Nearly all functional magnetic resonance imaging (fMRI) studies are conducted in the supine body posture, which has been discussed as a potential confounder of such examinations. The literature suggests that cognitive functions, such as problem solving or perception, differ between supine and upright postures. However, the effect of posture on many cognitive functions is still unknown. Therefore, the aim of the present study was to investigate the effects of body posture (supine vs. sitting) on one of the most frequently used paradigms in the cognitive sciences: the N-back working memory paradigm. Twenty-two subjects were investigated in a randomized within-subject design. Subjects performed the N-back task on two consecutive days in either the supine or the upright posture. Subjective sleep quality and chronic stress were recorded as covariates. Furthermore, changes in mood dimensions and heart rate variability (HRV) were assessed during the experiment. Results indicate that the quality of sleep strongly affects reaction times when subjects performed a working memory task in a supine posture. These effects, however, could not be observed in the sitting position. The findings can be explained by HRV parameters that indicated differences in autonomic regulation in the upright vs. the supine posture. The finding is of particular relevance for fMRI group comparisons when group differences in sleep quality cannot be ruled out.

Background: Unemployment may impair mental and physical health. The influencing factors causing such negative effects are relevant from an individual and public health perspective. The personality as one possible influencing factor was discussed. This study investigated the prevalence of the type-D personality in an unemployed population and its connections to socio-demographic, psychological and heart rate variability (HRV) parameters. Methods: A questionnaire set including socio-demographics, type-D scale (DS14), Complaint list (BL), Beck-Depression-Inventory II (BDI-II) and the General Self-Efficacy Scale (GSE) was handed out to 203 unemployed individuals [126 females, mean age ± SD: 42.36 ± 11.08]. For HRV assessment (RMSSD), a subsample of 83 participants [50 females, median age ± IQR: 47.00 ± 17.00] passed the “stress-tests” (timed breathing, d2-attention-stress-test, math test) while heart frequency (HF) was acquired via the Stressball software (BioSign GmbH, Ottenhofen, Germany). Results: 53% of the unemployed had a type-D personality. Compared to non-type-D individuals, type-D individuals had rarely children and by trend a lower educational level; they showed significantly higher scores in the BDI-II and lower scores in the GSE and BL. No differences were observed in mean HF or RMSSD during all the stress-tests. Conclusion: The HRV of individuals with a type-D personality is no worse than that of individuals without a type-D personality. Type-D personality was significantly associated with negative health effects regarding depressiveness, self-efficacy and physical complaints. Our main findings implicate that the DS14 could serve as a short and reliable screening instrument to select concerned unemployed individuals who might be at risk for negative health effects for adequate intervention.

Background: A randomized controlled study (RCT) recently showed that short-term heart rate variability (HRV) biofeedback in addition to standard rehabilitation care for alcohol dependence can reduce craving, anxiety and improve cardiovascular autonomic function. In this one-year follow-up study we aimed to explore whether completion of 2-week HRV-Biofeedback training is associated with long-term abstinence. Furthermore, we sought to identify potential predictors of post-treatment abstinence. Methods: We conducted a survey on abstinence in patients with alcohol dependence 1 year after completion of an RCT comparing HRV-biofeedback in addition to inpatient rehabilitation treatment alone (controls). Abstinence rates were compared and analysed for association with demographic data as well as psychometric and autonomic cardiac assessment before and after completion of the biofeedback training using bivariate and multivariate regression analyses. Results: Out of 48 patients who participated in the RCT, 27 patients (9 females, ages 42.9 ± 8.6, mean ± SD) completed our one-year follow-up. When including in the analysis only patients who completed follow-up, the rate of abstinence tended to be higher in patients who underwent HRV-biofeedback 1 year earlier compared to those who received rehabilitative treatment alone (66.7% vs 50%, p = ns). This non-significant trend was also observed in the intention-to-treat analysis where patients who did not participate in the follow-up were assumed to have relapsed (46,7% biofeedback vs. 33.3% controls, p = ns). Neither cardiac autonomic function nor psychometric variables were associated with abstinence 1 year after HRV-biofeedback. Conclusion: Our follow-up study provide a first indication of possible increase in long-term abstinence after HRVbiofeedback for alcohol dependence in addition to rehabilitation. Trial registration: The original randomized controlled trial was registered in the German Clinical Trials Register (DRKS00004618). This one-year follow-up survey has not been registered.

Ein gesunder Herzschlag zeichnet sich nicht dadurch aus, dass er besonders regelmäßig ist. Vielmehr sollte ein gesunder Herzschlag, selbst in Phasen augenscheinlicher körperlicher Inaktivität, variabel sein (z.B. Appelhans & Luecken, 2006; Berntson et al., 1997; Shaffer, McCraty, & Zerr, 2014). Historisch gesehen ist dies keine völlig neue Erkenntnis – bereits in der frühen chinesischen und griechischen Medizin konnte dieses Phänomen beobachtet werden (einen schönen Überblick hierzu gibt Billman, 2011). Das Zusammenwirken der sympathischen und parasympathischen Bestandteile des autonomen Nervensystems, welches sich unter anderem in der Herzratenvariabilität (HRV) widerspiegelt, erlaubt uns nicht nur Einblicke in die physiologische Adaptionsfähigkeit, sondern auch in die psychische Flexibilität und Regulationsfähigkeit des Menschen, um so auf sich ständig ändernde Umweltanforderungen angemessen reagieren zu können (z.B. Appelhans & Luecken, 2006; Beauchaine, 2001; ChuDuc, NguyenPhan, & NguyenViet, 2013; Porges, 1995b; Quintana & Heathers, 2014; Riganello, Garbarino, & Sannita, 2012; Shaffer et al., 2014; Stein & Kleiger, 1999; Thayer & Lane, 2000). Mit ganz einfachen Worten: Die Variabilität unseres Herzschlages stellt eine Art Interface dar, welches Auskunft über das Zusammenspiel physiologischer und psychologischer Prozesse gibt. In der vorliegenden Monografie beschäftige ich mich intensiv mit dem Thema HRV, insbesondere mit der Anwendung und Durchführung von HRV-Kurzzeitmessungen (meistens fünf Minuten) im Kontext (bio-) psychologischer Forschung. Während ich im Rahmen des ersten Kapitels eine komprimierte Einführung in die Thematik und einen Überblick über die nachfolgenden Kapitel gebe, beschäftigt sich Kapitel II mit der Frage, welche methodischen Standards für HRV-Kurzzeitmessungen derzeit vorliegen. Ausgangspunkt hierfür sind vereinzelte Hinweise (z.B. im Rahmen meta-analytischer Bestrebungen) darauf, dass die Erfassung, Darstellung und Interpretation von HRV-Messungen durch ein nicht unerhebliches Maß an Diversität gekennzeichnet ist (z.B. de Vries, 2013; Ellis, Zhu, Koenig, Thayer, & Wang, 2015; Quintana & Heathers, 2014; Tak et al., 2009; Zahn et al., 2016). Ferner fehlen bis heute belastbare Normwerte für die gängigsten HRV-Parameter, die typischerweise in Kurzzeitmessungen berechnet werden können (vgl. Nunan, Sandercock, & Brodie, 2010). Ausgehend von diesen Beobachtungen stellen wir ein systematisches Literaturreview vor. In einem ersten Schritt haben wir aktuelle Standards zur Erhebung und Auswertung von HRV-Messungen identifiziert, auf deren Basis wir ein Klassifikationssystem zur Beurteilung von HRV-Studien erstellt haben. Nachfolgend wurden zwischen 2000 und 2013 publizierte Artikel (N = 457), im Hinblick auf die extrahierten methodischen Standards, überprüft. Unsere Ergebnisse legen das Vorhandensein einer beträchtlichen methodischen Heterogenität und einen Mangel an wichtigen Informationen nahe (z.B. in Bezug auf die Erhebung essentieller Kontrollvariablen oder das Berichten von HRV-Parametern), einhergehend mit der Tatsache, dass sich gängige Empfehlungen und Richtlinien (z.B. Task Force, 1996) nur partiell in der empirischen Praxis wiederfinden. Auf der Grundlage unserer Ergebnisse leiten wir Empfehlungen für weitere Forschung in diesem Bereich ab, wobei sich unsere „Checkliste“ besonders an forschende Psychologen richtet. Abschließend diskutieren wir die Einschränkungen unseres Reviews und unterbreiten Vorschläge, wie sich diese - bisweilen unbefriedigende - Situation verbessern lässt. Während unserer umfangreichen Literaturrecherche ist uns sehr schnell aufgefallen, dass HRV-Kurzzeitmessungen auf ein breites wissenschaftliches Interesse stoßen, wobei verschiedenste Konzepte und Forschungsfragen mit spezifischen HRV-Mustern in Verbindung gebracht werden (vgl. Beauchaine, 2001; Dong, 2016; Francesco et al., 2012; Makivić, Nikić, & Willis, 2013; Nunan et al., 2010; Pinna et al., 2007; Quintana & Heathers, 2014; Sammito et al., 2015; Sandercock, 2007). Darunter befinden sich sowohl eher eigenschaftsähnliche (z.B. Trait-Angst; Miu, Heilman, & Miclea, 2009; Watkins, Grossman, Krishnan, & Sherwood, 1998) als auch stark situationsabhängige Konstrukte (z.B. akute emotionale Erregung; Lackner, Weiss, Hinghofer-Szalkay, & Papousek, 2013; Papousek, Schulter, & Premsberger, 2002). Während die beiden einflussreichsten Theorien zur HRV, die Polyvagal-Theorie (Porges, 1995b, 2001, 2007) und das Modell der neuroviszeralen Integration (Thayer & Lane, 2000, 2009), einen dispositionellen Charakter der HRV nahelegen, sind zahlreiche Einflussfaktoren bekannt, die unmittelbare Auswirkungen auf das autonome Nervensystem haben (Fatisson, Oswald, & Lalonde, 2016; Valentini & Parati, 2009). Demzufolge haben wir uns die Frage gestellt, wie zeitlich stabil individuelle HRV-Messungen sind (siehe Kapitel III). Da die existierende Literatur hierzu ambivalente Ergebnisse bereithält (Sandercock, 2007; Sandercock, Bromley, & Brodie, 2005) und die zeitliche Stabilität von HRV-Messungen bisher vornehmlich über sehr kurze Zeiträume mit wenigen Messzeitpunkten untersucht wurde (z.B. Cipryan & Litschmannova, 2013; Maestri et al., 2009; Pinna et al., 2007), haben wir eine längsschnittliche Studie mit fünf Messzeitpunkten, verteilt auf ein Jahr, konstruiert (N = 103 Studierende). In Abhängigkeit von der Körperhaltung der Probanden während der Messung (liegend, sitzend, stehend), haben wir nachfolgend die Retest-Reliabilität (absolute und relative Reliabilität; siehe Atkinson & Nevill, 1998; Baumgartner, 1989; Weir, 2005) der gängigsten HRV-Parameter ermittelt. Unsere Ergebnisse deuten auf ein beachtliches Ausmaß an Zufallsschwankungen der HRV-Parameter hin, welches weitgehend unabhängig von der Körperhaltung der Probanden und dem zeitlichen Abstand der Messzeitpunkte ist. Da diese Ergebnisse weitreichende Folgen suggerieren, diskutieren wir diese, unter Berücksichtigung vorhandener Einschränkungen, ausführlich. Während in Kapitel II und III vornehmlich methodische Fragen im Fokus stehen, stelle ich in Kapitel IV dieser Monografie eine Feldstudie vor. Im Rahmen dieser Studie haben wir die Zusammenhänge zwischen subjektivem Stress, Coping-Strategien, HRV und Schulleistung untersucht. Sowohl die bereits erwähnten Theorien (Porges, 1995b, 2001, 2007, Thayer & Lane, 2000, 2009), als auch eine beträchtliche Anzahl an Forschung, lassen Zusammenhänge zwischen HRV und Stress (z.B. Berntson & Cacioppo, 2004; Chandola, Heraclides, & Kumari, 2010; Krohne, 2017; Michels, Sioen, et al., 2013; Oken, Chamine, & Wakeland, 2015; Porges, 1995a; Pumprla, Howorka, Groves, Chester, & Nolan, 2002) sowie HRV und kognitiver Leistung vermuten (z.B. Duschek, Muckenthaler, Werner, & Reyes del Paso, 2009; Hansen, Johnsen, & Thayer, 2003; Luque-Casado, Perales, Cárdenas, & Sanabria, 2016; Shah et al., 2011). Allerdings fehlt es bislang an Studien, welche die komplexeren Zusammenhänge zwischen all den genannten Konstrukten untersuchen. Dies gilt insbesondere für die Untersuchung von Kindern und Jugendlichen. Um zur Schließung dieser Wissenslücke beizutragen, haben wir Gymnasiasten (N = 72, zwischen zehn und 15 Jahren alt) im Rahmen eine Querschnittstudie zu deren Stresserleben und Bewältigungsstrategien (mittels SSKJ 3-8; Lohaus, Eschenbeck, Kohlmann, & Klein-Heßling, 2006) befragt. Außerdem wurden bei all diesen Schülern HRV und Zeugnisdurchschnittsnoten erhoben. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung konstruktiver Coping-Strategien zur Vermeidung von physischen und psychischen Stresssymptomen, welche ihrerseits negative Auswirkungen auf die Schulleistung haben. Demgegenüber lassen sich die erwarteten Zusammenhänge zwischen HRV und Stress/Coping (Berntson & Cacioppo, 2004; Dishman et al., 2000; Fabes & Eisenberg, 1997; Lucini, Di Fede, Parati, & Pagani, 2005; Michels, Sioen, et al., 2013; O’Connor, Allen, & Kaszniak, 2002; Porges, 1995a) sowie HRV und kognitiver Leistung (Hansen et al., 2003; Suess, Porges, & Plude, 1994; Thayer, Hansen, Saus-Rose, & Johnsen, 2009) anhand unserer Daten nicht bestätigen. Mögliche Gründe für dieses Befundmuster sowie Anforderungen an zukünftige Studien dieser Art werden abschließend diskutiert. Schlussendlich (a) fasse ich alle gesammelten Erkenntnisse prägnant zusammen, (b) diskutiere deren Implikationen, (c) stelle deren Beitrag zum wissenschaftlichen Forschungsstand heraus, und (d) gebe einen kurzen Einblick in die jüngsten Entwicklungen der HRV-Forschung (Kapitel V). Außerdem, und damit schließe ich den inhaltlichen Part dieser Monografie ab, möchte ich den Leser an meinen zehn wichtigsten Lernerfahrungen teilhaben lassen.:DANKSAGUNG I PREFACE V ZUSAMMENFASSUNG VII LIST OF CONTENTS XI LIST OF TABLES XIII LIST OF FIGURES XV ABBREVIATIONS XVII CHAPTER I 1 1. AN INTRODUCTION INTO HEART RATE VARIABILITY AND MY PAST FIVE YEARS OF RESEARCH 1 1.1. MEANING OF HRV 3 1.2. A BRIEF HISTORICAL OVERVIEW OF HRV RESEARCH 4 1.3. PHYSIOLOGICAL UNDERPINNINGS AND INFLUENCES ON HRV 6 1.4. THEORIES OF HRV 7 1.5. HRV MEASUREMENT: FROM HEARTBEAT TO HRV PARAMETERS 9 1.6. OVERVIEW OF CHAPTERS INCLUDED IN THIS MONOGRAPH 12 CHAPTER II 17 2. A SYSTEMATIC REVIEW OF SHORT-TERM HEART RATE VARIABILITY IN PSYCHOLOGICAL RESEARCH: TOWARD UNIFIED METHODOLOGICAL STANDARDS 17 2.1. INTRODUCTION 18 2.2. METHODS AND MATERIALS 30 2.3. RESULTS 40 2.4. DISCUSSION AND RECOMMENDATIONS 55   CHAPTER III 75 3. RELIABILITY OF SHORT-TERM MEASUREMENTS OF HEART RATE VARIABILITY: FINDINGS FROM A LONGITUDINAL STUDY 75 3.1. INTRODUCTION 76 3.2. METHODS AND MATERIALS 82 3.3. RESULTS 92 3.4. DISCUSSION 105 CHAPTER IV 115 4. STRESS AND COPING IN SCHOOL: HEART RATE VARIABILITY, SELF-REPORTED STRESS, AND SCHOOL ACHIEVEMENT 115 4.1. INTRODUCTION 116 4.2. METHODS AND MATERIALS 122 4.3. RESULTS 130 4.4. DISCUSSION 142 CHAPTER V 151 5. SUMMARY, OVERALL DISCUSSION, AND OUTLOOK 151 5.1. SUMMARY AND CONTRIBUTIONS TO EXISTING LITERATURE 151 5.2. RECENT DEVELOPMENTS IN HRV RESEARCH AND FORTHCOMING CHALLENGES 156 5.3. WHAT REMAINS AT THE END OF THE DAY? 157 6. REFERENCES 159 7. APPENDIX 193 8. CURRICULUM VITAE 229 9. LIST OF PUBLICATIONS 233 9.1. BOOKS, BOOK CHAPTERS, (CONFERENCE) PAPER, THESES 233 9.2. TALKS AND PRESENTATIONS 235 10. EIDESSTATTLICHE ERKLÄRUNG (AFFIDAVIT) 237

Background: Research suggests that a low omega-3 index may contribute to the low heart rate variability and the increased risk of cardiovascular morbidity and mortality in bipolar disorders. However, so far, no intervention trial with EPA and DHA has been conducted in bipolar patients attempting to increase their heart rate variability. - Methods: 119 patients with bipolar disorder according to DSM-IV were screened, with 55 euthymic bipolar patients—owing to inclusion criteria (e.g. low omega-3 index (< 6%), SDNN < 60 ms.)—being enrolled in a randomized, double-blind, 12-week parallel study design with omega-3 fatty acids (4 capsules of 530 mg EPA, 150 mg DHA) or corn oil as a placebo, in addition to usual treatment. Heart rate variability as well as the omega-3 index were measured at baseline and at the endpoint of the study. - Results: A total of 42 patients (omega-3: n = 23, corn oil: n = 19) successfully completed the study after 12 weeks. There was a significant increase in the omega-3 index (value at endpoint minus value at baseline) in the omega-3 group compared to the corn oil group (p < 0.0001). However, there was no significant difference in the change of the SDNN (value at endpoint minus value at baseline) between the treatment groups (p = 0.22). In addition, no correlation between changes in SDNN and change in the omega-3 index could be detected in the omega-3 group (correlation coefficient = 0.02, p = 0.94) or the corn oil group (correlation coefficient = − 0.11, p = 0.91). Similarly, no significant differences between corn oil and omega-3 group regarding the change of LF (p = 0.19), HF (p = 0.34) and LF/HF ratio (p = 0.84) could be demonstrated. - Conclusions: In our randomized, controlled intervention trial in euthymic bipolar patients with a low omega-3 index and reduced heart rate variability no significant effect of omega-3 fatty acids on SDNN or frequency-domain measures HF, LF and LF/HF ratio could be detected. Possible reasons include, among others, the effect of psychotropic medication present in our trial and/or the genetics of bipolar disorder itself. Further research is needed to test these hypotheses.

Stress-related exhaustion symptoms have a high prevalence which is only likely to increase further in the near future. Understanding the physiological underpinnings of exhaustion has important implications for accurate diagnosis and the development of effective prevention and intervention programs. Given its integrative role in stress-regulation, the parasympathetic branch of the autonomic nervous systems has been a valid starting point in the exploration of the physiological mechanisms behind exhaustion. The aim of the present study was to examine the directionality and specificity of the association between exhaustion symptoms and vagally-mediated heart rate variability (vmHRV), a relatively pure measure of parasympathetic tone. Exhaustion symptoms and vmHRV were measured at four annually assessment waves (2015–2018) of the Dresden Burnout Study. A total sample of N = 378 participants who attended at least two of the four annual biomarker measurements were included in the present analyses. Cross-lagged multi-level panel modelling adjusting for various covariates (e.g., age, sex, BMI) revealed that vmHRV was meaningfully predictive of exhaustion symptoms and not vice versa. In addition, these effects were specific for exhaustion symptoms as no effect was shown for the other burnout sub-dimensions, or for depressive symptoms. Our findings indicate a clear link between exhaustion symptoms and vmHRV which may hold great potential for both enhancing the diagnosis and treatment of exhaustion symptoms.

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