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Neuropsychologie (Fach) / V10_TMS (Lektion)

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• Definition TMS nicht invasives neurophysiologisches Verfahren zur kurzfristigen Stimulation und Hemmung bestimmter Hirnstrukturen
• zu welchem Ansatz (Klassifikation der Methoden, Folie 4) gehört die TMS? Was weist sie somit nach? kausaler Ansatz, Abhängigkeit kognitiver Leistungen von der Integrität bestimmter Hirnareale 
• Wozu dient das TMS? Wie ist das Verhältnis zu anderen Methoden? eignet sich für Untersuchung kausaler Zusammenhänge zwischen Hirn und Verhalten,  lediglich ergänzend zu bildgebenden Verfahren und Alternative zu Läsionsstudien 
• Prinzip der TMS elektromagnetische Induktion
• Entdeckung magnetischer Eigenschaften stromdurchflossener Leiter durch.. bietet die Grundlage für.. Ørsted - Grundlage für Elektromagnetismus (MEG)
• Definition Induktion Stromerzeugung durch ein magnetisches Feld, wobei jede Änderung der magnetischen Flussdichte zur Entstehung eines elektrischen Feldes führt, welches wiederum die Induktion einer Spannung in einem Leiter zufolge hat.
• Prozess der TMS mithilfe eines starken, kurzzeitigen Stroms von ca. 1 ms Dauer wird in einer Spule ein starkes, sich änderndes Magnetfeld erzeugt (2-3 Tesla) senkrecht zu den magnetischen Feldlinien wird ein elektrisches Feld erzeugt sofern sich die Spule in der Nähe der Kopfoberfläche befindet und die magnetischen Feldlinien senkrecht zur Oberfläche stehen, wird ein elektrischer Strom in dem darunter liegenden Gewebe erzeugt  --> Beeinflussung der Erregbarkeit der Zellen durch die Beeinflussung der Ionenströme an der Zellmembran 
• Wie tief verändert die TMS die kortikale Informationsverarbeitung? bis zu 2 cm
• Wie nennt man die Spulen und wie ist der Effekt? 8-förmige Spulen = Schmetterlingsspulen,  effekt recht fokal (1-1,5cm3) 
• Wie funktioniert TMS, nachdem das magnetische Feld induziert wurde? (Genauere Beschreibung neuronaler Veränderung) - magn. Feld passiert ohne Abchwächung den Schädelknochen, die Hirnhaut etc. und die induzierten Ströme sind am größten in Geweben mit hoher Leitfähigkeit (Liquor, Nervenzellen etc.)  -> Neurone, deren Dendriden oder Axone parallel zur Kopfoberfläche verlaufen werden vor allem depolarisiert  vermutete Wirkmechanismen: Auslösung von Aktionspotentialen oder direkter Einfluss auf Axone denkbar 
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• Wie wird die Reizantwort bei Stimulation über dem motorischen Cortex gemessen? mithilfe der Elektromyographie (EMG)
• Definition Motorische Reizschwelle Motorschwelle (MS) = Intensität, die in 50% der Fälle eine EMG-Antwort von mindestens 50 mikroVolt auslöst 
• Wie kann die Stärke der Stimulation auch für spätere experimentelle Anwendungen über anderen Cortexarealen bestimmt werden? Indem erst eine Motorschwelle bestimmt wird um dann relativ zur Reizschwelle die Stärke der Stimulation zu bestimmen (z.B. 150% MS)
• Zwischen welchen beiden Formen von Pulsen wird unterschieden? Single Pulse = einzelne Pulse und  repetitive TMS - rTMS = Pulsserien (mit Frequenzen von bis zu 50Hz oder mehr)
• Wer beschrieb TMS zum ersten mal und wie? Merton & Morton (1980):  Sie evozierten Kontraktionen der kontralateralen Extremitäten mit Hilfe von 2000 V starken Einzelreizen, die eine Anstiegsflanke (definieren) von weniger als 10 ms hatten 
• Wie wird Single-Puls TMS in der Praxis idR. angewendet? Als Diagnoseverfahren in der Neurologie, wobei über dem motorischen Cortex stimuliert wird Anhand gemessener Antwort (Amplitude, Latenz) an einem Effektor (meist Finger) werden Rückschlüsse auf motorisches System un auf Nervenleitgeschwindigkeit gezogen.  -> Indikator für Intaktheit der Nervenfasern (MS, neurodegenerative Erkrankungen)  -> Außerdem können systematiche Variationen d. Stimulationsorte und Aufzeichnungen der Effekte Info über die Größe der motorischen Repräsentation liefern (Funktionen kartieren) 
• In Bezug auf Forschung ist die single-pulse TMS von besonderer Bedeutung hinsichtlich..... der zeitlichen Auflösung bei der Beschreibung kognitiver Prozesse 
• Wenn man mit Single-Pulse TMS motorische Funktionen kartieren möchte, was nimmt man zur Hilfe? Nachdem man Ort der stärksten Motorreaktionen bei Einzelprobanden lokalisiert hat, nimmt man ein an EEG-Elektroden-Positionen ausgerichtetes Koordinatensystem zur Hilfe 
• Was ist der Effekt der rTMS gegenüber dem single Pulse? Was zeichnet die Erregung und Hemmung bei rTMS aus? Hochfrequente und intensive Sequenzen führen => Bahnung d.h. einer erleichterten Erregbarkeit im Sinne einer reduzierten Motorschwelle. Der Effekt ist dem der „Long Term Potentiation“ (LTP) auf zellulärer Ebene vergleichbar, Hochfrequente Stimulationen bis zu 60Hz erst mit neueren Geräten möglich geworden Niedrige Frequenzen bei geringerer Stimulationsstärke => Reduktion der Erregbarkeit (analog zur Long-Term Depression - LTD)   (hemmende Effekte geringer Stimulationsfrequenzen führen zu einer „virtuellen“ und „transienten“ Läsion -> Blockiert Funktionen Faustregel:- Frequenzen über 5 Hz führen zu Senkung der Motorschwelle (erhöhte Erregbarkeit) und- Frequenzen von 1 Hz oder weniger zu einer Erhöhung der Motorschwelle (reduzierte Erregbarkeit)     ==> Effekte dauern an 
• Wie kann man TMS zur Funktionsblockierung nutzen, um virtuelle Läsionen zu verursachen, die in der Forschung als am weitesten verbreiteten Einsatz gelten? A) durch niederfrequente Applikation von rTMS über längeren Zeitraum B) kurze Serie von Einzelpulsen, "single pulses" 
• Was ist gegenüber der Läsionsansätze der Vorteil wenn man virtuelle Läsionen zur Funktionsblockierung durch die TMS verursacht? man kann besser die Rolle eines Hirngebiets für einen bestimmten kognitiven Prozess erforschen, weil die Effekte 1) räumlich begrenzt und 2) zeitlich begrenzt sind, weil3) keine Reorganisationsprozesse (Plastizität) nötig ist, da Effekte begrenzt und 4) Kontrollmessungen in der gleichen Versuchsperson möglich sind 
• Was sind geeignete Kontrollbedingungen beim Einsatz von TMS zur Funktionsblockierung? Stimulation eines Kontrollareals "sham"-Bedingung: nur scheinbare Stimulation des interessierenden Areals (TMS mit akustischer Reizung verbunden) Inner-Subjekt oder Zwischen-Subjekt Design 
• Wie hängt der Prozentsatz von Reaktionen bzw. blockierten Reaktionen vom Zeitpunkt des Pulses ab? Prozentzahl korrekter Reaktionen geht stärker zurück, wenn Puls nach Stimulus gegeben wird  
• Neuronale Mechanismen - Erregung und Hemmung bei single pulse TMS Effekt von Einzel-Puls TMS hängt ab vom Zeitpunkt der Stimulation relativ zum angenommenen neuronalen Prozess:  Stimulation vor Beginn des Prozesses = bahnende (erregende) Wirkung,Stimulation während des Prozesses = Hemmende Wirkung  -> Ursache möglicherweise das Aktivierungsniveau der Zellen bei TMS-Stimulation 
• TMS und funktionelle Bildgebung: Wozu ist TMS gut geeignet? Wieso? Bestrebungen TMS und funktionelle Bildgebung zu verbinden TMS lässt kausale Aussagen über Hirn-Funktions-Zusammenhänge zu und ist somit gut geeignet, Hypothesen zu prüfen, die sich aus funktioneller Bildgebung ergeben - viele fMRT-Aktivierungen sind im Zusammenhang mit kognitiven Prozessen zu sehen, sodass die Stimulation genau der Areale anhand von TMS auch zur Untersuchung von Verhaltensänderungen dient und auf die genaue Rolle des Areals bei kognitiven Prozessen schließen lassen kann. Verbindung technisch sehr schwer, aber gleichzeitige Messung von fMRT/TMS und EEG/TMS kann aufschlussreich in Bezug auf verändertes Verhalten und veränderter neuronaler Verarbeitung sein. 
• Was sind in Bezug auf die Platzierung der Spule 2 mögliche Herausforderungen? die tangentiale Anordnung der Spule  & eine räumlich genaue und replizierbare Stimulation zu erzeugen 
• Wie weiß man wo die Spule bei der TMS platziert werden soll? Trial and Error (in der Diagnostik) - orientierung an ausgelöster Reaktion und an EEG-Elektrodenposition --> Man muss stereotaktisch platzieren (mithilfe von Computersystemen), da die indiviuduelle strukturelle Bildgebung berücksichtigt werden sollte 
• TMS als therapeutische Maßnahme 1) rTMS bei psychiatrischen Erkrankungen zur kurzfristigen Verbesserung der Symptomatik2) Effekte bei Depression gut dokumentiert 3) häufigste Anwendung: hochfrequente Stimulation des linken dorsolateralen präfrontalen Cortex eingesetzt (DLPFC) 4) niederfrequenter (hemmender) Einsatz über dem rechten DLPFC 5) klinisch relevante Verbesserungen der Symptomatik mit bilateraler Stimulation (links erregend, rechts hemmend) 
• Risiken der TMS, Sicherheitsmaßnahmen um diese einzugrenzen - bei Epilepsiepatienten kann TMS Anfälle auslösen, was bei rTMS auch bei Gesunden passieren kann -> Medizinisches Personal  - Hörschäden - laute Klickgeräusche -> Hörschutz wichtig - technische Sicherheit - sachgemäße Handhabung wichtig, Spannung bis zu 4000V - Bei Kombination von TMS und EEG können keine konventionellen EEG-Elektroden verwendet werden, weil sie heiß sind und Skalp-Verbrennungen verursachen können  - Mögliche Einflüsse des TMS-Pulses auf das Herz bei Probanden mit Herzschrittmachern, frischem Myorkardinfarkt oder kardinalen Arrhythmien  - metallische Implantate  - Langzeiteffekte nicht bekannt 
• Gefahr der Überhitzung besteht bei TMS in Bezug auf das Hirngewebe nicht, da zugeführte Energie geringer ist als die, die beim Hirnstoffwechsel entsteht

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