In der vorliegenden Arbeit sollte herausgefunden werden, ob die bilaterale Stimulation mittels transkranieller Gleichstromstimulation das Arbeitsgedächtnis von gesunden Probanden beeinflussen kann. Stimulationsorte waren der rechte und linke dorsolaterale Präfrontalkortex mit der Referenzelektrode auf der jeweils kontralateralen Seite. Aus diesem Grund wurden zwei Versuchsgruppen gebildet, die jeweils anodal oder kathodal links für eine Gesamtdauer von ca. 25 Minuten stimuliert wurden. Eine dritte Versuchsgruppe erhielt eine Sham-Stimulation und fungierte daher als Placebogruppe. Als Paradigma nutzten wir einen n-Back-Test mit je drei Bedingungen (0-Back, 1-Back und 2-Back), der vier Minuten nach Stimulationsbeginn startete. Einerseits wurden die Ergebnisse hinsichtlich des Verhaltens anhand der richtig und falsch gegebenen Antworten sowie andererseits die mittleren Reaktionszeiten im n-Back-Task analysiert. Hier zeigte sich im Bereich Genauigkeit kein signifikanter Unterschied zwischen den Versuchsgruppen und somit keine signifikante Verbesserung des Verhaltens durch tDCS. Es gibt einerseits Hinweise darauf, dass man mit einer höheren Stromstärke als den hier gewählten 1 mA stimulieren muss. Andererseits ist es möglich, dass die bilaterale Stimulation mit tDCS im vorliegenden Setting nur bei Menschen eine Wirkung zeigt, die aufgrund von neurophysiologischen Erkrankungen bereits ein Defizit des Arbeitsgedächtnisses aufweisen. Zusätzlich spielt die Position der Referenzelektrode am jeweils kontralateralen DLPFC eine Rolle und hat in der vorliegenden Studie vermutlich zu Wechselwirkungen und Störeffekten geführt. Hinsichtlich der mittleren Reaktionszeiten zeigten sich ebenfalls Hinweise darauf, dass das bilateral generierte Stromfeld signifikante Effekte minimiert hat. Es zeigt sich in der Bedingung 1-Back eine verbesserte Reaktionszeit in der Gruppe, die kathodal links stimuliert wurde. Diese Ergebnisse sind allerdings nicht für die Bedingung 2-Back zu beobachten, weswegen dies nicht als klassischer Effekt auf das Arbeitsgedächtnis gedeutet werden kann. Möglicherweise hätte hier analog zu Vergleichsstudien ebenfalls eine höhere Intensität oder eine längere Stimulationsdauer zu Effekten in der Bedingung 2-Back führen können. Diese Fragestellung bezüglich der Kombination der Stimulationsparameter sollte Gegenstand weiterer Studien sein. Hinsichtlich der Beeinflussung der positiven und negativen Emotionen zeigte sich, dass die anodale tDCS-Stimulation über dem linken DLPFC mit Referenzelektrode über dem rechten DLPFC zu einer signifikant geringeren Abnahme der positiven Emotionen unmittelbar nach der Messung führt. Dies deckt sich mit Erkenntnissen aus vorherigen Studien und zeigt, dass sich die Emotionsverarbeitung mittels tDCS beeinflussen lässt. Des Weiteren wurde die Dynamik der relativen Oxy-Hb und Deoxy-Hb-Konzentrationen in den verschiedenen Hirnarealen in Echtzeit während des n-Back-Tasks mittels funktioneller Nahinfrarotspektroskopie mit 52 Emittern und Detektoren überprüft. Hier zeigte sich, dass vor allem die Gruppe, die anodal über dem linken DLPFC und kathodal über dem rechten DLPFC stimuliert wurde, in der Bedingung 2-Back eine signifikant geringere Mehraktivierung zur Baseline im Bereich der Kathode rechtshemisphäral aufweist. Im genaueren Vergleich zeigt sich eine Störung der Aktivität dieser Gruppe im Vergleich zur Sham-Kondition, die sich beidseits frontotemporal präsentiert mit einer deutlicheren Störung auf der rechten Seite. Ein ähnlicher Effekt mit einer Störung rechts frontotemporal konnte im Übergang von N1 zu N2 in der Gruppe Anodal links beobachtet werden. Dieser Effekt zeigte sich überraschenderweise auch in der Stimulationsgruppe, die umgekehrt kathodal links und anodal rechts stimuliert wurde. Da dieser Bereich rechts frontotemporal des Hirns vor allem bei Aufmerksamkeitsprozessen eine Rolle spielt, stellt sich die Frage, ob das vorliegende tDCS-Setting und das damit verbundene Stromfeld einen negativen Einfluss auf Aufmerksamkeitsprozesse haben könnten. In der vorliegenden Studie konnten hinsichtlich des Verhaltens keine dazu passenden signifikanten Unterschiede beobachtet werden. Dies sollte in weiterführenden Studien mit anderen Stimulationsintensitäten genauer untersucht werden. Die in anderen Studien beobachteten Phänomene, dass die anodale Stimulation eine exzitatorische Wirkung und die kathodale Stimulation eine inhibitorische Wirkung hat, konnten in der vorliegenden Arbeit nicht gezeigt werden. Vermutlich hat das generierte Stromfeld durch parallel eingesetzte anodale und kathodale Stimulation gegenseitige Effekte gestört oder sogar aufgehoben. Das hier genutzte Setting ist somit nur bedingt für Studien zu empfehlen. Zumindest hat sich dadurch aber gezeigt, dass tDCS auch andere Hirnbereiche außerhalb des Stimulationsgebiets beeinflussen und nicht als eingeschränkt lokale Stimulationsmethode angesehen werden kann. Zudem hat sich gezeigt, dass die Dokumentation der hämodynamischen Veränderungen mittels funktioneller Nahinfrarotspektroskopie eine durchaus effektive Methode ist, um Veränderungen der Hirnaktivität simultan zur Stimulation mit tDCS aufzuzeigen und mit beobachteten Verhaltensdaten in Kontext zu setzen. / In this study we wanted to show if bilateral tDCS with 1 mA can stimulate the working memory of healthy persons. Electrodes were located on F3 and F4 simultaneously according to the left and right dorsolateral prefrontal cortex. Therefore there were two stimulation groups with the setting anode left/kathode right and kathode left/anode right. The tDCS-stimulation lasted approximately 25 minutes. In addition, a third group with sham stimulation was added as a placebo group. Our paradigma was a modified n-Back-Tast with three conditions (0-back, 1-back, 2-back), which started 4 minutes after the beginning of the stimulation. On the one hand we analysed the correct and false answers. On the other hand we looked at the reaction times of the different stimulation groups. Concerning the number of right answers, there was no significant difference between the groups detectable. We assume that stimulation with a higher current is necessary. In addition, the bilateral setting could possibly only affect people with neuropsycholocical illnesses who already show deficits in working memory. Also, we suspect interdependencies and parasitics between stimulation and reference electrode. According to the results of reaction times we suppose similar effects. Faster reaction times in the n1-back condition in the group kathodal left/anodal right are not reflected in the n2-back condition, so this can not be seen as an effect of ameliorated working memory. Probably a higher current or longer stimulation is necessary to cause effects also in the n2-back condition. According to the positive and negative emotions anodal tDCS over the left DLPFC with the reference electrode over the right DLPFC causes a significant lower decrease of positive emotions. This confirms results of other studies. While stimulation, the dynamics of oxy-hb and deoxy-hb concentrations were measured with near-infrared spectroscopy. The group anodal left/kathodal right showed a significant lower activation in the n2-condition compared to baseline. We detected an interference especially in right frontotemporal areas. The same effect appears during the passage from condition n1-back to condition n2-back. Suprisingly, this effect is also detectable in the other stimulation group (kathodal left/anodal right). We assume that processes of attention and alertness which are set in frontotemporal areals could be affected by tDCS, although we couldn't determine any group differences concerning behavior in our study. This should be further investigated in future studies with different current intensities. The bilateral setting chosen in this study is therefore suitable only to a limited extent. Anyway, this study showed that tDCS can influence other cerebral areas than initially estimated. Also, it showed the importance of measuring haemodynamic changes with near-infrared spectroscopy simultanously in order to understand the effects of tDCS properly.

In der Neonatologie ist die Verabreichung von Erythrozytenkonzentrat (EK) eine der häufigsten therapeutischen Maßnahmen. Ursachen dafür sind die Frühgeborenen-anämie und die iatrogen durch diagnostische Blutentnahmen hervorgerufene sekundäre Anämie. Obwohl ca. 80% der Frühgeborenen während des postnatalen stationären Aufenthaltes EK erhalten, gibt es noch immer keine einheitlichen Richtlinien zur Bluttransfusion bei Frühgeborenen. In der vorliegenden Studie sollte der Effekt einer EK-Gabe mit Hilfe der Messung der cerebralen und peripheren Gewebsoxygenierung (crSO2 und prSO2) erfasst werden. Und es wurde der Annahme nachgegangen, dass in der Neonatologie Subgruppen existieren, welche unterschiedlich von einer EK-Transfusion profitieren. Im Rahmen dieser Promotionsarbeit wurden Frühgeborene der neonatologischen Abteilung der Universitätsklinik und Poliklinik für Kinder- und Jugendmedizin Leipzig prospektiv analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass bei allen untersuchten Patienten sowohl die cerebrale als auch die periphere Gewebsoxygenierung unter EK-Transfusion ansteigen und auch nach einem Intervall von 24 Stunden noch auf diesem gesteigerten Niveau konstant bleiben. Zudem konnte nachgewiesen werden, dass Kinder mit niedrigen crSO2-Ausgangswerten vor Transfusion mehr Sauerstoffsättigungsabfälle unter 80% (SaO2<80%) aufweisen. Nach Transfusion ist bei diesen Patienten zusätzlich ein stärkerer Rückgang der Anzahl der SaO2<80% zu beobachten. Somit ist die Gewebsoxygenierung möglicherweise ein sinnvoller Parameter für die Indikation zur EK-Transfusion, welcher bei der Erarbeitung neuer Transfusionsricht-linien in der Neonatologie mit einbezogen werden sollte.

Induktion präfrontaler Dysfunktion bei gesunden Probanden durch inhibitorische TMS: Eine NIRS-Messung / Induction of a prefrontal dysfunction on healthy subjects with inhibitory TMS: a near-infrared spectroscopy (NIRS) study

In der Neonatologie ist die Verabreichung von Erythrozytenkonzentrat (EK) eine der häufigsten therapeutischen Maßnahmen. Ursachen dafür sind die Frühgeborenen-anämie und die iatrogen durch diagnostische Blutentnahmen hervorgerufene sekundäre Anämie. Obwohl ca. 80% der Frühgeborenen während des postnatalen stationären Aufenthaltes EK erhalten, gibt es noch immer keine einheitlichen Richtlinien zur Bluttransfusion bei Frühgeborenen. In der vorliegenden Studie sollte der Effekt einer EK-Gabe mit Hilfe der Messung der cerebralen und peripheren Gewebsoxygenierung (crSO2 und prSO2) erfasst werden. Und es wurde der Annahme nachgegangen, dass in der Neonatologie Subgruppen existieren, welche unterschiedlich von einer EK-Transfusion profitieren. Im Rahmen dieser Promotionsarbeit wurden Frühgeborene der neonatologischen Abteilung der Universitätsklinik und Poliklinik für Kinder- und Jugendmedizin Leipzig prospektiv analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass bei allen untersuchten Patienten sowohl die cerebrale als auch die periphere Gewebsoxygenierung unter EK-Transfusion ansteigen und auch nach einem Intervall von 24 Stunden noch auf diesem gesteigerten Niveau konstant bleiben. Zudem konnte nachgewiesen werden, dass Kinder mit niedrigen crSO2-Ausgangswerten vor Transfusion mehr Sauerstoffsättigungsabfälle unter 80% (SaO2<80%) aufweisen. Nach Transfusion ist bei diesen Patienten zusätzlich ein stärkerer Rückgang der Anzahl der SaO2<80% zu beobachten. Somit ist die Gewebsoxygenierung möglicherweise ein sinnvoller Parameter für die Indikation zur EK-Transfusion, welcher bei der Erarbeitung neuer Transfusionsricht-linien in der Neonatologie mit einbezogen werden sollte.

Das Wortlernen begleitet unser Leben von der Kindheit bis ins Alter. Kleinkinder lernen ihre Muttersprache(n), aber auch Erwachsene lernen neue Wörter, z.B. beim Fremdspracherwerb. Unter gewissen Umständen muss eine neue Sprache wieder erlernen werden, wie z.B. nach einer Gehirnläsion. Wie meistert unser Gehirn diese herausfordernden Wortlernsituationen? Um die Neuroplastizität des Wortlernens zu untersuchen, wurden unterschiedliche neurowissenschaftliche Methoden (Elektroenzephalographie, funktionelle Nahinfrarotspektroskopie, voxel-basierte Läsion-Verhalten/EEG Mapping), teilweise in Kombination, bei Kleinkindern, Kindern und Erwachsenen sowie Patienten mit einer Gehirnläsion im Vergleich zu älteren Kontrollprobanden angewendet. 5 Experimente untersuchten die neuronale Verarbeitung von Pseudowörtern, welche mutter- und fremdsprachlichen phonotaktischen Regeln (d.h. die Kombination von verschiedenen Phonemen) folgten, in unterschiedlichen Lernsettings bei monolingualen Teilnehmern. Gesunde Erwachsene aber auch 6monatige und ältere Teilnehmer und Patienten konnten diese Regeln differenzieren. Beteiligte Gehirnareale umfassten ein links-hemisphärisches fronto-temporales Netzwerk. Die Verarbeitung universeller Spracheigenschaften, andererseits, zeigte sich in parietalen Regionen. Während Erwachsene eine klare Dominanz der linken Hemisphäre aufwiesen, nutzten 6monatige noch beide Gehirnhälften. Unterschiedliche Sprachtrainings (semantische Trainings oder Passives Zuhören) an drei aufeinanderfolgenden Tagen veränderten auch die Gehirnaktivität der Kleinkinder und der Erwachsenen und wiesen auf eine erhöhte Lernflexibilität hin. Im 6. Experiment lernten 5jährige bilinguale Kinder anhand pragmatischer Eigenschaften neue Adjektive und zeigten effizientere neuronale Mechanismen als Monolinguale. Die Ergebnisse unterstreichen die Wichtigkeit multi-methodologischer Ansätze, um genauere Einblicke in die komplexen Mechanismen der Neuroplastizität zu erlangen. / Word learning accompanies our everyday life from infancy to advanced age. Infants have to learn the native language(s) but also during adulthood word learning can take place, for example if we learn a new foreign language. Sometimes people are confronted with a situation in which they have to re-learn a language because of a brain lesion. How does the brain master these challenging word learning settings? To assess neuroplasticity of word learning several neuroscientific methods (electroencephalography, functional near-infrared spectroscopy, voxel-based lesion-behavior/EEG mapping), partially in combination, were used in infants, children, and adults as well as in patients suffering from a brain lesion compared to matched elderly controls. In 5 experiments neuronal processing of pseudowords corresponding to native and non-native phonotactic rules (i.e., the combination of different phonemes) was investigated under different learning conditions in monolingual participants. Healthy adults but also 6-month-old infants and elderly subjects and patients were able to differentiate these rules. Involved brain areas included a left-hemispheric network of fronto-temporal regions. When processing universal linguistic features, however, more parietal regions were involved. While adults revealed a clear left-dominant network, 6-month-olds still recruited bilateral brain areas. Differential language trainings (semantic or passive listening trainings) over three consecutive days also modulated brain activation in both infants and adults suggesting a high flexibility for learning native and non-native linguistic regularities. In a 6th experiment, bilingual 5-year-old children learned novel adjectives by means of pragmatic cues and revealed more efficient neuronal mechanisms compared to monolingual children. Findings underline the importance of multi-methodological approaches to get clearer insights into the complex machinery of neuroplasticity.