Transkranielle Elektrostimulation

Projektbeschreibung

Regelkreis

Die transkranielle Elektrostimulation (engl. transcranial electrical stimulation, TES) umfasst Methoden für die nichtinvasive elektrische Stimulation des Gehirns. Man unterscheidet dabei die Gleichstromstimulation (engl. transcranial direct current stimulation, tDCS) und die Wechselstromstimulation (engl. transcranial alternating current stimulation, tACS). Bei der tDCS wird ein konstanter Strom über zwei, auf der Kopfoberfläche angebrachte Elektroden appliziert. Je nach Richtung des Stromflusses wird die Erregbarkeit der stimulierten Neurone erhöht oder verringert. Im Gegensatz hierzu wird bei der tACS ein Wechselstrom zwischen den beiden Elektroden appliziert. Amplitude, Frequenz und relative Phasenverschiebung des Stromflusses können vorgegeben werden. Somit kann die rhythmische Aktivität im Gehirn direkt modifiziert werden.

An unserem Institut wurde ein innovatives System für die dynamische, mehrkanalige tACS entwickelt. Ein geschlossener Regelkreis mit minimaler Latenz ermöglicht die gezielte Analyse von aufgezeichneten EEG-Signalen und die Applikation einer darauf angepassten Stimulation in Echtzeit. Neben der Evaluation in Experimenten an Kleintieren für die Erforschung von Gedächtnisprozessen transferieren wir unser System derzeit in ein kommerzielles, humanes Stimulationssystem.

Gewöhnliche tES-Elektroden für die Humanstimulation sind in der Regel sehr groß, so dass weite Teile des Gehirns stimuliert werden. Eine neue Herausforderung für uns ist daher die fokale Stimulation von kleinen Arealen im menschlichen Gehirn. Hierfür entwickeln wir ein neuen Ansatz zur Platzierung von vielen, kleinen Elektroden, die separat und dynamisch angesteuert werden können. Durch die gegenseitige Addition und Auslöschung von vielen, kleinen elektrischen Feldern lassen sich gezielt Ströme in einem kleinen Gebiet applizieren. Mithilfe dieses Vorgehens kann man den Strom darüber hinaus auch noch tiefer als bisher möglich in das Gehirn transportieren.

Prototype

Kollaborationen

Im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 1665 „Resolving and manipulating neuronalnetworks in the mammalian brain“ unterhalten wir Kooperationen zu den folgenden Forschungspartnern:

  •  Prof. Lisa Marshall, Institut für Neuroendokrinologie, Universität zu Lübeck
  • Dr. Alexey Ponomarenko, Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie, CharitéUniversitätsmedizin Berlin

Veröffentlichungen

Verantwortlich

Ralf Bruder
Haus 64 / Raum 92 +49 451 31015205


2015

Ralf Bruder, Christian Wilde, Peter Trillenberg, Sonja Binder, Lisa Marshall and Achim Schweikard, An Electronically Configurable Multi-Channel tACS Device, in: 88. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Neurologie, Deutsche Gesellschaft für Neurologie (DGN), Duesseldorf, Germany, 2015
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[Bib|RIS]
Lisa Marshall, Dominic Aumann, Christian Wilde, Matthias Mölle and Lucas C. Parra, Effects of Oscillatory Electric Fields on EEG Coupling: Slow oscillation and Spindle Activity, in: 11th Göttingen Meeting of the German Neuroscience Society, Neurowissenschaftliche Gesellschaft (NWG), Göttingen, 2015
[Bib|RIS]
Christian Wilde, Ralf Bruder, Peter Trillenberg, Sonja Binder, Lisa Marshall and Achim Schweikard, Modeling Electric Fields for Focal Transcranial Electrical Stimulation, in: 88. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Neurologie, Deutsche Gesellschaft für Neurologie (DGN), Duesseldorf, Germany, 2015
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[Bib|RIS]

2014

Christian Wilde, Ralf Bruder, Sonja Binder, Lisa Marshall and Achim Schweikard, Towards Closed-Loop Transcranial Alternating Current Stimulation, in: 87. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Neurologie, Deutsche Gesellschaft für Neurologie (DGN), Munich, Germany, 2014
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[Bib|RIS]

2012

Fernando Gasca, Tobias Wissel, Hamid Hadjar, Alexander Schlaefer and Achim Schweikard, Sparsely optimized multi-electrode transcranial direct current stimulation, in: Bernstein Conference, Front. Comput. Neurosci., Munich, 2012
[DOI]
[Bib|RIS]
Davide Reato, Fernando Gasca, Abhishek Datta, Marom Bikson, Lisa Marshall and Lucas C. Parra, Transcranial electrical stimulation accelerates sleep homeostasis in humans, in: SfN, New Orleans, USA, 2012
[Bib|RIS]