Dokument: The Evaluation of Quadripulse Stimulation-Induced LTP-Like Plasticity as a Neurophysiological Biomarker in Different Subtypes of Multiple Sclerosis
| Titel: | The Evaluation of Quadripulse Stimulation-Induced LTP-Like Plasticity as a Neurophysiological Biomarker in Different Subtypes of Multiple Sclerosis | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=71157 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20251110-110855-8 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Stucke, Arved-Sebastian [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. med. Albrecht, Philipp [Gutachter] Prof. Dr. Germing, Ulrich [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Until now, biomarkers of multiple sclerosis (MS) fail to explain the clinico-radiological paradox (CRP): the phenomenon that some people with MS show little or no symptoms despite extensive damage to the central nervous system (CNS), while others, who only show minimal CNS damage, exhibit extensive clinical disability. Yet, differences in neural plasticity could help to explain this paradox. Neural plasticity can possibly be quantified by means of long-term potentiation (LTP)-like plasticity. In that regard, previous research showed that quadripulse stimulation (QPS), a repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) protocol, induces LTP-like plasticity with little fluctuation in healthy individuals. Hence, the aim of this thesis was to investigate, whether the extent of QPS-induced LTP-like plasticity differs between progressive subtypes of MS (PMS), stable relapsing-remitting MS (RRMS), and healthy individuals and can thus, serve as a diagnostic und prognostic biomarker of MS, which is not conflicted by the CRP.
Therefore, a study was conducted in which, n = 34 participants with PMS were matched in age, sex and education with each n = 30 participants with RRMS and n = 30 healthy controls (HC). LTP-like plasticity was induced by applying QPS at a frequency of 5 Hz for 30 minutes over the left primary motor cortex and was measured at one pre QPS and six post-QPS assessments by means of the amplitude of 12 rTMS triggered motor evoked potentials (MEP) of the right first dorsal interosseus muscle. To determine differences in the increment of LTP-like plasticity between the three groups, the highest mean post-QPS MEP amplitude was compared with the mean pre-QPS MEP amplitude in a multilevel mixed model. The analysis showed a significant increase in MEP amplitude from pre QPS to post-QPS assessment across all groups, p < .001. However, this increment did not differ significantly between groups, p = .497. Yet, a non-significant trend could be observed suggesting that individuals with PMS have a lower MEP increment than individuals with stable RRMS and HC. Moreover, post-hoc analysis revealed that across groups, participants with longer MEP latencies had significantly lower increments in MEP amplitude, p < .001. This thesis provides evidence that QPS is a powerful rTMS paradigm which is able to induce LTP-like plasticity not only in healthy individuals, but also in individuals with different subtypes of MS. However, there seems to be no difference in LTP-like plasticity between these groups, which in light of the observed trends could be interpreted as a lack of statistical power due to methodological limitations in the rTMS application. In addition, the degree of pyramidal tract integrity as represented by MEP latency, seems to account for differences in LTP-like plasticity. Thus, future studies should address these methodological limitations, for example through an artificial intelligence-based personalized rTMS approach and the application of a higher number of rTMS stimuli. Moreover, alongside MS subtype, the role of pyramidal tract integrity should be investigated to determine the diagnostic and prognostic value of LTP-like plasticity for MS progression, relapse and recovery.Bisher können die verfügbaren Biomarker der Multiplen Sklerose (MS) das klinisch-radiologische Paradox (KRP) nicht erklären: Das Phänomen, dass einige Personen mit MS trotz ausgeprägter Schädigung des zentralen Nervensystems (ZNS) nur minimale oder keine Symptome aufweisen, während andere, die nur geringgradige ZNS-Schädigungen zeigen, eine erhebliche klinische Behinderung aufweisen. Unterschiede in der neuronalen Plastizität könnten dieses Paradox jedoch erklären. Die neuronale Plastizität lässt sich dabei möglicherweise elektrophysiologisch als Langzeitpotenzierung (LTP) quantifizieren. Diesbezüglich zeigten frühere Studien, dass die Quadripulse Stimulation (QPS), ein Protokoll der repetitiven transkraniellen Magnetstimulation (rTMS), LTP-Plastizität mit nur geringen Fluktuationen bei Gesunden induziert. Ziel dieser Doktorarbeit war es deshalb zu untersuchen, ob sich das Ausmaß der LTP-Plastizität zwischen progressiven Subtypen der MS (PMS), stabiler schubförmig remittierender MS (RRMS) sowie gesunden Personen unterscheidet und damit als diagnostischer und prognostischer Biomarker der MS dienen kann, welcher nicht im Widerspruch zum KRP steht. Hierfür wurde eine Studie durchgeführt in welcher n = 34 Probanden mit PMS in Alter, Geschlecht und Bildungsgrad mit jeweils n = 30 Probanden mit stabiler RRMS und n = 30 gesunden Kontrollen (HC) gematcht wurden. Die LTP-Plastizität wurde durch 30-minütige QPS des linken primären Motorcortex mit einer Frequenz von 5 Hz induziert und mittels einer Prä-QPS und sechs Post-QPS rTMS Messungen anhand der Amplitude von je 12 motorisch evozierten Potenzialen (MEP) des rechten Musculus interosseus dorsalis I gemessen. Um Unterschiede im Anstieg der LTP-Plastizität zu bestimmen, wurde die höchste gemittelte Post-QPS MEP Amplitude mit der gemittelten Prä-QPS MEP Amplitude der drei Gruppen in einer Mehrebenenanalyse verglichen. Die Analyse zeigte einen signifikanten, gruppen-übergreifenden Anstieg der MEP-Amplitude von der Prä- zur Post-QPS Messung, p < .001. Dieser Anstieg wies jedoch zwischen den Gruppen keinen signifikanten Unterschied auf, p = .497. Allerdings konnte ein nicht signifikanter Trend beobachtet werden, der daraufhin deutet, dass Probanden mit PMS einen geringeren MEP-Anstieg aufweisen, als Probanden mit stabiler RRMS und HC. Zudem zeigten Post-hoc-Tests, dass Probanden mit längeren MEP- Latenzzeiten gruppenübergreifend signifikant geringere Anstiege der MEP-Amplitude aufwiesen, p < .001. Die im Rahmen dieser Doktorarbeit durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass QPS ein starkes rTMS-Paradigma ist, das nicht nur bei gesunden Personen, sondern auch bei Personen mit verschiedenen MS-Subtypen zuverlässig LTP-Plastizität induziert. Jedoch scheint es zwischen diesen Gruppen keinen Unterschied in der LTP-Plastizität zu geben, was hinsichtlich der beobachteten Trends als ein Mangel an statistischer Power aufgrund von methodologischen Limitierungen in der rTMS-Applikation interpretiert werden könnte. Ferner scheint insbesondere der Grad der Pyramidenbahnintegrität, repräsentiert durch die MEP-Latenz, für LTP-Plastizitäts-unterschiede verantwortlich zu sein. Zukünftige Studien, sollten diese methodologischen Limitierungen zum Beispiel durch einen auf künstlicher Intelligenz basierenden, personalisierten rTMS-Ansatz oder eine Erhöhung der rTMS Stimulus Anzahl adressieren. Darüber hinaus sollten neben den MS-Subtypen die Rolle der Pyramidenbahnintegrität untersucht werden, um den diagnostischen und prognostischen Wert der LTP Plastizität für das Fortschreiten, den Rückfall und die Genesung der MS zu bestimmen. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 10.11.2025 | |||||||
| Dateien geändert am: | 10.11.2025 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 07.04.2025 | |||||||
| Datum der Promotion: | 09.10.2025 |
