Transcraniële magnetische stimulatie: hersenen prikkelen zonder scalpel
Stel je voor dat je een deel van je brein tijdelijk kunt "aan- of uitzetten" zonder ook maar één snee te maken. Dat is in essentie wat transcraniële magnetische stimulatie, kortweg TMS, doet. Een spoel met stroom wordt vlak boven het hoofd gehouden en creëert een kortstondig magnetisch veld dat door de schedel heen dringt en zenuwcellen in de onderliggende hersenschors laat vuren.
Een bekende analogie: net zoals een dynamo op een fiets een magneetveld gebruikt om elektriciteit op te wekken, gebruikt TMS elektriciteit om een magneetveld op te wekken, dat vervolgens weer elektrische stroompjes opwekt — maar dan in je hersenweefsel. Het is dezelfde natuurkunde als bij een MRI-scanner, alleen wordt hier niet gemeten maar juist actief gestimuleerd. Voor de patiënt voelt het meestal als tikken of kloppen op het hoofd, zonder dat er verdoving of een operatie aan te pas komt.
Wat is het precies?
TMS werkt via het principe van elektromagnetische inductie, ontdekt door Michael Faraday in de negentiende eeuw. Een spoel — vaak in de vorm van een acht, een zogeheten figure-8-coil — wordt tegen het hoofd geplaatst. Er wordt gedurende een fractie van een seconde een sterke stroom door de spoel gestuurd, wat een kortstondig maar krachtig magnetisch veld opwekt.
Dat magneetveld gaat vrijwel ongehinderd door huid, schedel en hersenvlies heen. In het hersenweefsel zelf induceert het veld een zwakke elektrische stroom, sterk genoeg om neuronen (zenuwcellen) te laten vuren, ofwel een actiepotentiaal te laten afgaan. Bij het motorische gebied van de hersenschors leidt dit tot een zichtbare spiertrekking, bijvoorbeeld in de hand — dit gebruiken behandelaars om de zogeheten motor threshold te bepalen: de minimale sterkte die nodig is om een reactie op te wekken, en daarmee de individuele dosering vast te stellen.
Er zijn twee hoofdvormen. Bij enkelvoudige of gepaarde pulsen wordt vooral onderzocht hoe hersengebieden met elkaar communiceren, of wordt kortdurend een functie verstoord om te bestuderen wat een gebied doet. Bij repetitieve TMS (rTMS) worden pulsen achter elkaar in een vast ritme toegediend, gedurende meerdere minuten per sessie. Afhankelijk van de frequentie kan dit de activiteit van het gestimuleerde gebied juist verhogen of juist dempen. Een volledige behandelkuur bestaat doorgaans uit dagelijkse sessies gedurende vier tot zes weken, in een polikliniek, waarbij de patiënt na afloop gewoon naar huis rijdt.
Wat wil men ermee bereiken?
Het belangrijkste doel is het beïnvloeden van hersennetwerken die bij psychiatrische aandoeningen ontregeld lijken te zijn, met name bij depressie die niet reageert op medicatie of therapie. Het idee is dat bepaalde hersengebieden, zoals de linker dorsolaterale prefrontale cortex (een gebied vlak achter het voorhoofd betrokken bij stemming en planning), onderactief zijn bij depressie. Door dit gebied herhaaldelijk te stimuleren, hoopt men de activiteit te normaliseren.
Daarnaast wordt TMS ingezet als onderzoeksinstrument in de neurowetenschap. Door tijdelijk een hersengebied te verstoren, kunnen wetenschappers vaststellen welke functie dat gebied precies vervult — een soort omkeerbare, kunstmatige hersenschade die na de sessie weer verdwijnt. Ook wordt het gebruikt in de diagnostiek, bijvoorbeeld om voorafgaand aan hersenoperaties te bepalen waar zich kritieke taal- of bewegingsgebieden bevinden, zodat chirurgen die tijdens de ingreep kunnen vermijden.
Ten slotte hoopt men TMS in te zetten bij revalidatie na een beroerte, bij chronische pijn en bij verslaving, door de plasticiteit van de hersenen — het vermogen om verbindingen te versterken of te verzwakken — te sturen in een gewenste richting.
Voorbeelden uit de praktijk
De techniek werd in 1985 voor het eerst gedemonstreerd door natuurkundige Anthony Barker aan de universiteit van Sheffield, die met een spoel boven het hoofd van een proefpersoon een spiertrekking in de hand kon opwekken zonder de huid aan te raken. Dit gold destijds als een doorbraak, omdat eerdere elektrische stimulatie van de hersenschors door de schedel heen pijnlijk was.
In 2008 keurde de Amerikaanse toezichthouder FDA het NeuroStar-systeem van bedrijf Neuronetics goed als behandeling voor depressie bij patiënten die onvoldoende op antidepressiva reageerden. Dit was de eerste grote klinische doorbraak voor TMS buiten de onderzoekswereld.
In 2018 volgde goedkeuring van het zogeheten Deep TMS-systeem van het Israëlische bedrijf Brainsway, specifiek voor de behandeling van obsessieve-compulsieve stoornis (OCS). Dit systeem gebruikt een andere spoelvorm (de H-coil) die dieper in de hersenen kan doordringen dan de klassieke figure-8-spoel.
Een opvallend recenter voorbeeld is het zogeheten SAINT-protocol (Stanford Accelerated Intelligent Neuromodulation Therapy), ontwikkeld door een team onder leiding van neurowetenschapper Nolan Williams aan Stanford University. In studies gepubliceerd rond 2020-2021 combineerden zij hersenscans om het exacte doelgebied per patiënt te bepalen met een sterk verkort schema van meerdere sessies per dag gedurende vijf dagen, in plaats van de gebruikelijke zes weken. De gerapporteerde resultaten bij therapieresistente depressie waren opvallend, al betrof het relatief kleine groepen patiënten en is grootschalige bevestiging nodig.
Tot slot wordt TMS in academische ziekenhuizen wereldwijd, waaronder in Nederland, gebruikt voor presurgische hersenmapping: het in kaart brengen van taal- en bewegingsgebieden vóór een hersentumoroperatie, zodat chirurgen weten welke delen van de hersenschors ze tijdens de ingreep moeten sparen.
Hoe ver is de techniek?
Voor depressie en OCS is rTMS inmiddels een erkende, vergoede behandeling in de Verenigde Staten en in delen van Europa, waaronder Nederland, waar het via gespecialiseerde ggz-instellingen wordt aangeboden als aanvullende of vervolgbehandeling wanneer medicatie onvoldoende werkt. Ook voor het stoppen met roken heeft de FDA een TMS-toepassing goedgekeurd.
Voor veel andere toepassingen — PTSS, verslaving, chronische pijn, revalidatie na een beroerte, de ziekte van Parkinson — loopt het onderzoek nog en is de bewijslast wisselend. Sommige studies laten duidelijke effecten zien, andere niet, en de resultaten verschillen sterk tussen onderzoeksgroepen en protocollen.
Een aantal fundamentele obstakels blijft bestaan. Het is lastig om te weten of het magneetveld precies het beoogde hersengebied raakt, omdat schedeldikte en hersenanatomie per persoon verschillen; geavanceerde centra gebruiken daarom MRI-gestuurde navigatie, maar dat is niet overal beschikbaar. Daarnaast is het effect van behandeling wisselend: niet iedereen reageert, en het is nog niet goed te voorspellen wie wel en wie niet baat heeft. Placebo-gecontroleerd onderzoek is bovendien lastig, omdat het geluid en de tikkende sensatie van echte TMS moeilijk volledig na te bootsen zijn in een schijnbehandeling, wat de interpretatie van studies bemoeilijkt. Ten slotte zijn behandeltrajecten arbeidsintensief en kostbaar, wat brede toegankelijkheid in de weg staat.
Wie werken eraan?
Op het gebied van apparatuur zijn enkele bedrijven toonaangevend: het Amerikaanse Neuronetics (NeuroStar), het Deense MagVenture, het Britse Magstim — een van de oudste fabrikanten, met wortels die teruggaan tot de originele Sheffield-uitvinding — en het Israëlische Brainsway, bekend van de Deep TMS-technologie.
Op onderzoeksgebied speelt Stanford University een prominente rol, onder meer via het hierboven genoemde SAINT-protocol. In de Verenigde Staten financiert het National Institute of Mental Health (NIMH), onderdeel van de Amerikaanse gezondheidsinstituten NIH, veel fundamenteel onderzoek naar neuromodulatie, waaronder TMS. Ook Europese universitaire medische centra, waaronder diverse Nederlandse umc's en ggz-instellingen, doen klinisch onderzoek naar rTMS bij depressie en andere aandoeningen, vaak in samenwerking met internationale netwerken.
Over het geheel genomen lopen de Verenigde Staten voorop in klinische goedkeuring en marktontwikkeling, terwijl fundamenteel onderzoek zich verspreid over Noord-Amerika, Europa en delen van Azië afspeelt.