Submitted by Nadir Basilio (nadirsb@uninove.br) on 2018-06-18T19:16:59Z No. of bitstreams: 1 Aline Marina Alves Fruhauf.pdf: 1453096 bytes, checksum: 48897b7f7729d68294f85c6738b2da54 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-18T19:16:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aline Marina Alves Fruhauf.pdf: 1453096 bytes, checksum: 48897b7f7729d68294f85c6738b2da54 (MD5) Previous issue date: 2016-02-17 / Increased cortical activity induced by brain stimulation, associated or not with other rehabilitation techniques, may potentiate the therapeutic effects in patients with neurological deficits. To assess the immediate effects of two related techniques, transcranial direct-current stimulation (tDCS) and functional electrical stimulation (FES), the electrical activity of the tibialis anterior (TA) and static balance of individuals with post stroke hemiparesis. Methods: clinical trial, controlled, randomized, double-blind, 30 individuals hemiparesis due to stroke. Rating: median frequency and RMS TA by electromyography (EMG) and evaluation of static balance (area, speed and frequency of oscillation in open eyes (OE) and closed (CE)) by stabilometry. Interventions: 4 protocols with 48h interval: 1 (tDCS anodic + FES sham), 2 (tDCS sham + FES active), 3 (tDCS anodic + FES active) and 4 (tDCS sham + FES sham). The anode was applied on etcc C3 and / or C4 and cathode on the contralateral supraorbital region and FES on hemiparetic TA for 20 minutes. Results: There was no statistically significant difference (p> 0.05) of the median frequency and RMS for the acquisition of isotonic and maximal voluntary isometric contraction (MVIC) of TA and static balance both OE and CE condition of the protocols by the Friedman test . Conclusion: There was no difference in the electrical activity of the TA muscle and static balance after application of the associated technical or isolated. The application time may not be enough to verify a motor learning, moreover, it is suggested that the tDCS may have a cortical hyperexcitability generated response any competitor inhibiting action; and a second hypothesis is that the stimulation of both the FES or active contraction has generated supposed peripheral fatigue, even with preconization contractions to avoid that this factor. It is believed that the two suggestive lead to additive effects (a technique inhibiting possibly other). / O aumento da atividade cortical, induzido pela estimulação cerebral, associado ou não com outras técnicas de reabilitação, pode potencializar os efeitos terapêuticos em indivíduos com déficits neurológicos. Objetivos: Avaliar os efeitos imediatos de duas técnicas associadas, estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) e estimulação elétrica funcional (FES), na atividade elétrica do músculo tibial anterior (TA) e equilíbrio estático de indivíduos com hemiparesia pós acidente vascular encefálico (AVE). Métodos: Ensaio clínico, controlado, randomizado, duplo cego, em 30 indivíduos hemiparéticos decorrente de AVE. Avaliações: frequência mediana e RMS do TA por eletromiografia (EMG) e avaliação do equilíbrio estático (área, velocidade e frequência de oscilação em olhos abertos (AO) e fechados (OF)) por estabilometria. Intervenções: 4 protocolos com intervalo de 48h: 1 (ETCC anódica + FES placebo), 2 (ETCC placebo + FES ativo), 3 (ETCC anódica + FES ativo) e 4 (ETCC placebo + FES placebo). A ETCC anódica foi aplicada sobre C3 e/ou C4 e catódica sobre região supraorbital contralateral e FES sobre TA hemiparético,durante 20 minutos. Resultados: Não houve diferença estatisticamente significante (p > 0,05) da frequência mediana e RMS durante as aquisições de isotonia e contração isométrica voluntária máxima (CIVM) do TA e equilíbrio estático tanto na condição OA e OF entre os protocolos pelo teste de Friedman. Conclusão: Não houve diferença na atividade elétrica do músculo TA e equilíbrio estático, após aplicação das técnicas associadas ou isoladas. O tempo de aplicação pode não ter sido insuficiente para se verificar um aprendizado motor, além disso, sugere-se que a ETCC possa ter gerado uma resposta de hiperexcitabilidade cortical inibindo qualquer ação concorrente; e uma segunda hipótese seria que o estímulo tanto da FES ou da contração ativa tenha gerado suposta fadiga periférica, mesmo com preconização das contrações para que se evitasse esse fator. Acredita-se que as duas sugestivas, levaram a efeitos aditivos (uma técnica possivelmente inibindo a outra).

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Der moderne Leistungs- und Wettkampfsport verfolgt das anspruchsvolle Ziel, die Effizienz von Trainingsprozessen zu steigern und damit die motorische Leistungsfä-higkeit von SportlerInnen zu optimieren. In diesem Zusammenhang kommt dem zentralen Nervensystem eine entscheidende Bedeutung zu, da das Gehirn als Initia-tor jeglicher Willkürbewegungen gilt, indem es neuronale Impulse erzeugt, welche die Ausführung von Bewegungen steuern. Aktuellen neurowissenschaftlichen Untersu-chungen zufolge führen körperliche Aktivität im Allgemeinen und motorisches Lernen sowie regelmäßiges Training im Speziellen zu permanenten funktionellen und struk-turellen Anpassungen des Gehirns (Neuroplastizität). Darüber hinaus konnten bei SportlerInnen neuronale Expertise-Effekte nachgewiesen werden, die sich sowohl in einer angepassten Hirnmorphologie als auch in einer erhöhten Effizienz der neurona-len Verarbeitung manifestieren. Die Rolle des Gehirns und insbesondere motorisch relevanter Hirnareale bei der Ausführung einfacher und/oder komplexer (sportartspe-zifischer) Bewegungen sowie der Einfluss des Gehirns auf die motorische Leistungs-fähigkeit sind bisher jedoch nur unzureichend erforscht. Das Ziel der vorliegenden kumulativen Dissertation war daher unter Anwendung mo-dernster nicht-invasiver Bildgebungs- und Stimulationsverfahren in einem sportbezo-genen Kontext gegenwärtige Forschungslücken zu schließen. Dazu wurden zwei Studien durchgeführt, in denen neuronale Besonderheiten bei SportlerInnen im Ver-gleich zu Nicht-SportlerInnen untersucht wurden. Mit Hilfe der funktionellen Nahinfra-rotspektroskopie (fNIRS) konnte gezeigt werden, dass (1) die Hirnaktivität in Abhän-gigkeit zur Intensität während einer Radsportbelastung zunimmt, was darauf hindeu-tet, dass eine erhöhte Rekrutierung von Muskelfasern ein höheres Maß an neurona-len Ressourcen erfordert. In einer weiteren Studie wurde gezeigt, dass (2) die Erhö-hung der Erregbarkeit in motorisch relevanten Hirnarealen mittels transkranieller Gleichstromstimulation (tDCS) nicht per se zu positiven Effekten auf Verhaltensebe-ne führt, dass jedoch (3) bestimmte Parameter einer motorischen Leistung selektiv moduliert und optimiert werden können. Zusammenfassend unterstreichen die vorliegenden Ergebnisse das Potential nicht-invasiver Bildgebungs- und Stimulationsverfahren in einem sportbezogenen Kontext und tragen neue Erkenntnisse zu einem innovativen Forschungsgebiet bei. Die sys-tematische Anwendung dieser Methoden eröffnet neue Perspektiven in der zukünfti-gen Sportwissenschaft, um Trainingsergebnisse zu diagnostizieren, zu steigern und die motorische Leistungsfähigkeit von SportlerInnen zu optimieren. Dennoch bleiben einige Fragen bezüglich der zugrundeliegenden Mechanismen und möglichen Erklä-rungsansätzen noch unbeantwortet und müssen daher adressiert werden, um das gesamte Potential des Gehirns im Sport nutzen zu können. / Modern competitive and elite sports pursue the challenging goal of increasing the efficiency of training processes and thereby optimizing motor performance in ath-letes. In this context, the central nervous system is of crucial importance, since the brain is considered the initiator of any voluntary movements by generating neural impulses that control the execution of movements. According to current neuroscien-tific research, physical activity in general and motor learning and regular training in particular lead to permanent functional and structural brain adaptations (neuroplastic-ity). Moreover, neuronal expertise effects have been demonstrated in athletes, which are manifested both in adapted brain morphology and in increased efficiency of neu-ronal processing. However, the role of the brain and more specifically of motor-related brain areas during the execution of simple and/or complex (sport-specific) movements as well as the brain’s influence on motor performance still need to be clarified. Hence, the aim of the present cumulative dissertation was to apply state-of-the-art non-invasive brain imaging and stimulation techniques in a sports-related context focusing on current research gaps. Therefore, two studies were conducted to inves-tigate neuronal particularities in athletes compared to non-athletes. Using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), it has been demonstrated that (1) brain activa-tion increases as a function of intensity during a cycling exercise, indicating that in-creased recruitment of muscle fibers requires a higher level of neuronal resources. In a further study, it has been shown that (2) the increase of excitability in motor-related brain areas by means of transcranial direct current stimulation (tDCS) does not per se translate into positive effects on a behavioral level, but that (3) certain parameters of motor performance can be selectively modulated and optimized. In summary, the present findings underline the potential of non-invasive brain imag-ing and stimulation techniques in a sports-related context and contribute novel knowledge to an innovative research field. The systematic application of these meth-ods provides new perspectives in future sports science in order to diagnose and in-crease training outcomes and optimize motor performance in athletes. However, several questions with regards to underlying mechanisms and potential explanations still remain elusive and need to be addressed to use the brain's entire potential in sports.

Bei der vorliegenden Arbeit handelt es sich um eine explorative Studie zur Untersuchung des Einflusses einer 10-tägigen Gleichstromstimulation auf die Vigilanzregulation und kognitive Leistungsfähigkeit depressiver Patienten. Das Patientenkollektiv bestand aus 20 Patienten (männlich: N = 9, weiblich: N = 11, Alter: 48,7) mit mittel- (N = 8) und schwergradig (N = 12) depressiven Episoden. Alle Patienten erhielten die tDCS als „add-on“-Therapie zur leitliniengerechten medikamentösen antidepressiven Behandlung. Die Platzierung der Elektroden erfolgte für die Anode über dem linken und für die Kathode über dem rechten DLPFC (entsprechend EEG Position F3/F4, 20 min Dauer, 2 mA Stromstärke). Die kognitive Leistungsfähigkeit wurde einen Tag vor der ersten und einen Tag nach der zehnten Stimulation getestet, die Vigilanzparameter unmittelbar vor und nach der ersten Stimulation, unmittelbar vor und nach der zehnten Stimulation und noch einmal nach einer 14-tägigen Stimulationspause. Im Ergebnis zeigte sich die klinische Verbesserung der Patienten im Zeitraum der tDCS-Anwendung als signifikant gegenüber dem sich anschließenden stimulationsfreien Intervall (HDRS-21: p<0,001; BDI: p = 0,026). Die klinische Verbesserung beider Parameter im gesamten Studienablauf war ebenfalls signifikant (HDRS-21: p<0,001; BDI: p = 0,003). Bei der Beurteilung der kognitiven Leistung ergaben die Tests TMT A (p = 0,015), TMT B (p = 0,003) und d2 (Konzentrationsleistung mit p = 0,002 und Bearbeitungsgeschwindigkeit mit p = 0,006) ebenfalls signifikante Ergebnisse. Für die Parameter der Vigilanzregulation wurden jedoch keine signifikanten Ergebnisse festgestellt. Die tDCS ist ein mit wenig Aufwand durchzuführendes, sehr unkompliziertes und für die Patienten gut verträgliches Verfahren. Nebenwirkungen die spezifisch auf die tDCS zurückzuführen wären, wurden nicht verzeichnet (bei einigen Patienten kam es zu einer kurzzeitigen, diskreten Hautrötung an den Elektrodenpositionen).:Abkürzungsverzeichnis V I. Einleitung 1 1.1 Einführung 1 1.2 Theoretische Grundlagen der Depression 2 1.2.1 Epidemiologie 2 1.2.2 Ätiopathogenese 2 1.2.3 Symptome 3 1.2.4 Diagnostik 4 1.2.5 Therapie 7 1.3 Theoretische Grundlagen der tDCS 14 1.3.1 Verfahren 14 1.3.2 Geschichte der tDCS 14 1.3.3 Physiologische Effekte 15 1.3.4 Stimulationsorte 17 1.3.5 Forschungsgebiete der tDCS 18 1.3.6 Nebenwirkungen und Anwendungssicherheit 20 1.4 Theoretische Grundlagen zum Vigilanzalgorithmus Leipzig 22 1.4.1 Vigilanz 22 1.4.2 EEG und Vigilanz 22 1.4.3 VIGALL (192) 23 1.4.4 Pathologische Zusammenhänge 25 II. Fragestellung 26 III. Materialien und Methoden 27 3.1 Ein- und Ausschlusskriterien 27 3.2 Patientenkollektiv 27 3.3 Durchführung tDCS 28 3.4 Durchführung EEG 28 3.5 Kognitive Testbatterie 29 3.6 Klinische Beurteilungsinstrumente 31 3.7 Studienablauf 32 3.8 Datenauswertung und Statistik 34 IV. Ergebnisse 35 4.1 Vigilanzregulation 35 4.2 kognitive Testung 37 4.3 Klinische Veränderung HDRS & BDI 38 4.4 Patienten und Drop-outs 39 4.5 tDCS-assoziierte Nebenwirkungen während der Studie 39 V. Diskussion 40 5.1 Methodendiskussion 41 5.1.1 Studiendesign und Limitationen 41 5.1.2 Stimulationsparameter tDCS 41 5.2 Ergebnisdiskussion 42 5.2.1 Vigilanzstabilität 42 5.2.2 Kognitive Leistungsfähigkeit 42 5.2.3 klinische Veränderung 45 5.3 Ausblick 45 VI. Zusammenfassung der Arbeit 48 VII. Literaturverzeichnis 51 VIII. Anlagen 65 8.1 Stability Score 65 8.2 Mean vigilance index 67 8.3 HDRS-21 & BDI 69 8.4 kognitive Testung 72 8.5 Behandlungsalgorhithmus unipolare Depression 80 8.6 Demografische Daten 81 8.7 Abbildungsverzeichnis 82 8.8 Tabellenverzeichnis 84 IX. Selbstständigkeitserklärung 87 X. Lebenslauf 88 XI. Danksagung 89

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Dr. rer. med. Titel: Wer macht was mit wem? – Die differenziellen Rollen von Kanonizität, Rekursion und phonologisch-verbalem Arbeitsgedächtnis beim Verstehen komplexer Syntax eingereicht von: M.Sc., M.A., Mag. Art. Carina Denise Krause angefertigt an: Universität Leipzig, Medizinische Fakultät Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, Abteilungen Neuropsychologie & Neurologie betreut von: Prof. Dr. Hellmuth Obrig, Prof. Dr. Angela D. Friederici Oktober 2022 Um einen Satz zu verstehen, müssen Wörter zu Phrasen und Phrasen zu einem Satz hie-rarchisch zusammengefügt und die Information der einzelnen Komponenten integriert werden, bis die syntaktischen und thematischen Relationen im Satz eindeutig und kohärent sind. Unter Einbezug des Weltwissens wird dann eine Repräsentation des Satzinhalts konstruiert. Syntak-tisch komplexe Sätze sind mit Verarbeitungsschwierigkeiten auf verschiedenen linguistischen und kognitiven Ebenen verbunden. Riches (2020) definiert den Kern syntaktischer Komplexität so: „The term ‘complex’ is frequently used to refer to sentences with more than one clause, which typically involve non-canonical word orders.“ (S. 501). In dieser Arbeit werden 3 überge-ordnete Faktoren in den Fokus genommen, die zur Komplexität eines Satzes beitragen können: Kanonizität, Rekursivität und die phonologisch-verbale AG-Last. Syntaktische Komplexität ist häufig gekennzeichnet durch Nicht-Kanonizität, d. h. durch irreguläre, niedrigfrequente Strukturen (Regularität x Frequenz-Hypothese; Christiansen & Chater, 2016a). Die Objekttopikalisierung − wie in dem Satz „Den Frosch kämmt der Igel.“ − ist beispielsweise eine durch den kognitionslinguistischen Mechanismus Movement erzeugte nicht-kanonische und damit komplexere Satzstruktur. Rekursivität ist eine weitere Dimension, die komplexe syntaktische Sequenzen erzeugt. Rekursion wird in dieser Arbeit sehr eng definiert als domänenunabhängige, hierarchisch ge-schachtelte, nicht iterativ generierbare Struktur (center-embedded recursion). Die Verarbeitung dieser rekursiven Struktur ist nicht zwingend selbst rekursiv, sondern basiert auf der allgemei-nen Fähigkeit Sequenzen unterschiedlicher Form und Komplexität zu lernen und zu verarbeiten. Der grundlegende Mechanismus zur Generierung syntaktischer Strukturen ist die kombinatori-sche Verknüpfungsoperation Merge. Merge kann rekursiv angewendet werden und generiert so auch syntaktische Hierarchie. Die dabei entstehenden eingebetteten Strukturen sind theore-tisch rekursiv unendlich weiterführbar. Praktisch hingegen sind Konstruktionen mit mehr als 3 Einbettungen nicht mehr verstehbar. Das liegt u. a. daran, dass solch verschachtelte Konstrukti-onen kaum oder nie im Sprachinput enthalten waren und daher keine (starke) generalisierte syntaktische Konstruktion dafür im Gedächtnis vorhanden ist. Sequenzen der fraglichen syntakti-schen Form wurden also selten (oder gar nicht) gelernt, sie können durch ihre Irregularität nicht einfach durch Analogiebildung abgeleitet werden, sie sind insgesamt unwahrscheinlicher und werden daher vom Gehirn nicht (sofort) antizipiert. Die Fähigkeit zur Generierung und Verarbeitung hierarchischer, rekursiver Strukturen ist nicht auf die Sprache beschränkt; sie wird als generelles Kernmerkmal menschlicher Kognition diskutiert. Rekursive Strukturen finden sich bspw. auch in Musik, komplexen Handlungen und visueller Verarbeitung. Dabei ist noch unklar, ob ein domänenübergreifendes Netzwerk im Ge-hirn existiert, das die Grundlage für die Verarbeitung von Rekursion bildet, oder ob bspw. sprachliche Rekursion anders verarbeitet wird als visuelle. Auditorische Signale sind sehr kurzlebig, d. h. eine auditorische Erinnerung wird extrem schnell überschrieben von neuer einkommender Sprachinformation, wenn sie nicht möglichst schnell und effizient weiterverarbeitet wird. Die Verarbeitung irregulärer und / oder niedrigfre-quenter syntaktischer Konstruktionen ist stärker abhängig von der akustisch-phonologischen Verarbeitung als die Verarbeitung frequenter, kanonischer Strukturen, deren Repräsentationen meist differenziert und mühelos(er) abrufbar sind und die zusätzlich durch Analogiebildung er-schlossen werden können. Das korrekte Lernen und Verstehen komplexer syntaktischer Sequen-zen erfordert nicht nur eine präzisere Verarbeitung im phonologisch-verbalen Arbeitsgedächt-nis (AG); komplexe Strukturen erhöhen auch ihrerseits die phonologisch-verbale AG-Last. Das AG ist jedoch durch allgemeine und individuelle sensuokognitive Parameter kapazitätsbe-schränkt und bildet dadurch einen Engpass (Now-or-Never-Bottleneck; Christiansen & Chater, 2016b) im Satzverstehen. Die beschränkte Kapazität des AGs basiert auf (1) Interferenz zwischen konkurrierenden linguistischen Informationen, (2) limitierten Aufmerksamkeits- und kognitiven Ressourcen, (3) der Effizienz der akustisch-phonologischen Verarbeitung, die u. a. abhängig ist von (4) der Präzision der im LZG gespeicherten (phonologischen) Repräsentationen, der Effizienz des Zugriffs auf diese Gedächtnisinhalte und ihre Aktivierung, sowie die Fähigkeit, diese Aktivie-rungen aufrecht zu erhalten, und damit (5) der Erfahrung mit (variationsreichem) sprachlichem Input. Das AG wird in dieser Arbeit konzeptualisiert als Sprachverarbeitung im Hier-und-Jetzt, das gegen die Interferenz von nachfolgendem linguistischen Material gerichtete Aktivhalten relevanter Gedächtnisinhalte bis zur (hinreichend) erfolgreichen, Chunk-basierten Weiterverar-beitung auf verschiedenen linguistischen Ebenen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Bestimmung des differenziellen Einflusses der 3 syntaktischen Komplexitätsfaktoren Kanonizität, Rekursivität und phonologisch-verbale AG-Last auf das Satzverstehen. Dabei ging es vor allem um die Differenzierbarkeit (a) der einzelnen syn-taktischen Komplexitätsfaktoren im Sinne einer Dissoziation und (b) sprachspezifischer versus domänenübergreifender Einflussfaktoren auf die Verstehensleistung. Im Rahmen dieser Dissertation wurden 6 Studien durchgeführt. Studie 1 zielte auf die experimentelle Differenzierung von sprachlicher AG-Komponente (Faktor Speicher; operationalisiert durch Long-Distance-Dependencys (LDDs)) und syntaktischer Verarbeitung (Faktor Ordnen; operationalisiert durch Topikalisierung). In Studie 2 wurde das EmbSyn-Paradigma pilotiert, ein Material das die beiden syntaktischen Komplexitätsfaktoren rekursive Einbettung und Topikalisierung kontrastierte. In Studie 3 wurde das EmbSyn-Material in Kombination mit anodaler transkranieller Gleichstromstimulation (tDCS) über 2 für die Sprachverarbeitung potenziell relevanten Hirnarealen (inferiorer frontaler Gyrus (IFG) und temporo-parietale Bereiche (TP)) eingesetzt. Studie 4 dokumentierte den Einsatz des EmbSyn-Materials in einer klinischen Patient*innen-Population mit linkshemisphärischer Läsion nach Schlaganfall. Studie 5 pilotierte das PhonMem-Material, das zur detaillierten Beschreibung basaler phonologischer AG-Leistungen entwickelt wurde, in der aus Studie 4 bekannten Patient*innenpopulation und einer abgestimmten gesunden Kontrollpopulation. In Studie 6 schließlich wurde die Patient*innenpopulation aus den Studien 4 und 5 mit einem experimentellen Material zur Verarbeitung visueller Rekursion getestet. Die Ergebnisse dieser Studien zeigen, dass alle 3 Faktoren das Satzverstehen relevant modulieren. Zwar konnten sie nicht entlang ihrer jeweiligen Operationalisierungen dissoziiert werden; schon allein deshalb nicht, weil die phonologisch-verbale AG-Last mit den beiden Fak-toren [EMB] (-Kanonizität, +Rekursivität) und (TOPI] (-Kanonizität, -Rekursivität) implizit variierte. Der diametrale Ansatz aus Verstärkbarkeit (Studie 3: tDCS) vs. Störbarkeit (Studie 4: Läsionsstu-die) einerseits, sowie die Zusammenschau mit ergänzenden Paradigmen (Studie 5: phonolo-gisch-verbales AG/PhonMem; Studie 6: Verarbeitung visueller Rekursion) andererseits erlaubte jedoch die Bestimmung eines sich in 3 Schritten abbildenden Kontinuums (syntaktisch-)sequenzieller Komplexität und damit assoziierter kognitiver Anforderungen.:ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS VII I. EINFÜHRUNG 1 1. WER MACHT WAS MIT WEM? – SÄTZE VERSTEHEN 4 1.1 KOMPLEXE SYNTAX: SPRACHVERSTEHEN IST (AUCH) EINE FRAGE DER WAHRSCHEINLICHKEIT. 7 1.1.1 Wer kämmt wen? – Valenz und Argumentstruktur 11 1.1.2 Wen kämmt wer? – Linearität, Movement und Topikalisierung 12 1.1.3 „Der Frosch [… […] …] lacht.“ – Long-Distance-Dependencys und rekursive Einbettungen 14 1.1.4 Wer kämmt, wer lacht? – Topikalisierung in komplexen Relativsatz-Konstruktionen 15 1.2 REKURSION: SPRACHVERSTEHEN IST NICHT UNENDLICH. 18 1.3 DAS PHONOLOGISCH-VERBALE ARBEITSGEDÄCHTNIS: SPRACHVERSTEHEN PASSIERT IM HIER & JETZT. 20 1.3.1 Gedächtnissysteme 22 1.3.2 Das modulare Mehrkomponentenmodell von Baddeley und Hitch. 24 1.3.3 Arbeitsgedächtnis: Eigenständiges System oder Emergenzphänomen? 25 1.3.4 Alternative Konzeptionen des AGs 29 1.3.5 Testung des phonologisch-verbalen Arbeitsgedächtnisses 33 1.4 DAS VERSTEHENDE GEHIRN – NEURO- UND PSYCHOLINGUISTISCHE GRUNDLAGEN 39 1.4.1 Akustisch-phonologische Prozesse 41 1.4.2 Früher Aufbau einer Phrasenstruktur 42 1.4.3 Syntaktische, semantische und thematische Rollen 43 1.4.4 Wie spezialisiert ist das Sprachnetzwerk? 45 1.5 ERWORBENE SPRACH(VERARBEITUNGS)STÖRUNGEN 48 1.6 ZUSAMMENFASSUNG 51 II. AUFGABENSTELLUNG 55 2. ZIELE UND FRAGESTELLUNGEN 55 III. MATERIALIEN UND METHODEN 57 3. SPRACHVERSTEHEN VERSTEHEN – METHODISCHER HINTERGRUND DER STUDIEN 57 3.1 MODULIERTE KOGNITION? – TRANSKRANIELLE GLEICHSTROMSTIMULATION (TDCS) 57 3.1.1 Der theoretische Hintergrund 57 3.1.2 Die praktische Durchführung 58 3.1.3 Methodendiskussion: Alles fauler Zauber? 61 3.2 GESTÖRTES SPRACHVERSTEHEN – LÄSIONSSTUDIEN 64 3.2.1 Der theoretische Hintergrund 64 3.2.2 Läsionsstudien in der vorliegenden Arbeit 65 3.3 STATISTISCHE DATENANALYSE 68 3.3.1 Outcome-Parameter 68 3.3.2 Datenanalytische Verfahren 70 IV. EXPERIMENTELLE STUDIEN 78 4.1 STUDIE 1: VERARBEITUNG SYNTAKTISCH KOMPLEXER SÄTZE MIT HOHEN ARBEITSGEDÄCHTNIS- 78 ANFORDERUNGEN 78 4.1.1 Einleitung 78 4.1.2 Material und Methoden 79 4.1.3 Datenanalyse und Ergebnisse 82 4.1.4 Diskussion 82 4.2 STUDIE 2: VERARBEITUNG SYNTAKTISCH KOMPLEXER SÄTZE MIT HOHEN ARBEITSGEDÄCHTNIS-ANFORDERUNGEN (EMBSYN) – DER 2. VERSUCH 84 4.2.1 Einleitung 84 4.2.2 Material und Methoden 86 4.2.3 Datenanalyse und Ergebnisse 96 4.2.4 Diskussion 103 4.3. STUDIE 3: TDCS-GESTÜTZTE SATZVERARBEITUNG IM EMBSYN-PARADIGMA 108 4.3.1 Einleitung 108 4.3.2 Material und Methoden 111 4.3.3 Datenanalyse und Ergebnisse 115 4.3.4 Diskussion 125 4.4. STUDIE 4: GESTÖRTE SATZVERARBEITUNG IM EMBSYN-PARADIGMA 131 4.4.1 Einleitung 131 4.4.2 Material und Methoden 133 4.4.3 Datenanalyse und Ergebnisse 135 4.4.4 Diskussion 150 4.5. STUDIE 5: PHONMEM – STÖRUNGEN DES PHONOLOGISCH-VERBALEN ARBEITSGEDÄCHTNISSES NACH HIRNLÄSION 154 4.5.1 Einleitung 154 4.5.2 Material und Methoden 156 4.5.3 Datenanalyse und Ergebnisse 164 4.5.4 Diskussion 189 4.6. ZUSAMMENHANG ZWISCHEN DEN EMBSYN- UND PHONMEM-LÄSIONSSTUDIEN 196 4.6.1 Einleitung 196 4.6.2 Material und Methoden 197 4.6.3 Datenanalyse und Ergebnisse 200 4.6.4 Diskussion 205 4.7. STUDIE 6: REKURSIONSVERARBEITUNG NACH HIRNLÄSION: VISUELL VS. SPRACHLICH 209 4.7.1 Einleitung 209 4.7.2 Material und Methoden 211 4.7.3 Datenanalyse und Ergebnisse 211 4.7.4 Diskussion 215 V. ZUSAMMENFASSENDE DISKUSSION 218 5.1 LASSEN SICH DER EINFLUSS VON KANONIZITÄT, REKURSIVITÄT UND PHONOLOGISCH-VERBALER AG-LAST AUF DAS SATZVERSTEHEN DIFFERENZIEREN? GIBT ES INTERAKTIONEN ZWISCHEN DIESEN FAKTOREN? 219 5.2 PERSPEKTIVE: TDCS – ZUKUNFT DER APHASIE-BEHANDLUNG? 227 5.3 PERSPEKTIVE: PHONMEM ALS DIAGNOSTIKINSTRUMENT 228 5.4 LIMITATIONEN DIESER ARBEIT 230 VI. ZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT (ANLAGE 3) 233 VII. LITERATURVERZEICHNIS 237 VIII. ANLAGEN 277 8.1 ANHANG A: STATISTIKEN 278 Verzeichnis Anhang A 278 ANHANG A.1 Zusätzliche Statistiken zu Studie 2 (EmbSyn) 279 ANHANG A.2 Zusätzliche Statistiken zu Studie 3 (EmbSyn | tDCS) 286 ANHANG A.3. Zusätzliche Statistiken zu Studie 5 (PhonMem). 292 ANHANG A.4. Zusätzliche Statistiken zu den Zusammenhängen der Läsionsstudien 319 8.2 ANHANG B: MATERIAL 324 Verzeichnis Anhang B 324 ANHANG B.1 Material zu den Studien 2–4 (EmbSyn). 325 ANHANG B.2 Material zu Studie 5 (PhonMem). 338 8.3 ANHANG C: PUBLIKATION ZUR VERARBEITUNG VISUELLER REKURSION 353 8.4 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 378 8.5 TABELLENVERZEICHNIS 383 8.6 SELBSTSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG (ANLAGE 4) 387 8.7 LEBENSLAUF 388 8.8 PUBLIKATIONEN, VORTRÄGE, PRÄSENTATIONEN 390 DANKSAGUNG 393

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La stimulation électrique transcrânienne à courant direct (tDCS) est une technique non invasive de neuromodulation qui modifie l’excitabilité corticale via deux grosses électrodes de surface. Les effets dépendent de la polarité du courant, anodique = augmentation de l’excitabilité corticale et cathodique = diminution. Chez l’humain, il n’existe pas de consensus sur des effets de la tDCS appliquée au cortex somatosensoriel primaire (S1) sur la perception somesthésique. Nous avons étudié la perception vibrotactile (20 Hz, amplitudes variées) sur le majeur avant, pendant et après la tDCS appliquée au S1 controlatéral (anodale, a; cathodale, c; sham, s). Notre hypothèse « shift-gain » a prédit une diminution des seuils de détection et de discrimination pour la tDCS-a (déplacement vers la gauche de la courbe stimulus-réponse et une augmentation de sa pente). On attendait les effets opposés avec la tDCS-c, soit une augmentation des seuils (déplacement à droite et diminution de la pente). Chez la majorité des participants, des diminutions des seuils ont été observées pendant et immédiatement suivant la tDCS-a (1 mA, 20 min) en comparaison à la stimulation sham. Les effets n’étaient plus présents 30 min plus tard. Une diminution du seuil de discrimination a également été observée pendant, mais non après la tDCS-c (aucun effet pour détection). Nos résultats supportent notre hypothèse, uniquement pour la tDCS-a. Une suite logique serait d’étudier si des séances répétées de tDCS-a mènent à des améliorations durables sur la perception tactile. Ceci serait bénéfique pour la réadaptation sensorielle (ex. suite à un accident vasculaire cérébral). / Transcranial direct-current stimulation (tDCS) is a non-invasive neuromodulation technique which aims to modify cortical excitability using large surface-area electrodes. tDCS is thought to increase (anodal, a-tDCS) or decrease (cathodal, c-tDCS) cortical excitability. At present, there is no consensus as to whether tDCS to primary somatosensory cortex (S1) modifies somatosensory perception. This study examined vibrotactile perception (frequency, 20 Hz, various amplitude) on the middle finger before, during and after contralateral S1 tDCS (a-, c- and sham, s-). The experiments tested our shift-gain hypothesis which predicted that a-tDCS would decrease vibrotactile detection and discrimination thresholds (leftward shift of the stimulus-response function with increased gain/slope), while c-tDCS would increase thresholds (shift to right; decreased gain). The results showed that weak, a-tDCS (1 mA, 20 min), compared to sham, led to a reduction in both thresholds during the application of the stimulation in a majority of subjects. These effects persisted after the end of a-tDCS, but were absent 30 min later. Cathodal tDCS, vs sham, had no effect on detection thresholds; in contrast, there was a decrease in discrimination threshold during but not after c-tDCS. The results thus supported our hypothesis, but only for anodal stimulation. Our observation that enhanced vibrotactile perception outlasts, albeit briefly, the period of a-tDCS is encouraging. Future experiments should determine whether repeated sessions of a-tDCS can produce longer lasting improvements. If yes, clinical applications could be envisaged, e.g. to apply a-tDCS to S1 in conjunction with retraining of sensory function post-stroke.

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