Mobile-Menu
France

Neuronavigation TMS-System soll Funktionsareale im Gehirn präziser kartieren

Von Guido Deußing 4 min Lesedauer

Anbieter zum Thema

HTWK Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig
Max Planck Institut für Kognitionswissenschaften
Universitätsklinikum Leipzig
Maxon Motor GmbH
CAQ AG Factory Systems
mehr weniger
Company-Flyout
Prosmap · Medical Product Platform
weniger

Ein Forschungsverbund entwickelt ein System, das transkranielle Magnetstimulation, Neuronavigation, Muskelmessungen und patientenspezifische Feldsimulationen zusammenführt. Es soll funktionell wichtige Hirnregionen vor neurochirurgischen Eingriffen genauer lokalisieren. Noch befindet sich die Technik im Stadium der Demonstration.

Eine TMS-Spule erzeugt im Gehirn ein elektrisches Feld und löst eine messbare Antwort des Handmuskels aus. Das System führt die für unterschiedliche Spulenpositionen berechneten Feldverteilungen mit den Muskelantworten in einem Regressionsmodell zusammen. Daraus entsteht eine individuelle Karte der Repräsentation des untersuchten Muskels im motorischen Kortex.(Bild: Redaktionsbüro G. Deußing, KI-generiert; fachliche Grundlage: HTWK Leipzig, Localite, Numssen et al. 2021, Weise et al. 2023)
Eine TMS-Spule erzeugt im Gehirn ein elektrisches Feld und löst eine messbare Antwort des Handmuskels aus. Das System führt die für unterschiedliche Spulenpositionen berechneten Feldverteilungen mit den Muskelantworten in einem Regressionsmodell zusammen. Daraus entsteht eine individuelle Karte der Repräsentation des untersuchten Muskels im motorischen Kortex.
(Bild: Redaktionsbüro G. Deußing, KI-generiert; fachliche Grundlage: HTWK Leipzig, Localite, Numssen et al. 2021, Weise et al. 2023)

Vor einer Operation in der Nähe des motorischen Kortex ist die Frage entscheidend, wo etwa Handbewegungen gesteuert werden. Denn werden funktionell wichtige Bereiche verletzt, können Bewegungsstörungen zurückbleiben. Im Forschungsprojekt „TMS-LOK“ entsteht deshalb ein System, das die individuelle Zuordnung zwischen Hirnarealen und Muskelbewegungen genauer bestimmen soll.

Magnetimpuls löst Muskelantwort aus

Bei der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) legt der Untersucher eine Spule tangential an den Kopf des Patienten bzw. der Patientin. Ein kurzer Magnetimpuls erzeugt im Gehirn ein elektrisches Feld und kann Nervenzellen aktivieren. Trifft die Stimulation den motorischen Kortex, lässt sich die Reaktion als motorisch evoziertes Potenzial (MEP) über Elektroden am zugehörigen Muskel messen.

Das Neuronavigationssystem erfasst Position und Ausrichtung der Spule in Bezug auf die individuelle Hirnanatomie. Zugleich berechnet die Software, wie sich das elektrische Feld im Gehirn verteilt. Die Stelle unter der Spulenmitte entspricht nämlich nicht zwangsläufig dem tatsächlich am stärksten beeinflussten Hirnareal. 

TMS-LOK

Das Kürzel „TMS-LOK“ steht für das medizinische Forschungsprojekt „Transcranial magnetic stimulation for functional localization through optimized cortical mapping“ [2]. Auf Deutsch übersetzt bedeutet das: Transkranielle Magnetstimulation zur funktionellen Lokalisation durch optimiertes kortikales Mapping. Schauen wir auf einige Details:

Die Technologie: Transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist ein schmerzfreies, nicht-invasives Verfahren. Mittels einer Magnetspule außerhalb des Kopfes werden gezielt elektrische Felder im Gehirn erzeugt, um bestimmte Hirnareale zu stimulieren. 

Das Ziel: Das Projekt optimiert diese Methode, um die Gehirnoberfläche (den Kortex) präziser „kartieren“ zu können. Das kann dabei helfen, wichtige funktionelle Bereiche im Gehirn eines einzelnen Patienten millimetergenau zu lokalisieren. 

Der Nutzen: Die gewonnenen Erkenntnisse dienen einer exakteren, individuell angepassten Diagnose und Therapie bei neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen (z. B. Depressionen, Schlaganfällen oder Zwangsstörungen) [2].

Messung trifft Simulation

Ein Regressionsverfahren prüft für zahlreiche Punkte auf der Kortexoberfläche, wie gut die dort berechnete Feldstärke zu den gemessenen Muskelantworten passt. Dazu bildet es einen S-förmigen Zusammenhang zwischen Feldstärke und MEP-Amplitude ab. Der Punkt mit der besten Übereinstimmung gilt als wahrscheinlicher Ursprung der Muskelantwort. 

Ziel von TMS-LOK ist es, ein von Konstantin Weise von der HTWK Leipzig und Forschenden mehrerer Einrichtungen entwickeltes Verfahren in ein klinisch handhabbares Neuronavigationssystem zu überführen. Eine 2026 veröffentlichte Studie verglich drei Modelle der Feldwirkung. Dabei erklärte die Feldstärke allein die Muskelantwort ebenso gut wie ein aufwendigeres Modell mit neuronalen Feuerschwellen. 

Es sei zudem besser als ein Modell, das nur die senkrecht zur Kortexoberfläche stehende Feldkomponente berücksichtigt. Für stabile Lokalisierungen empfehlen die Forschenden mindestens 300 TMS-Pulse. 
Je nach Prüfmass erreichten die Berechnungen nach ungefähr 200 Pulsen eine stabile Kartenähnlichkeit und nach rund 310 Pulsen eine räumliche Hotspot-Stabilität von einem Millimeter.

Freiburger Gruppe senkt Stimulationszahl im Labor

Eine unabhängige Freiburger Forschungsgruppe untersuchte, ob sich der Aufwand durch die vorausschauende Auswahl geeigneter Spulenpositionen verringern lässt. Bei acht auswertbaren Datensätzen von zehn Teilnehmenden benötigte das Verfahren im Median 49,5 statt 91 Pulse, um eine 95-prozentige Übereinstimmung mit einer aus 300 Pulsen berechneten Referenzkarte zu erreichen. Die Leipziger Analyse misst dagegen gegen den vollständigen Datensatz von 900 bis 1.100 Pulsen; beide Zahlen sind deshalb nicht unmittelbar vergleichbar.

Für den klinischen Routineeinsatz ist auch der Freiburger Ansatz noch nicht bereit. Er setzt einen roboterarmgeführten TMS-Aufbau voraus; ohne Roboter wäre die experimentelle Umsetzung nach Einschätzung der Autoren zu zeitaufwendig. Hinzu kommen derzeit erforderliche Programmierkenntnisse in Python oder Matlab.

Auch die Leipziger Methode verlangt bislang erheblichen Rechenaufwand. Das 2023 veröffentlichte Arbeitsprotokoll veranschlagte etwa zehn Stunden für die automatisierte Erstellung des individuellen Kopfmodells und weitere zwölf Stunden für die nachgelagerte Berechnung. TMS-LOK soll diese Arbeitsschritte in einem bedienbaren Gesamtsystem zusammenführen und die Auswertung möglichst bereits während der Untersuchung bereitstellen.

Eine mögliche Anwendung liegt in der Planung von Hirntumoroperationen: Motorisch wichtige Regionen könnten bei der Wahl des Zugangs und der Operationsgrenzen besser berücksichtigt werden. Das für Dresden angekündigte System ist jedoch ein Forschungsdemonstrator. Aus den vorliegenden Angaben geht weder eine Zulassung als Medizinprodukt noch eine prospektive Untersuchung des Gesamtsystems an Hirntumorpatienten hervor. Auch der Nachweis, dass es neurologische Ausfälle oder andere Operationsfolgen verringert, steht noch aus.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung. Die Einwilligungserklärung bezieht sich u. a. auf die Zusendung von redaktionellen Newslettern per E-Mail und auf den Datenabgleich zu Marketingzwecken mit ausgewählten Werbepartnern (z. B. LinkedIn, Google, Meta).

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Öffentliche Demonstration am 6. September 2026

Prof. Konstantin Weise von der HTWK Leipzig und Dr. Florian Wilhelmy von der Klinik und Poliklinik für Neurochirurgie am Universitätsklinikum Leipzig wollen das System am 6. September 2026 beim Tag des offenen Regierungsviertels rund um den Carolaplatz in Dresden vorführen.Den Verbund koordiniert der Neuronavigationsanbieter Localite. Beteiligt sind außerdem die HTWK Leipzig, das Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften sowie die neurochirurgische Klinik des Universitätsklinikums. Das vom Bundesforschungsministerium geförderte Projekt läuft von Oktober 2024 bis September 2027. Localite beziffert die Fördersumme auf rund 1,3 Millionen Euro.

Quellen

[1] Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig. Medizin der Zukunft beim Tag des offenen Regierungsviertels erleben [Internet]. Leipzig: HTWK Leipzig; 2026 Aug 31 [zitiert 2026 Sep 1]. Verfügbar unter: https://www.htwk-leipzig.de/forschen/aktuelles/detailansicht/artikel/medizin-der-zukunft-beim-tag-des-offenen-regierungsviertels-erleben
[2] Localite GmbH. Transcranial magnetic stimulation for functional localization through optimized cortical mapping (TMS-LOK) [Internet]. Bonn: Localite GmbH; [o. J.] [zitiert 2026 Sep 1]. Verfügbar unter: https://www.localite.de/research-projects/tms-lok/
[3] Numssen O, Zier AL, Thielscher A, Hartwigsen G, Knösche TR, Weise K. Efficient high-resolution TMS mapping of the human motor cortex by nonlinear regression. Neuroimage. 2021;245:118654. doi: 10.1016/j.neuroimage.2021.118654.
[4] Weise K, Numssen O, Kalloch B, Zier AL, Thielscher A, Haueisen J, et al. Precise motor mapping with transcranial magnetic stimulation. Nat Protoc. 2023;18(2):293–318. doi: 10.1038/s41596-022-00776-6.
[5] Jing Y, Numssen O, Hartwigsen G, Knösche TR, Weise K. Effects of electric field direction on TMS-based motor cortex mapping. Imaging Neurosci (Camb). 2026;4:IMAG.a.1211. doi: 10.1162/IMAG.a.1211.
[6] Schultheiss DL, Turi Z, Marmavula S, Reinacher PC, Demerath T, Straehle J, et al. Efficient prospective electric field-informed localization of motor cortical targets of transcranial magnetic stimulation. Imaging Neurosci (Camb). 2025;3:IMAG.a.1056. doi: 10.1162/IMAG.a.1056.

Weiterführende Inhalte