Bildgesteuerte, perkutane Interventionen stellen bei vielen diagnostischen und therapeutischen Fragestellungen eine Alternative zum chirurgischen Vorgehen dar. Hierbei kommen bevorzugt die Sonographie und die Computertomographie (CT) zum Einsatz. Zu den Indikationen für eine gezielte Nutzung der Magnetresonanztomographie (MRT) zählen Befunde, die sich mit anderen Modalitäten nicht ausreichend darstellen lassen, die fehlende Strahlenexposition (CT) sowie Alleinstellungsmerkmale wie der hervorragende native Weichteilkontrast oder die Möglichkeiten zur Darstellung von Temperaturen oder Diffusionsprozessen. Zu den Nachteilen zählen die langen Messzeiten, das starke Magnetfeld sowie die räumliche Enge in den meist röhrenförmigen Geräten, die ein interventionelles Vorgehen oft erschweren. Stereotaktische Führungs- und Navigationshilfen sind kein notwendiger Bestandteil der interventionellen Ausrüstung, ermöglichen jedoch oft eine gezieltere Planung, bessere Visualisierung oder vereinfachte Durchführung, insbesondere gegenüber einer rein kognitiven Einbeziehung der MRT-Informationen. Assistenzsysteme für geschlossene MRT-Geräte sind meist rahmenbasiert und beschränken sich auf bestimmte Regionen, z. B. die Mamma, die Prostata oder das muskuloskelettale System. Diese Arbeit beschreibt hingegen eine leistungsstarke rahmenlose Assistenztechnik (Navigation), die sich praktisch in beliebigen Körperregionen einsetzen lässt. Der Operateur orientiert sich dabei anhand von hochwertigen MRT-Ansichten, die gemäß der in Echtzeit erfassten Nadellage aus einem kurz zuvor erhobenen Referenzdatensatz reformatiert werden. Ausgehend von der Implementierung an einem speziellen offenen MRT-System (0,5 T) werden interventionelle Komponenten und Methoden beschrieben, die erfolgreich auf ein herkömmliches MRT-System (1,5 T) übertragen wurden. Die Einschränkungen des geschlossenen Systems führten dabei zu einer speziellen Registrierungstechnik mit Hilfe einer kompakten, frei positionierbaren Referenzplatte mit resonanten Miniatur-Hochfrequenzspulen (semiaktiv) als MR-Positionsmarker. Im Vordergrund stand die systematische Prüfung der Marker hinsichtlich Signalverhalten und Sicherheit sowie die Zuverlässigkeit und Genauigkeit einer vollautomatischen, bildbasierten 3D-Lokalisation unter experimentellen und klinischen Randbedingungen. Gegenüber herkömmlichen, passiven (Kontrastmittel-) Markern zeichnet sich die semiaktive Technik dadurch aus, dass sie gleichzeitig, auch mehrere, beliebig über das gesamte Messvolumen verteilte Marker, praktisch unabhängig von sämtlichen anatomischen Strukturen lokalisieren kann. Sowohl die Festlegung einer Position (ein Marker) oder einer Ebene (drei Marker) wie auch die navigierte Platzierung einer Nadel zeigten im Experiment ausreichend hohe Genauigkeiten. Auf Basis einer zeitlich optimierten (Subsekunden-) Markerbildgebung konnte experimentell eine robotisch geführte Nadel direkt im MRT bildgebend verfolgt werden, was weitere Anwendungen der Lokalisationstechnik in Aussicht stellt. Navigierte Biopsien an einem Gewebephantom zeigten nach ausschließlich stereotaktischer Positionierung – ohne Kontrollbildgebung – unabhängig vom Erfahrungsgrad der medizinischen Anwender ausreichend hohe Trefferquoten. Gleichzeitig lieferte die Studie wertvolle, auch anwenderspezifische Erkenntnisse über die Bedienbarkeit sowie den Zeitbedarf für einzelne Interventionsschritte. Im Vergleich mit anderen prototypischen oder kommerziellen Systemen zeigte sich die vorgestellte Assistenztechnik – am Beispiel muskuloskelettaler Interventionen – als klinisch flexibel einsetzbar.

Bildgesteuerte, perkutane Interventionen stellen bei vielen diagnostischen und therapeutischen Fragestellungen eine Alternative zum chirurgischen Vorgehen dar. Hierbei kommen bevorzugt die Sonographie und die Computertomographie (CT) zum Einsatz. Zu den Indikationen für eine gezielte Nutzung der Magnetresonanztomographie (MRT) zählen Befunde, die sich mit anderen Modalitäten nicht ausreichend darstellen lassen, die fehlende Strahlenexposition (CT) sowie Alleinstellungsmerkmale wie der hervorragende native Weichteilkontrast oder die Möglichkeiten zur Darstellung von Temperaturen oder Diffusionsprozessen. Zu den Nachteilen zählen die langen Messzeiten, das starke Magnetfeld sowie die räumliche Enge in den meist röhrenförmigen Geräten, die ein interventionelles Vorgehen oft erschweren. Stereotaktische Führungs- und Navigationshilfen sind kein notwendiger Bestandteil der interventionellen Ausrüstung, ermöglichen jedoch oft eine gezieltere Planung, bessere Visualisierung oder vereinfachte Durchführung, insbesondere gegenüber einer rein kognitiven Einbeziehung der MRT-Informationen. Assistenzsysteme für geschlossene MRT-Geräte sind meist rahmenbasiert und beschränken sich auf bestimmte Regionen, z. B. die Mamma, die Prostata oder das muskuloskelettale System. Diese Arbeit beschreibt hingegen eine leistungsstarke rahmenlose Assistenztechnik (Navigation), die sich praktisch in beliebigen Körperregionen einsetzen lässt. Der Operateur orientiert sich dabei anhand von hochwertigen MRT-Ansichten, die gemäß der in Echtzeit erfassten Nadellage aus einem kurz zuvor erhobenen Referenzdatensatz reformatiert werden. Ausgehend von der Implementierung an einem speziellen offenen MRT-System (0,5 T) werden interventionelle Komponenten und Methoden beschrieben, die erfolgreich auf ein herkömmliches MRT-System (1,5 T) übertragen wurden. Die Einschränkungen des geschlossenen Systems führten dabei zu einer speziellen Registrierungstechnik mit Hilfe einer kompakten, frei positionierbaren Referenzplatte mit resonanten Miniatur-Hochfrequenzspulen (semiaktiv) als MR-Positionsmarker. Im Vordergrund stand die systematische Prüfung der Marker hinsichtlich Signalverhalten und Sicherheit sowie die Zuverlässigkeit und Genauigkeit einer vollautomatischen, bildbasierten 3D-Lokalisation unter experimentellen und klinischen Randbedingungen. Gegenüber herkömmlichen, passiven (Kontrastmittel-) Markern zeichnet sich die semiaktive Technik dadurch aus, dass sie gleichzeitig, auch mehrere, beliebig über das gesamte Messvolumen verteilte Marker, praktisch unabhängig von sämtlichen anatomischen Strukturen lokalisieren kann. Sowohl die Festlegung einer Position (ein Marker) oder einer Ebene (drei Marker) wie auch die navigierte Platzierung einer Nadel zeigten im Experiment ausreichend hohe Genauigkeiten. Auf Basis einer zeitlich optimierten (Subsekunden-) Markerbildgebung konnte experimentell eine robotisch geführte Nadel direkt im MRT bildgebend verfolgt werden, was weitere Anwendungen der Lokalisationstechnik in Aussicht stellt. Navigierte Biopsien an einem Gewebephantom zeigten nach ausschließlich stereotaktischer Positionierung – ohne Kontrollbildgebung – unabhängig vom Erfahrungsgrad der medizinischen Anwender ausreichend hohe Trefferquoten. Gleichzeitig lieferte die Studie wertvolle, auch anwenderspezifische Erkenntnisse über die Bedienbarkeit sowie den Zeitbedarf für einzelne Interventionsschritte. Im Vergleich mit anderen prototypischen oder kommerziellen Systemen zeigte sich die vorgestellte Assistenztechnik – am Beispiel muskuloskelettaler Interventionen – als klinisch flexibel einsetzbar.

Das Gedächtnis speichert nicht nur Informationen, sondern mitunter auch die Umstände, in denen diese Informationen erworben wurden, sogenannte Kontextinformationen. Die vorliegende Arbeit hat daher zum Ziel, anhand von Laboraufgaben und anhand einer komplexen sporttechnischen Fertigkeit den Einblick in die Wirkweise von Kontextinformationen im motorischen Bereich zu vertiefen und theoretische Modelle zu prüfen. In zwei Experimenten wurde zunächst der Frage nachgegangen, ob in-zidentelle Kontextinformation eine diskriminative Funktion einnehmen und den Abruf zweier ähnlicher Sequenzen erleichtern kann. Es wurde ein Ausbleiben der Interferenz-Effekte aufgrund der inzidentellen Kontextinformationen vermutet. Beide Experimente erfolgten im Labor im Design des Interferenzparadigmas. In Laborexperiment 1 (N = 30) lernten die Probanden der Experimentalgruppen an zwei aufeinanderfolgenden Tagen je eine dynamische Bewegungssequenz. Die Probanden der Kontrollgruppen lernten entweder nur die erste Sequenz (KG1) oder nur die zweite (KG2). Für alle Probanden waren die Sequenzen jeweils mit einer Kontextinformation verknüpft. An Tag 3 wurden Retentions- und Transfertests durchgeführt. Durch inzidentelle Kontextinformation alleine konnte keine Kontextabhängigkeit erzielt und retroaktive Interferenzeffekte nicht verhindert werden. In Laborexperiment II (N = 20) stellte sich für die zweite Bewegungssequenz durch zusätzlich erzeugte Intention eine höhere Wiedererkennungsleistung sowie Kontextabhängigkeit ein, dennoch wiesen die Probanden retroaktive Interferenzeffekte auf. Zusätzlich trat proaktive Interferenz auf (Experiment II). Zum anderen ermöglichte es eine umfangreiche Regeländerung im Basketball, eine mögliche Kontextabhängigkeit in einer komplexen sporttech-nischen Fertigkeit zu untersuchen. Im daraus entwickelten Feldexperiment mit N = 20 Basketballern mit hoher Expertise zum 3-Punkte-Wurf konnte gezeigt werden, dass Bodenmarkierungen als inzidentelle Kontextinformationen zu begreifen sind und Einfluss auf die Leistung haben. Die Ergebnisse der Arbeit werden in Beziehung zu aktuellen Ergebnissen der Literatur sowie in Bezug auf das perception-control-Modell von Glover (2004) und dem MOSAIC-Modell von Wolpert und Kawato (1998) diskutiert. Praktische Ableitungen werden dargestellt. / Our memory not only stores information that seem important to us but also circumstances, surroundings where information are gathered – so called contextual information. The present work therefore aims to sharpen the understanding of the mechanisms underpinning this phenomenon in the field of motor learning and to investigate different theoretical models by two experiments with sequence learning tasks and additionally by a complex sports skill. Two experiments were conducted to investigate any discriminative character of incidental context information which would facilitate the recall of two similar movement sequences. An absence of interference-effects was hypothesized. Both experiments took place in accordance with a pro-/retroactive interference design. In experiment 1 (N = 30) subjects of the experimental group (EG) learned two dynamic sequences (S1 and S2) on two successive days while members of the control groups only learned either S1 or S2. Incidental Context information was provided by different background colors. On day 3 retention and transfertests were conducted for all groups. Results showed that incidental Context information alone could not avoid retroactive interference effect (Experiment 1). Directing participants’ attention towards the incidental contexts (Experiment 2) resulted in higher recognition performance and context dependency. Nevertheless, retroactive interference effects were found. Surprisingly, participants of the EG additionally showed proactive interference effects. A substantial change in Basketball rules provided the chance to systematically study the influence of visual context information on complex motor skill. In the first step of this experiment twenty Basketball players took 3-point-shots from the old distance. In a second step these experts took 3-points shots from the new, greater distance with either the old floor-markings or the new floor-markings. Results of this experiment show that floor markings do serve as incidental context information and do influence athlete’s performance. The Results of the present work are discussed in reference to other studies and two models, namely Glover’s perception-control-model (2004) and the MOSAIC-modell from Wolpert and Kawato (1998).

Das Gedächtnis speichert nicht nur Informationen, sondern mitunter auch die Umstände, in denen diese Informationen erworben wurden, sogenannte Kontextinformationen. Die vorliegende Arbeit hat daher zum Ziel, anhand von Laboraufgaben und anhand einer komplexen sporttechnischen Fertigkeit den Einblick in die Wirkweise von Kontextinformationen im motorischen Bereich zu vertiefen und theoretische Modelle zu prüfen. In zwei Experimenten wurde zunächst der Frage nachgegangen, ob in-zidentelle Kontextinformation eine diskriminative Funktion einnehmen und den Abruf zweier ähnlicher Sequenzen erleichtern kann. Es wurde ein Ausbleiben der Interferenz-Effekte aufgrund der inzidentellen Kontextinformationen vermutet. Beide Experimente erfolgten im Labor im Design des Interferenzparadigmas. In Laborexperiment 1 (N = 30) lernten die Probanden der Experimentalgruppen an zwei aufeinanderfolgenden Tagen je eine dynamische Bewegungssequenz. Die Probanden der Kontrollgruppen lernten entweder nur die erste Sequenz (KG1) oder nur die zweite (KG2). Für alle Probanden waren die Sequenzen jeweils mit einer Kontextinformation verknüpft. An Tag 3 wurden Retentions- und Transfertests durchgeführt. Durch inzidentelle Kontextinformation alleine konnte keine Kontextabhängigkeit erzielt und retroaktive Interferenzeffekte nicht verhindert werden. In Laborexperiment II (N = 20) stellte sich für die zweite Bewegungssequenz durch zusätzlich erzeugte Intention eine höhere Wiedererkennungsleistung sowie Kontextabhängigkeit ein, dennoch wiesen die Probanden retroaktive Interferenzeffekte auf. Zusätzlich trat proaktive Interferenz auf (Experiment II). Zum anderen ermöglichte es eine umfangreiche Regeländerung im Basketball, eine mögliche Kontextabhängigkeit in einer komplexen sporttech-nischen Fertigkeit zu untersuchen. Im daraus entwickelten Feldexperiment mit N = 20 Basketballern mit hoher Expertise zum 3-Punkte-Wurf konnte gezeigt werden, dass Bodenmarkierungen als inzidentelle Kontextinformationen zu begreifen sind und Einfluss auf die Leistung haben. Die Ergebnisse der Arbeit werden in Beziehung zu aktuellen Ergebnissen der Literatur sowie in Bezug auf das perception-control-Modell von Glover (2004) und dem MOSAIC-Modell von Wolpert und Kawato (1998) diskutiert. Praktische Ableitungen werden dargestellt.:Bibliographische Beschreibung und Referat Danksagung 1 KENNZEICHNUNG DES PROBLEMFELDES 1.1 Einleitung 2 KONTEXTABHÄNGIGKEIT VON LERNINHALTEN 2.1 Definition von Kontext 2.1.1 Unterschiede zum Paradigma des Contextual Interference 2.2 Kontextabhängigkeit im verbalen Lernen 2.3 Kontextabhängigkeit im motorischen Lernen 2.4 Modelle zu Wirkmechanismen des Kontextes 2.4.1 Das MOSAIC-Modell von Wolpert und Kawato 2.4.2 Das Planing-Control-Modell von Glover 2.4.3 Vergleich beider Modelle und Ableitung für die Untersuchungen 2.5 Forschungsfragen 3 LABOREXPERIMENT I 3.1 Hypothesen Laborexperiment I 3.2 Methode 3.2.1 Apparatur 3.2.2 Prozedur / Ablauf 3.2.3 Teilnehmer 3.3 Ergebnisse Laborexperiment I 3.3.1 Aneignung 3.3.2 Ergebnisse hinsichtlich der Retentions- und Transfertests 3.3.2.1 Kontexteffekte 3.3.2.2 Retro- und Proaktive Interferenzeffekte 3.3.2.3 Post-experimentelles Interview 3.4 Diskussion Laborexperiment I 3.5 Folgerungen aus Laborexperiment I 4 LABOREXPERIMENT II 4.1 Stärkung der Assoziation zwischen inzidentellem Kontextreiz und Bewegungsaufgabe 4.2 Reproduktion versus Wiedererkennen 4.3 Hypothesen Laborexperiment II 4.4 Methode 4.4.1 Apparatur 4.4.2 Prozedur / Ablauf 4.4.3 Teilnehmer 4.5 Ergebnisse Laborexperiment II 4.5.1 Aneignung 4.5.2 Ergebnisse hinsichtlich Retentions- und Transfertests 4.5.2.1 Kontext-/ Intentionseffekte 4.5.3 Retro- und Proaktive Interferenzeffekte 4.5.4 Einfluss auf Wiedererkennungsleistung 4.6 Diskussion Laborexperiment II 4.7 Übergreifende Diskussion der Laborexperimente 4.8 Diskussion der Modelle PCM und MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse aus den Laborexperimenten I und II 4.8.1 Einschätzung des MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse aus den Laborexperimenten I und II 4.8.2 Einschätzung des MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse aus den Laborexperimenten I und II 4.9 Zusammenfassung der Laborexperimente und Ausblick 5 FELDEXPERIMENT 5.1 Ausgangs-Situation 5.1.1 3-Punkte-Wurf sowie Einflussfaktoren der Leistung 5.2 Hypothese 5.3 Methodik 5.4 Teilnehmer 5.4.1 Experimenteller Aufbau und Design 5.4.2 Ablauf 5.4.3 Datenerfassung und statistische Analysen 5.5 Ergebnisse Feldexperiment 5.5.1 Trefferquote 5.5.2 Wurftendenz 5.5.3 Wurftendenz im Verlauf 5.6 Diskussion Feldexperiment 5.7 Diskussion der Ergebnisse des Feldexperiments im Hinblick auf die Modelle PCM und MOSAIC 5.7.1 Einschätzung des PCM aufgrund des Feldexperiments 5.7.2 Einschätzung des MOSAIC-Modells aufgrund des Feldexperiments 6 ÜBERGREIFENDE DISKUSSION DER EIGENEN UNTERSUCHUNGEN 6.1 Generelle Diskussion der Ergebnisse der Arbeit und Ausblick 6.2 Einschätzung der Modelle PCM und MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse der eigenen Arbeit 6.2.1 Einschätzung des PCM auf Grundlage der vorgelegten Ergebnisse 6.2.2 Einschätzung des MOSAIC-Modells auf Grundlage der vorgelegten Ergebnisse 6.2.3 Fazit bezüglich beider Modelle 7 ZUSAMMENFASSUNG LITERATURVERZEICHNIS ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ABILDUNGSVERZEICHNIS ANHANGSVERZEICHNIS ANHANG A ANHANG B ANHANG C ANHANG D / Our memory not only stores information that seem important to us but also circumstances, surroundings where information are gathered – so called contextual information. The present work therefore aims to sharpen the understanding of the mechanisms underpinning this phenomenon in the field of motor learning and to investigate different theoretical models by two experiments with sequence learning tasks and additionally by a complex sports skill. Two experiments were conducted to investigate any discriminative character of incidental context information which would facilitate the recall of two similar movement sequences. An absence of interference-effects was hypothesized. Both experiments took place in accordance with a pro-/retroactive interference design. In experiment 1 (N = 30) subjects of the experimental group (EG) learned two dynamic sequences (S1 and S2) on two successive days while members of the control groups only learned either S1 or S2. Incidental Context information was provided by different background colors. On day 3 retention and transfertests were conducted for all groups. Results showed that incidental Context information alone could not avoid retroactive interference effect (Experiment 1). Directing participants’ attention towards the incidental contexts (Experiment 2) resulted in higher recognition performance and context dependency. Nevertheless, retroactive interference effects were found. Surprisingly, participants of the EG additionally showed proactive interference effects. A substantial change in Basketball rules provided the chance to systematically study the influence of visual context information on complex motor skill. In the first step of this experiment twenty Basketball players took 3-point-shots from the old distance. In a second step these experts took 3-points shots from the new, greater distance with either the old floor-markings or the new floor-markings. Results of this experiment show that floor markings do serve as incidental context information and do influence athlete’s performance. The Results of the present work are discussed in reference to other studies and two models, namely Glover’s perception-control-model (2004) and the MOSAIC-modell from Wolpert and Kawato (1998).:Bibliographische Beschreibung und Referat Danksagung 1 KENNZEICHNUNG DES PROBLEMFELDES 1.1 Einleitung 2 KONTEXTABHÄNGIGKEIT VON LERNINHALTEN 2.1 Definition von Kontext 2.1.1 Unterschiede zum Paradigma des Contextual Interference 2.2 Kontextabhängigkeit im verbalen Lernen 2.3 Kontextabhängigkeit im motorischen Lernen 2.4 Modelle zu Wirkmechanismen des Kontextes 2.4.1 Das MOSAIC-Modell von Wolpert und Kawato 2.4.2 Das Planing-Control-Modell von Glover 2.4.3 Vergleich beider Modelle und Ableitung für die Untersuchungen 2.5 Forschungsfragen 3 LABOREXPERIMENT I 3.1 Hypothesen Laborexperiment I 3.2 Methode 3.2.1 Apparatur 3.2.2 Prozedur / Ablauf 3.2.3 Teilnehmer 3.3 Ergebnisse Laborexperiment I 3.3.1 Aneignung 3.3.2 Ergebnisse hinsichtlich der Retentions- und Transfertests 3.3.2.1 Kontexteffekte 3.3.2.2 Retro- und Proaktive Interferenzeffekte 3.3.2.3 Post-experimentelles Interview 3.4 Diskussion Laborexperiment I 3.5 Folgerungen aus Laborexperiment I 4 LABOREXPERIMENT II 4.1 Stärkung der Assoziation zwischen inzidentellem Kontextreiz und Bewegungsaufgabe 4.2 Reproduktion versus Wiedererkennen 4.3 Hypothesen Laborexperiment II 4.4 Methode 4.4.1 Apparatur 4.4.2 Prozedur / Ablauf 4.4.3 Teilnehmer 4.5 Ergebnisse Laborexperiment II 4.5.1 Aneignung 4.5.2 Ergebnisse hinsichtlich Retentions- und Transfertests 4.5.2.1 Kontext-/ Intentionseffekte 4.5.3 Retro- und Proaktive Interferenzeffekte 4.5.4 Einfluss auf Wiedererkennungsleistung 4.6 Diskussion Laborexperiment II 4.7 Übergreifende Diskussion der Laborexperimente 4.8 Diskussion der Modelle PCM und MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse aus den Laborexperimenten I und II 4.8.1 Einschätzung des MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse aus den Laborexperimenten I und II 4.8.2 Einschätzung des MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse aus den Laborexperimenten I und II 4.9 Zusammenfassung der Laborexperimente und Ausblick 5 FELDEXPERIMENT 5.1 Ausgangs-Situation 5.1.1 3-Punkte-Wurf sowie Einflussfaktoren der Leistung 5.2 Hypothese 5.3 Methodik 5.4 Teilnehmer 5.4.1 Experimenteller Aufbau und Design 5.4.2 Ablauf 5.4.3 Datenerfassung und statistische Analysen 5.5 Ergebnisse Feldexperiment 5.5.1 Trefferquote 5.5.2 Wurftendenz 5.5.3 Wurftendenz im Verlauf 5.6 Diskussion Feldexperiment 5.7 Diskussion der Ergebnisse des Feldexperiments im Hinblick auf die Modelle PCM und MOSAIC 5.7.1 Einschätzung des PCM aufgrund des Feldexperiments 5.7.2 Einschätzung des MOSAIC-Modells aufgrund des Feldexperiments 6 ÜBERGREIFENDE DISKUSSION DER EIGENEN UNTERSUCHUNGEN 6.1 Generelle Diskussion der Ergebnisse der Arbeit und Ausblick 6.2 Einschätzung der Modelle PCM und MOSAIC auf Grundlage der Ergebnisse der eigenen Arbeit 6.2.1 Einschätzung des PCM auf Grundlage der vorgelegten Ergebnisse 6.2.2 Einschätzung des MOSAIC-Modells auf Grundlage der vorgelegten Ergebnisse 6.2.3 Fazit bezüglich beider Modelle 7 ZUSAMMENFASSUNG LITERATURVERZEICHNIS ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ABILDUNGSVERZEICHNIS ANHANGSVERZEICHNIS ANHANG A ANHANG B ANHANG C ANHANG D