CES-Methode: Die neurophysiologische Grundlage der Cranialen Elektrotherapie-Stimulation
CES (Craniale Elektrotherapie-Stimulation) ist eine nicht-pharmakologische Stimulationsmethode mit niedriger Intensität, die dazu beiträgt, die gesunde Neurochemie des Gehirns wiederherzustellen. Auf dieser Seite finden Sie Informationen über die wissenschaftliche Grundlage der CES, ihre Wirkungen auf Hirnwellen und Neurotransmitter sowie über ihren Einsatz bei der Behandlung von Angststörungen, Depressionen und Schlafstörungen.
Liquor- und Plasma-Neurochemikalien
Potenzial- und Stromdichteverteilungen
Quantitatives EEG und Niedrigauflösende Tomographie
Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)
Liquor- und Plasma-Neurochemikalien
Der NeuroCes™ Stimulator für Craniale Elektrotherapie-Stimulation (CES) bewirkt Veränderungen von Neurohormonen und Neurotransmittern bei verschiedenen psychiatrischen Erkrankungen, insbesondere bei Depressionen und Angststörungen. Die Craniale Elektrotherapie-Stimulation (CES) erhöht den Blutspiegel von Beta-Endorphin und Serotonin unmittelbar und kann innerhalb von etwa zwei Wochen zu einer Homöostase des Serotoninspiegels bei depressiven Patienten führen (Shealy et al., 1989).
In einer Studie von Shealy et al. (1989) wurden die Liquor- und Plasmaspiegel von fünf Neurochemikalien - Serotonin, Beta-Endorphin, Melatonin, Noradrenalin und Cholinesterase - bei fünf gesunden, asymptomatischen Probanden in Ruhe und nach 20 Minuten CES gemessen. Obwohl die Serotonin- und Beta-Endorphin-Spiegel im Liquor stärker ansteigen, zeigen insbesondere Beta-Endorphin, Serotonin und Melatonin im Plasma signifikante Veränderungen, die klinisch relevant sind. Der Plasmaspiegel von Noradrenalin scheint sich moderat zu verändern.
Diese Veränderungen deuten darauf hin, dass eine hypothalamische Modulation den antidepressiven Effekt der CES erklären könnte (Shealy et al., 1989). Abbildung 1 und Abbildung 2 zeigen den Anstieg der maximalen Neurochemikalien-Konzentrationen im Liquor und Plasma bei fünf gesunden Probanden. Die Stimulation serotonerger Neuronen im Zentralnervensystem (ZNS) durch CES könnte direkt auf den Hypothalamus wirken und die Freisetzung hypothalamischer Releasing-Hormone auslösen (Liss S., Liss B., 1996).
Abbildung 1. Prozentuale Veränderung der Neurochemikalien im Plasma bei gesunden, asymptomatischen Probanden nach 20 Minuten CES (Shealy et al., 1989).
Abbildung 2. Prozentuale Veränderung der Neurochemikalien im Liquor bei gesunden, asymptomatischen Probanden nach 20 Minuten CES (Shealy et al., 1989).
Abbildung 3. Unterschiede in den Blutplasma-Biochemikalien nach 20-minütiger CES-Stimulation.
Die Unterschiede in den Blutplasma-Spiegeln von Serotonin, Tryptophan, Cortisol und ACTH nach der Cranialen Elektrotherapie-Stimulation wurden von Closson untersucht. Die Serumkonzentrationen der in Abbildung 3 aufgeführten Substanzen wurden vor der Stimulation und 10 Minuten nach Abschluss einer 20-minütigen CES-Behandlung gemessen (Closson, Win. J., 1988).
Potenzial- und Stromdichteverteilungen
In der Studie „Potential and Current Density Distributions of Cranial Electrotherapy Stimulation (CES) in a Four-Concentric-Spheres Model“, die im Rahmen des Biomedical Engineering Program der University of Texas at Austin durchgeführt wurde, wurde anhand einer radialen Stromdichtesimulation gezeigt, dass die maximale injizierte Stromdichte während einer CES-Behandlung mit einem Standardstimulus von 1 mA etwa 5 µA/cm² beträgt und die Thalamusregion in einem Radius von 13,30 mm des Modells erreicht. Dies zeigt, dass das durch CES erzeugte elektrische Feld als facilitierender Stimulus wirken kann und die Freisetzung von Neurotransmittern auslösen könnte, die für die physiologischen Effekte der Behandlung verantwortlich sind (Ferdjallah et al., 1996).
Abbildung 4. Vier konzentrische Sphären des menschlichen Kopfes im Modell, entsprechend Gehirngewebe, Liquor, Schädelknochen und Kopfhaut.
Quantitatives EEG und Niedrigauflösende Tomographie
Die Wirkungen der Cranialen Elektrotherapie-Stimulation (CES) auf das menschliche EEG und die Stromdichte im Gehirn wurden mittels quantitativer Elektroenzephalographie (qEEG) und Low Resolution Brain Electromagnetic Tomography (LORETA) untersucht (Kennerly, 2006).
Laut der Studie von Kennerly zeigten die qEEG-Messungen, dass eine CES-Stimulation mit 0,5 Hz zu einer signifikanten Erhöhung der Alpha-Relativleistung (8–12 Hz) führte, begleitet von gleichzeitigen Abnahmen der Delta- (0–3,5 Hz) und Beta-Relativleistung (12,5–30 Hz). Die 0,5-Hz-CES reduzierte die Delta-Aktivität über einen breiten Frequenzbereich. Diese Veränderungen der qEEG-Relativleistung stehen im Einklang mit den in der Literatur beschriebenen affektiven und kognitiven Wirkungen von CES, wie verstärkte Entspannung und verminderte Angst.
Der visuelle Vergleich der spektralen Relativleistungsdarstellung in der Ausgangslage und nach der Stimulation zeigte ein konsistentes Muster:
eine Zunahme der Alpha-Aktivität bei gleichzeitiger Abnahme der Delta- und Beta-Aktivität (siehe Abbildung 5.a und Abbildung 5.b). In einigen Aufzeichnungen trat nach der CES-Behandlung eine bimodale Verteilung im Spektrum auf, die in der Ausgangssituation nicht vorhanden war (Kennerly, 2006).
Abbildung 5.a. Relative-Power-EEG-Spektrum eines einzelnen Probanden vor CES mit 0,5 Hz.
Abbildung 5.b. Relative-Power-EEG-Spektrum eines einzelnen Probanden nach CES mit 0,5 Hz. Es zeigt sich eine Zunahme der Alpha-Leistung sowie eine Abnahme der Delta- und Beta-Leistung. In einigen Fällen tritt nach CES eine bimodale Verteilung im Spektrum auf, die in der Ausgangslage nicht vorhanden war (eine individuelle Reaktionsvariante).
Abbildung 6. Relative-Power-p-Wert-Topographiekarte für CES mit 0,5 Hz. Statistisch signifikante Veränderungen (p ≤ 0,05) sind farblich dargestellt; Weiß zeigt keine signifikante Veränderung. Die Pfeile zeigen die Richtung der Veränderung. Signifikante Abnahmen wurden im Delta- und Beta-Bereich, signifikante Zunahmen im Alpha-Bereich beobachtet.
Eine Relative-Power-Topographiekarte der in Abbildung 6 dargestellten Aktivität kann dieselben Informationen in grafischer Form wiedergeben und dadurch das räumliche Veränderungsmuster deutlich klarer veranschaulichen (Kennerly, 2006).
Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)
Die unmittelbaren Effekte der CES-Stimulation auf Muster der Gehirnaktivität im Ruhezustand sowie auf die funktionelle Konnektivität innerhalb intrinsischer Netzwerke wurden mittels funktioneller Neurobildgebung parallel zur kranialen Stimulation untersucht (Feusner et al., 2012).
Die CES führt zu einer kortikalen Deaktivierung in präfrontalen und parietalen Mittellinienregionen.
Die CES scheint demnach ähnliche Muster der kortikalen Deaktivierung bei unterschiedlichen Stimulationsfrequenzen hervorzurufen, jedoch sind die Veränderungen der funktionellen Konnektivität bei höheren Frequenzen deutlicher ausgeprägt. Die beobachteten Deaktivierungsmuster unterscheiden sich von jenen, die mit der Stromstärke in Verbindung stehen, was darauf hinweist, dass die Frequenz der Stimulation eine größere Rolle spielt als deren Intensität (Feusner et al., 2012).
Abbildung 7. Bereiche verminderter Gehirnaktivität infolge CES: 0,5 Hz (blau), 100 Hz (gelb) und Überlappungsbereiche zwischen beiden Frequenzen (grün).
REFERENZEN:
Shealy et al,1989. Depression: A Diagnostic, Neurochemicals Profile & Therapy with Cranial Electrotherapy Stimulation (CES). The Journal of Neurological & Orthopaedic Medicine & Surgery, 1989.
Liss S, Liss B., 1996. Physiological and therapeutic effects of high frequency electrical pulses. Integr Physiol Behav Sci 1996;31:88–96.
Closson, Win. J. 1988. Changes in Blood Biochemical Levels following Treatment with TENS Devices of Differing Frequency Composition, private experiment partially funded by Pain Suppression Labs Inc.
Ferdjallah et. al, 1996. Potential and current density distributions of cranial electrotherapy stimulation (CES) in a four concentric-spheres model. IEEE Trans Biomed Eng 1996;43:939–43.
Kennerly, Richard C, 2006. Changes in quantitative EEG and low resolution tomography following cranial electrotherapy stimulation. August 2006, 425 pp., 81 tables, 233 figures, 171 references.
Feusner JD, et al.,2012. Effects of Cranial Electrotherapy Stimulation on resting state brain activity. Brain Behav 2012;2(3):211–20.