Techn. Universiẗat, Diss., 2005--München.

Techn. Hochsch., Diss., 2000--Aachen.

Universiẗat, Diss., 2003--Dortmund.

Universiẗat, Diss., 2002--Tübingen.

Tierärztl. Hochsch., Diss., 2004--Hannover.

Die Ableitung Vagus-somatosensibel evozierter Potentiale (VSEP) ist eine vielversprechende, kostengünstige und nicht-invasive Methode zur Frühdiagnostik von Alzheimer-Demenz. In der vorliegenden Arbeit wurde die Retest-Reliabilität der VSEP untersucht. Des Weiteren wurden alternative Stimulationsbedingungen (Stimulation in der Cymba conchae und im anterioren äußeren Gehörgang) und alternative Ableitbedingungen (referentielle Ableitungen mit Elektroden an Mastoid, Spina scapulae, Vertebra prominens und Handrücken) getestet und mit der herkömmlichen Methode verglichen. Die Reliabilitätsuntersuchungen wurden an 24 gesunden Probanden im Abstand von sechs Monaten durchgeführt. Die alternativen Stimulations- und Ableitbedingungen wurden an je zehn bis zwölf Probanden angewandt und die Ergebnisse mit denen von Messungen mit der herkömmlichen Methode verglichen. Es zeigte sich eine besonders gute Reliabilität in den Ableitungen T3/O1 und T4/O2. Außerdem liegen Hinweise darauf vor, dass das Alter der Probanden die Reliabilität beeinflusst. Als beste alternative Ableitposition erwies sich das Mastoid. Die Messungen mit alternativen Stimulationspositionen ergaben stark von der herkömmlichen Methode abweichende Ergebnisse, deren Ursache die vorliegende Studie nicht sicher klären kann. / The recording of vagus somatosensory evoked potentials (VSEP) is a promising, cheap and non-invasive method for the early diagnosis of Alzheimer´s disease. The present study examined the retest-reliability of VSEP. Furthermore alternative stimulation sites (stimulation at cymba concha and at the anterior side of the external auditory canal) as well as alternative recording sides (recording electrodes at mastoid, spina scapulae, vertebra prominens and dorsum of the hand) were examined and compared to the standard method. For the reliability tests, VSEP-measures were performed on 24 healthy subjects at intervals of at least six months. For the alternative stimulation and recording sites VSEP measures were carried out on ten to twelve subjects for each site and the results were then compared to the ones of measures with the conventional method. The recording positions T3/O1 and T4/O2 showed the highest reliability. Additionally there is evidence for an affection of reliability by the subjects´ age. Among the alternative recording sites, mastoid showed to be the most appropriate one. The VSEP-measures with alternative stimulation sites revealed highly divergent results compared to the results from standard measures. The present study cannot certainly clarify the reasons for these divergences.

Einführung und Zielsetzung: Die intraoperative Ableitung von ABRs (auditory brainstem responses) ist eine Standardmethode für das Monitoring der Hörbahn bei der Operation von Vestibularisschwannomen. Als Fernfeldtechnologie zeigt sich diese Methode jedoch oft limitiert. Ziel dieser Arbeit ist, den zusätzlichen Einsatz einer nicht-invasiven Elektrocochleographie (ECochG) als Nahfeldtechnologie zu evaluieren. Methoden: Hierzu erfolgte retrospektive Auswertung und Klassifikation von elektrophysiologischen Monitoring Daten von 69 Patienten, welche zwischen 2010 und 2014 mittels retrosigmoidalen Zugang am Vestibularisschwannom operiert wurden. Die ECochG wurde bei diesen Patienten simultan zu den ABR mit einer ans Trommelfell platzierten Kugelelektrode abgeleitet. Die Patientenselektion für diese Studie erfolgte vor allem nach dem Wunsch des Patienten gehörerhaltend operiert zu werden, unabhängig von Tumorausdehnung (von klein bis Hirnstamm komprimierend) oder der präoperativer Hörqualität. Es erfolgte Korrelation mit der prä- und postoperativen Hörqualität. Ergebnisse: Präoperativ zeigen die ABR- und ECochG-Klassen nahezu dieselbe Verteilung und Korrelation mit der präoperativen Hörklasse. Allerdings zeigt, wie initial vermutet, die postoperative ECochG schwächere Korrelation mit der postoperativen Hörqualität, als die ABRs: 25 von 43 Patienten mit postoperativer Taubheit zeigten in der ECochG am Ende der OP immer noch cochleäre Potentiale. Neben der cochleären Funktion kann mit der nicht-invasiven ECochG die Hörbahn analog zum ABR dargestellt werden. Die Identifizierbarkeit besonders der späteren Komponenten (Welle III und V) ist mit der nicht-invasiven Elektrocochleographie mindestens genauso gut möglich wie mit den ABR. Weiter liefert die ECochG signifikant größere Amplituden. Der Vergleich der ABR- mit den ECochG-Klassen liefert stark positive Korrelationen. Dies gilt vor allem für die Klassen 1 bis 3, in denen die Welle V noch vorhanden ist. Schlussfolgerung: Die signifikant größeren Amplituden der ECochG erlauben kürzere Messzeiten. Dies bietet intraoperativ Sicherheit für den Fall von Artefakten oder technischen Störungen sowie Vorteile in technisch schwierigen Phasen der OP. Neben der cochleären Funktion kann mit der ECochG die Hörbahn analog zum ABR bis in den Hirnstamm erfasst und überwacht werden. Die ECochG kann die ABR Ableitung nicht gänzlich ersetzen, da ihre Verlässlichkeit bei elektrisch darstellbarer Beeinträchtigung der Hörbahn sinkt. Wann immer eine Welle V vorhanden ist, ist Monitoring mit der nicht-invasiven ECochG genauso gut möglich wie mit ABR. / Introduction and goals: Monitoring of auditory brainstem responses (ABR) is a standard method during vestibular schwannoma surgery. As a farfield technique it bears some limitations. The goal of this study is to evaluate additional use of extra-tympanic electrocochleography (ECochG) as a nearfield technology. Methods: For this purpose electrophysiological monitoring data from 69 patients with vestibular schwannomas operated by the retrosigmoid approach between 2010 and 2014 were retrospectively evaluated and classified. ECochG was recorded simultaneously to ABR using an extra-tympanic ball electrode placed at the tympanum. Patient selection for this study was based on individual strong interest in hearing conserving surgery and independent of tumor extension (small to brainstem compressive) or hearing quality. The results were correlated with hearing quality before and after surgery. Results: Preoperative ABR and ECochG classes show a quite similar distribution and positive correlation with the preoperative hearing class. But, as expected, postoperative ECochG was less reliable than ABR in correlation with postoperative hearing quality: 25 of 43 patients with postoperative deafness showed an end-operative ECochG with a preserved cochlea potential. Recording of auditory function by non-invasive ECochG may be applied beyond the control of cochlea function. The identification of the later components (wave III and V) in ECochG is possible in the same way as with ABR. ECochG also provides significantly larger amplitudes. Analysis of ABR and ECochG classes identifies a very close positive correlation especially for classes 1 to 3, where wave V is still present. Conclusion: The significantly larger amplitudes of the ECochG allow shorter measurement times. This is especially useful in technically difficult phases during surgery. In addition to the cochlear function ECochG can be used for monitoring the auditory pathway down to the brain stem analogous to the ABR. ECochG cannot completely replace the ABR monitoring as its reliability decreases when electrical impairments occur. Whenever a wave V can be registered monitoring with the non-invasive ECochG is just as possible as with ABR.

Die alternde Bevölkerung und die konsekutiv steigende Anzahl der Demenzerkrankungen stellen die Gesellschaft vor große Herausforderungen. Ein Problem hierbei sind die fehlenden Früherkennungsmethoden für Alzheimer Demenz. Eine vielversprechende Untersuchung könnten die somatosensibel-evozierten Potentiale des N. vagus (VSEP) darstellen, die bereits durch Fallgatter et al. in der Vergangenheit beschrieben wurden. Die vorliegende Studie soll nun überprüfen, ob es sich hierbei um eine reproduzierbare Untersuchung handelt, denn die Reliabilität ist eins der obligaten Testgütekriterien für die Eignung als Früherkennungsmethode. Hierfür wurden 30 gesunde Probanden zweimalig untersucht, wobei die Reproduzierbarkeit der nicht invasiven VSEP sowie die gute Verträglichkeit nachgewiesen werden konnten. Weiterhin gab es mehrere explorative Forschungsfragen zu den Stimulationsbedingungen der Messung sowie zum tatsächlichen Entstehungsort der Potentiale. Inwieweit es sich tatsächlich um evozierte Potentiale handelt, wird derzeit kontrovers diskutiert und kann auf Basis der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit nicht beantwortet werden. Ob und welche Früherkennungsmethoden sich für die Alzheimer Demenz etablieren, wird man ohnehin erst abschätzen können, wenn Medikamente verfügbar sind, die den Krankheitsprogress nachweislich beeinflussen. / The aging population and hence the rising prevalence of dementia, especially Alzheimer’s disease, are very challenging for the society and the social system. A major problem is the lack of screening methods for the early detection of the illness. One promising method seem to be the somatosensory evoked potentials of the N. vagus (VSEP), which have been investigated by Fallgatter et al. in the past. This study is aiming to examine whether the VSEP are reproducible, because reliability is absolutely required as a quality criteria to use the method for early detection. Therefore 30 healthy subjects were examined twice and the results showed that the VSEP are reproducible and well-tolerated because of their non-invasivity. Furthermore there have been several explorative research questions regarding the stimulation conditions and the origin of the potentials. Whether the VSEP really are of neural origin and can be called somatosensory evoked potentials is controversially debated and the results of this study cannot resolve the pending issues. If there will ever be an early detection method for Alzheimer disease, whichever that may be, can only be assessed when there is medication available which can really slow down the progress of dementia.

Die elektrophysiologischen Vorgänge während der Depolarisation und Repolarisation des Myokards können mittels der Signale des 12-Kanal EKGs selbst bei Vorliegen großen Expertenwissens nur unzureichend beobachtet bzw. interpretiert werden. Grund hierfür sind vor allen Dingen Inhomogenitäten in der kardialen und thorakalen elektrischen Leitfähigkeit sowie die starke Signalabschwächung in den durchlaufenen Geweben. Intrakardiale Verfahren der Signalableitung sind ein Ansatz zu Lösung dieses Problems; sie sind jedoch aufwändig und risikobehaftet. In dem in dieser Arbeit eingesetzten Verfahren hingegen konnte, durch patientenindividuelle Modellierung der Herz- und Thoraxanatomie sowie der Leitfähigkeitsverhältnisse, mittels numerischer Verfahren aus einer Vielzahl von Oberflächen-EKG Ableitungen auf die elektrophysiologischen Vorgänge im Myokard in ihrem zeitlichen und örtlichen Verlauf geschlossen werden (Inverses Problem der Elektrokardiographie). Es konnten bei gesunden Probanden sowie bei Patienten mit verschiedenen kardialen Pathologien zeitlich und örtlich hochaufgelöste Rekonstruktionen von epikardialen- und Transmembranpotentialverteilungen angefertigt werden. Es zeigte sich, dass insbesondere im Bereich großer Infarktnarben der Herzvorder- sowie der Herzhinterwand elektrophysiologische Auffälligkeiten nachweisbar waren. So zeigten sich während der Depolarisationsphase Myokardareale mit einer verminderten Aktivität und Polarisationsumkehr, Bezirke mit verzögerter Depolarisationsaktivität sowie Areale mit atypisch verlaufender Repolarisationsaktivität. Anhand der vorliegenden Ergebnisse konnte gezeigt werden, dass eine Rekonstruktion der physiologischen Abläufe im Myokard während der Depolarisation und der Repolarisation mit dem hierzu implementierten Verfahren möglich ist. Anhand von elektroanatomischen Modellen konnten darüber hinaus die physiologische sowie die pathologisch veränderte Erregungsausbreitung im Myokard simuliert werden. Durch Verbesserung der Rekonstruktionsalgorithmen, der Methoden der Signalverarbeitung und der Regularisierung der Lösungsverfahren ist zukünftig eine weitere Verbesserung der Rekonstruktionsergebnisse zu erwarten. Vor dem klinischen Einsatz der Methode muss eine eingehende Validation erfolgen. / The electrophysiological processes that occur during cardiac depolarization and repolarization can be interpreted via 12-channel ECG only in a limited manner. This is due to inhomogeneities in the cardiac and thoracic electric conductivity and the attenuation of the electric signals in the body. Invasive cardiac measurements can avoid these problems but are expensive and not free of risk for the patient. In this work therefore a method of non-invasive electrocardiographic imaging was established which permits the reconstruction of cardiac electrophysiological processes using exclusively information obtained by non-invasive methods (MR-imaging, electrocardiographic mapping). Using anatomic information from MR-images of the patient’s heart and chest, a patient-individual model of electric conductivity could be created (finite-element method). Numerical algorithms were used to solve the inverse problem of electrocardiography, i.e. finding cardiac potential distributions that explain the measured surface potential distribution. In two healthy volunteers as well as in 7 patients with different cardiac pathologies, reconstructions of epicardial potentials and transmembrane voltages were performed. Specific electrophysiological abnormalities (decreased electric activity, polarization reversal, delayed depolarization and atypical repolarization patterns) could be detected in the proximity of myocardial scars. To optimize reconstruction algorithms and regularization methods, cardiac potentials were also simulated using a cellular automaton and the patient individual conductivity model. This study shows that the reconstruction of cardiac electrophysiology is feasible with this method and that myocardial scars and atypical patterns of depolarization and repolarization can be detected. By further improving the method and after a process of validation, clinically relevant data might be obtained.

Hintergrund und Ziel der Untersuchung: Patienten mit schizophrenen Erkrankungen zeigen in einer Vielzahl von Untersuchungssituationen eine verminderte Funktion frontaler Hirnregionen (Hypofrontalität), die insbesondere auch den anterioren cingulären Cortex (ACC) betrifft. Verschiedene Arten antipsychotischer Medikation unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Wirkung auf Metabolismus und Funktion des Frontalcortex, wobei es Hinweise darauf gibt, dass atypische Antipsychotika diesen Bereich des Gehirns positiv beeinflussen, während konventionelle Antipsychotika (Typika) hier nur geringe oder sogar negative Effekte zeigen. Hinsichtlich der Auswahl eines Antipsychotikums zu Beginn einer medikamentösen Behandlung gibt es bislang keine etablierten neurophysiologischen/biologischen Marker, die eine Vorhersage der Therapie-Response unter verschiedenen Arten antipsychotischer Medikation erlauben. Ziel der Studie war es daher, die Eignung der NoGo-Anteriorisierung (NGA) als Prädiktor der Therapie-Response schizophrener Patienten unter typischer bzw. atypischer Medikation zu untersuchen. Die NGA ist ein neurophysiologischer Marker, der die Funktion präfrontaler Areale einschließlich des ACC widerspiegeln soll. Unter Zuhilfenahme dieses Parameters wurde an einer Gruppe schizophrener Patienten überprüft, ob das Ausmaß der initialen Hypofrontalität eine Vorhersage der individuellen Therapie-Response erlaubt. Methoden: Es wurden 76 Patienten mit Erkrankungen aus dem schizophrenen Formenkreis zu jeweils drei Messzeitpunkten neurophysiologisch, neuropsychologisch und psychometrisch getestet. Die Baseline-Messung (t1) fand innerhalb der ersten drei Tage eines stationär-psychiatrischen Aufenthalts, die beiden Folgemessungen (t2, t3) drei bzw. sechs Wochen nach Beginn einer Therapie mit typischen (n=36) oder atypischen Antipsychotika (n=40) statt. Im Rahmen der neurophysiologischen Untersuchung führten die Patienten eine Go-NoGo-Aufgabe durch, wobei anhand der durch Go- und NoGo-Stimuli evozierten ereigniskorrelierten Potentiale individuell die NGA ermittelt wurde. Beide Behandlungsgruppen wurden aufgrund der NGA-Werte zu t1 in Patienten mit initial starker vs. schwacher Frontalhirnfunktion unterteilt (Mediansplit). Ergebnisse: Alle Patientengruppen zeigten eine signifikante Besserung der psychotischen Symptomatik im Verlauf des 6-wöchigen Untersuchungszeitraums. Außerdem hatten Atypika hypothesengemäß einen signifikant positiven Einfluss auf die Entwicklung der neuropsychologischen Testleistungen, während Typika oftmals mit einer Verschlechterung entsprechender Maße einhergingen. Atypika hatten zudem eine günstigere Wirkung auf die subjektiv erlebte Lebensqualität der Patienten. Darüber hinaus war die zu t1 erhobene NGA ein signifikanter Prädiktor der Therapie-Response. Niedrige Werte der NGA zu Beginn der Behandlung sagten dabei ein besonders gutes Ansprechen auf atypische Antipsychotika voraus, während hohe Werte der NGA zu t1 mit einer besonders deutlichen klinischen Besserung unter typischer Medikation einhergingen. Die NGA korrelierte zudem signifikant mit den neuropsychologischen Testleistungen, unterlag selbst aber keinen systematischen Veränderungen unter typischer vs. atypischer Medikation. Schlussfolgerung: Der auf der Basis früherer Untersuchungen vermutete Zusammenhang zwischen der NGA und präfrontalen Hirnfunktionen konnte anhand der vorliegenden Befunde bestätigt werden. Außerdem war aufgrund der zu Beginn einer stationär-psychiatrischen Behandlung gemessenen NGA eine signifikante Vorhersage der Therapie-Response unter typischen und atypischen Antipsychotika möglich. Die NGA könnte somit im klinischen Alltag zu einer individualisierten Entscheidungsfindung bei der Auswahl eines antipsychotischen Präparats, unter Berücksichtigung pathophysiologischer Aspekte der Erkrankung, beitragen. / Background and objective: Schizophrenic patients often exhibit functional deficits in frontal cortical areas (hypofrontality), particularly within the anterior cingulate cortex (ACC). Different classes of antipsychotic medication differ with respect to their influence on function and metabolism of the frontal cortex, with a more positive effect of atypical as compared to typical compounds. Regarding the therapeutic choice of a particular antipsychotic substance, previous research efforts have not yet been able to establish neurobiological markers that are able to predict the patients’ clinical response to different kinds of antipsychotic medication. The present study, therefore, aimed at examining the NoGo-Anteriorization (NGA) as a possible predictor of the clinical response to typical and atypical antipsychotic treatment. The NGA is a neurophysiological marker that presumably reflects activation of prefrontal cortical structures, including the ACC. For the present study, a group of schizophrenic patients was examined three times in the course of a psychiatric in-patient treatment, to confirm that prefrontal cortical function is positively influenced by atypical antipsychotics, and to explore whether the amount of hypofrontality at the beginning of treatment (quantified by means of the NGA) allows for a prediction of the clinical response to both kinds of antipsychotic medication. Methods: 76 patients with schizophrenic illnesses were examined three times each, by means of neurophysiological, neuropsychological and psychometric measures. Baseline measurements (t1) were conducted within the first three days of a psychiatric in-patient treatment, follow-up measurements (t2, t3) three and six weeks after the start of a therapy with typical (n=36) or atypical antipsychotics (n=40). For the neurophysiological examination, patients performed a Go-NoGo-task, and the individual NGA was calculated on the basis of the corresponding Go- and NoGo-ERPs (event-related potentials). Moreover, the NGA at baseline was used to subdivide both treatment groups into patients with initially strong vs. weak frontal cortical function (NGA above and below group-median, respectively). Results: On a clinical level, patients in each of the four study groups improved significantly over the course of the study period. In line with previous findings, atypical antipsychotics furthermore positively influenced neuropsychological test performance, whereas typical medication often caused a decline in test scores. Similarly, atypical compounds had a more favourable impact on the patients’ self-reported quality of life. Moreover, baseline values of the NGA significantly predicted the patients’ clinical response: Low values at t1 were associated with a particularly strong improvement under atypical medication, whereas high initial values of the NGA predicted a particularly good response to typical antipsychotics. The NGA furthermore significantly correlated with neuropsychological test scores, but did not systematically change over the course of a treatment with typical vs. atypical antipsychotics. Conclusion: The present findings confirm the putative association between the NGA and prefrontal brain functions. Furthermore, the NGA at the beginning of a psychiatric in-patient treatment significantly predicted the clinical response to typical and atypical antipsychotic treatment. Since the NGA can be easily determined in clinical routine settings, it might be a useful parameter for the development of individualised treatment strategies based on pathophysiological aspects of schizophrenic illnesses.