Physik der Transkraniellen Magnetstimulation

Die physikalische Grundlage, um die Funktionsweise der transkraniellen Magnetstimulation zu verstehen, ist das Gesetz der elektromagnetischen Induktion (auch Faradaysche Induktion genannt). Dieses besagt, dass in einem Leiter ein elektrischer Strom induziert wird, wenn sich der magnetische Fluss ändert. Dieser wiederum ändert sich dann, wenn sich der elektrische Strom in der das Magnetfeld generierenden Magnetspule ändert.

Technisch umgesetzt wird dies dadurch, dass mit Hilfe eines sogenannten Thyistorschalters der Strom in einer Magnetspule schnell an- und abgeschaltet wird. Dieser sich in der Zeit ändernde elektrische Strom induziert ein sich ebenfalls ändernder Magnetfluss und dieser dann wiederum einen elektrischen Strom im “Leiter” Gehirn:

Um eine magnetische Flussänderung zu induzieren, die durch Haut und Knochen bis zur Hirnrinde reicht, werden Spannungen bis 2’000 V und Stromstärken bis 10’000 A benötigt. Entsprechend stellen die Geräte hohe Anforderung an die Sicherheit.

Die in der Darstellung runde Spule wird zu diagnostischen Zwecken (Motorisch Evozierte Potentiale in der Neurologie), nicht aber für therapeutische Zwecke verwendet, weil das generierte Magnetfeld zu wenig fokussiert, zu wenig gebündelt ist. Mit “figure-eight”-Spulen (Form einer ’8’) lässt sich ein kleines Areal von maximal wenigen Quadratzentimetern stimulieren. Obwohl das Magnetfeld an der Oberfläche der Spule mit cs. 2 Tesla 30’000 mal stärker ist als das Magnetfeld der Erde, hat es eine nur geringe Reichweite und man erreicht durch Haut und Schädel nur Strukturen, die maximal 2 bis 3 cm tief liegen.