Im Folgenden können Sie Untersuchungsmethoden und Geräte sehen, die zur Forschung in der Abteilung Bewegungsneurowissenschaft Anwendung finden.
Die TMS ist eine Methode der nicht-invasiven Hirnstimulation. Dabei wird mit Hilfe des Prinzips der elektromagnetischen Induktion über eine Magnetspule ein kurzes elektrisches Feld über einer (motorischen) Zielregion appliziert und mit Hilfe elektromyographischer Ableitung eine assoziierte Bewegung im Zielmuskel erfasst. In der Abteilung Bewegungsneurowissenschaft wird das Gerät MagProXM2 der Firma MagVenture mit einer 8-förmigen Magnetspule zur Diagnostik sowohl von Erregbarkeits- als auch intra- und interkortikalen Veränderungen der Konnektivität motorischer Areale eingesetzt. Grundsätzlich gilt die TMS als sicheres, nicht-invasives Messverfahren mit stetig weiter entwickelten Sicherheitsrichtlinien. Um den hohen Sicherheitsstandard gewährleisten zu können, wird die Methode in der Abteilung ausschließlich von gut ausgebildeten ExpertInnen ausgeführt. Zudem werden potenzielle kurzfristige Nebenwirkungen transparent durch eine Aufklärung vor Beginn der Studienteilnahme vermittelt und durch ein Probandenscreening minimiert beziehungsweise aufgehoben.
Die funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) ist ein vielversprechendes nicht-invasives Verfahren zur indirekten Messung der Hirnaktivität, bei der mittels kurzwelligen Infrarotlichts der Sauerstoffgehalt des Hämoglobins in ausgewählten Hirnarealen gemessen werden kann. Ähnlich wie die funktionelle Magnetresonanztomoprafie (fMRT) beruht auch diese Methode auf den Grundsätzen der zerebralen Hämodynamik. Die dynamischen Änderungen des Sauerstoffgehalts des Blutes werden hierbei durch die Schädeldecke hindurch gemessen. Hieraus können aufgrund des Prinzips der neurovaskulären Kopplung Rückschlüsse auf Aktivierungen in der Großhirnrinde abgeleitet werden. Dank seiner portablen Anwendbarkeit eröffnet fNIRS die Möglichkeit, die neuronale Aktivität während der Ausführung von komplexen und sport-artspezifischen Bewegungen zu untersuchen.
In der Abteilung Bewegungsneurowissenschaft stehen zwei portable fNIRS-Messsysteme zur Verfügung. Ein kleines System zur selektiven Messung ausgewählter Hirnareale (NIRx, NIRSport1, 8 x 8 Kanäle) und ein modular aufgebautes System, welches die Messung der zerebralen Hämodynamik auf Ganzkopfebene erlaubt (NIRx, NIRSport2, 32 x 32 Kanäle, DFG Projekt-ID 396169757).
Die Oberflächen-Elektromyographie (EMG) ist ein nicht-invasives Verfahren zur Erfassung neuromuskulärer Aktivität. Wird ein Muskel aktiviert, d.h. generiert er Kraft, so ist an seiner Oberfläche ein schwaches elektrisches Signal ableitbar. Diese Aktivierung kann mit Hilfe von Oberflächenelektroden erfasst werden. Das Verfahren der EMG dient demnach dazu Muskelfunktion quantitativ und objektiv zu erfassen. Somit kann das EMG-Signal zum Beispiel dazu dienen, Therapie- und Trainingsprozesse zu begleiten, Sporttechniken zu analysieren und zu optimieren sowie Aktivierungsprofile von Muskeln während der Ausführung komplexer Bewegungen zu erstellen. Das Oberflächen-EMG wird routinemäßig in einer Vielzahl von klinischen und sportmedizinischen Untersuchungen eingesetzt und es sind keinerlei Nebenwirkungen bekannt.
Durchführung der Elektromyografie
Zur Durchführung einer EMG-Messung werden Oberflächenelektroden auf die Haut aufgeklebt. Zur Gewährleistung eines optimalen EMG-Signals wird die Haut, welche sich unterhalb der Elektroden befindet, vorbereitet. Zur Verringerung der Hautimpedanz sowie einer besseren Haltbarkeit der aufgebrachten Elektroden werden oberflächliche Haare mit einem handelsüblichen Handrasierer entfernt und die darunter liegende Haut anschließend mit Alkohol von Schweiß, Verschmutzungen und überschüssigen Hautepithelien gereinigt. Anschließend werden die Oberflächenelektroden unter Zuhilfenahme eines Nass-Gels auf den entsprechenden Muskelbäuchen aufgebracht sowie mit einem Klebeband fixiert.
Die transkranielle Gleichstromstimulation (engl. transcranial direct current stimulation, tDCS) ist ein gut verträgliches, nicht-invasives und schmerzloses Verfahren, mit welchem die Hirnaktivität in Arealen des menschlichen Gehirns mittels elektrischer Stimulation beeinflusst werden kann. Dabei wird die Reizschwelle von Nervenzellen in Abhängigkeit der Stimulationsparameter erhöht (anodale Stimulation) bzw. erniedrigt (kathodale Stimulation), was zur Modulation der spontanen Aktivität der Nervenzellen führt. Die Veränderungen der Hirnaktivität können in Abhängigkeit von der Dauer und der Stromrichtung für Minuten bis Stunden nach der Anwendung anhalten. Die tDCS verwendet einen niedrigen, unterschwelligen und kaum spürbaren elektrischen Gleichstrom, welcher durch den intakten Schädel hindurch (transkraniell) über am Kopf fixierte Elektroden appliziert wird. In Laborexperimenten konnten positive tDCS-induzierte Effekte bereits bei einer Reihe von motorischen Aufgaben gezeigt werden.
Mit Hilfe von EEG können die während Hirnaktivität auftretenden elektrischen Spannungsschwankungen über Messelektroden am Kopf, welche auf einer Kappe montiert sind, gemessen werden. Auf die Messelektroden wird ein Kontaktgel aufgebracht, um eine gute Leitfähigkeit zu erzeugen. Die EEG-Untersuchung ist schmerzfrei und absolut ungefährlich. Das EEG ist ein seit Jahrzehnten im klinischen und wissenschaftlichen Alltag gebräuchliches Standardverfahren. Von möglichen gesundheitlichen Risiken ist nicht auszugehen.
