Polarity-dependent effects of 400 Hz cortico-cerebellar pulsed current stimulation on corticospinal excitability and hand dexterity: A pilot randomized crossover study

Stellen Sie sich vor, Ihr Gehirn ist eine geschäftige, hochtechnologische Stadt, in der Milliarden winziger Boten auf elektrischen Autobahnen entlangsausen und Befehle an Ihre Muskeln übermitteln. Manchmal möchte man einen bestimmten Teil der Stadt ein wenig anstupsen – zum Beispiel, um die Hand schneller oder kräftiger bewegen zu lassen. Wissenschaftler haben Werkzeuge entwickelt, um genau das zu tun, indem sie sanfte elektrische Ströme nutzen, um das Gehirn zu „kitzeln“, ohne dass eine Operation erforderlich ist. Eine beliebte Methode ist wie ein stetiger, langsamer Regenschauer aus Elektrizität (genannt tDCS), während eine andere einem rhythmischen Trommelschlag gleicht (genannt tACS). Aber es gibt ein neueres, auffälligeres Werkzeug namens transkranielle gepulste Stromstimulation (tPCS). Denken Sie bei tPCS an eine Rapid-Fire-Maschinengewehr-Maschine aus elektrischen Pulsen, die so schnell feuert (400 Mal pro Sekunde in dieser Studie), dass sie möglicherweise andere Teile des Netzwerks Ihres Gehirns aufweckt als die langsameren Methoden.

Die große Frage, die sich Wissenschaftler stellen, ist: Spielt es eine Rolle, in welche Richtung man die elektrische „Kanone“ richtet? In der Welt der Elektrizität kommt es auf die Richtung an. Wenn man den Strom in die eine Richtung drückt, schaltet man vielleicht ein Licht an; drückt man ihn in die andere Richtung, schaltet man es vielleicht aus. Diese Studie konzentriert sich auf eine spezifische Verbindung in der Stadt des Gehirns: die Autobahn zwischen dem Motorischen Kortex (dem Rathaus der Stadt, das Ihre Bewegungen plant) und dem Kleinhirn (dem Kontrollturm des Verkehrs, der Ihre Koordination verfeinert). Forscher wollten sehen, ob das Zappen dieser beiden Bereiche mit 400-Hz-Pulsen in unterschiedlichen Richtungen die Geschicklichkeit der Hand einer Person und die „Erregbarkeit“ ihrer Bewegungssignale verändern könnte.

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Das Experiment: Den Schalter umlegen

In dieser Pilotstudie lud ein Team von Forschern der Monash University und der Federation University 26 gesunde, rechtshändige junge Erwachsene in ihr Labor ein. Sie wollten zwei verschiedene „Polaritäts“-Aufbauten testen, indem sie ein Gerät verwendeten, das 40

Den Aufbau kann man sich wie eine Batterie mit einem positiven (+) und einem negativen (-) Ende vorstellen. Die Forscher platzierten Elektroden an zwei Stellen: dem Motorischen Kortex (M1), der direkt über dem Ohr liegt und die Handbewegungen steuert, und dem Kleinhirn (CB), das sich am Hinterkopf befindet und bei der Balance sowie der Präzision hilft.

Sie testeten drei Szenarien:

1. Der „Go“-Aufbau (M1+/CB−): Der positive Pol war auf dem Motorischen Kortex und der negative Pol auf dem Kleinhirn.
2. Der „Stop“-Aufbau (M1−/CB+): Sie drehten es um! Der negative Pol kam auf den Motorischen Kortex und der positive auf das Kleinhirn.
3. Der „Fake“-Aufbau (Sham): Dieser sah genauso aus und fühlte sich exakt so an wie das echte Szenario für die ersten und letzten 30 Sekunden, aber die Maschine schaltete sich für die mittleren 19 Minuten aus. Dies diente dazu, sicherzustellen, dass die Teilnehmer nicht nur besser wurden, weil sie dachten, dass sie gezappt würden.

Jede Person testete alle drei Aufbauten an verschiedenen Tagen, mit mindestens 48 Stunden Pause dazwischen, damit das Gehirn zurückgesetzt werden konnte. Vor und unmittelbar nach jeder Sitzung maßen sie zwei Dinge:

• Gehirnleistung: Sie verwendeten einen Magnethammer (transkranielle Magnetstimulation, oder TMS), um den motorischen Kortex anzutippen und zu sehen, wie stark das elektrische Signal war, wenn es zu den Handmuskeln wanderte. Sie überprüften auch die internen „Bremsen“ und „Gaspedale“ (Hemmung und Fazilitation) des Gehirns.
• Handgeschicklichkeit: Die Teilnehmer spielten den Purdue Pegboard-Test, ein klassisches Spiel, bei dem man winzige Metallstifte aufheben und so schnell wie möglich in Löcher stecken muss.

Die Ergebnisse: Ein Weg funktioniert, der andere nicht

Die Studie ergab, dass die Richtung des elektrischen Flusses eine große Rolle spielte und wie ein Schalter fungierte, der die Signale des Gehirns entweder verstärken oder dämpfen konnte.

Der „Go“-Aufbau (M1+/CB−) war der Gewinner.
Als der positive Pol auf dem Motorischen Kortex und der negative auf dem Kleinhirn lag, erhielt das „Gaspedal“ des Gehirns einen massiven Schub.

• Gehirnsignale: Die elektrischen Signale, die vom Gehirn zur Hand wanderten, wurden signifikant stärker. Auch das interne „Gaspedal“ des Gehirns (die sogenannte kortikale Fazilitation) wurde hochgefahren.
• Handgeschicklichkeit: Die Teilnehmer wurden beim Pegboard-Spiel merklich schneller. Im Durchschnitt beendeten sie die Aufgabe 2,4 Sekunden schneller nach dieser spezifischen Stimulation im Vergleich zur Fake-Sitzung.
• Das Gefühl: Es war sicher und gut verträglich. Die meisten Menschen spürten nur ein leichtes Kribbeln, wie einen sanften statischen Schlag, ohne Kopfschmerzen oder Schmerzen.

Der „Stop“-Aufbau (M1−/CB+) war für die Leistung ein Reinfall.
Als sie die Pole vertauschten und den negativen Pol auf den Motorischen Kortex setzten, waren die Ergebnisse im Hinblick auf die Leistungssteigerung das Gegenteil dessen, was sie erhofft hatten.

• Gehirnsignale: Die elektrischen Signale zur Hand wurden tatsächlich schwächer. Der Output des Gehirns sank.
• Handgeschicklichkeit: Im Gegensatz zum „Go“-Aufbau führte dies nicht dazu, dass die Teilnehmer schneller wurden. Da die Gehirnsignale schwächer waren, verbesserte sich ihre Handgeschwindigkeit überhaupt nicht.
• Das Gefühl: Genau wie beim ersten Aufbau war es sicher und verursachte keine größeren Beschwerden.

Der „Fake“-Aufbau (Sham) änderte gar nichts.
Wie erwartet änderte die Sitzung, in der die Maschine größtenteils ausgeschaltet war, weder die Gehirnsignale noch die Handgeschwindigkeit. Dies bestätigte, dass die Verbesserungen im „Go“-Setup real waren und durch die Elektrizität verursacht wurden, nicht nur durch die Hoffnung der Teilnehmer.

Was dies bedeutet (und was es nicht bedeutet)

Die Forscher bezeichnen diese Arbeit vorsichtig als eine Pilotstudie, was bedeutet, dass dies ein erster Schritt ist, um zu sehen, ob die Idee funktioniert und um Hinweise für größere Experimente zu sammeln. Sie behaupten nicht, dass sie die motorische Rehabilitation bereits gelöst haben. Die Ergebnisse legen jedoch nahe, dass 40-Hz tPCS ein polaritätsabhängiges Werkzeug ist.

Wenn man den motorischen Kortex aktivieren und potenziell jemandem helfen möchte, sich besser zu bewegen, scheint es der richtige Weg zu sein, den positiven Pol auf das Gehirn und den negativen auf das Kleinhirn zu richten. Es ist, als würde man ein Radio auf die richtige Frequenz und Richtung abstimmen, um ein klares Signal zu erhalten. Auf der anderen Seite scheint das Umkehren der Pole das Signal leiser zu machen, was nützlich sein könnte bei Zuständen, in denen das Gehirn zu aktiv ist – aber das ist eine Geschichte für zukünftige Forschung.

Die Studie hebt auch hervor, dass hochfrequente Pulse (400 Hz) möglicherweise anders wirken als die langsameren, stetigen Ströme, die Wissenschaftler seit Jahren verwenden. Es ist eine neue Art des „Gehirn-Anstupsens“, die eines Tages Schlaganfallpatienten oder Menschen mit Bewegungsstörungen helfen könnte, aber für den Moment ist es nur ein sehr vielversprechender Hinweis darauf, dass die Richtung der Elektrizität genauso wichtig ist wie die Elektrizität selbst.