Noninvasive Brain Stimulation Lab (NBS-Lab)



Die Arbeitsgruppe forscht unter der Leitung von Prof. Dr. Andrea Antal an Methoden zur nicht-invasiven Gehirnstimulation. Zu diesen zählen unter anderem die transkranielle Gleich- und Wechselstromstimulation als auch die transkranielle Magnetstimulation.

Diese Methoden können zur Behandlung von verschiedenen Erkrankungen des Gehirns wie beispielsweise Depression, Demenz oder Fibromyalgie eingesetzt werden, indem sehr geringe elektrische Ströme möglichst gezielt in die erkrankten Bereiche des Gehirns oder in damit verbundene Neuronen-Netzwerke geleitet werden. Ziel ist hierbei entweder die Reaktivierung eines unteraktivierten oder die Hemmung eines überaktivierten Gehirnareals.

Forschungsschwerpunkte

Transkranielle Gleichstromstimulation

Die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist eine Methode zur nicht-invasiven Stimulation des Gehirns mit Hilfe sehr geringer elektrischer Ströme. Bei diesem Verfahren werden mindestens zwei Elektroden am Kopf des Patienten befestigt und zwischen anodaler und kathodaler Stimulation unterschieden, welche zu einer Erhöhung bzw. Verminderung der kortikalen Erregbarkeit führt (tDCS Database: http://tdcsdatabase.com/; Entwicklung von der Arbeistgruppe in Kollbaroation mit der Gruppe von Prof. Marom Bikson)

Bereits bei kurzer Stimulationsdauer (~10 min) lassen sich positive Effekte beobachten, welche elektrophysiologisch durch eine Depolarisierung oder Hyperpolarisierung der Nervenzellmembrane erklärt werden.

Die erzielten Effekte können sich in Form einer erhöhten Leistung bei unterschiedlichsten Beanspruchungen des Gehirns (z.B. Gedächtnis, Aufmerksamkeit, Schnelligkeit) widerspiegeln, welche je nach Stimulationsdauer auch längere Zeit nach der Behandlung anhalten kann.

Derzeit wird im NBS Lab untersucht, wie tDCS kombiniert mit Achtsamkeits-Meditation, zur Behandlung von chronischen Schmerzen (Fibromyalgie) eingesetzt werden kann.

Transkranielle Wechselstromstimulation

Die transkranielle Wechselstromstimulation (tACS) unterscheidet sich von der Gleichstromstimulation durch die Anwendung oszillierender Wechselströme zur Stimulation des Gehirns. Dies ermöglicht die direkte Interferenz oder Synchronisation mit kortikalen Rhythmen, was zur Änderung der Erregbarkeit oder Aktivität bestimmter Gehirnareale führen kann.

Je nach Frequenz des applizierten Stromes können unterschiedliche Hirnschwingungen beeinflusst werden. Auch ein amplitudenmoduliertes Signal ist möglich, wobei ein hochfrequentes Signal mit einer niederfrequenten Hüllkurve moduliert wird (z.B. theta-gamma-coupling).

Die Anwendungsbereiche dieser Technik sind ähnlich wie bei der Gleichstromstimulation weit gefächert. Das NBS Lab fokussiert sich derzeit auf den Einsatz von tACS zur Behandlung von kognitiven Erkrankungen wie z.B. mild cognitive impairment (MCI), dem Vorstadium der Demenz.

Transkranielle Rauschstromstimulation

Die transkranielle Rauschstimulation (tRNS) kann ebenfalls zur nicht-invasiven Stimulation des Gehirns angewendet werden und zeichnet sich durch einen im Hinblick auf die Amplitude und Frequenz randomisierten Stromfluss aus. Mittels dieser Technik können bestimmte Bereiche des Gehirns angeregt werden, wobei die genauen physikalischen Zusammenhänge noch nicht geklärt sind.

Einige Ansätze zur Erklärung der möglichen Wirksamkeit beziehen sich auf die Interferenz mit kortikalen Rhythmen, auf hervorgerufene plastische Veränderungen oder auf die Verbesserung des signal-to-noise Verhältnisses (SNR) des zentralen Nervensystems, was zu einer verbesserten Sensorik führen kann.

Das NBS Lab will die Wirksamkeit dieser Technik in Bezug auf verschiedene kognitive Erkrankungen in zukünftigen Studien untersuchen.

Transkranielle Magnetstimulation

Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) nutzt im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Methoden starke Magnetfelder zur nicht-invasiven Stimulation des Gehirns. Mit dieser Art der kontaktlosen Stimulation können elektrische Ströme im Gehirn induziert werden, wobei sowohl eine Erhöhung als auch eine Verminderung der kortikalen Erregbarkeit erzielt werden kann.

Im Unterschied zu den Methoden der transkraniellen elektrischen Stimulationen (TES), kann die Anwendung von TMS intensitätsabhängig zur Erregung durch direkte Auslösung von Aktionspotenzialen oder zur Hemmung durch Generierung einer Innervationsstille eingesetzt werden.

Diagnostisch wird die Methode durch Stimulation des motorischen Kortex zur Untersuchung von motorisch evozierten Potenzialen (MEP) angewendet, welche Aufschluss über Erkrankungen des Gehirns und des Rückenmarks, wie z.B. Multiple Sklerose, geben.

Therapeutisch wird TMS bzw. repetitive TMS (rTMS) eingesetzt, um die Aktivität der Großhirnrinde längerfristig zu verändern und somit beispielsweise Depressionen zu behandeln.

Derzeit wird im NBS Lab untersucht, wie wir motorisch evozierte Potentiale (MEPs) am Zwerchfell generiert und gemessen werden können. Die Entwöhnung beatmeter Patienten vom Beatmungsgerät (Weaning) ist nicht selten durch eine Inaktivitätsbedingte Schwächung der Atemmuskulatur erschwert. Mit TMS können wir auch im sedierten Zustand die Funktion kortikospinaler Bahnen und der zugehörigen Atemmuskulatur evaluieren. Daher ist es Ziel unseres Projektes TMS-induzierte MEPs von der Zwerchfellmuskulatur intubierter und beatmeter Patienten in der Phase von Entwöhnung vom Beatmungsgerät abzuleiten, um damit evtl. einen frühen prädiktiven Parameter für den Erfolg oder Misserfolg von Weaning versuchen zu etablieren (Dr. Ivan Chakalov und PD Dr. med. Caspar Stefeni).

STIMCODE

Hintergrund: Nicht-invasive Hirnstimulationsverfahren wie beispielsweise transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) oder transkranielle Magnetstimulation (TMS) haben in den letzten Jahren in der Forschung und für die Behandlung psychischer Krankheiten große Aufmerksamkeit erfahren und werden immer häufiger eingesetzt. Im Zuge dessen wurden zahlreiche Sicherheitsrichtlinien etabliert, die die sichere Anwendung der Methoden in Forschung und klinischer Behandlung sicherstellen. Jedoch gibt es für Forschende und Behandelnde ethische Fragen in diesem Zusammenhang, die schwer zu beantworten sind; zum Beispiel:

  • Wo ist die Grenze zwischen Behandlung und Leistungssteigerung?
  • Wie sollte mit vulnerablen Gruppen wie beispielsweise älteren Personen oder Kindern umgegangen werden?
  • Sollte Hirnstimulation auch für Personen angewandt werden, die krankheitsbedingt nicht in der Lage sind einzuwilligen?
  • Welche Auswirkungen könnten Forschungsergebnisse außerhalb von klinischer Forschung und Behandlung auf dem freien Markt haben?

Zudem wurden in jüngerer Vergangenheit immer mehr Geräte und Anleitungen für die Nutzung der zugrundeliegenden Technologie entwickelt, die zu nicht-klinischen Anwendungszwecken wie kognitiver Leistungssteigerung genutzt werden sollen und deren Wirksamkeit häufig nicht wissenschaftlich bewiesen ist.

Ziel: Im Rahmen des Projekts soll gemeinsam mit Vertreter*innen aus Gesellschaft, Wissenschaft, Politik und Wirtschaft ein Code of Conduct für die Nutzung und Erforschung nicht-invasiver Hirnstimulation für die Europäische Union erstellt werden. Dieser Code of Conduct soll Forschende dazu befähigen, ihre eigene Forschung unter ethischen Gesichtspunkten zu reflektieren und gesetzgebende Instanzen dabei unterstützen, einen langfristig geltenden gesetzlichen Rahmen für die Nutzung und Vermarktung von nicht-invasiver Hirnstimulation zu entwickeln.

Vorgehen: Nach einer umfassenden Literaturrecherche wird in mehreren Workshops zunächst die Perspektive von Alltagsexpert*innen erhoben, die dann wiederum mit Fachexpert*innen aus unterschiedlichen relevanten Disziplinen diskutiert und weiterbearbeitet werden. Auf Grundlage dieser partizipativ erhobenen Ergebnisse wird dann ein Code of Conduct abgeleitet, der die unterschiedlichen Perspektiven berücksichtigen kann.
 

Kooperationen

  • Prof. Michal Lavidor, Abteilung für Psychologie, Bar Ilan Universität Israel
  • Prof. Dr. Christine von Arnim, Abteilung für Geriatrie, UMG
  • Prof. Dr. Michael Schittkowski, Augenklinik, UMG
  • Prof. Dr. Frank Petzke, Anästhesiologie, UMG
  • Dr. Roberto Goya-Maldonado, Inst. für Psychiatry, UMG
  • Prof. Ivana Rosenzweig, Head, Sleep and Brain Plasticity Centre, Department of Neuroimaging, IoPPN, King’s College London, UK
  • Prof. Dezso Nemeth, Lyon Neuroscience Research Center, Université Claude-Bernard Lyon, France
  • Prof. Gyula Kovacs, Biological Psychology and Cognitive Neurosciences, Institute of Psychology, Friedrich-Schiller-University of Jena
  • Prof. Marom Bikson, Department of Biomedical Engineering, The City College of New York, NY, USA

Forschungsgruppe

Die Gruppe umfasst neben der Leitung durch apl. Prof. Dr. Andrea Antal vier Studenten, die als Doktorand, Master-Absolvent, Erasmusstudent und studentische Hilfskraft an den o.g. Forschungsschwerpunkten arbeiten. Außerdem betreut Prof. Antal fünf Medizinstudenten bei ihrer Doktorarbeit.


LinkedIn

Leitung

Leitung

Prof. Antal Andrea

Kontaktinformationen

Team

Postdoc

Dr. Ivan Chakalov

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MSc, PhD Student

Lukas Diedrich

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Medizinstudent

Simon Eckardt

Kontaktinformationen

BSc, Master Student

Krisztian Iszak

Kontaktinformationen

Medizinische Doktorarbeit

Sarah Khalid

Kontaktinformationen

MSc, PhD Student

Perianen Ramasawmy

Kontaktinformationen

Studentische Hilfkraft

Jule Volbach

Kontaktinformationen

Postdoc

Dr. Elina Zmeykina

Kontaktinformationen

Aktuell laufende klinische Studien

Vorstellung der Studien und Kontaktmöglichkeiten

Wege um die kognitiven Fähigkeiten bei gesunden Probanden und Patienten mit leicht kognitiven Störungen zu verbessern – Vom Training bis zur nicht-invasiven Gehirnstimulation

Beschreibung:

In dieser Studie sollen die Effekte eines Elektrostimulationsverfahrens auf die kognitiven Fähigkeiten von Personen mit leichten kognitiven Störungen im Vergleich zu gesunden Probanden getestet werden. Leichte kognitive Störungen gehen mit einem erhöhten Risiko einher, an einer Demenz zu erkranken. Eine frühzeitige Diagnostik und Intervention erscheint daher sinnvoll.

Die kognitiven Fähigkeiten werden vor Beginn der Stimulation, nach Ende der Stimulationsphase (16 Stimulationen während 6 Wochen) und 18 Wochen später getestet und miteinander verglichen.

 

Studienverantwortlicher: Lukas Diedrich

 

Kontakt für Probanden:

0551 39 12631 (Montags und Dienstags von 10:00 - 12:00)

neurologie.nbs-studie@med.uni-goettingen.de

 

 

Ist die gleichzeitige Achtsamkeitsmeditation und transkranielle Gleichstromstimulation bei der Behandlung von Fibromyalgie wirksam? Eine Pilotstudie.

 

Beschreibung:

Im Laufe der Jahrzehnte hat die wissenschaftliche Evidenz, die die therapeutische Wirkung der Achtsamkeitsmeditation bei der Schmerzlinderung bei Patienten mit Fibromyalgie belegt, sprunghaft zugenommen. Auch die Anwendung nicht-invasiver transkranieller elektrischer Stimulation durch den Schädel über mehrere aufeinanderfolgende Tage hat sich als schmerzlindernd und lebensverbessernd für die Patienten erwiesen. Eines der Probleme bei den üblichen Stimulationsprotokollen, sind die kurz anhaltenden therapeutischen Effekte nach der Stimulation. Diese Studie zielt darauf ab, die gegenwärtig angewandten Stimulationstechniken durch Anwendung transkranieller elektrischer Stimulation in Kombination mit Achtsamkeitsmeditation zur Behandlung von Schmerzen und anderen mit Schmerzen verbundenen Symptomen zu verbessern. In dieser klinischen Studie umfasst die Behandlung 10 tägliche 20-minütige Sitzungen transkranieller elektrischer Stimulation mit sehr niedrigem Strom, wobei die positive Elektrode auf der Kopfhaut über dem an der Bewegung beteiligten Hirnareal und die negative Elektrode auf der rechten Stirn platziert wird. Vor der Stimulationswoche erhalten die Teilnehmer eine Schulung, wie sie mit Achtsamkeitstechniken meditieren können. Darüber hinaus werden wir die Erregbarkeit des Gehirns mittels nicht-invasiver transkranialer Magnetstimulation vor, unmittelbar nach und vier Wochen nach der Stimulationsbehandlung messen, um die Veränderungen in der Stärke der Verbindungen zwischen den Zellen im Gehirn besser zu verstehen.

 

Studienverantwortlicher: Perianen Ramasawmy

 

Kontakt für Probanden:

0551 39 12631 (Montags und Dienstags von 10:00 - 12:00)

neurologie.nbs-studie(at)med.uni-goettingen.de

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