Der Einfluss transkranieller Gleichstromstimulation des visuellen Kortex auf die Kontrastwahrnehmung in der Schwellenwertperimetrie

Abstract

In der vorliegenden Dissertation wurde die Auswirkung der transkraniellen Gleich-stromstimulation (tDCS) des visuellen Kortex beim gesunden Probanden auf die Kon-trastwahrnehmung mit Hilfe der Kontrastschwellenperimetrie überprüft. Ziel war es, anhand von objektivierbaren, psychophysischen Messparametern die Modulierbarkeit einer alltäglichen Sehfunktion mittels tDCS im Hinblick auf einen klinischen Einsatz beim Patienten zu untersuchen. Im Zentrum stand dabei die Frage, wie sich die verschiedenen Stimulationskonditionen (Anodal, Kathodal und Placebo) auf die Kontrastwahrnehmung auswirken. Außerdem wurde die Lokalisation dieser Effekte im visuellen Feld analysiert. Der Einsatz der computerisierten Perimetrie zur Quantifizierung der Stimulationseffekte bot dabei entscheidende Vorteile: Das Verfahren erlaubt in kurzer Zeit standardisiert sehr genaue Schwellenwerte zu erfassen und die Kontrastschwellen mit ihrer retinotopen Verteilung darzustellen. Die vorliegenden Untersuchungen unterscheiden sich methodisch in drei wesentlichen Aspekten von den bisherigen Studien zur tDCS im visuellen System. Die Elektrodenposi-tionierung erfolgte über dem visuellen Kortex nicht nach dem 10-20-System, sondern mit einem Neuronavigationssystem, welches die individuellen anatomischen Gegebenheiten der Kortices stärker berücksichtigt. Dieses erlaubte eine individuelle, auf 1mm genaue Positionierung der Elektroden über dem visuellen Kortex. Zudem erfolgte die Stimulation nicht über Oz, sondern links- bzw. rechtshemispheriell genau über dem visuellen Kortex. Darüber hinaus wurde mit einer kleineren Elektrode stimuliert, sodass stärkere Effekte ermöglicht wurden. Die Stimulation wurde an 12 Probanden an 3 verschiedenen Messtagen durchgeführt. Jeder Proband wurde randomisiert mit allen drei Konditionen (Anodal, Kathodal, Place-bo) stimuliert. Vor und nach der Stimulation wurden jeweils zwei perimetrische Messungen durchgeführt. Es wurde hierbei ein modernes SITA 10-2 Verfahren verwendet, welches an 68 Messpositionen in einem 10° Gesichtsfeld individuelle Kontrastschwellen ermittelt. Diese Messpositionen wurden einzeln und gemittelt in fünf Exzentrizitäten ausgewertet. Folgende zentrale Ergebnisse wurden dabei erzielt: Anodale tDCS des visuellen Kortex verbessert signifikant die Kontrastwahrnehmung. Hierbei werden Verbesserungen bis 1dB gemessen, die einer Reduktion der notwendigen Lichtmenge um mehr als 5% entsprechen. Die stärksten Stimulationseffekte nach anodaler tDCS können für die zentrals-ten Areale des untersuchten Gesichtsfelds ermittelt werden. Die Kontrastwahrnehmung nach kathodaler Stimulation unterscheidet sich nicht signifikant von der Placebostimulation. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die tDCS die Kontrastwahrnehmung vorübergehend verbessert und sich diese Effekte mit der Kontrastschwellenperimetrie darstellen lassen. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen sollten weitere Studien folgen, in denen beispielsweise die Auswirkungen der tDCS in dysfunktionalen Kortexarealen überprüft wird. Ein positiver Effekt konnte – aufbauend auf den Ergebnissen dieser Studie – zum Beispiel an Patienten mit homonymen Gesichtsfeldausfällen nach Schlaganfällen nachgewiesen werden.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive technique leading to transient changes of cortical excitability in the underlying cortical areas. The following thesis examined the effects of anodal, cathodal and sham tDCS applied to the visual cortex on contrast perception in healthy subjects. We used contrast threshold perimetry to prove whether the tDCS induced exitablity changes had an impact on the perception of low-light contrasts. Furthermore the localization of these effects in the visual field was of special interest. Automated contrast threshold perimetry allowed the estimation of contrast thresholds quick, standardized, precise and in a very high spatial resolution. The following study had three fundamental methological differences compared to the previous studies of tDCS in the visual system. The placement of the electrodes was realized through a NBS neuronavigation system and not via the 10-20 System known from EEG, that cannot consider the individual anatomical structures of the subjects cortices. The neuronavigation system allowed an individual placement of the electrodes on each subjects cortex with an accuracy of 1mm. Furthermore the electrodes were not placed over Oz, but directly over the left or right visual cortex. In addition we stimulated with smaller electrodes leading to stronger brain- tissue polarization and stronger stimulation effects. We examined 12 healthy subjects. Each subject was stimulated anodal, cathodal and sham in a randomized order on three different examination days. Before and after each stimulation the subjects performed two perimetric trials. We used the modern SITA 10-2 algorithm that measures contrast thresholds at 68 different localizations in a 10° visual field. These threshold values were analysed in different spatial resolutions: a single field analysis comparing each of the 68 localizations and an analysis in five different ranges of eccentricities (0°-2°, 2°-4°, 4°-6°, 6°-8°, 8°-10°). We could show that anodal tDCS of the visual cortex significantly improved the contrast detection within a 10° visual field. The strongest stimulation effects could be seen in the most central eccentricity. Cathodal and sham stimulation had no significant effect on contrast detection. In summary anodal tDCS could transiently improve contrast detection in healthy subjects within a 10° visual field. Further studies should investigate the effects of tDCS on dysfunctional cortical areas. Based on the methodological approach of this thesis, follow-up examinations could show that anodal tDCS can have beneficial effects on the contrast perception of patients with post-stroke homonymous visual field defects.