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2025-09-17T07:20:13Z

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[[Datei:Transcranial magnetic stimulation.jpg|mini|Schematische Darstellung der transkraniellen Magnetstimulation]]
Die '''transkranielle Magnetstimulation''' (''transkraniell'' in etwa „durch den Schädel“), kurz ''TMS'', ein Verfahren der [[Neuromodulation]], ist eine Technologie, bei der mit Hilfe starker [[Magnetismus|Magnetfelder]] Bereiche des [[Gehirn]]s sowohl stimuliert als auch gehemmt werden können. Damit ist die TMS ein nützliches Werkzeug in der [[neurowissenschaft]]lichen Forschung. Darüber hinaus wird die transkranielle Magnetstimulation in beschränktem Umfang in der neurologischen Diagnostik eingesetzt oder für die Behandlung von neurologischen Erkrankungen wie dem [[Tinnitus]], der [[Apoplexie]], der [[Epilepsie]] oder der [[Parkinson-Krankheit]] vorgeschlagen, sowie in der Psychiatrie für die [[Therapie]] [[Affektive Störung|affektiver Störungen]], allen voran der [[Depression]], aber auch von [[Zwangsstörung]]en, und spezifischen Störungen des [[Substanzabhängigkeit|Substanzkonsums]] sowie aus dem [[Schizophrenie]] Spektrum<ref>{{Literatur |Autor=Samantha L. Cohen, Marom Bikson, Bashar W. Badran, Mark S. George |Titel=A visual and narrative timeline of US FDA milestones for Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) devices |Sammelwerk=Brain Stimulation |Band=15 |Nummer=1 |Datum=2022-01 |DOI=10.1016/j.brs.2021.11.010 |PMC=8864803 |PMID=34775141 |Seiten=73–75 |Online=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1935861X21008251 |Abruf=2025-04-25}}</ref>. Aus bisher durchgeführten Studien lässt sich eine antidepressive Wirksamkeit repetitiver TMS ('''rTMS''') auch durch eine Reihe von [[Metaanalyse]]n belegen, die in der Gesamtsicht die antidepressive Wirksamkeit der transkraniellen Magnetstimulation mit hoher Evidenz erkennen lässt.<ref name="Ridding">M. C. Ridding, J. C. Rothwell: ''Is there a future for therapeutic use of transcranial magnetic stimulation?'' In: ''[[Nature Reviews Neuroscience]]'', 2007, 8, S. 559–567.</ref> Das Verfahren wurde in die [[Depression-Versorgungsleitlinie|Nationale Versorgungsleitlinie Unipolare Depression]] aufgenommen.

== Geschichte der TMS ==
Erste transkranielle (''v. lat. transkraniell = durch den [[Schädel]] hindurch'') [[Magnetstimulation]]en gelangen dem [[Arzt]] und [[Physiker]] [[Jacques Arsène d’Arsonval]] Ende des 19. Jahrhunderts am [[Collège de France]] in [[Paris]]. Er nutzte [[Spule (Elektrotechnik)|Starkstromspulen]], wie sie in elektrischen Kraftwerken benutzt werden, um sich selbst und seine Probanden zu stimulieren, und konnte so nachweisen, dass ein sich veränderndes [[Magnetismus|Magnetfeld]] in menschlichen Geweben einen [[Elektrischer Strom|Stromfluss]] [[Elektromagnetische Induktion|induziert]]. Es folgten, vor allem in Selbstversuchen durchgeführte, [[Experiment]]e mit sehr großen Spulen, die den Kopf der Probanden oft vollständig umschlossen. Die Probanden sahen lebhafte [[Phosphen]]e ([[Magnetophosphen]]e) und erlebten Kreislaufstörungen und Schwindelattacken bis hin zu [[Bewusstseinsstörung|Bewusstseinsverlusten]]. Neuere Forschungen gehen davon aus, dass die beobachteten Effekte nicht durch die Stimulation des Gehirns, sondern durch direkte Stimulation der Sehnerven und der Retina zustande kamen.<ref>L. A. Geddes: ''d’Arsonval, Physicial and Inventor.'' In: ''IEEE Engineering in Medicine and Biology'', Juli/August 1999, S. 118–122.</ref>

An der [[University of Sheffield]] wurde von Anthony Barker 1985 die moderne Variante der Transkraniellen Magnetstimulation vorgestellt. Sie ist auf die technische Entwicklung leistungsfähiger [[Kondensator (Elektrotechnik)|Kondensatoren]] zurückzuführen und verwendet deutlich kleinere Spulen, die die [[Großhirnrinde]] nur in einem kleinen Bereich stimulieren. Die Magnetstimulation des schädelnahen [[Großhirnrinde|Kortex]] ist seitdem nahezu ohne Unannehmlichkeiten für die Probanden bzw. [[Patient]]en und technisch einfach.<ref name="Barker">A. T. Barker, R. Jalinous, I. L. Freeston: ''Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex.'' In: ''[[The Lancet]]'', 1985, 1, S. 1106–1107.</ref>

== Technische Grundlagen ==
Die TMS nutzt das [[physik]]alische Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Eine tangential am Schädel angelegte [[Spule (Elektrotechnik)|Magnetspule]] erzeugt ein kurzes Magnetfeld von 200 bis 600 µs Dauer mit einer [[Magnetische Flussdichte|magnetischen Flussdichte]] von bis zu 3 [[Tesla (Einheit)|Tesla]].
Die dadurch ausgelöste elektrische Potentialänderung in der schädelnahen Hirnrinde bewirkt eine Depolarisation von [[Neuron]]en mit Auslösung von [[Aktionspotential]]en. Die Stärke dieses [[Magnetische Feldstärke|magnetischen Feldes]] fällt mit der Entfernung von der Spule in erster Näherung exponentiell ab und hängt von den Eigenschaften des [[Kondensator (Elektrotechnik)|Kondensatorstromes]] und der [[Spule (Elektrotechnik)|Spule]] ab. Die [[Stromstärke]] in der Spule erreicht mehr als 15000 [[Ampere]]. Verwendet werden sogenannte Rundspulen und Doppelspulen. Letztere bestehen aus zwei Rundspulen, die sich jeweils am Rand berühren oder überlagern. Dadurch wird das [[Magnetfeld]] beider Teilspulen in dem Mittelteil der Spule überlagert und somit verstärkt. Doppelspulen werden aufgrund ihrer Form auch als Acht- oder Schmetterlingsspulen bezeichnet.

[[Elektrotechnik|Elektrotechnisch]] werden bei gängigen Magnetstimulatoren grundsätzlich monophasische von biphasischen Schaltungen unterschieden. Ein [[Schwingkreis]] wird von einem [[Thyristor]] geschlossen. Nach einer halben Periode kehrt sich die Stromrichtung um. In der monophasischen Schaltung wechselt der Kondensator nach einer Viertelschwingung seine [[Polarität (Physik)|Polarität]] und kann deshalb nicht durch den zurückschwingenden Strom wieder aufgeladen werden. Stattdessen wird der Strom über eine [[Diode]] und einen [[Elektrischer Widerstand|Widerstand]] dissipiert. Dagegen wird in der biphasischen Schaltung der Kondensator vom zurückschwingenden Strom wieder aufgeladen. In der Spule resultiert daher in der monophasischen Schaltung ein exponentiell abklingender Strom, in der biphasischen Schaltung ein Strom, der einer gedämpften [[Sinus]]schwingung ähnelt.

Ebenfalls unterschieden wird die Stimulation mit einzelnen Magnetfeld-Pulsen von der Stimulation mit Impuls-Salven, die so genannte repetitive Magnetstimulation (rTMS). Für die rTMS werden vor allem biphasische Strompulsformen verwendet. Technisch sind heute Salven von bis zu 100 [[Hertz (Einheit)|Hz]] möglich. Grenzen werden der rTMS heute vor allem durch die Erwärmung der Spule gesetzt. An der Entwicklung gekühlter Spulen wird gearbeitet.

== Wirkung ==
Die Magnetstimulation führt im Gehirn zur Auslösung von [[Aktionspotential]]en. Der genaue Mechanismus ist trotz intensiver Forschung seit Einführung der Methode 1985 nach wie vor nicht in allen Einzelheiten verstanden.

Ab einer bestimmten Magnetfeldstärke wird ein ausreichend starkes elektrisches Feld in der schädelnahen Großhirnrinde erzeugt, um [[Neuron]]en zu [[Depolarisation (Physiologie)|depolarisieren]]. Diese Depolarisation findet am ehesten am [[Axon]] statt. Verläuft das induzierte elektrische Feld in Verlaufsrichtung des Axons, so ist die benötigte Magnetfeldstärke am kleinsten. Somit ist die Depolarisationsrichtung maßgeblich für die Unterbindung einer großwelligen Depolarisation, die sowohl den [[endokrin]]en Haushalt, als auch körpereigene vasoaktive [[Autakoide]] initiieren kann. Die Magnetfeldstärke, die gerade benötigt wird, um eine Wirkung am Neuron zu bewirken, nennt man in der [[Neurophysiologie]] Erregungs[[reizschwelle]]. Nervenenden, -verzweigungen und vor allem -biegungen haben eine besonders niedrige Erregungsschwelle.

== Anwendung ==
Verwendet wird die TMS in der [[Neurowissenschaften|neurowissenschaftlichen Forschung]], in der [[Neurologie]] und in der [[Psychiatrie]]. Von wissenschaftlichem Interesse ist vor allem die kurzfristige Störung einer kleinen Hirnregion, um deren physiologische Funktion zu untersuchen. So kann man mit der Magnetstimulation über dem motorischen Kortex Muskelzuckungen auslösen, über der [[Visueller Cortex|Sehrinde]] kann man [[Phosphen]]e, aber auch [[Skotom]]e erzeugen. Die rTMS von Hirnregionen, die für [[Sprache]] zuständig sind, kann für einige Minuten zur Verschlechterung der sprachlichen Ausdrucksfähigkeit der Probanden führen.

''Klinische Anwendungen'' beschränken sich meistens auf Einzelpulse über dem motorischen Kortex oder auf repetitive Stimulation:

* Die Auslösung von Muskelzuckungen durch Stimulation des motorischen Kortex wird in der Neurologie [[Diagnose|diagnostisch]] genutzt. Sie führt zu elektrischen Potentialen ''([[motorisch evozierte Potentiale]]; MEP)'', die mit Elektroden relativ einfach abzuleiten sind. Bestimmte Erkrankungen des Gehirns und des Rückenmarkes wie die [[Multiple Sklerose]] führen zu Veränderungen der MEP, die deshalb eine wichtige diagnostische Stütze darstellt. Ebenso von diagnostischem Interesse ist die Veränderung von [[Reizschwelle]]n bei verschiedenen neurologischen Erkrankungen wie der [[Migräne]] oder der [[Epilepsie]]. Auch die Anwendung von [[Psychopharmaka]] oder [[Droge]]n führt zu Veränderungen der Reizschwelle, die mit der TMS messbar sind.

* Die rTMS (repetitive TMS) kann zu einer Gewöhnung ([[Habituation]]) an die Stimulation führen, wodurch es zu einer längerfristigen Veränderung der Aktivität der Gehirnrinde im stimulierten Bereich kommen kann. So kann man die Bewegungsfähigkeit von Probanden durch rTMS des motorischen Kortex für einige Minuten verschlechtern. Ebenfalls verändern kann man die Aktivität des [[Präfrontaler Cortex|präfrontalen Cortex]], was man bei der Behandlung der [[Depression]] in der Psychiatrie zu nutzen versucht. Die antidepressive Wirkung wurde in Meta-analysen von randomisiert-kontrollierten Studien nachgewiesen<ref>{{Literatur |Autor=Johan Saelens, Anna Gramser, Victoria Watzal, Carlos A. Zarate, Rupert Lanzenberger, Christoph Kraus |Titel=Relative effectiveness of antidepressant treatments in treatment-resistant depression: a systematic review and network meta-analysis of randomized controlled trials |Sammelwerk=Neuropsychopharmacology |Datum=2024-12-30 |ISSN=1740-634X |DOI=10.1038/s41386-024-02044-5 |Seiten=1–7 |Online=https://www.nature.com/articles/s41386-024-02044-5 |Abruf=2025-04-25}}</ref>, Langszeitstudien zur Untersuchung der Erhaltung der Effekte fehlen aber noch weitgehend. Die Behandlungsintensität – je nach Studie häufig zwischen 90 und 120 % – wird über die individuelle [[Motorschwelle]] bestimmt. Mit der rTMS versucht man – ohne die Risiken der [[Elektrokrampftherapie]] – [[therapierefraktär]]e Depressionen mit einer Frequenz von 10 [[Hertz (Einheit)|Hz]] (entspricht dem Alpha-Rhythmus der Hirnwellen im Entspannungszustand) in verschiedenen „trains“ (Sequenzen) mit unterschiedlicher Anzahl von Sitzungen zu behandeln. Heute wird häufig die in der Behandlungszeit deutlich verkürzte und vergleichbar wirksame (intermittierende) Theta-Burst Stimulation (TBS) angewendet.<ref>{{Literatur |Autor=Daniel M Blumberger, Fidel Vila-Rodriguez, Kevin E Thorpe, Kfir Feffer, Yoshihiro Noda, Peter Giacobbe, Yuliya Knyahnytska, Sidney H Kennedy, Raymond W Lam, Zafiris J Daskalakis, Jonathan Downar |Titel=Effectiveness of theta burst versus high-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation in patients with depression (THREE-D): a randomised non-inferiority trial |Sammelwerk=The Lancet |Band=391 |Nummer=10131 |Datum=2018-04 |DOI=10.1016/S0140-6736(18)30295-2 |Seiten=1683–1692 |Online=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0140673618302952 |Abruf=2025-04-25}}</ref>

In der ''wissenschaftlichen Forschung'' ist die Bandbreite der Anwendungen größer.

Ein prinzipielles Problem bei der Stimulation durch TMS stellt die räumliche Auflösung dar. Es ist unklar, inwieweit verbundene Regionen durch die Stimulation einer Zielregion stimuliert werden. Somit ist es schwierig, Aussagen über die exklusive Rolle eines stimulierten Hirnareals zu treffen.
Ein weiteres Problem ergibt sich aus der Tatsache, dass TMS-Stimulationen bezüglich ihrer Intensität derzeit noch nicht standardisierbar sind: Die Standardisierung der Stimulation mittels oben genannter Relation zur Motorschwelle ist fragwürdig, da dieser Grenzwert in anderen Hirnregionen innerhalb des gleichen Kopfes keinerlei Korrelation aufweist.
Man weiß also nicht, wie stark ein bestimmtes Areal stimuliert wurde, auch nicht dann, wenn die Motorschwelle als Referenz angegeben wird.
In der Anwendung der unten ausgeführten Stimulationsprotokolle gibt es oft widersprüchliche Ergebnisse, die von Studie zu Studie wie auch von Versuchsperson zu Versuchsperson variieren können. Die komplexen Strukturen des Gehirns werden durch unterschiedliche Protokolle vermutlich in vielerlei Hinsicht beeinflusst, so dass präzise Aussagen über die Wirkungsweise einzelner Protokolle bisher nicht möglich sind:

* Mittels Einzelpulsen lassen sich Hirnareale zeitlich gut definiert und kontrolliert beeinflussen. Dies erlaubt mit bestimmten Verarbeitungsschritten (z. B. im visuellen System) direkt zu interferieren und somit diese Verarbeitungsschritte zeitlich (relativ zur Stimulusdarbietung) genau zu bestimmen. Der Nachteil des Einzelpulses ist seine geringe Energie, so dass sich oftmals nur sehr schwache Reize in ihrer Verarbeitung stören lassen oder die Störung sehr gering ausfällt.
* Mit einem Doppelpuls (paired pulse) bleibt ein Großteil der zeitlichen Präzision erhalten, der Einfluss auf die neuronale Verarbeitung ist wesentlich größer.
* Die sogenannte Theta-burst-Stimulation hat sich in der Vergangenheit wegen der Eignung zur [[Langzeitpotenzierung]] als nützlich erwiesen, um neuronale Verbindungen in ihrer Stärke zu verbessern. Theta-burst-Stimulation besteht aus mehreren kurzen Salven (von 50–100 Hz für 100–1000 ms), die durch ein längeres Zeitintervall (Sekunden) voneinander zeitlich getrennt sind. Hirnregionen sind vermutlich dann Teil eines Netzwerkes, wenn sie nach Theta-burst-Stimulation eine größere Synchronizität ihrer Aktivität aufweisen als zuvor.
* Repetitive Stimulation (rTMS) wird in der Forschung ähnlich eingesetzt wie in der klinischen Anwendung.
* Eine weitere Möglichkeit, die wiederum aus jeder der angeführten Anwendungen bestehen kann, ist die simultane Stimulation verschiedener Hirnarealen mit zwei oder mehr Spulen, um den Einfluss der Areale aufeinander oder ihre Rolle in einem Netzwerk genau studieren zu können.

== Risiken und Nebenwirkungen ==
Die Eignung zur TMS ist eine Einzelfallentscheidung. Seit Einführung der Magnetstimulation 1985 sind kaum Nebenwirkungen beobachtet worden. Die häufigste Nebenwirkung sind vorübergehende Kopfschmerzen, die vor allem bei Mitstimulation von Muskulatur auftreten. Sehr selten kann bei der rTMS ein [[Epilepsie|epileptischer Anfall]] ausgelöst werden. Deshalb wurden 1998 in einem [[Konsens]] verschiedener Wissenschaftler Anwendungsvorschriften für die TMS erarbeitet, um die Risiken zu minimieren, z. B. dadurch, dass Risikopersonen aus wissenschaftlichen Experimenten ausgeschlossen werden. Aktuelle Übersichtsarbeiten beurteilen dieses Risiko als gering, selbst bei Patienten, die Medikamente mit Wirkung auf das zentrale Nervensystem einnehmen.<ref>{{Literatur |Autor=Simone Rossi, Andrea Antal, Sven Bestmann, Marom Bikson, Carmen Brewer, Jürgen Brockmöller, Linda L. Carpenter, Massimo Cincotta, Robert Chen, Jeff D. Daskalakis, Vincenzo Di Lazzaro, Michael D. Fox, Mark S. George, Donald Gilbert, Vasilios K. Kimiskidis, Giacomo Koch, Risto J. Ilmoniemi, Jean Pascal Lefaucheur, Letizia Leocani, Sarah H. Lisanby, Carlo Miniussi, Frank Padberg, Alvaro Pascual-Leone, Walter Paulus, Angel V. Peterchev, Angelo Quartarone, Alexander Rotenberg, John Rothwell, Paolo M. Rossini, Emiliano Santarnecchi, Mouhsin M. Shafi, Hartwig R. Siebner, Yoshikatzu Ugawa, Eric M. Wassermann, Abraham Zangen, Ulf Ziemann, Mark Hallett |Titel=Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert Guidelines |Sammelwerk=Clinical Neurophysiology |Band=132 |Nummer=1 |Datum=2021-01 |DOI=10.1016/j.clinph.2020.10.003 |PMC=9094636 |PMID=33243615 |Seiten=269–306 |Online=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1388245720305149 |Abruf=2025-04-25}}</ref> Für die Anwendung neuerer Stimulationsarten und Spulenvarianten, wie bei der weniger fokalen tiefen transkraniellen Magnetstimulation (dTMS), lagen zum Zeitpunkt der Evaluation noch keine ausreichenden Daten vor.

== Literatur ==
* A. T. Barker, R. Jalinous, I. L. Freeston: ''Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex.'' In: ''[[The Lancet]]'', 1985, 1, S. 1106–1107.
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* G. Hajak, F. Padberg, U. Herwig, G. W. Eschweiler, S. Cohrs, B. Langguth, C. Schönfeldt-Lecuona, A. J. Fallgatter, J. Höppner, C. Plewina, P. Eichhammer: ''Repetitive Transkranielle Magnetstimulation''. In: ''Nervenheilkunde'', 2005, 1, S. 46–58; [http://www.tms-psychiatrie.de/a_images/symbole/Nervenheilkunde_5_2005_1_48.pdf tms-psychiatrie.de] (PDF; 605 kB).
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* Hartwig R. Siebner et al.: ''Transcranial magnetic stimulation of the brain: What is stimulated? – A consensus and critical position paper''. In: ''Clinical Neurophysiology'', 2022, Volume 140, S. 59–97; [[doi:10.1016/j.clinph.2022.04.022]].

== Weblinks ==
* [https://www.leitlinien.de/themen/depression/version-3/kapitel-7#e7-17 Nationale VersorgungsLeitlinie Depression] (PDF; 2,5 MB) leitlinien.de; Depression, Abschnitt 3.6.5.1 Repetitive Transkranielle Magnetstimulation.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Gesundheitshinweis}}

[[Kategorie:Diagnostisches Verfahren in der Neurologie]]
[[Kategorie:Therapeutisches Verfahren in der Neurologie]]
[[Kategorie:Medizintechnik]]

Transkranielle Magnetstimulation - Versionsgeschichte

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