Doctoral Thesis
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Kurze Inhaltszusammenfassung in der Originalsprache des Dokuments (Deutsch): Aktuell liegen nur wenige Längsschnittstudien vor, die Interventionsprogramme bei adipösen Kindern untersucht haben. Mithilfe der funktionellen Bildgebung wurden 14 adipöse und übergewichtige Kinder im Alter zwischen 7 und 16 Jahren untersucht, jeweils vor und nach einer einjährigen Sport-Interventionstherapie. Während der fMRT-Untersuchung sahen die Teilnehmer standardisierte Bilder aus den Kategorien Essen und Sport, sowie emotional neutrale und emotional positive Bilder. Besonderes Interesse galt den Veränderungen der zerebralen Aktivierung beim Betrachten von Bildern mit nahrungsbezogenem Inhalt in Bezug auf die Gewichtsveränderungen. Die Gewichtsveränderungen wurden anhand der BMI-SDS-Werte nach der Therapie bestimmt. Die Teilnehmer wurden entsprechend ihrer Gewichtsveränderung der Responder-Gruppe (Gewichtsverlust nach BMI-SDS-Wert, BMI-SDS-Differenz > 0.2) oder der non-Responder- Gruppe (kein Gewichtsverlust nach BMI-SDS-Wert) zugeordnet. Vor der Therapie ergaben sich keine Unterschiede bei den fMRT-Aktivierungen zwischen den Gruppen. Nach der Therapie zeigten sich folgende Ergebnisse: Adipöse Kinder mit Gewichtsreduktion zeigten beim Betrachten von Bildern mit nahrungsbezogenem Inhalt eine signifikant stärkere Aktivierung im linken Putamen im Vergleich zu Kindern aus der non-Responder Gruppe. Zudem ergab sich in der Responder-Gruppe eine signifikant stärkere Aktivierung der linken Insel beim Betrachten von emotional positiven Bildern und des frontalen Spiegelneuronen- Netzwerkes bei Sportbildern. Lediglich Responder konnten nach der Therapie beim Betrachten von Bildern mit nahrungsbezogenem Inhalt und emotional positiven Bildern Areale aktivieren, die bei der Verarbeitung der emotionalen Valenz beteiligt sind, d.h. Putamen und Insel. Die erhöhte Aktivierung in diesen Regionen könnte im Zusammenhang mit einer normalisierten Dopaminausschüttung gesehen werden, wenn die Responder emotional positive Bilder sehen. Sportbilder aktivierten bewegungsassoziierte Areale nur bei den Teilnehmern, die von der Sport-Interventionstherapie profitierten. Aus diesen Ergebnissen lässt sich schlussfolgern, dass bei den adipösen Kindern nach erfolgreicher Therapie eine Normalisierung der zerebralen Verarbeitung als Antwort auf Sportbilder zu erkennen ist.
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.
Diese experimentellen Arbeit untersuchte die Auswirkungen und das Potenzial eines sensomotorisch kombinierten Lernparadigmas für die linke Hand von gesunden Rechtshändern. Hierzu wurden die Fingerkuppen der linken Hand mithilfe eines TENS-Gerätes elektrisch stimuliert und die Hand anschließend motorisch trainiert. Die Überlegenheit dieser Methode gegenüber einer rein motorischen Intervention zeigte sich in dem insgesamt größeren Leistungszuwachs sowohl der trainierten als auch der passiven Hand in der Interventionsgruppe. Wir konnten ein verbessertes taktiles Auflösungsvermögen im stimulierten Bereich nachweisen, welches einherging mit einer abnehmenden cortikalen Aktivierung. Es bestand eine Korrelation zwischen der Zunahme des taktilen Auflösungsvermögens und der Verbesserung einer taktil anspruchsvollen Trainingsaufgabe. Ein positiver Effekt zeigte sich auch bei nicht trainierten Aufgaben und resultierte in einer Zunahme der Griffkraft. Außerdem konnte ein Prädiktor für die Ergebnisse einer somatosensorisch geführten Transferaufgabe identifiziert werden – die niedrige Ausgangsaktivierung in der contralateralen Hirnhälfte zeigte höheres Lernpotenzial an, was auf Erfolge besonders für Schlaganfallpatienten mit schlechter contralateraler Rekrutierung hoffen lässt. Mithilfe der fMRT konnten wir eine Verschiebung der Informationsverarbeitung von cortikal in Richtung Basalganglien und Cerebellum nachweisen. Die repetitive elektrische Stimulation der Fingerkuppen könnte eine sinnvolle Strategie darstellen, um motorisches Training noch weiter zu verbessern. Die durchschnittliche Leistungssteigerung um 3% macht einen Deckeneffekt bei jungen gesunden Erwachsenen wahrscheinlich. Aufgrund des Potenzials der Intervention bietet es sich an, die Untersuchungen nun auf neurologisch erkrankte und ältere Populationen auszuweiten.