NEMO-TMS -Deutschland – USA Zusammenarbeit in Computational Neuroscience zur Etablierung eines biophysikalisch fundierten Netzwerkmodells der Transkraniellen Magnetstimulation - Experimentelle Untersuchung TMS-induzierter Plastizität

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 bei gesunden Proband/innen und Patient/innen. Die hochfrequente repetitive TMS (rTMS) des Cortex ist unter Beachtung der etablierten Sicherheitsrichtlinien ungefährlich und wird im Allgemeinen gut toleriert. Trotz ihres mittlerweile breiten klinischen Einsatzes (z. B. bei der Behandlung von Patient/innen mit Depression), sind die Wirkmechanismen der rTMS 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 rTMS entgegen. Ziel dieses Vorhaben ist die Entwicklung eines experimentell validiertem Multiskalen-Netzwerkmodells der rTMS. Hierzu sollen Simulationen elektromagnetischer Felder, mit realistischen Netzwerken (synaptisch verknüpfte erregende und hemmende Nervenzellen), sowie 3D-Kalzium-Simulationen mit Plastizitätsregeln kombiniert/gekoppelt werden. Die Entwicklung erfolgt im Rahmen eines iterativen Prozesses zwischen Computersimulationen und experimenteller Datenerhebung in Kooperation mit den US-amerikanischen Partnern.