Der Neuropsychologe Ángel Carrasco Jacome untersucht, wie EMT und tDCS in der Neurorehabilitation an die neurophysiologischen Bedürfnisse jeder Lebensphase angepasst werden können.
Die EMT und tDCS in der Neurorehabilitation stellen die Speerspitze der nichtinvasiven Hirnstimulation dar und ermöglichen es, die neuronale Aktivität ambulant und sicher zu modulieren, um verschiedene neurologische Funktionsstörungen zu behandeln. Durch unterschiedliche Mechanismen – EMT mithilfe fokaler Magnetfelder und tDCS mithilfe eines schwachen Gleichstroms – fördern diese Verfahren die Neuroplastizität und die funktionelle Neuorganisation der Verbindungen im Gehirn.
Was ist Neurostimulation in der Neurorehabilitation?
Neurostimulation ist eine Gruppe nichtinvasiver therapeutischer Verfahren (die auf der Anwendung magnetischer oder elektrischer Impulse beruhen), die ambulant durchgeführt werden können und darauf abzielen, die Gehirnaktivität zu modulieren.
Diese Verfahren wurden in den vergangenen Jahren intensiv untersucht, um neurologische Funktionsstörungen (der Konnektivität sowie der Aktivierung oder Hemmung bestimmter Hirnareale) zu behandeln, etwa Blasen- und Darmkontrollstörungen, Einschränkungen der Extremitätenbeweglichkeit, die Wiederherstellung der Sprache nach einem Schlaganfall, Depressionen und Zwangsstörungen sowie weitere Syndrome und Störungen, die Menschen über den gesamten Lebenszyklus hinweg betreffen (Sabé et al., 2024).
Welche Hirnstimulationsverfahren werden in der klinischen Praxis am häufigsten eingesetzt?
Die am besten untersuchten ambulant eingesetzten Hirnstimulationsverfahren sind die transkranielle Magnetstimulation (EMT) und die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS).
Wie wirkt EMT auf die Großhirnrinde?
Bei der transkraniellen Magnetstimulation (EMT oder TMS) kommen je nach Anwendung und erforderlicher Behandlungsgenauigkeit Spulen unterschiedlicher Form zum Einsatz. Diese erzeugen Magnetfelder hoher Intensität und kurzer Dauer, die die Kopfhaut durchdringen und auf die Großhirnrinde (neuronales Gewebe) einwirken. Dadurch entstehen elektrische Ströme im behandelten Bereich und eine direkte erregende oder hemmende Modulation der Neuronen , die an bestimmten Orten und in bestimmten Netzwerken Aktionspotenziale auslöst oder reduziert (Klomjai et al., 2015).
Bei der EMT können drei Arten von Impulsen angewendet werden, mit denen sich Hirnareale auf unterschiedliche therapeutische Weise behandeln lassen. Eine der häufigsten Modalitäten in der therapeutischen Anwendung ist die repetitive transkranielle Magnetstimulation (EMTr), bei der Impulszüge mit bestimmten Frequenzen erzeugt werden, um lang anhaltende modulierende Effekte und möglichst stabile Veränderungen in den Hirnnetzwerken zu erreichen. Es handelt sich um ein Verfahren mit hoher Anwendungspräzision, insbesondere wenn Instrumente wie Neuronavigation oder funktionelle bildgebende Verfahren eingesetzt werden, mit denen die zu modulierenden Netzwerke entsprechend den gemeinsam mit dem multidisziplinären Team festgelegten Therapiezielen lokalisiert werden können.
Wie beeinflusst tDCS die neuronale Aktivität?
In diesem Zusammenhang ist auch die transkranielle Gleichstromstimulation (ETCD oder tDCS) zu nennen. Sie ermöglicht die Anwendung eines schwachen Gleichstroms mit einer elektrischen Stärke von 1 bis 4 Milliampere. Das Verfahren gilt als sehr sicher, besitzt jedoch ausreichende Wirkung, um Veränderungen der Gehirnaktivität herbeizuführen, indem es die Reizschwellen verändert. Die einfache Anordnung besteht aus einer Anode (sie depolarisiert das Membranpotenzial und erzeugt dadurch neuronale Aktivität) und einer Kathode (sie hyperpolarisiert das Neuron oder hemmt es). Im Gegensatz zur EMT moduliert ETCD beziehungsweise tDCS, ohne ein neuronales Aktionspotenzial auszulösen, und weist eine geringe räumliche Präzision auf (Huang & Liu, 2025).
Um diese Einschränkung zu überwinden, gibt es HD-tDCS-Varianten (hochauflösende tDCS), die mehrere Elektroden verwenden, um die Behandlung auf lokale Netzwerke zu fokussieren.
Wichtigste klinische Anwendungen von EMT und tDCS in der Neurorehabilitation
Diese Verfahren zielen darauf ab, spezifische Veränderungen in den Hirnschaltkreisen herbeizuführen, indem sie Kalziumkanäle aktivieren, die Durchblutung verbessern und die Angiogenese stimulieren. Außerdem verstärken sie die zerebrale Immunantwort durch neurotrophe Faktoren, die die Neuroplastizität aktivieren. Dies ermöglicht eine funktionelle und architektonische Neuorganisation der neuronalen Verbindungen und erleichtert die Entwicklung von Fähigkeiten sowie die Wiederherstellung kognitiver Funktionen, um die Lebensqualität zu verbessern.
Daher liegt das Potenzial der Neuromodulation als neuropsychologisches Instrument in einer Intervention, die den strukturellen „Gerüst“-Rahmen stärkt. In diesem Rahmen können spezifische therapeutische Maßnahmen, Rehabilitation und die Wiederherstellung der Lebensqualität wirksamer umgesetzt, die Genesungszeit verkürzt und die Prozesse der spontanen Erholung des Gehirns mit allen verfügbaren Mitteln unterstützt werden – ebenso wie das neuronale Pruning im frühen Alter und die Wiederherstellung bereits etablierter neuronaler Netzwerke bei älteren Erwachsenen.
Dies wirft eine Frage auf, die klinische und therapeutische Studien nach und nach beantwortet haben. Ist es sinnvoll, bei einem Kind dieselbe Art der Hirnstimulation anzuwenden wie bei einem älteren Erwachsenen? Die eindeutige Antwort lautet nein, denn jeder Fall hat spezifische Bedürfnisse – insbesondere unter Berücksichtigung der neurophysiologischen Anforderungen jeder Lebensphase.
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EMT und tDCS über den gesamten Lebenszyklus
Ausgehend von der Prämisse, dass die Plastizität des Gehirns ein lebenslang andauernder Prozess ist, zeigen neurowissenschaftliche Untersuchungen, dass dieser Prozess in den ersten Lebensjahren aktiver ist. Im Erwachsenenalter kommt es zu einer Phase der Stabilität und Veränderung, die von starken oder belastenden äußeren Faktoren abhängt. Im höheren Erwachsenenalter ist diese Plastizität zwar deutlich reduziert, besitzt jedoch weiterhin das Potenzial, Reaktionen neuronaler Netzwerke zu entwickeln, ein Gleichgewicht der neuronalen Aktivität herzustellen und auf Netzwerke zuzugreifen, die auf bestimmte Funktionen spezialisiert sind.
EMT und tDCS bei Kindern
Im Kindesalter führen die neurologischen Bedingungen – eine hohe dendritische Synapsendichte (aktives neuronales Pruning), aktive Myelinisierungssysteme durch die Spezialisierung von Fähigkeiten, der Abbau von Reflexen und die Entwicklung kognitiver Funktionen sowie die hohe, an Übung und Erfahrung in bestimmten Situationen und Fähigkeiten gebundene neuronale Anpassungsfähigkeit – dazu, dass diese Phase besonders empfänglich für therapeutische Reaktionen ist. Diese sollten stets über progressive, konservative und kontrollierte Protokolle erfolgen, die ein Gleichgewicht zwischen hemmender und aktivierender Modulation und der Entwicklung von Hirnnetzwerken entsprechend dem prototypischen und synchronen Verlauf der Neuroentwicklung herstellen und dabei den therapeutischen Bedürfnissen Rechnung tragen, die sich aus Reife- oder Funktionsproblemen ergeben.
EMT und tDCS ermöglichen einen netzwerkorientierten Ansatz im Rahmen eines entwicklungsbezogenen Therapieverlaufs. Dabei können zunächst die somatosensorische Regulation, Aufmerksamkeitsnetzwerke und die Sprache und anschließend exekutive Netzwerke, das Default-Mode-Netzwerk und Netzwerke zur emotionalen Unterstützung moduliert werden, um die typische chronologische Entwicklung nachzubilden und Entwicklungsunterschiede bei Fähigkeiten und Fertigkeiten zu verringern.
Ein anschauliches Beispiel ist die Intervention bei der Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (TDAH) (Leffa et al., 2022). Sie ermöglicht die Arbeit an Aufmerksamkeitsnetzwerken, die Leistung und Anpassung im schulischen und familiären Umfeld verbessern, gefolgt von der Arbeit an Bereichen der Emotionsregulation zur therapeutischen Vermittlung von Strategien der Selbstregulation und Metakognition.
EMT und tDCS bei Erwachsenen
Im Erwachsenenalter spielen die Stabilität und Spezialisierung bereits festgelegter Hirnareale sowie das Potenzial der neuronalen Plastizität eine wichtige Rolle. Dadurch sind therapeutische Anwendungsprotokolle stärker von den spezifischen Symptomen abhängig, die behandelt werden sollen, da die Effekte stärker auf fokale Behandlungsbereiche mit günstigen Reaktionen begrenzt sind.
Repräsentative Beispiele für diese Lebensphase sind Protokolle bei Depressionen, Zwangsstörungen, neuropathischen Schmerzen, leichter kognitiver Beeinträchtigung und der Sprachrehabilitation nach einem Schlaganfall, die eine hohe Reproduzierbarkeit und signifikante Vorteile für die Patienten aufweisen. Dies ist auf die für das Erwachsenenalter charakteristische funktionelle Anpassungsfähigkeit und Optimierung der kognitiven Leistungsfähigkeit zurückzuführen.
EMT und tDCS bei älteren Erwachsenen
Im höheren Erwachsenenalter führen der Abbau kognitiver Fähigkeiten, die Verringerung des Hirnvolumens sowie die Abnahme der Leitungs- und Verarbeitungsgeschwindigkeit – die, wie heute bekannt ist, durch zwei wichtige Faktoren, nämlich die zerebrale und die kognitive Reserve, mitbestimmt werden – dazu, dass diese Lebensphase bei neurodegenerativen Erkrankungen oder kognitivem Abbau eine kontinuierliche Neurostimulation über längere Zeiträume erfordert. Wiederholung ist dabei ein wesentlicher Faktor. Die kumulative Wirkung der Sitzungen ermöglicht es, die gleichzeitige Aktivierung von Netzwerken aktiv wiederherzustellen, den Verlust von Fähigkeiten zu bremsen und durch die geringe verbleibende Plastizität des Gehirns Stabilität anzustreben.
Diese Prozesse ermöglichen es, verbliebene oder dysfunktionale Hirnnetzwerke zu stärken und dadurch den kognitiven Abbau sowie die Verlangsamung auszugleichen. So kann der Krankheitsverlauf besser bewältigt und der Erhalt von Selbstständigkeit, Funktionsfähigkeit und Lebensqualität möglichst lange unterstützt werden.
Bei älteren Erwachsenen verfolgt die Neuromodulation zwei zentrale Ziele: die Verbesserung der zerebralen Reserve als Präventionsstrategie bei älteren Erwachsenen mit familiärer Vorbelastung für neurodegenerative Erkrankungen, chronischen Erkrankungen wie Bluthochdruck oder Diabetes oder einer Vorgeschichte von Depressionen oder anderen neurologischen beziehungsweise psychiatrischen Erkrankungen. Ziel ist es, den Abbau auszugleichen, den Verlust von Fähigkeiten zu bremsen und die Selbstständigkeit möglichst lange zu erhalten (Chou Y, 2022).
Wie lässt sich ein Hirnstimulationsprogramm mit EMT und tDCS entwickeln?
Ein Hirnstimulationsprogramm sollte wesentliche Schritte berücksichtigen und alle verfügbaren Informationen einbeziehen, um die Behandlung so weit wie möglich zu individualisieren und an die erwarteten und erreichbaren Therapieziele anzupassen (Rossi et al., 2021).
- Das Alter des Patienten ist ein Schlüsselfaktor für die Art der Behandlung und das Stimulationsprinzip: In jüngeren Jahren kommen netzwerkorientierte hemmende und erregende Interventionen zum Einsatz; im mittleren Erwachsenenalter sollten die Protokolle stärker fokussiert sein und auf erwartete Reaktionen abzielen; im höheren Alter steht die Arbeit an Netzwerken im Vordergrund, um Fähigkeiten wiederherzustellen und die zerebrale sowie kognitive Reserve zu verbessern.
- Die Ziele sollten sich an Verhaltensweisen und an Verlaufsprotokollen orientieren: In jüngeren Jahren sollten die Intensitäten entsprechend dem Verlauf niedrig beginnen und schrittweise gesteigert werden; im Erwachsenenalter ist die Intensität stabil und auf das Erreichen von Ergebnissen ausgerichtet; im höheren Alter sollte die Intensität anhand der zu rehabilitierenden kognitiven Fähigkeit oder des zu stärkenden Netzwerks festgelegt werden.
- Auch die Anwendungsdauer folgt einem zeitlichen Verlauf: wenige Minuten in jüngeren Jahren (10 bis 30 Minuten im Kindesalter) und im Erwachsenenalter sowie im höheren Erwachsenenalter Protokolle mit einer Dauer von bis zu 60 Minuten.
- Die Planung der Stimulations- und therapeutischen Ruhephasen: Die Ruhephasen sind ebenso wichtig wie die Stimulationsphasen, da der Verlauf und die Anpassungsfähigkeit des gesamten neuronalen Kreislaufs sowie der bearbeiteten und zunächst nicht bearbeiteten Netzwerke bewertet werden müssen. Dies ermöglicht es, die gesamte Reichweite der Behandlung zu beurteilen.
Fazit
Zusammenfassend ist die Neuromodulation eine geeignete unterstützende Methode für einen ganzheitlicheren Interventionsansatz. Sie muss entsprechend den Bedürfnissen (Anzeichen und Symptome) jedes Patienten unter Berücksichtigung aller möglichen Variablen geplant, überwacht und gestaltet werden.
Literaturverzeichnis
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- Leffa, D. T., Grevet, E. H., Bau, C. H. D., Schneider, M., Ferrazza, C. P., da Silva, R. F., Miranda, M. S., Picon, F., Teche, S. P., Sanches, P., Pereira, D., Rubia, K., Brunoni, A. R., Camprodon, J. A., Caumo, W., & Rohde, L. A. (2022). Transcranial direct current stimulation for child and adolescent attention-deficit/hyperactivity disorder: A randomized clinical trial. JAMA Psychiatry, 79(9), 847–856. https://doi.org/10.1001/jamapsychiatry.2022.2055
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- Ye, H., Dima, M., Hall, V., & Hendee, J. (2024). Cellular mechanisms underlying carry-over effects after magnetic stimulation. Scientific Reports, 14(1), 5167. https://doi.org/10.1038/s41598-024-55915-8
Häufig gestellte Fragen zu EMT und tDCS in der Neurorehabilitation
1. Was ist Neurostimulation im Bereich der Neurorehabilitation?
Neurostimulation ist eine Gruppe nichtinvasiver therapeutischer Verfahren (die auf der Anwendung magnetischer oder elektrischer Impulse beruhen), die ambulant durchgeführt werden können und darauf abzielen, die Gehirnaktivität zu modulieren. Diese Verfahren wurden intensiv untersucht, um neurologische Funktionsstörungen (der Konnektivität sowie der Aktivierung oder Hemmung bestimmter Hirnareale) zu behandeln, etwa Blasen- und Darmkontrollstörungen, Einschränkungen der Extremitätenbeweglichkeit, die Wiederherstellung der Sprache nach einem Schlaganfall, Depressionen und Zwangsstörungen sowie weitere Syndrome und Störungen, die Menschen über den gesamten Lebenszyklus hinweg betreffen.
2. Welche klinischen Unterschiede bestehen zwischen EMT und tDCS in der Neurorehabilitation?
Die transkranielle Magnetstimulation (EMT) ermöglicht eine fokalere und tiefere Hirnstimulation und ist daher besonders für spezifische klinische Protokolle wie bei Depressionen oder zur Erholung nach einem Schlaganfall geeignet. Die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) hat dagegen eine diffusere Wirkung und wird häufig als ergänzende unterstützende Methode in der kognitiven Rehabilitation eingesetzt.
3. Wann ist der Einsatz von EMT oder tDCS zur Neurostimulation angezeigt?
Die Indikation für diese nichtinvasiven Therapien hängt unmittelbar vom angestrebten Therapieziel, der Erkrankung des Patienten und dem an der Funktionsstörung beteiligten Hirnnetzwerk ab. Derzeit werden sie erfolgreich bei Schlaganfall, TDAH, Depressionen, Zwangsstörungen (TOC), kognitivem Abbau und neuropathischen Schmerzen eingesetzt.
4. Ist nichtinvasive Hirnstimulation bei Kindern sicher?
Ja, Neurostimulation ist bei Kindern sicher, sofern sie nach streng kontrollierten klinischen Protokollen durchgeführt und an die Bedürfnisse der Neuroentwicklung angepasst wird. Bei Kindern werden niedrige und schrittweise gesteigerte Intensitäten eingesetzt, um die Sicherheit der Behandlung zu gewährleisten.
5. Wie viele Neuromodulationssitzungen mit EMT oder tDCS sind nötig, um Ergebnisse zu sehen?
Die therapeutischen Effekte von EMT und tDCS zeigen sich meist nach mehreren aufeinanderfolgenden Sitzungen. Die genaue Anzahl variiert je nach klinischem Ziel des Patienten; Standardprotokolle umfassen jedoch häufig 10 bis 30 Behandlungssitzungen.
6. Lassen sich EMT oder tDCS mit kognitiver Rehabilitation kombinieren?
Ja, tatsächlich ist die Kombination beider Verfahren in der klinischen Praxis am empfehlenswertesten. Die gemeinsame Anwendung von Neuromodulation und kognitivem Training verstärkt die therapeutischen Effekte und verbessert deutlich die Übertragung der wiedererlangten Fähigkeiten in den Alltag des Patienten.
7. Wie beeinflusst das Alter die Reaktion auf die Hirnstimulation?
Das Alter ist ein entscheidender Faktor, da es den Zustand der Plastizität des Gehirns beeinflusst. Bei Kindern ist die therapeutische Reaktion meist schneller, bei Erwachsenen sind die Effekte fokussierter, und bei älteren Erwachsenen sind mehr Sitzungen erforderlich, um die Stimulationswirkungen zu festigen.
8. Welche Faktoren werden bei der Entwicklung eines individuellen Stimulationsprotokolls berücksichtigt?
Für die Entwicklung eines wirksamen Programms müssen unbedingt das Alter des Patienten, die spezifischen Symptome oder Anzeichen, das zu modulierende neuronale Netzwerk, die Stimulationsintensität und die Frequenz der geplanten Sitzungen analysiert werden.
9. Haben EMT und tDCS Nebenwirkungen?
Beide gelten als sichere und nichtinvasive Verfahren. Falls Nebenwirkungen auftreten, sind diese meist leicht und vorübergehend und äußern sich häufig als Kribbeln oder leichte Beschwerden an der behandelten Stelle.
10. Kann Neuromodulation dem kognitiven Abbau bei älteren Erwachsenen vorbeugen?
Diese Verfahren können zur Verbesserung der kognitiven Reserve beitragen und helfen, den funktionellen Abbau zu verlangsamen. Ihre Wirksamkeit ist höher, wenn sie in frühen Phasen des Abbaus angewendet und mit einer umfassenden kognitiven Intervention kombiniert werden.
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