Modulation und Registrierung neuronaler Aktivität im Sport und in der Rehabilitation

Im Gegensatz zu den meisten Tieren können Menschen ihre Handlungen zielgerichtet planen, steuern und reflektieren. Diese kognitive Fähigkeiten werden den exekutiven Funktionen zugeschrieben, unter denen eine Reihe “höherer“ kognitiver Prozesse verstanden wird, die untergeordnete organisieren (Alvarez & Emory, 2006). Exekutive Funktionen sind für jeden Aspekt des alltäglichen Lebens relevant. Sie sind essentiell für die psychische und physische Gesundheit sowie die kognitive, soziale und psychologische Entwicklung eines Menschen (Diamond, 2013). Wie auch andere kognitive Funktionen, lassen sich exekutive Funktionen mit Hilfe verschiedener Ansätze modulieren. Innerhalb dieses Forschungsprojekt wird der Einfluss körperlicher Aktivität in Kombination mit transkranieller Elektrostimulation auf exekutive Funktionen untersucht. Der Fokus liegt dabei auf der Untersuchung von additiven und synergetischen Effekten beider Ansätze auf die exekutiven Funktionen.

In dieser Studie wird die frequenzspezifische Modulation des motorischen Lernens durch die transkranielle Wechselstromstimulation (tACS) untersucht. Hintergrund ist, dass motorische Kontrolle mit Veränderungen der synchronisierten oszillatorischen Aktivität im alpha (8-12Hz) und beta (12-30Hz) Frequenzspektrum im Cerebello-thalamo-kortikalen Netzwerk einhergeht. Verschiedene Studien zeigten, dass die tACS eine geeignete Methode darstellt, um neuronale Prozesse wie die oszillatorische Aktivität sowie das Lernen motorischer Fähigkeiten (serial reaction time task) zu modulieren. Untersuchungen der tACS Effekte auf das Lernen komplexer Aufgaben wie z.B. der bimanuelle Koordination gibt es bislang nicht. Darüber hinaus sind die zugrundeliegenden elektro- und neurophysiologischen Mechanismen der tACS noch nicht vollständig geklärt. Ziel der Studie war die Untersuchung frequenzspezifischer Nacheffekte der transkraniellen Wechselstromstimulation (tACS) auf das Lernen einer komplexen bimanuellen Koordinationsaufgabe mittels simultaner EEG/fNIRS Messung. Die Studie beschreibt zum einen differenzierte offline Effekte direkt, 30 min. und ein Tag nach der 10Hz tACS oder 20Hz tACS. Zum anderen gibt sie Aufschluss über die online- Effekte der tACS auf die hämodynamische Antwort.

Prof. Dr. Michael Doppelmayr; M.Sc. Alisa Berger

abgeschlossen

Berger A., Pixa N.H., Steinberg F. & Doppelmayr M. (2018). Brain Oscillatory and Hemodynamic Activity in a Bimanual Coordination Task Following Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS): A Combined EEG-fNIRS Study. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 12:67. doi: 10.3389/fnbeh.2018.00067

In diesem Forschungsprojekt werden neurophysiologische Aspekte des Gehens sowie der LokomatPro-Therapie mit Hilfe der funktionellen Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) untersucht. Der LokomatPro ist ein robotergestützes System, das Patientinnen und Patienten mit neurologischen Erkrankungen ermöglicht, das Gehen neu oder wieder zu erlernen. Die Untersuchung mit der fNIRS dient der Erforschung der Funktionsweise des menschlichen Gehirns. Die fNIRS ist eine nicht invasive, optische Methode mit der die Veränderung zerebraler Hämoglobinoxygenierung sowie die Hämoglobinkonzentration untersucht werden kann. Dadurch, dass eine hämodynamische Antwort auf eine neuronale Aktivierung folgt, können indirekt Rückschlüsse auf die Gehirnaktivierung in den unterschiedlichen Hirnarealen gezogen werden. Ziel des Projekts ist es, weitere wissenschaftlich basierte Erkenntnisse der Neuroplastizität im klinischen Kontext zu erhalten, um neue motorische Therapieprogramme für Patientinnen und Patienten mit neurologischen Erkrankungen entwickeln zu können.

Prof. Dr. Michael Doppelmayr; M.Sc. Alisa Berger

laufend