://eggetsberger-info.blogspot.co.at/2010_05_01_archive.html
Ultraschwache Ströme erhöhen das Denkvermögen
Schwache (nicht zu spürende) Elektrostimulationen lassen das Gehirn sogar im Schlaf dazulernen.
LINK: http://eggetsberger-info.blogspot.co.at/2011/12/ultraschwache-strome-erhohen-das.html
Zusatzinformation zum Whisper
LINK: http://www.eterna.sl/-whisper_prototyp-.html
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Literaturhinweise
Antal A, Nitsche M, Kruse W, Kincses T, Hoffmann K, Paulus W. Direct current stimulation over V5 enhances visuomotor coordination by improving motion perception in humans. J Cogn Neurosci 2004: 16: 521-527
Antal A, Kincses T, Nitsche M, Bartfai O, Paulus W. Excitability changes induced in the human primary visual cortex by transcranial direct current stimulation: direct electrophysiological evidence. Investigative Ophthalmology & Visual Science 2004: 45: 2
Antal A, Nitsche M. Faciliation of visuo-motor learning by transcranial direct current stimulation of the motor and extrastriate visual areas in humans. Eur J Neurosci 2004: 19: 2888-2892
Antal A, Kincses T, Nitsche M, Paulus W. Manipulationof phosphene thresholds by transcranial direct current stimulation in man. Exp Brain Res 2003: 150: 375-378
Antal A, Varga E, Kincses T, Nitsche M, Paulus W. Oscillatory brain activity and transcranial direct current stimulation in humans. Neuroreport 2004: 15: 1307-1310
Antal A, Nitsche M, Paulus W. Transcranial direct current stimulation and the visual cortex. Brain Research Bulletin 2006: 68: 459-463
Boggio P, Bermpohl F, Vergara A, Muniz A, Nahas F, Leme P, Rigonatti S, Fregni F. Go-no-go task performance improvement after anodal transcranial DC stimulation of the left dorsolateral prefrontal cortex in major depression. (2006, in press)
Fregni F, Thome-Souza S, Nitsche M, Freedman S, Valente K, Pascual-Leone A. A controlled clinical Trial of cathodal DC polarization in patients with refractory epilepsy. Epilepsia 2006: 47: 335-342
Fregni F, Boggio P, Nitsche M, Bermpohl F, Antal A, Feredoes E, Marcolin M, Rigonatti S, Silva M, Paulus W, Pascual-Leone A. Anodal transcranial direct current stimulation of prefrontal cortex enhances working memory. Exp Brain Res 2005: 166: 23-30
Fregni F, Boggio S, Lima M, Ferreira M, Wagner T, Rigonatti S, Castro A, Souza D, Riberto M, Freedman S, Nitsche M, Pascual-Leone A. A sham-controlled, phase II trial of transcranial direct current stimulation for the treatment of central pain in traumatic spinal cord injury. Pain 2006: 122: 197-209
Fregni F, Boggio P, Nitsche M, Rigonatti S, Pascual-Leone A. Cognitive effects of repeated sessions of transcranial direct current stimulation in patients with depression. Depression and Anxiety 2006: 23: 1-3
Fregni F, Boggio P, Nitsche M, Marcolin M, Rigonatti S, Pascual-Leone A. Treatment of major depression with transcranial direct current stimulation. Bipolar Disorders 2006: 8: 203-205
Gandiga P, Hummel F, Cohen L. Transcranial DC stimulation (tDCS): A tool for double-blind sham-controlled clinical studies in brain stimulation. Clin Neurophysiol 2006: 117: 845-850
Iyer M, Mattu U, Grafman J, Lomarev M, Sato S, Wassermann E. Safety and cognitive effect of frontal DC brain polarization in healthy individuals. Neurology 2005: 64: 872-875
Jefferys J. Effects of uniform extracellular DC electric fields on excitability in rat hippocampal slices in vitro. J Physiology 2004: 557.1: 175-190
Kincses T, Antal A. Faciliation of probabilistic classification learning by transcranial direct current stimulation of the prefrontal cortex in the human. Neuropsychologia 2004: 42: 113-117
Liebetanz D, Fregni F, Monte-Silva K, Oliveira M, Amancio-dos-Santos A, Nitsche M, Guedem R. After-effects of transcranial direct current stimulation (tDCS) on cortical spreading depression. Neuroscience letters 2006: 398: 85-90
Lang N, Siebner H, Ward N, Lee L, Nitsche M, Paulus W, Rothwell J, Lemon R, Frackowiak R. How does transcranial DC stimulation of the primary cortex alter regional neuronal activity in the human brain? Eur J Neurosci 2005: 22: 495-504
Nitsche M, Paulus W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. J Physiol 2000: 527: 633-639
Nitsche M, Liebetanz D, Tergau F, Paulus W. Modulation kortikaler Erregbarkeit beim Menschen durch transkranielle Gleichstromstimulation. Nervenarzt 2002: 73: 332-335
Nitsche M, Liebetanz D, Antal A, Lang N, Tergau F, Paulus W. Modulation of cortical excitability by weak direct current stimulation – technical, safety and functional aspects. Suppl Clin Neurophysiol 2003: 56: 255-276
Nitsche M, Liebetanz D, Lang N, Natal A, Tergau F, Paulus W. Safety criteria for transcranial direct current stimulation (tDCS) in humans. Clinical Neurophysiology 2003: 114: 2220-2222
Oquendo M, Baca-Garcia E, Kartachov A, Khait V, Campbell C, Richards M, Sacheim H, Prudic J, Mann J. A computer algorithm for calculating the adequacy of antidepressant treatment in unipolar an bipolar depression. J Clin Psychiatry 2003: 64: 825-833
Quartarone A, Morgante F, Bagnato S, Rizzo V, Sant’Angelo A, Aiello E, Reggio E, Battaglia F, Messina C, Girlanda P. Long lasting effects of transcranial direct current stimulation on motor imagery. Neuroreport 2004: 15: 1287-1291
Paulus W. Outlasting excitability shifts induces by direct current stimulation of the human brain. Suppl Clin Neurophysiol 2004: 57: 708-714
Paulus W. Transcranial direct current stimulation (tDCS). Suppl Clin Neurophysiol 2003 : 56 : 249-254
