Hoofdstuk 1: Non-invasieve hersenstimulatie en klinische toepassingen
1. Geschiedenis
Hersenstimulatie bestaat al veel langer dan mensen denken en kent drie grote mijlpalen.
Claudius Galenus (150 AD) Gebruikte een elektrische sidderaal voor een intense
stroomstoot. Hij ontdekte hiermee dat hersenfunctie neurotransmitters kan vrijgeven die
symptoomverlichting geven.
Ugo Cerletti (1938) Ontwikkelde de ECT voor schizofrenie. Een intense stroom door het
brein veroorzaakt een infarct waardoor neurotransmitters zoals serotonine en dopamine
vrijkomen. Het werkingsmechanisme was toen nog niet volledig duidelijk. Intense techniek
met bijwerkingen zoals spierspanning en tongbijten.
Anthony Barker (1985) Ontwikkelde de eerste échte non-invasieve
hersenstimulatietechniek: TMS. Vanaf dan werden technieken steeds veiliger, minder invasief
en met minder nevenwerkingen.
2. Invasieve vs. non-invasieve hersenstimulatie
2.1 Invasieve hersenstimulatie
Bij invasieve hersenstimulatie wordt er iets in het lichaam geïmplanteerd. Er zijn drie vormen:
Deep Brain Stimulation (DBS) Elektroden worden in specifieke hersendelen geïmplanteerd
die elektrische impulsen afgeven. Wordt gebruikt wanneer farmacologische behandeling te
veel nevenwerkingen heeft, bijvoorbeeld bij Parkinson in een laat stadium als er geen andere
oplossing meer is.
Vagus Nerve Stimulation (VNS) Een onderhuids geïmplanteerde elektrode stimuleert de
nervus vagus om het autonoom zenuwstelsel te moduleren, de parasympathische tak exciteren
en de sympathische tak inhiberen. Nuttig bij depressie en epilepsie.
Electroconvulsive Therapy (ECT) Bestaat nog steeds maar op een humanere manier met
spierontspanners en verdoving. Effectief bij ziektes die resistent zijn aan conventionele
behandelingen.
2.2 Non-invasieve hersenstimulatie (NIBS)
Niets wordt geïmplanteerd, alles gebeurt van buitenaf via de schedel:
TMS via een magnetisch veld
tDCS via elektrische gelijkstroom
tACS via elektrische wisselstroom
,3. TMS: Transcranial Magnetic Stimulation
3.1 Hoe werkt het?
Je plaatst een spoel op de schedel die een magnetisch veld opwekt. Dat veld induceert een
elektrische stroom in het hersenweefsel en als de intensiteit groot genoeg is ontstaat er een
actiepotentiaal waardoor neuronen effectief beginnen te vuren. Dit is het grote verschil met
tDCS en tACS want alleen TMS is krachtig genoeg om een actiepotentiaal te induceren.
De effecten hangen af van drie dingen: de intensiteit, de locatie van de spoel en de
frequentie van de pulsen.
3.2 Types op basis van frequentie
Single-pulse TMS Één hoog-intensieve impuls die een actiepotentiaal induceert in de
motorische cortex, zichtbaar als een korte spiercontractie meetbaar via EMG. Ook
diagnostisch interessant want hiermee kan degeneratie van corticospinale bouwstenen
gemeten worden.
Low-Frequency rTMS (1-5 Hz) Verlaagt de corticale excitabiliteit via hyperpolarisatie
waardoor neuronen moeilijker afvuren. Dit noemen we inhibitie.
High-Frequency rTMS (5-20 Hz) Verhoogt de corticale excitabiliteit via depolarisatie
waardoor neuronen makkelijker vuren. Dit noemen we excitatie. Wordt bijvoorbeeld gebruikt
bij depressie om pathologisch lage activiteit in de DLPFC te verhogen want daar willen we
boosten.
Theta-Burst rTMS Een specifiek patroon van 3 pulsen aan 50 Hz afgewisseld aan 5 Hz. Het
grote voordeel is dat je dit veel sneller kan toepassen en dus sneller gelijkaardige effecten kan
verkrijgen:
Intermittent theta-burst: excitatie (2 sec burst, 8 sec pauze)
Continue theta-burst: inhibitie
3.3 Klinische toepassingen
Neuropathische pijn: HF-rTMS van de primaire motorische cortex contralateraal aan
de pijnlijke zijde
Depressie: HF-rTMS van de DLPFC
Herstel handmotoriek na beroerte: LF-rTMS van de contralaterale motorische
cortex, want de abnormale hyperactiviteit willen we afremmen
In de VS is TMS FDA-goedgekeurd voor MDD, migraine, OCD en tabakstop. In Europa
heeft het een CE-certificaat voor depressie maar wordt het ook off-label gebruikt.
,4. tDCS: Transcranial Direct Current Stimulation
4.1 Hoe werkt het?
Een zwakke gelijkstroom wordt via elektroden door de schedel gestuurd met altijd één
positieve elektrode (anode) en één negatieve elektrode (kathode).
Anodale tDCS Veroorzaakt depolarisatie en verhoogt de kans dat neuronen actiepotentialen
versturen. Dit stimuleert het onderliggende hersengebied en noemen we excitatie.
Kathodale tDCS Veroorzaakt hyperpolarisatie en verlaagt de excitabiliteit. Dit remt
hersenactiviteit en noemen we inhibitie.
4.2 Belangrijke kenmerken
In tegenstelling tot TMS kan tDCS geen actiepotentialen induceren, het beïnvloedt enkel het
rustmembraanpotentiaal. De stroom bereikt maar een halve centimeter onder de schedel dus
het werkt enkel corticaal, nooit direct subcorticaal. Er zijn wel mogelijke indirecte
subcorticale effecten via neuronale netwerkeffecten want corticale gebieden maken deel uit
van bredere netwerken. Het exacte werkingsmechanisme is niet volledig gekend en verloopt
ook niet volledig lineair. De stroom wordt continu toegediend, meestal aan 2 mA.
4.3 Conventioneel vs. High Definition tDCS
Conventionele tDCS Twee elektroden met een breed elektrisch veld waardoor je meer
stimuleert dan enkel het doelgebied.
HD-tDCS (4x1) Één anode omringd door vier kathodes voor een veel focaler
stimulatiepatroon. Niet altijd wenselijk want soms wil je net een breder effect.
4.4 Evidentie
Sinds 2000 is er een sterk toegenomen interesse maar de evidentie blijft beperkt door
heterogeniteit in resultaten en methodologieën:
Zeker effectief (Level A): depressie
Waarschijnlijk effectief (Level B): pijn, Parkinson, CVA, epilepsie, schizofrenie
, Er zijn ook veel open vragen over optimale parameters zoals locatie, intensiteit, duur en aantal
sessies, en veel interindividuele variabiliteit door verschillen in schedeldikte en
hersenstructuur.
5. tACS: Transcranial Alternating Current Stimulation
5.1 Hoe werkt het?
tACS gebruikt een wisselstroom om de oscillerende hersenactiviteit te moduleren en de
intrinsieke hersenritmes te beïnvloeden. De effecten zijn afhankelijk van de frequentie:
Alpha: 8-12 Hz
Beta: 13-30 Hz
Gamma: meer dan 30 Hz
Indicaties zijn abnormale oscillatoire patronen bij Parkinson, epilepsie, chronische pijn en
depressie. Bij Parkinson doet de beta-activiteit raar dus 20 Hz toedienen kan tremoren helpen
verminderen.
5.2 Positieve effecten
Gamma tACS van de dLPFC verbetert het geheugen bij dementie en cognitieve
uitkomsten bij MCI, beter dan tDCS
Alpha tACS verbetert inhibitoire controle bij alcoholmisbruik
Geïndividualiseerde tACS verbetert motorische en cognitieve uitkomsten bij
Parkinson
6. Toekomstige technieken
Geïndividualiseerde protocols Stimulatie op maat waarbij ook de persoonlijk benodigde
intensiteit wordt bepaald.
Closed-loop stimulatie In real time hersenactiviteit meten via EEG en de stimulatie daarop
aanpassen voor optimale modulatie. Het probleem is dat gelijktijdig EEG en tDCS of tACS
veel ruis veroorzaakt in de EEG-data en er wordt nu onderzoek gedaan naar hoe die ruis te
scheiden.
Robot-geleide stimulatie Een robot houdt de TMS-spoel vast en maakt automatische
aanpassingen aan hoofdbewegingen van de patiënt.
Technieken zonder perifere zenuwstimulatie Het brandende of tintelende gevoel bij tDCS
beperkt de maximale intensiteit tot 4 mA. Onderzoek suggereert dat dit via een transcutaan
mechanisme werkt en niet via een transcranieel mechanisme zoals altijd gedacht, waarbij
craniële zenuwen worden gestimuleerd wat een gegeneraliseerde reactie in het brein
veroorzaakt.
1. Geschiedenis
Hersenstimulatie bestaat al veel langer dan mensen denken en kent drie grote mijlpalen.
Claudius Galenus (150 AD) Gebruikte een elektrische sidderaal voor een intense
stroomstoot. Hij ontdekte hiermee dat hersenfunctie neurotransmitters kan vrijgeven die
symptoomverlichting geven.
Ugo Cerletti (1938) Ontwikkelde de ECT voor schizofrenie. Een intense stroom door het
brein veroorzaakt een infarct waardoor neurotransmitters zoals serotonine en dopamine
vrijkomen. Het werkingsmechanisme was toen nog niet volledig duidelijk. Intense techniek
met bijwerkingen zoals spierspanning en tongbijten.
Anthony Barker (1985) Ontwikkelde de eerste échte non-invasieve
hersenstimulatietechniek: TMS. Vanaf dan werden technieken steeds veiliger, minder invasief
en met minder nevenwerkingen.
2. Invasieve vs. non-invasieve hersenstimulatie
2.1 Invasieve hersenstimulatie
Bij invasieve hersenstimulatie wordt er iets in het lichaam geïmplanteerd. Er zijn drie vormen:
Deep Brain Stimulation (DBS) Elektroden worden in specifieke hersendelen geïmplanteerd
die elektrische impulsen afgeven. Wordt gebruikt wanneer farmacologische behandeling te
veel nevenwerkingen heeft, bijvoorbeeld bij Parkinson in een laat stadium als er geen andere
oplossing meer is.
Vagus Nerve Stimulation (VNS) Een onderhuids geïmplanteerde elektrode stimuleert de
nervus vagus om het autonoom zenuwstelsel te moduleren, de parasympathische tak exciteren
en de sympathische tak inhiberen. Nuttig bij depressie en epilepsie.
Electroconvulsive Therapy (ECT) Bestaat nog steeds maar op een humanere manier met
spierontspanners en verdoving. Effectief bij ziektes die resistent zijn aan conventionele
behandelingen.
2.2 Non-invasieve hersenstimulatie (NIBS)
Niets wordt geïmplanteerd, alles gebeurt van buitenaf via de schedel:
TMS via een magnetisch veld
tDCS via elektrische gelijkstroom
tACS via elektrische wisselstroom
,3. TMS: Transcranial Magnetic Stimulation
3.1 Hoe werkt het?
Je plaatst een spoel op de schedel die een magnetisch veld opwekt. Dat veld induceert een
elektrische stroom in het hersenweefsel en als de intensiteit groot genoeg is ontstaat er een
actiepotentiaal waardoor neuronen effectief beginnen te vuren. Dit is het grote verschil met
tDCS en tACS want alleen TMS is krachtig genoeg om een actiepotentiaal te induceren.
De effecten hangen af van drie dingen: de intensiteit, de locatie van de spoel en de
frequentie van de pulsen.
3.2 Types op basis van frequentie
Single-pulse TMS Één hoog-intensieve impuls die een actiepotentiaal induceert in de
motorische cortex, zichtbaar als een korte spiercontractie meetbaar via EMG. Ook
diagnostisch interessant want hiermee kan degeneratie van corticospinale bouwstenen
gemeten worden.
Low-Frequency rTMS (1-5 Hz) Verlaagt de corticale excitabiliteit via hyperpolarisatie
waardoor neuronen moeilijker afvuren. Dit noemen we inhibitie.
High-Frequency rTMS (5-20 Hz) Verhoogt de corticale excitabiliteit via depolarisatie
waardoor neuronen makkelijker vuren. Dit noemen we excitatie. Wordt bijvoorbeeld gebruikt
bij depressie om pathologisch lage activiteit in de DLPFC te verhogen want daar willen we
boosten.
Theta-Burst rTMS Een specifiek patroon van 3 pulsen aan 50 Hz afgewisseld aan 5 Hz. Het
grote voordeel is dat je dit veel sneller kan toepassen en dus sneller gelijkaardige effecten kan
verkrijgen:
Intermittent theta-burst: excitatie (2 sec burst, 8 sec pauze)
Continue theta-burst: inhibitie
3.3 Klinische toepassingen
Neuropathische pijn: HF-rTMS van de primaire motorische cortex contralateraal aan
de pijnlijke zijde
Depressie: HF-rTMS van de DLPFC
Herstel handmotoriek na beroerte: LF-rTMS van de contralaterale motorische
cortex, want de abnormale hyperactiviteit willen we afremmen
In de VS is TMS FDA-goedgekeurd voor MDD, migraine, OCD en tabakstop. In Europa
heeft het een CE-certificaat voor depressie maar wordt het ook off-label gebruikt.
,4. tDCS: Transcranial Direct Current Stimulation
4.1 Hoe werkt het?
Een zwakke gelijkstroom wordt via elektroden door de schedel gestuurd met altijd één
positieve elektrode (anode) en één negatieve elektrode (kathode).
Anodale tDCS Veroorzaakt depolarisatie en verhoogt de kans dat neuronen actiepotentialen
versturen. Dit stimuleert het onderliggende hersengebied en noemen we excitatie.
Kathodale tDCS Veroorzaakt hyperpolarisatie en verlaagt de excitabiliteit. Dit remt
hersenactiviteit en noemen we inhibitie.
4.2 Belangrijke kenmerken
In tegenstelling tot TMS kan tDCS geen actiepotentialen induceren, het beïnvloedt enkel het
rustmembraanpotentiaal. De stroom bereikt maar een halve centimeter onder de schedel dus
het werkt enkel corticaal, nooit direct subcorticaal. Er zijn wel mogelijke indirecte
subcorticale effecten via neuronale netwerkeffecten want corticale gebieden maken deel uit
van bredere netwerken. Het exacte werkingsmechanisme is niet volledig gekend en verloopt
ook niet volledig lineair. De stroom wordt continu toegediend, meestal aan 2 mA.
4.3 Conventioneel vs. High Definition tDCS
Conventionele tDCS Twee elektroden met een breed elektrisch veld waardoor je meer
stimuleert dan enkel het doelgebied.
HD-tDCS (4x1) Één anode omringd door vier kathodes voor een veel focaler
stimulatiepatroon. Niet altijd wenselijk want soms wil je net een breder effect.
4.4 Evidentie
Sinds 2000 is er een sterk toegenomen interesse maar de evidentie blijft beperkt door
heterogeniteit in resultaten en methodologieën:
Zeker effectief (Level A): depressie
Waarschijnlijk effectief (Level B): pijn, Parkinson, CVA, epilepsie, schizofrenie
, Er zijn ook veel open vragen over optimale parameters zoals locatie, intensiteit, duur en aantal
sessies, en veel interindividuele variabiliteit door verschillen in schedeldikte en
hersenstructuur.
5. tACS: Transcranial Alternating Current Stimulation
5.1 Hoe werkt het?
tACS gebruikt een wisselstroom om de oscillerende hersenactiviteit te moduleren en de
intrinsieke hersenritmes te beïnvloeden. De effecten zijn afhankelijk van de frequentie:
Alpha: 8-12 Hz
Beta: 13-30 Hz
Gamma: meer dan 30 Hz
Indicaties zijn abnormale oscillatoire patronen bij Parkinson, epilepsie, chronische pijn en
depressie. Bij Parkinson doet de beta-activiteit raar dus 20 Hz toedienen kan tremoren helpen
verminderen.
5.2 Positieve effecten
Gamma tACS van de dLPFC verbetert het geheugen bij dementie en cognitieve
uitkomsten bij MCI, beter dan tDCS
Alpha tACS verbetert inhibitoire controle bij alcoholmisbruik
Geïndividualiseerde tACS verbetert motorische en cognitieve uitkomsten bij
Parkinson
6. Toekomstige technieken
Geïndividualiseerde protocols Stimulatie op maat waarbij ook de persoonlijk benodigde
intensiteit wordt bepaald.
Closed-loop stimulatie In real time hersenactiviteit meten via EEG en de stimulatie daarop
aanpassen voor optimale modulatie. Het probleem is dat gelijktijdig EEG en tDCS of tACS
veel ruis veroorzaakt in de EEG-data en er wordt nu onderzoek gedaan naar hoe die ruis te
scheiden.
Robot-geleide stimulatie Een robot houdt de TMS-spoel vast en maakt automatische
aanpassingen aan hoofdbewegingen van de patiënt.
Technieken zonder perifere zenuwstimulatie Het brandende of tintelende gevoel bij tDCS
beperkt de maximale intensiteit tot 4 mA. Onderzoek suggereert dat dit via een transcutaan
mechanisme werkt en niet via een transcranieel mechanisme zoals altijd gedacht, waarbij
craniële zenuwen worden gestimuleerd wat een gegeneraliseerde reactie in het brein
veroorzaakt.
