Abstract

Die Ergebnisse der vorgelegten Arbeit zeigen die reproduzierbare Induktion assoziativer L TP- und L TD-ähnlicher Plastizität im Motorkortex des Menschen, mit Hilfe eines IPAS-Reizprotokolls (Interventional Paired Associative Stimulation) aus 200 gepaarten Stimuli a 0,25 Hz. Die gepaarten Stimuli bestehen aus einem elektrischen afferenten Reiz des Nervus medianus und einem transkraniellen magnetischen Stimulus über dem Motorkortexareal des Musculus abductor pollicis brevis. Dabei bestätigt sich die Bedeutsamkeit assoziativer (zeitlich gekoppelter) synaptischer Ereignisse zur plastischen Modifikation neuronaler Verbindungen durch den Nachweis signifikanter fazilitatorischer Effekte in Form von vergrößerten elektromyographisch ableitbaren motorisch evozierten Potentialen (MEP) nach Intervention mit zeitgleich an Neuronen im Motorkortex auftretenden afferenten und efferenten Stimuli (Interstimulusintervall= 0 ms). Außerdem konnte mit einem analogen Reizprotokoll, die bisher nur aus tierexperimentellen Simulationsdaten bekannte assoziative L TD-ähnliche Plastizität signifikant reproduziert werden. Hierbei geht der TMS-Stimulus dem afferenten Stimulus um 5 ms voraus (Interstimulusintervall= -5ms), was zu einer signifikanten Verkleinerung der MEP-Amplituden nach der Intervention führt. Beide Befunde untermauern das bereits bekannte Konzept der STDP (Spike Timing-Dependent Plasticity). Als wichtige Evidenz für die Beteiligung L TP- und L TD-ähnlicher Plastizität beim Erlernen neuer motorischer Fertigkeiten gilt die lediglich aus tierexperimentellen Arbeiten bekannte signifikante Abnahme der Induzierbarkeit L TP-ähnlicher
Plastizität gepaart mit der signifikanten Zunahme der Induzierbarkeit L TDähnlicher Plastizität nach wiederholtem Training einfacher fein motorischer Bewegungsmuster, als Ausdruck eines konstant gebliebenen "synaptic modification range". Dies konnte hier durch analoge Versuche mit Training von repetitiven ballistischen Daumenabduktionen erstmals auch am Menschen nachgewiesen werden. Neue Erkenntnisse über die plastische Modellierbarkeit des adulten menschlichen Gehirns bereiten den Weg für neue Therapie- und Rehabilitationsverfahren für Schlaganfall- und andere neurologische Patienten. Verf.-Referat

Abstract

Learning may alter rapidly representations in the motor cortex of adult humans. It is a long held hypothesis that modification of synaptic strength along cortical horizontal connections through long-term potentiation (LTP) and long-term depression (LTD) forms one important mechanism for this learning-induced cortical plasticity. This was confirmed recently for rat motor cortex but remains unproven in humans.
LTP- and LTD-like plasticity was induced using an interventional paired associative stimulation protocol (lPAS) including two associative stimuli, the electrical stimulation of the right median nerve and the transcranial magnetic stimulation (TMS) of the left motor cortex area representing the right abductor pollicis brevis muscle. In the case of LTP-induction the two associative stimuli activated the motor cortex at the same time and for the LTD-induction motor cortex activation by TMS led the activation by median nerve stimulation by about 5 ms. LTP-induction resulted in a significant increase in MEP size of the abductor pollicis brevis muscle, where as LTD-induction resulted in a significant decrease in MEP size, wh ich is fully in line with the hypothesis of spike timing-dependent plasticity (STDP). A learning task where subjects performed repeated ballistic thumb abduction movements, occluded LTP-induction, but enhanced LTD-induction, which is directly comparable to previous experiments in rat motor cortex. The opposite effects of learning on the LTP-like and LTD-like MEP modulation are best explained by a stable synaptic modification range where learning saturated LTP, and concomitantly, amplified the room for LTD. This is the first time that strong evidence is provided in humans that learning occurs through LTP- and LTD- like plasticity. Verf.-Referat