Dosis-abhängige Effekte der Theta-Burst rTMS auf die Erregbarkeit und fMRT-Konnektivität des primär motorischen Kortex

Einleitung: Theta Burst Stimulation (TBS) ist ein effektives rTMS-Protokoll, um die kortikale Erregbarkeit motorischer Areale zu modulieren [1]. Die Effekte zwischen den Probanden sind jedoch variabel [2] und die Gründe dafür unklar [3]. Tierexperimentelle Studien zeigten, dass dosisabhängige Effekte einer TBS auf die Expression zellulärer Proteine bestehen [4]. Dagegen konnten Studien an gesunden Probanden keine konsistenten Dosis-Effekte nach einer 2-fach applizierten TBS mit verschiedenen Zeitabständen nachweisen [5, 6]. Ziel unserer Studie war daher, den Effekt einer 3-fachen TBS-Dosis auf die motokortikale Erregbarkeit im Vergleich zu einer Kontrollstimulation zu untersuchen. Durch Kombination mit funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) Messungen sollten die Netzwerkeffekte der TBS-Interventionen verstanden werden.

Methoden: 15 gesunde Probanden erhielten jeweils drei serielle, im Abstand von 15 Minuten applizierte Stimulationen nach dem iTBS-Protokoll (600 Pulse pro Stimulation, [1]) über dem primären motorischen Kortex (M1) bzw. dem parieto-occipitalen Kortex (Kontrolle) an separaten Tagen (Abstand: 1 Woche). Die Effekte der M1- und Kontrollstimulation wurden mit transkranieller Magnetstimulation (TMS) und fMRT untersucht. Die Effekte auf die motokortikale Exzitabilität wurden mittels Stimulus-Response-Kurven gemessen. Die Effekte auf die fMRT-Konnektivität wurden über Resting-State Messungen bzw. Messungen während Daumenbewegungen getestet. Das untersuchte Netzwerk bestand aus folgenden Regionen: M1, supplementär motorische Area (SMA), dorso- und ventrolater Prämotorkortex (dPMC, vPMC), anterior intraparietaler Kortex, Putamen, Thalamus und Cerebellum.

Ergebnisse: Es zeigt sich ein Dosis-abhängiger Effekt der iTBS auf die Höhe der Stimulus-Response-Kurve mit signifikant höheren MEPs nach 3-facher iTBS über M1 im Vergleich zur Kontrollstimulation. Die Konnektivitätsanalyse ergab, dass nach M1-Stimulation mit 1800 Pulsen die effektive Konnektivität vom ipsilateralen dPMC auf den stimulierten M1 im Gegensatz zur Kontrollstimulation signifikant ansteigt (p < 0,05).

Diskussion: Unser Ergebnis legt nahe, dass die Effekte der iTBS dosis-abhängig sind. Außerdem zeigen unserer Daten, dass iTBS über M1 zu einer stärkeren Integration des Stimulationsorts mit prämotorischen Arealen führt.

Literatur:

1. Huang YZ et al. Theta burst stimulation of the human motor cortex. Neuron 2005, 45(2), 201 – 206.

2. Hamda M et al. The role of interneuron networks in driving human motor cortical plasticity. Cereb Cortex. 2012. doi:10.1093/cercor/bhs147.

3. Thickbroom GW. Transcranial magnetic stimulation and synaptic plasticity: experimental framework and human models. Exp Brain Res 2007, 180(4):583 – 93.

4. Volz LJ et al. “Dose-dependence” of changes in cortical protein expression determined for intermittent and continuous theta-burst TMS in the rat. FENS Abstr. 2010, vol.5, 192.59.

5. Gamboa OL et al. Simply longer is not better: reversal of theta burst after-effect with prolonged stimulation. Exp Brain Res. 2010, 204(2):181 – 7.

6. Gamboa OL et al. Impact of interneuron networks in driving human motor cortical plasticity. Brain Stimul 2011, 4(3):145 – 51.