Transkranielle Gleichstromstimulation

Die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) (engl. Transcranial direct current stimulation) ist ein nichtinvasives, schmerzfreies und komplett reversibles Verfahren zur Elektrostimulation des Gehirns.[1] Dabei wird über auf der Kopfhaut angebrachten Elektroden Gleichstrom appliziert, wodurch die kortikale Erregbarkeit und die neuronale Aktivität verändert werden.

Die anodische (b) und die katodische (c) Elektrode sind für die tDCS-Behandlung am Kopf der Testperson angebracht. Zur Fixierung und zur Erhöhung der Reproduzierbarkeit (Verringerung des Widerstands) wird ein Kopfband (d) und ein Gummiband (e) verwendet.

Die tatsächliche intrakraniell erzielte Stromdichte entspricht in etwa 50 % des ursprünglichen Stroms.[2] Die Ausrichtung und die Zeitspanne der kortikalen Aktivierungen hängen von der Polarität, der Intensität und der Dauer der durchgeführten Stimulation ab.[3] Bei einer anodalen Stimulation mit einer festgelegten Stromdichte von 2 mA, dabei entspricht die intrakranielle Stimulation circa 1 mA[2], über eine Dauer von 20 Minuten ist die kortikale Aktivierung noch bis zu 90 Minuten nach der tDCS festzustellen.[4]

Durch die tDCS erfolgt eine Depolarisierung der Nervenzellmembrane. Die Stimulation moduliert die spontanen Aktivierungen der Neuronen in Folge einer Veränderung des Ruhemembranpotentials und führt entweder zu einer Aktivierung oder zu einer Inhibierung des Areals[5]. Die transkranielle Gleichstromstimulation eignet sich also für die spontane Modulation kortikaler Aktivität.[6] Eine anodale tDCS wirkt sich aktivierend auf das stimulierte Areal aus.[7][8][3]

Außerdem wird die tDCS von den Probanden auf Grund geringer Risiken, verglichen mit Transkranieller Magnetstimulation (TMS) besser angenommen. Bei der TMS kann es hingegen zur Auslösung eines epileptischen Anfalls kommen. Dieses Risiko besteht bei der tDCS nicht. Darüber hinaus eignet sich die transkranielle Gleichstromstimulation sehr gut für ein Doppelblind-Design.[9][10] Anhand im Vorfeld programmierter Stimulationscodes ist weder der Testleiter noch der Proband über die Art der Stimulation informiert.

Die tDCS setzt sich auch im Leistungssport durch, da sich durch die beschleunigte Nervenleitgeschwindigkeit auch die Schnellkraft-Leistung z. B. bei Sprüngen signifikant verbessern lässt.[11] Die Wirkung scheint dabei auf maximal 30 Minuten beschränkt. Dies erschwert den Einsatz bei Wettkämpfen. Das Verfahren wird dementsprechend vor allem zu Trainingszwecken angewandt.[12]

Siehe auch

Einzelnachweise

Nitsche, M. A., & Paulus, W. (2000). Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. In: The Journal of Physiology, 527(Pt 3), 633–639. doi:10.1111/j.1469-7793.2000.t01-1-00633.x
Nitsche, M. A., & Paulus, P. D. W. (2007). Transkranielle Gleichstromstimulation. In P. D. med H. R. Siebner & P. D. med U. Ziemann (Eds.), Das TMS-Buch (pp. 533–542). Springer Berlin Heidelberg. doi:10.1007/978-3-540-71905-2_53
Nitsche, M. A., Nitsche, M. S., Klein, C. C., Tergau, F., Rothwell, J. C., & Paulus, W. (2003). Level of action of cathodal DC polarisation induced inhibition of the human motor cortex. In: Clinical Neurophysiology, 114(4), 600–604. doi:10.1016/S1388-2457(02)00412-1
Batsikadze, G., Moliadze, V., Paulus, W., Kuo, M.-F., & Nitsche, M. A. (2013). Partially non-linear stimulation intensity-dependent effects of direct current stimulation on motor cortex excitability in humans. In: The Journal of Physiology, 591(Pt 7), 1987–2000. doi:10.1113/jphysiol.2012.249730
Antal, A., & Paulus, W. (2008). Transcranial direct current stimulation and visual perception. In: Perception, 37(3), 367 – 374. doi:10.1068/p5872
M.A. Nitsche et al.: Transcranial direct current stimulation: State of the art. In: Brain Stimulation. Volume 1, Issue 3, 2008, S. 206–223. doi:10.1016/j.brs.2008.06.004
Antal, A., Kincses, T. Z., Nitsche, M. A., Bartfai, O., & Paulus, W. (2004). Excitability Changes Induced in the Human Primary Visual Cortex by Transcranial Direct Current Stimulation: Direct Electrophysiological Evidence. In: Investigative Ophthalmology & Visual Science, 45(2), 702–707. doi:10.1167/iovs.03-0688
Javadi, A. H., & Walsh, V. (2012). Transcranial direct current stimulation (tDCS) of the left dorsolateral prefrontal cortex modulates declarative memory. In: Brain Stimulation, 5(3), 231–241. doi:10.1016/j.brs.2011.06.007
Cattaneo et al., 2011
Gandiga, Hummel, & Cohen, 2006
Arnd Krüger: Schnellere Schnellkraft, in: Leistungssport 47 (2017), 4, 31-32.
Tanaka, S., Hanakawa, T., Honda, M. et al. (2009), Enhancement of pinch force in the lower leg by anodal transcranial direct current stimulation, Exp. Brain Res., 196 (3), 459-465.

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[1] Nitsche, M. A., & Paulus, W. (2000). Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. In: The Journal of Physiology, 527(Pt 3), 633–639. doi:10.1111/j.1469-7793.2000.t01-1-00633.x

[Nitsche_&_Paulus,_2007-2] Nitsche, M. A., & Paulus, P. D. W. (2007). Transkranielle Gleichstromstimulation. In P. D. med H. R. Siebner & P. D. med U. Ziemann (Eds.), Das TMS-Buch (pp. 533–542). Springer Berlin Heidelberg. doi:10.1007/978-3-540-71905-2_53

[Nitsche_2003-3] Nitsche, M. A., Nitsche, M. S., Klein, C. C., Tergau, F., Rothwell, J. C., & Paulus, W. (2003). Level of action of cathodal DC polarisation induced inhibition of the human motor cortex. In: Clinical Neurophysiology, 114(4), 600–604. doi:10.1016/S1388-2457(02)00412-1

[4] Batsikadze, G., Moliadze, V., Paulus, W., Kuo, M.-F., & Nitsche, M. A. (2013). Partially non-linear stimulation intensity-dependent effects of direct current stimulation on motor cortex excitability in humans. In: The Journal of Physiology, 591(Pt 7), 1987–2000. doi:10.1113/jphysiol.2012.249730

[5] Antal, A., & Paulus, W. (2008). Transcranial direct current stimulation and visual perception. In: Perception, 37(3), 367 – 374. doi:10.1068/p5872

[6] M.A. Nitsche et al.: Transcranial direct current stimulation: State of the art. In: Brain Stimulation. Volume 1, Issue 3, 2008, S. 206–223. doi:10.1016/j.brs.2008.06.004

[7] Antal, A., Kincses, T. Z., Nitsche, M. A., Bartfai, O., & Paulus, W. (2004). Excitability Changes Induced in the Human Primary Visual Cortex by Transcranial Direct Current Stimulation: Direct Electrophysiological Evidence. In: Investigative Ophthalmology & Visual Science, 45(2), 702–707. doi:10.1167/iovs.03-0688

[8] Javadi, A. H., & Walsh, V. (2012). Transcranial direct current stimulation (tDCS) of the left dorsolateral prefrontal cortex modulates declarative memory. In: Brain Stimulation, 5(3), 231–241. doi:10.1016/j.brs.2011.06.007

[9] Cattaneo et al., 2011

[10] Gandiga, Hummel, & Cohen, 2006

[11] Arnd Krüger: Schnellere Schnellkraft, in: Leistungssport 47 (2017), 4, 31-32.

[12] Tanaka, S., Hanakawa, T., Honda, M. et al. (2009), Enhancement of pinch force in the lower leg by anodal transcranial direct current stimulation, Exp. Brain Res., 196 (3), 459-465.