Open Access

Jun-Suk Kang

• Der Schreibkrampf ist eine Form der fokalen Dystonie, die durch unwillkürliche Verkrampfungen der Hand beim Schreiben gekennzeichnet ist, wobei es zu abnormen und funktionell beeinträchtigenden Fehlstellungen kommen kann. Hinsichtlich der Pathophysiologie vermutet man neben einer defizienten sensomotorischen Integration eine abnorme kortikale Plastizität. So findet sich bei Schreibkrampf-Patienten eine abnorm verstärkte PAS-induzierte LTP-ähnliche Plastizität (Quartarone et al., 2003). Diese weist wie auch die LTD-ähnliche Plastizität einen Verlust der somatotopen Spezifität auf: Veränderungen der motorkortikalen Erregbarkeit können im Gegensatz zu Gesunden auch durch PAS mit nicht-homologer peripher-elektrischer Stimulation induziert werden (Weise et al., 2006). Darüber hinaus scheint die für das Gleichgewicht von neuronalen Netzwerken notwendige homöostatische Metaplastizität beim Schreibkrampf gestört zu sein, wenn die Interaktion zwischen zwei aufeinanderfolgenden TMS-Protokollen getestet wird, die LTP- und LTD-ähnliche Plastizität hervorrufen (Quartarone et al., 2005). Da es sich beim motorischen Lernen um einen LTP-abhängigen Prozess handelt, war zu vermuten, dass dessen homöostatische Regulierung beim Schreibkrampf ebenfalls gestört ist. Diese Hypothese ist Ausgangspunkt der vorliegenden Untersuchungen. Hierfür wurde die als Modell für assoziative LTP- und LTD-ähnliche Plastizität beim Menschen entwickelte PAS bei 10 Schreibkrampf-Patienten und 10 gesunden bezüglich Alter und Geschlecht angepassten Probanden angewandt. Verschiedene PAS-Protokolle, die entweder eine LTP-ähnliche Steigerung (PAS25ms), eine LTD-ähnliche Reduzierung (PAS10ms) oder keine Veränderung (PAS100ms) der Motorkortex-Exzitabilität induzieren, wurden kombiniert mit einem nachfolgenden motorischen Training, bei dem die Teilnehmer schnellstmögliche Daumenabduktionsbewegungen der rechten Hand über einen Zeitraum von 2x15 Minuten durchführen mussten. Bei den gesunden Probanden führte eine Konditionierung durch PAS25ms- und PAS10ms-Protokolle zu einer homöostatischen Regulierung nachfolgender übungsabhängiger Plastizität mit einer Verschlechterung des motorischen Lernens nach dem fazilitierenden PAS25ms-Protokoll und einer Verbesserung des motorischen Lernens nach einem inhibierenden PAS10ms-Protokoll. Bei den Schreibkrampf-Patienten konnte diese homöostatische Metaplastizität nicht nachgewiesen werden. Zusätzlich korrelierte das Ausmaß dieser Störung (Verlust der Herunterregulierung motorischen Lernens nach Konditionierung mit PAS25ms) mit dem klinischen Schweregrad der Dystonie als behavioralem Korrelat, so dass mit den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit die Hypothese gestützt werden kann, dass eine gestörte homöostatische Metaplastizität eine wichtige Rolle in der Pathophysiologie des Schreibkrampfes spielt. Inwieweit sich hieraus auch therapeutische Implikationen bzw. Strategien ableiten lassen, soll in weiteren Studien überprüft werden.
• Writers cramp is a primary focal dystonia characterized by involuntary co-contraction of antagonist muscles and motor overflow, producing abnormal and disabling postures on writing. As to the pathophysiology of writer’s cramp impaired sensorimotor integration (Abbruzzese and Berardelli, 2003), and excessive motor cortical plasticity (Quartarone et al., 2003) have all been implicated. The different forms of TMS induced plasticity are abnormally exaggerated and, in addition, show reduced somatotopic specificity in writer’s cramp patients (Weise et al., 2006). Homeostatic metaplasticity is important to maintain overall synaptic weight in neuronal networks. Previous work suggested that homeostatic metaplasticity in motor cortex is impaired in writer’s cramp when explored by the interactions between two successive plasticity-inducing transcranial brain stimulation protocols [Quartarone et al., 2005]. To which extent deficient homeostatic metaplasticity applies also to the behavioral level of practice-dependent plasticity and motor learning (an LTP-dependent process) is unknown. Here we examined the interactions of different paired associative transcranial magnetic stimulation protocols with subsequent practice-dependent plasticity in ten writer´s cramp patients and ten sex- and age-matched healthy controls. Three PAS-protocols either enhancing (PAS25ms) or depressing motor cortical excitability (PAS10ms), and a control condition (PAS100ms) with no change of motor cortical excitability were combined with a subsequent motor training consisting of thumb abduction movements as fast as possible for 2x15 minutes. In healthy controls, an excitability-enhancing PAS25ms-protocol limited subsequent motor learning while the excitability-depressing PAS10ms-protocol had the opposite effect showing the homeostatic regulation of practice-dependent plasticity. In contrast, homeostatic metaplasticity was absent in writers cramp patients. Moreover, the lack of the PAS25ms-induced suppression of practice-dependent plasticity in writer’s cramp correlated with clinical severity of the focal hand dystonia. This corroborates the hypothesis, for the first time at a directly behaviorally relevant level of a motor learning process, that deficient homeostatic metaplasticity plays a significant role in the pathophysiology of writer’s cramp. Future studies will be done to examine possible therapeutic implications.