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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002276-8

Funktionelle Bildgebung der cerebralen Repräsentation des Schluckens

  • Ziel dieser Arbeit war es, cerebrale Hirnaktivitätsmuster assoziiert mit dem Schluckakt von jungen Gesunden, räumlich und zeitlich zu erfassen. Darüber hinaus wurde die Möglichkeit einer gemeinsamen neuronalen Struktur zwischen Kiefergelenkbewegun- gen (Okklusion) und Schluckakt untersucht. Im Anschluss befasste sich diese Studie mit der Änderung der cortikalen Schluckrepräsentation im Alter. Es wurden hierzu junge und alte, gesunde Versuchspersonen mit Hilfe der fMRT-Bildgebung während der Schluckaufgabe untersucht. Um die Spezifität des Schlucknetzwerkes zu testen wurden als Kontrollparadigma die Kiefergelenkbewegungen bei jungen Gesunden ge- messen. Voruntersuchungen zeigten, dass sich eine Erhöhung des allgemeinen fMRT- Aktivierungsniveaus schon allein durch eine Erhöhung der Anstrengung zu erklären ist. Um diesen Faktor zu kontrollieren wurden während der fMRT-Untersuchung phy- siologische Parameter aufgezeichnet, die mit der Anstrengung korrelieren. Insgesamt wurden für die Okklusion und das Schlucken ein vergleichbares Repräsentationsmus- ter gefunden, jedoch waren mehr neuronale Ressourcen erforderlich um den Schluck- akt durchzuführen. Die peripherphysiologische Messung zeigte, dass diese Mehrakti- vierung nicht auf eine verstärkte Anstrengung der Aufgabe zurückzuführen war. Erst- malig wurde mittels fMRT eine Repräsentation im Hirnstamm für Schlucken und Ok- klusion nachgewiesen. Die Hirnstammaktivierung erfolgte in dem sensorischen Kern des Nervus trigeminus, sowie dem Nucleus tractus solitarii beim Schlucken und dem Nucleus trigemini bei der Okklusion. Um die zeitliche Abfolge des Schluckens in ihrer Repräsentation zu untersuchen, wurde eine zeitlich optimierte fMRT-Messung aufgenommen. Durch die zeitliche Analyse konnten wir nachweisen, dass eine auf- einanderfolgende Aktivierung stattfand, beginnend im prämotorischem Cortex mit Übergang zum supplementär-motorischem Areal, gefolgt vom primären sensomoto- rischem Cortex, der Insula und dem Cerebellum und letztlich der Aktivierung in der Pons. Zudem wurde mittels effektiver Konnektivitätsanalyse nachgewiesen, dass ein Modell mit zwei Eingängen, ein zum supplementär-motorischem Areal und der an- dere zum primären motorisch-somatosensorischem Cortex, die wahrscheinlichste Er- klärung zeitlich aufeinander folgender Aktivierungsprozesse darstellt. Zur Auswer- tung der Daten hinsichtlich der Änderung der Schluckrepräsentation im Alter wur- den sowohl klassische als auch Bayes-statistische Verfahren verwendet. Die klassische Inferenz ist konservativer und die Bayes-Statistik spezifischer. Zudem wird mit letz- terer das Problem der multiplen Vergleiche vermieden. Den einzigen Unterschied im Gruppenvergleich lieferte die Bayes-Statistik mit einer signifikanten Aktivierung im Frontalpol 1 der Brodmann Area 10. Während der Schluckaufgabe zeigten Senioren eine verlängerte Schluckdauer und eine erhöhte elektrodermale Aktivität (EDA). Zu- sätzlich zeigte die Korrelation von EDA und fMRT-Daten bei Senioren eine positive Assoziation in Bereichen der sensomotorischen Verarbeitung, Erregbarkeit und emo- tionalen Empfindung. Die Ergebnisse der Senioren weisen darauf hin, dass das hoch automatisierte Schlucknetzwerk seine Fähigkeiten im Alter konstant beibehält. Die er- höhte Aktivierung bei den älteren Versuchspersonen könnte möglicherweise mit der erhöhten Erregbarkeit und Aufmerksamkeitsanforderung zusammen hängen, die sich aus den EDA-Daten ableiten lässt.
  • The thesis dealt with the cerebral activation associated with swallowing both spatially and over time. Additionally, the possible co-activation of swallowing and occlusion was investigated. Lastly, the work explored the change in cortical representation of swallowing with age. Young and old healthy volunteers were measured using functional magnetic resonance imaging (fMRI) during a swallowing task. To specifically test the swallowing network, an occlusion task was measured in the young group. Previous studies have shown that a higher cortical activation can also be elicited by more effort. To control for this factor skin conductance response (SCR) measurements were made during fMRI scanning in order to control for task effort. A comparable representation pattern was found for both swallowing and occlusion. However, more neuronal resources were necessary to perform the swallowing act. Further, SCRs have shown that the additional activation was not due to higher task effort. We were th e first to show activation in the brainstem related to swallowing and occlusion, specifically in the sensory nucleus of the trigeminal nerve and the solitary nucleus for swallowing and the trigeminal nerve for occlusion. To investigate the temporal evolution of cortical activation during swallowing, a temporally optimized fMRI measurement was performed. We were able to show that the activation proceeds in a sequential fashion starting from the premotor cortex to the supplementary motor area, followed by the primary sensory-motor cortex, the inusla and cerebellum and lastly with the activation in the pons. Further, using dynamic causal modelling we were able to show that a most likely model for effective connectivity was one with an input to both the supplementary motor area and primary sensory-motor cortex, both bidirectionally connected. The data analysis for the neuronal activation change with age was performed using both the frequentist as well as the Bayesian inference. The freq uentist approach is more conservative while the Bayesian approach more specific. The only difference between the old and young group was shown using Bayesian statistics, with a significant activation in the frontal pole 1 of Brodmann Area 10. During the swallowing task seniors showed an increased swallowing duration and an increased SCR. Additionaly, correlation analysis of SCR and fMRI-data of seniors showed positive associations in areas involved in sensory-motor performance, arousal and emotion, possibly suggesting increased attention and emotional demands during the task.

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Metadaten
Author: Paul Glad Mihai
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002276-8
Title Additional (English):Functional Imaging of the Cerebral Representation of Swallowing
Advisor:Prof. Dr. Martin Lotze
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2015/07/06
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Universitätsmedizin (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2015/06/10
Release Date:2015/07/06
Tag:Cortex, Kiefergelenkbewegungen
Age, Healthy, Swallowing, fMRI, occlusion
GND Keyword:Alter, Funktionelle Kernspintomografie, Hirnstamm, Schlucken, Zeit, gesund
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Diagnostische Radiologie
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit