Topographische Zuordnung transkallosaler fazilitierender Interaktionen im motorischen System beim Menschen mittels transkranieller Magnetstimulation

Abstract

In dieser aktuellen TMS-Studie wurden 20 gesunde Rechtshänder unter Anwendung eines KP-TP-Paradigmas untersucht. Es sollte der Nachweis von IHF zwischen linkem M1 und linkem dPM und rechtem M1 geführt werden. Der KP hatte eine Intensität von 60 oder 80% der AMS (KP-60%-AMS oder KP-80%-AMS) und wurde entweder über dem linken M1 oder über dem linken dPM appliziert. Dem KP folgte über dem rechten M1 ein TP, der entweder einen AP gerichteten oder einen PA gerichteten Stromfluss im Gehirn erzeugte (TP-AP oder TP-PA). Die KP wurden in ISI von 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 10 ms vor dem TP appliziert. Die durch den TP erzeugten Muskelaktivierungen wurden von einem EMG über dem linken IDM I abgeleitet und aufgezeichnet. Durch einen KP80%AMS über dem linken M1 gefolgt von einem TP, der eine AP-Stromflussrichtung aufwies, konnte im ISI von 6 und 8 ms IHF ausgelöst werden. Dagegen löste ein KP-80%-AMS über dem dPM ebenfalls im ISI von 8 ms IHF aus, jedoch nur, wenn der TP eine PA-Stromflussrichtung aufwies. Weiterhin konnte mit einem KP-60%-AMS über dem linken M1 gefolgt von einem TP, der eine PA-Stromflussrichtung aufwies, nur im ISI von 6 ms und nicht im ISI von 8 ms signifikante IHF ausgelöst werden. Diese Beobachtung legt den Schluss nahe, dass IHF nach Konditionierung des dPM nicht durch eine streuende Ausbreitung der induzierten Ströme vom linken dPM auf den linken M1 zustande gekommen ist, sondern dass sich IHF durch unterschwellige Konditionierung (KP mit 60 bzw. 80% der AMS) sowohl des M1 als auch des dPM in kurzen ISI (6 und 8 ms) auf unterschiedliche Weise induzieren lässt. Dabei sind die fazilitierenden Interaktionen abhängig von der Intensität des KP, vom Ort der Konditionierung, dem ISI zwischen KP und TP und der durch den TP induzierten Stromflussrichtung. Daraus ergibt sich die Vermutung, dass die KP in der linken Hemisphäre unterschiedliche Neuronenpopulationen erregen und diese durch den KP erregten Zellverbände ihrerseits auch auf unterschiedliche Neuronenpopulationen im rechten M1 projizieren, nämlich auf Interneurone, die an der Generation von I1-Wellen bzw. an der Generation von I3-Wellen beteiligt sind. Die genaue Route, d.h. die an der IHF-Induktion beteiligten Neuronenpopulationen, der IHF-induzierenden Ströme ließ sich mit dieser Studie nicht aufzeigen, aber es ließ sich zeigen, dass differentielle und spezifische IHF unter bestimmten Stimulationsbedingungen sowohl nach Konditionierung des dPM als auch nach Konditionierung des M1 hervorgerufen werden kann.

We explored interhemispheric facilitation (IHF) between left and right primary motor cortex (M1) and left dorsal premotor (dPM) and right M1 in 20 right-handed healthy human subjects using a paired pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) paradigm. Conditioning TMS pulses (CP) applied to left M1 or dPM with an intensity of 80% and 60% active motor threshold (CP-80%-AMT and CP-60%-AMT, respectively) were followed by test pulses (TP) over right M1 induced by anterior-posterior or posterior-anterior (TP-AP, TP-PA) directed currents in the brain at interstimulus intervals (ISI) of 3 - 8 and 10 ms. EMG was recorded from left first dorsal interosseous muscle. In the main experimental condition IHF was evoked by CP-80%-AMT over left M1 and TP-AP at ISIs of 6 and 8 ms. The same CP-80%-AMT produced IHF at an ISI of 8 ms when applied over left dPM but only with TP-PA. In addition, when CP-60%-AMT was given to M1, IHF was present at an ISI of 6 ms (but not 8 ms) when followed by TP-PA, indicating that IHF elicited over dPM was not caused by current spread of the conditioning pulse to M1. We conclude that IHF can be induced differentially by conditioning M1 and dPM using subthreshold CP. These facilitatory interactions depended on the intensity and ISI of the CP as well as the current flow direction of TP. We suggest that not only do the CPs activate separate anatomical pathways but also that these pathways project to different populations of interneurons in the receiving M1. These may correspond to elements involved in the generation of I3 and I1 waves, respectively.