Differenzielle neuronale Reaktionen auf rhythmische und gemusterte TMS‑Protokolle: Erkenntnisse aus der EEG‑Spektralanalyse

Warum Stimulationsmuster im Gehirn wichtig sind

Viele Menschen mit schwerer Depression bekommen durch Medikamente allein nicht ausreichend Linderung. Die repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) bietet neue Hoffnung, indem magnetische Impulse am Kopf die Gehirnaktivität in hilfreiche Richtungen lenken. rTMS kann jedoch in unterschiedlichen „Rhythmen“ verabreicht werden, und Patientinnen und Patienten sprechen häufig auf einen Stil gut an, auf einen anderen nicht. Diese Studie stellte eine einfache, aber bedeutsame Frage: Treiben unterschiedliche rTMS‑Impulsmuster das Gehirn tatsächlich auf verschiedene Weise an, und könnte das erklären, warum sich manche Personen bessern, andere nicht?

Zwei Wege, das Gehirn anzusprechen

Die Forschenden konzentrierten sich auf zwei gebräuchliche Arten, rTMS an der Vorderseite des Gehirns anzuwenden, über einer Region, die als linker dorsolateraler präfrontaler Kortex bezeichnet wird – ein zentraler Knoten für Stimmung und Denken. Eine Methode verwendete gleichmäßige, trommelähnliche Impulse in einem konstanten Tempo, die als rhythmische Stimulation bezeichnet werden. Die andere nutzte kurze Bursts sehr schneller Impulse, gruppiert in Mustern, genannt gemusterte Stimulation. Sechzehn Erwachsene mit schwer behandelbarer Depression erhielten in einer Sitzung Dutzende kurzer Reihen beider Typen, über ein breites Spektrum an Impulsgeschwindigkeiten. Während dieser „Interrogations“-Sitzung zeichnete das Team die elektrische Aktivität über eine 64‑Kanal‑EEG‑Haube auf, um zu sehen, wie jedes Muster und jede Impulsfrequenz Hirnrhythmen und die Kommunikation zwischen Regionen veränderte.

Den Hirnrhythmen zuhören

Neurone feuern von Natur aus in wiederkehrenden Wellen oder Oszillationen mit verschiedenen Geschwindigkeiten, die mit Zuständen wie Schläfrigkeit, fokussierter Aufmerksamkeit oder emotionaler Verarbeitung verknüpft sind. Das Team unterteilte diese Rhythmen in vier Bänder von sehr langsam bis schneller (Delta, Theta, Alpha und Beta). Für jede kurze rTMS‑Reihe verglichen sie die EEG‑Signale in der Sekunde vor und der Sekunde nach der Stimulation. Mit fortgeschrittenen mathematischen Methoden schätzten sie, wo im Gehirn diese Signale entstanden und wie stark der anvisierte präfrontale Bereich etwa 100 andere Regionen beeinflusste. Anschließend nutzten sie statistische Modelle, die breite Effekte der Stimulation von Unterschieden zwischen einzelnen Patienten separieren konnten.

Gemeinsame Verschiebungen und deutliche Unterschiede

Sowohl rhythmische als auch gemusterte Impulse zeigten weitreichende Effekte, obwohl sie alle dieselbe Stelle auf der Kopfhaut trafen. In den meisten Bedingungen nahmen sehr langsame (Delta) und langsame (Theta) Rhythmen nach der Stimulation ab, während schnellere Beta‑Rhythmen häufig anstiegen, besonders bei gemusterten Reihen. Die beiden Stile waren jedoch alles andere als identisch. Die gemusterte Stimulation erzeugte die stärksten Zuwächse in der Beta‑Leistung und bewirkte Veränderungen in bestimmten „inneren“ Bereichen wie Teilen des cingulären Kortex und des Precuneus, Regionen, die an Selbstfokus und innerer Gedankenbildung beteiligt sind. Die rhythmische Stimulation, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten, beeinflusste stärker die Aktivität in der Nähe der Stimulationsstelle und über größere Bereiche der Großhirnrinde. In mehreren Fällen unterschieden sich die exakt reagierenden präfrontalen Subregionen und tieferen Mittellinienstrukturen klar zwischen den beiden Mustern.

Kommunikationsleitungen umgestalten

Über lokale Leistungsveränderungen hinaus untersuchte die Studie, wie die Stimulation Kommunikationswege veränderte. Beide Stile verstärkten den Einfluss des anvisierten präfrontalen Bereichs auf den orbitofrontalen Kortex und eine Mittellinienregion, die mit der Stimmungsregulation verknüpft ist, was auf eine gemeinsame Route hindeutet, über die rTMS depressive Symptome lindern könnte. Nur rhythmische Impulse erhöhten jedoch die Konnektivität innerhalb benachbarter frontal‑er Regionen, während nur gemusterte Reihen die Konnektivität zum linken Precuneus und bestimmten visuellen Arealen reduzierten. Mit zunehmender Geschwindigkeit der rhythmischen Impulse von langsam zu schneller breiteten sich die Konnektivitätsänderungen weiter aus, insbesondere in höheren Frequenzbändern der Antwort. Kurz: Durch das Variieren von Impulstempo und -muster konnten die Forschenden dasselbe präfrontale „Lenkrad“ auf unterschiedliche Mengen von nachgeschalteten Regionen ausrichten.

Auf dem Weg zu gezielterer Hirnstimulation

Für Laien sehen alle rTMS‑Sitzungen vielleicht gleich aus: eine magnetische Spule, die über der Stirn klickt. Diese Arbeit zeigt, dass unter der Oberfläche unterschiedliche Impulsmuster und -geschwindigkeiten teilweise unterschiedliche Schaltkreise im Gehirn einbinden können, selbst wenn dasselbe Zielgebiet angepeilt wird. Sowohl rhythmische als auch gemusterte Ansätze scheinen in der Lage zu sein, hilfreiche fronto‑limbische Verbindungen zu stärken, gleichzeitig formen sie aber auch getrennte Pfade durch Netzwerke, die an Selbstreflexion, Aufmerksamkeit und Emotion beteiligt sind. Diese mechanistischen Unterschiede könnten erklären, warum ein Protokoll bei manchen Patienten wirkt und bei anderen nicht. Künftige kurze „Interrogations“-Sitzungen wie hier könnten abbilden, wie das individuelle Gehirn auf verschiedene rTMS‑Einstellungen reagiert, sodass Kliniker das Muster und die Frequenz wählen können, die die Netzwerkungleichgewichte der Person am besten korrigieren und letztlich ihre Chancen auf eine Erholung verbessern.

Zitation: Valles, T.E., Shamas, M., Hawkins, H. et al. Differential neural responses to rhythmic and patterned TMS protocols: Insights from EEG spectral analysis. Neuropsychopharmacol. 51, 813–821 (2026). https://doi.org/10.1038/s41386-025-02306-w

Schlüsselwörter: transkranielle Magnetstimulation, major depressive disorder, Gehirnnetzwerke, EEG‑Oszillationen, Neuromodulation