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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.
Mithilfe der hochauflösenden funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) wurde die neuronale Respräsentation des Schluckens in zwei Altersgruppen von insgesamt 51 gesunden ProbandInnen (SeniorInnen: Durchschnittsalter 64 Jahre; junge Erwachsene: Durchschnittsalter 24 Jahre) untersucht. Zwei statistische Vergleiche (klassischer und Bayesscher Rückschluss) zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Altersgruppen. Einzig eine erhöhte kortikale Aktivierung im Frontalpol 1 des Brodmann-Areals 10 bei den SeniorInnen konnte mittels der Bayesschen Statistik gezeigt werden. SeniorInnen wiesen im Vergleich mit den jungen ProbandInnen zudem eine längere Reaktionszeit und eine höhere Hautleitfähigkeitsreaktion (SCR) während des Schluckens auf. Gleichzeitig konnte nur bei der Gruppe der alten Gesunden eine positive Assoziation der SCR mit fMRT-Aktivierung in Arealen gezeigt werden, welche sensomotorische Leistung, Erregung und emotionale Wahrnehmung verarbeiten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das hoch automatisierte Schlucknetzwerk auch im Alter seine Funktionalität beibehält. Allerdings scheinen SeniorInnen mit einer erhöhten Hautleitfähigkeit während des Schluckens kortikale Areale in Anspruch zu nehmen, welche bei der Aufmerksamkeitskontrolle und Emotionsregulation eine Rolle spielen. Dies kann möglicherweise eine erhöhte Aufmerksamkeit und emotionale Anforderung während der Erfüllung der Schluckaufgabe nahelegen.
Sensorimotor representations of swallowing in pre- and postcentral gyri of both cerebral hemispheres are interconnected by callosal tracts. We were interested in (1) the callosal location of fibers interconnecting the precentral gyri (with the primary motor cortex; M1) and the postcentral gyri (with the primary somatosensory cortex; S1) relevant for swallowing, and (2) the importance of their integrity given the challenges of swallowing compliance after recovery of dysphagia following stroke. We investigated 17 patients who had almost recovered from dysphagia in the chronic stage following stroke and age-matched and gender-matched healthy controls. We assessed their swallowing compliance, investigating swallowing of a predefined bolus in one swallowing movement in response to a ‘go’ signal when in a lying position. A somatotopic representation of swallowing was mapped for the pre- and postcentral gyrus, and callosal tract location between these regions was compared to results for healthy participants. We applied multi-directional diffusion-weighted imaging of the brain in patients and matched controls to calculate fractional anisotropy (FA) as a tract integrity marker for M1/S1 callosal fibers. Firstly, interconnecting callosal tract maps were well spatially separated for M1 and S1, but were overlapped for somatotopic differentiation within M1 and S1 in healthy participants’ data (HCP: head/face representation; in house dataset: fMRI-swallowing representation in healthy volunteers). Secondly, the FA for both callosal tracts, connecting M1 and S1 swallowing representations, were decreased for patients when compared to healthy volunteers. Thirdly, integrity of callosal fibers interconnecting S1 swallowing representation sites was associated with effective swallowing compliance. We conclude that somatosensory interaction between hemispheres is important for effective swallowing in the case of a demanding task undertaken by stroke survivors with good swallowing outcome from dysphagia.