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Ziel der vorliegenden Studie war es, mögliche Verbesserungen in der motorischen Performanz nach einem unilateralen motorischen Training (Arm-Fähigkeits-Training, AFT, Platz, 2004) der nicht-dominanten Hand von Gesunden sowie mögliche Transfereffekte auf die nicht-trainierte rechte Hand zu detektieren und des Weiteren mit Hilfe von funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT, durchgeführt vor und nach dem Training) zu untersuchen, inwieweit sich solche Veränderungen auf zerebraler, zerebellärer sowie Basalganglien-Ebene abbilden lassen. Im Rahmen des motorischen Trainings trainierten wir über zwei Wochen hinweg die linke Hand von stark rechtshändigen gesunden Studienteilnehmern mit einem umfangreichen Training (AFT, entwickelt für Patienten mit leichter bis mittelschwerer Armlähmung, z.B. nach Schlaganfall; bestehend aus acht unterschiedlichen Aufgaben zum Training unterschiedlicher motorischer Fähigkeiten). Die motorische Performanz wurde sowohl für die trainierte linke als auch für die nichttrainierte rechte Hand vor und nach der Trainingsperiode gemessen, wobei u.a. die folgenden funktionellen Einheiten als Maß für den Trainingserfolg und mögliche Transfereffekte gebildet wurden: sequentielle Fingerbewegungen (AFT-Tippbewegung), Griffkraft (durchschnittliche maximale Griffkraft) sowie visuell geführte Bewegungen (Durchschnittswert aus drei unterschiedlichen AFT-Aufgaben: AFT-Zielbewegungen, AFT-Kreise durchstreichen und AFT-Labyrinth). Funktionelle Bildgebung wurde sowohl bei der Ausführung von Bewegungen mit der trainierten linken als auch bei der Ausführung mit der nicht-trainierten rechten Hand durchgeführt und beinhaltete eine Kraftmodulationsaufgabe (fMRT- Faustschluss; Faustschlussbewegung), sequentielle Fingerbewegungen (fMRT-Fingersequenz, Tipp-Bewegung) und eine Schreibaufgabe (fMRT-Schreiben, visuell geführte Bewegung). Nach der Trainingsperiode waren die Verbesserungen der Ausführung von sequentiellen Finger-bewegungen für beide Hände vergleichbar, wohingegen sich für die Ausführung von visuell geführten Bewegungen ein größerer Trainingseffekt für die trainierte Hand zeigte. Für die Griffkraft konnten wir keine signifikanten Veränderungen beobachten. Bei der fMRT zeigte sich während der Ausführung der fMRT-Fingersequenz über die Zeit hinweg eine Reduktion der Aktivität im supplementär-motorischen Areal, im dorsolateralen präfrontalen Kortex, in parietalen kortikalen Arealen und lateralen zerebellären Arealen. Während des fMRT-Schreibens mit der linken Hand zeigte die laterale zerebrale Hemisphäre außerdem eine reduzierte Aktivität, wohingegen die Aktivität der anterioren zerebellären Hemisphäre zugenommen hatte. Eine initial ausgeprägte anteriore zerebelläre Aktivität stellte einen Prädiktor für ein gutes Trainingsergebnis bei der Finger-Sequenz sowie bei visuell geführten Bewegungen dar. Für die fMRT-Faustschluss-Aufgabe fanden wir eine Zunahme der Aktivität im Striatum.
Alles in allem resultierte ein umfangreiches Langzeittraining der nicht-dominanten Hand von gesunden Probanden in deutlichen Verbesserungen der motorischen Performanz und es zeigte sich ein unterschiedlicher intermanueller Lerntransfer je nach getestetem Bewegungstyp (sequentielle Fingerbewegungen, Griffkraft, visuell geführte Bewegungen). Während die Aktivität kortikaler motorischer Areale über die Zeit hinweg abnahm, schienen die Aktivität der anterioren zerebellären Hemisphäre und des Striatums zunehmende Ressourcen nach einem motorischen Langzeittraining zu repräsentieren.
Mentale Rotationsfähigkeit ist ein wichtiger Bestandteil des räumlichen Denkens und ihre kognitive und neuronale Grundlage sind Gegenstand langjährigen Forschungsinteresses. Funktionelle Bildgebungsstudien zur mentalen Rotation haben einheitlich die Bedeutung des posterioren parietalen Kortex bei der räumlichen Verarbeitung beschrieben. Jedoch gibt es auch Hinweise darauf, dass das Putamen bei egozentrischen visuell-räumlichen Verarbeitungsprozessen eine maßgebliche Rolle spielen könnte. Zudem wurde bei der mentalen Rotation von Händen die Anwendung impliziter Bewegungsvorstellung beschrieben, welche die neuronale Beteiligung motorischer Areale nahelegt. Mentale Rotation kann durch Training verbessert werden. Therapeutische Ansätze machen sich die Tatsache zunutze, dass bei der mentalen Rotation von Händen implizit auf die neuronale Repräsentation des eigenen Körpers zurückgegriffen wird. Bislang mangelt es jedoch an Studien, die trainingsinduzierte Veränderungen auf neuronaler Ebene untersuchen. Wir untersuchten daher mittels funktioneller Magnetresonanztomographie den Einfluss von Langzeittraining auf die neuro-funktionellen Korrelate der mentalen Rotation von Händen in einer Stichprobe von gesunden Teilnehmern und verglichen die Ergebnisse mit denen einer Kontrollgruppe ohne Training. In Abhängigkeit des Trainings fanden wir eine Modulation der Aktivierung des Putamens: Während in der untrainierten Ausgangsituation verstärkt das anteriore Putamen aktiviert wurde, zeigte sich nach erfolgtem Training eine vermehrte Aktivierung des posterioren Putamens. Außerdem fanden wir nach dem Training einen Anstieg der Aktivierung in motorischen Regionen und inferior parietal im supramarginalen Gyrus. Im Gegensatz dazu zeigten die Probanden der Kontrollgruppe weder Leistungs- noch neuronale Aktivierungsunterschiede zwischen beiden Messungen. Insgesamt deuten diese Befunde darauf hin, dass sich erhöhte neuronale Effizienz nach mentalem Rotationstraining als eine Verminderung von visuell-räumlichen Vorstellungen in Verbindung mit verstärkter Rekrutierung motorisch assoziierter Areale manifestiert.