Einfluss anodaler transkranieller Gleichstromstimulation auf die neuronale Plastizität bei Menschen mit repetitiven leichten Schädel-Hirn-Traumata

Abstract

Leichte Schädel-Hirn-Traumata (SHTs) wurden lange Zeit als folgenlose Bagatellverletzungen betrachtet. Forschungsergebnisse der letzten zwei Jahrzehnte liefern jedoch Hinweise, dass wiederholte leichte SHTs einen kumulativen Effekt mit anhaltenden funktionellen und neurometabolischen Veränderungen haben können und das Risiko für neurodegenerative und psychische Erkrankungen erhöhen. Im Fokus dieser Arbeit steht die Untersuchung chronischer Effekte wiederholter leichter SHTs auf die motorkortikale Exzitabilität, Inhibition und synaptische Plastizität sowie deren Modulierbarkeit durch anodale Gleichstromstimulation (atDCS). Zur Beantwortung der Forschungsfrage wurde ein randomisiertes, einfach-verblindetes, placebokontrolliertes Crossover-Design gewählt. Das Studienkollektiv umfasste 16 Personen mit zwei oder mehr leichten SHTs, die mindestens sechs Monate zurücklagen, sowie 21 gesunde Kontrollpersonen. An zwei Untersuchungsterminen erfolgte in randomisierter Reihenfolge eine 20-minütige anodale tDCS mit einer Stromstärke von 1 mA und eine Scheinstimulation. Parameter der motorkortikalen Exzitabilität und Inhibition wurden durch transkranielle Magnetstimulation (TMS) bestimmt. Zur Induktion LTP-ähnlicher synaptischer Plastizität im Motorcortex diente gepaarte assoziative Stimulation (PAS). Beide Versuchsgruppen unterschieden sich weder in den soziodemografischen Merkmalen noch im Ausgangsniveau der motorkortikalen Exzitabilität und Inhibition. Obwohl im Gesamtkollektiv nach anodaler Stimulation Hinweise auf eine gesteigerte LTP-ähnliche synaptische Plastizität vorlagen, ließen sich keine statistisch signifikanten Gruppen- oder Stimulationseffekte auf die motorkortikale Exzitabilität, Inhibition und synaptische Plastizität nachweisen. Die neurophysiologischen Parameter zeigten insgesamt eine hohe intra- und interindividuelle Variabilität. Diese sowie der heterogene Charakter leichter SHTs und die kleine Stichprobengröße könnten das Fehlen statistisch signifikanter Effekte erklären. Zudem ist nicht auszuschließen, dass in der SHT-Gruppe in der Zeit seit dem letzten SHT bereits eine weitgehende Normalisierung stattgefunden hat. Auch wenn diese Arbeit ältere Ergebnisse nur teilweise reproduzieren konnte, steht sie im Einklang mit neueren Publikationen, die eine hohe Variabilität und einen substanziellen Anteil an Non-Respondern bei nichtinvasiven Stimulationsverfahren berichten.

Mild traumatic brain injuries (mTBIs) have long been considered minor and without lasting consequences. However, research over the past two decades has provided evidence that repetitive mTBIs may have cumulative effects, leading to persistent functional and neurometabolic changes and increasing the risk of neurodegenerative and psychiatric disorders. This study investigates the chronic effects of repeated mTBIs on motor cortical excitability, inhibition, and synaptic plasticity, as well as how these parameters are modulated by anodal transcranial direct current stimulation (atDCS). A randomized, single-blind, placebo-controlled crossover design was chosen to address the research question. The study group comprised 16 individuals with at least two mTBIs occurring more than six months prior to enrollment and 21 healthy control subjects. During two separate measurement sessions, a 20-minute anodal tDCS at 1 mA and a sham stimulation were applied in a randomized order. Motor cortical excitability and inhibition were assessed using transcranial magnetic stimulation (TMS). Paired associative stimulation (PAS) was used to induce LTP-like synaptic plasticity in the motor cortex. The experimental groups did not differ in sociodemographic characteristics or baseline levels of motor cortical excitability and inhibition. Although there was evidence of increased LTP-like synaptic plasticity in the overall sample after anodal stimulation, no statistically significant effects of group or stimulation could be observed on motor cortical excitability, inhibition, or synaptic plasticity. Overall, the neurophysiological parameters exhibited high intra- and inter-individual variability. This, along with the heterogeneous nature of mTBIs and the small sample size, may explain the lack of statistically significant effects. Additionally, it cannot be ruled out that normalization had already occurred in the mTBI group within the period following the last injury. Although this study only partially replicates previous findings, it aligns with more recent publications that report high variability and a considerable proportion of non-responders to non-invasive stimulation procedures.