TDCS

Question 1

Transkranielle Gleichstromstimulation  (transcranial direct current stimulation - tDCS)
Was ist es?

Answer 1

• nicht-invasive Verfahren zur unterschwelligen, tonischen Elektrostimulation des Hirns
• Durch Gleichstrom Veränderungen der corticalen Erregbarkeit
• meist 2 großflächige Elektroden auf Kopfoberfläche platziert: Anode (+) und Kathode (-)
• Keine! Überschwellige Stimulation, die direkt Hirnaktivität hervorruft, unlike TMS
• Stärke, Dauer + Richtung des Effekts abhängig von Stromdichte (je größer desto großer effekt auf Erregbarkeit), Stromflussrichtung (am größten wenn entlang des neurons, vorfallen bei Soma und Axon), Dauer der Stimulation (bei Stimulation von mehreren Minuten dauern Effekte noch länger an)

Question 2

Ruhemembran potential und APs fast run

Answer 2

• Ruhemembranpotential von -70 mV
• extrazellulär Übergewicht positiver Ionen
• EPSP und IPSP führen zu de-/hyperpolarisation
• bei depolarisation über Schwellenwert hinaus Auslösung von AP, geht übers Axon zur Synapse

Question 3

Was hat das mit tDCS zu tun?

Verschiebung des Ruhemembranpotenitals

Answer 3

• Verschiebung durch tDCS ohne APs auszulösen
• dadurch Erregbarkeit der Zellen verändert: kathoden Stimulation führt zu Hyperpolarisation (harder for AP); anodale Stimulation favorisiert Auslösung von AP durch Depolarisation
• Effekte, die über Stimulationsdauer hinaus gehen nicht direkte folge der Verschiebung SONDern folge der zwischenzeitlich erhöhten/verringerten Aktivität und daraus resultierenden Mechanismen (wie LTP und LTD)
  
  • > blockade von NMDA Rezeptoren verhindert anhaltende Verschiebung (NMDA rezeptoren wichtig für LTP/LTD)
• Quantifizierung des Grades der cortikalen Erregbarkeit durch TMS über dem motorischen Cortex und Messung motorisch evozierter Potentiale (MEP)

Question 4

Wie wird tDCS angewendet?

Answer 4

• Elektroden aus Gummi oder Metall, widerstand soll möglichst gering sein, mit Gleichstromleiter verbunden, ca. 1-2 mA (Elektrodengröße: 25-35cm2 => Stromdichte 0.02 und 0.08 mA/cm2)
• bei ein- und ausschalten leichtes jucken, daher langsames hoch und runter fahren
  - > dies gilt auch für Sham-Bedingung, hier jedoch ohne tatsächliche Stimulation
• Stimulationselektrode direkt über dem cortikalen areal was von Interesse ist anbringen; Achtung! Effekte an beiden Elektroden, daher zweiter Ort für Referenzelektrode gut auswählen
• Klinisch: therapeutische Wirkung bei depression wenn mehrtägig 8h tDCS bilateral prefrontal angewandelt wird (heutzutage wieder aufgegriffen), denkbar auch Effekt bei anderen Erkrankungen
• Kann auch positive Effekte bei Paresen nach Schlaganfall haben (Nichtgebrauch des Parese-betroffenen areals führt zu reduzierter Erregbarkeit dort, Pilot Studien zeigen: anodale Stimulation auf betroffener Hälfte bzw. Kathodale stim auf intakter Seite ist gut

Question 5

Beispiel Studie

Effekt von tDCS auf die Verarbeitung von Gesten

Answer 5

• Apraxie: Defizite bei Verarbeitung von Gesten - positive Effekte von parietaler tDCS auf gestenverarbeitung? -> therapeutische einsetzbarkeit bei Schlaganfall Patienten mit Apraxie
• Methode: Personen vs Gesten Matching aufgabe (Person gleich ja/nein; Geste gleich ja/nein - Personen diskrimination als kontroll Aufgabe); drei Tage between subject design, erst Sham, dann anodal, dann cathodale stimulation am parietallappen (PF, PFm, PG)
  => Besonders gut bei anodal PFm

Question 6

Transkranielle Wechselstromstimulation

  Transcranial alternating current stimulation (tACS)

Was ist tACS?

Answer 6

• nicht. Invasive Verfahren zur unterschwelligen, tonischen Elektrostimulation des Hirns, but this time with Wechselstrom
• Strom meist Sinusförmig, kann aber jede from annehmen
• Richtung und Dauer der Effekte abhängig von Frequenz (von sehr niedrigen werten fast wie bei tDCS bus zu vielen Kilohertz), Intensität (im mA Bereich) und Phase der Stimulation (gleichzeitig oder abwechselnd)
• Mechanismen noch nicht 100% erforscht, aber tACS im Bereich von EED-Frequenzen führt zu Snychonisation neuronaler Aktivität; Einfluss auf Informationstransfer zwischen Regionen; hochfrequente Stimulation (kHz) beeinflusst Erregbarkeit eher durch Beeinflussung biochemischer Mechanismen

Question 7

tACS Beisielstudie basics

Answer 7

• Snychronisation neuronaler Aktivität zwischen weit entfernten Arealen fundamentaler Mechanismus zur Kommunikation zwischen Arealen + zur Plastizität
• Fronto.parietals Theta.Synchronisation (4-8 Hz) als Korrelat kognitiver Funktionen wie z.B. visuelles Arbeitsgedächnis (noch nicht kausal!)
• > Daher: Modifikation der Theta Synchronisation

Question 8

tACS Beispielstudie - actual Study

Answer 8

• Präsentation 3 visueller Buchstaben-Stimuli, Test-Reiz soll mit 1.,2., oder 3. Stimulus in der Reihe verglichen werden
• 1:EEG-Phasen-synchro zwischen Elektroden über liken DLPFC und linken posterioren Parietalcortex (F3 und P3), 4-7 Hz, 200-500 ms nach Beginn des Testreiz
  2: einmal 180 grad phasendifferenz, einmal Sham (keine Phasen) einmal 0 grad Differenz, bei 6Hz und 35 Hz
• > signifikante Reduktion der Reaktionszeiten nur für 0 grad synchro bei 6 Hz