Etablierung eines experimentell-validierten Multiskalencomputermodells der repetitiven Transkraniellen Magnetstimulation (rTMS)

Die Transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine nicht-invasive Hirnstimulationstechnik, die zu diagnostischen, therapeutischen und wissenschaftlichen Zwecken in der Neurologie und Psychiatrie eingesetzt wird. Sie beruht auf dem physikalischen Grundprinzip der elektromagnetischen Induktion und ermöglicht die lokale Aktivierung kortikaler Areale durch den intakten Schädel des Probanden und Patienten. Trotz ihres mittlerweile breiten klinischen Einsatzes, sind die Wirkmechanismen der TMS noch nicht genau geklärt. Einem effektiven klinischen Einsatz dieser Technologie stehen (1) die enormen Parameterräume (z. B. Orientierung des Feldes, Stimulationsfrequenz, biophysikalische Eigenschaften des Nervengewebes), (2) technische und ethische Limitationen bei der Untersuchung des menschlichen Gehirns sowie (3) das Fehlen fundierter Erkenntnisse zu den Wirkmechanismen der TMS entgegen. Das Vorhaben zielt auf die Entwicklung und Validierung eines Computermodells der repetitiven TMS ab. Hierzu sollen Simulationen elektromagnetischer Felder, Netzwerk- und Einzelzellsimulationen sowie realistische 3D-Kalzium-Modelle einzelner Nervenzellen und Synapsen kombiniert/gekoppelt werden. Die Entwicklung erfolgt im Rahmen eines iterativen Prozesses zwischen Computersimulationen und experimenteller Datenerhebung in Kooperation mit den US-amerikanischen Partnern. Es ist zu erwarten, dass dieser wissenschaftliche Ansatz zu neuen wichtigen Erkenntnissen rTMS-induzierter Neuroplastizität und somit zu einer Optimierung rTMS-basierter Therapien beitragen wird.