In der vorliegenden Arbeit wird die Erstellung eines computergestützten Systems zum multimodalen zerebralen Monitoring von Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma beschrieben. Das multimodale zerebrale Monitoring dient der Erfassung, graphischen Darstellung und elektronischen Speicherung von physiologischen Meßdaten. Zur kontinuierlichen Überwachung der zerebralen Sauerstoffversorgung wurden die jugularvenöse Oxymetrie, die Hirngewebe-Sauerstoffpartialdruckmessung und die Nah-Infrarot-Spektroskopie hinsichtlich ihrer Stabilität und Sensitivität vergleichend getestet. Weiterhin erfolgte die prospektive Untersuchung der Inzidenz zerebraler hypoxischer Episoden, ihrer möglichen Ursachen, sowie des Einfluß der zerebralen Hypoxie auf das neurologische Outcome er Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma. Zur kontinuierlichen Überwachung der zerebralen Oxygenierung ist gegenwärtig die Messung des lokalen Hirngewebe-pO2 am besten geeignet. Als häufigste Ursachen der zerebralen Hypoxie wurden die systemische Hypokapnie, ein verminderter zerebrale Perfusionsdruck und ein erhöhter intrakranieller Druck identifiziert. Das akkumulierte Auftreten zerebraler hypoxischer Episoden für mehr als 30 Minuten war mit einem signifikant schlechteren neurologischen Outcome der Patienten verbunden. Durch die Einführung weiterer Methoden zur invasiven und nicht-invasiven Überwachung von Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma, wie zum Beispiel der zerebralen Mikrodialyse, können zukünftig die metabolischen Veränderungen durch eine zerebrale Hypoxie untersucht werden. / Cerebral hypoxia is considered the main cause of secondary damage to the vulnerable brain following severe traumatic brain injury, and critical care management is primarily focused on the prevention of cerebral hypoxic events. Goals of this study were: First, the development of a computerized multimodal cerebral monitoring system to continuously acquire, display, and record data from multiple monitoring devices. Second, the comparative study of different methods for monitoring of cerebral oxygenation, as there are jugular venous oxygen saturation, near-infrared spectroscopy, and brain tissue oxygen tension. Third, the prospective determination of a critical hypoxic threshold, the incidence of cerebral hypoxia, the influence of standard therapeutic maneuvres to treat intracranial hypertension on cerebral oxygenation, the significance of possible causes of cerebral hypoxia, and the influence of cerebral hypoxia on neurological outcome. The multimodal monitoring system was successfully established on a neurosurgical intensice care unit. Monitoring of local brain tissue pO2 was most appropriate for monitoring of cerebral oxygenation. The critical hypoxic threshold in brain tissue pO2 was 10 mmHg. Standard therapeutic maneuvres to treat elevated intracranial pressure were, in part, unsuccessful in improving cerebral oxygen delivery. Cerebral hypoxic episodes were predominantly associated with arterial hypocarbia and low cerebral perfusion pressure. Patients with a total of more than 30 minutes of cerebral hypoxic events had a significantly worse neurological outcome. Future investigations using cerebral microdialysis will help to further improve insight into pathophysiology and metabolic changes following traumatic brain injury.

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Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) ist ein nicht-invasives Bildgebungsverfahren, mit dem Veränderungen der neuronalen Aktivität im Gehirn mit hoher räumlicher Auflösung erfasst werden können. Mit der fMRT-Bildgebung bei neurowissenschaftlichen Experimenten wurden in den letzten beiden Jahrzehnten bedeutende Erkenntnisse für die Hirnforschung und Medizin gewonnen. Mit Hilfe dieser Methode werden neuronale Aktivitätsunterschiede bei der Durchführung einer bestimmten Aufgabe, z. B. dem Betrachten von Bildern mit emotionalen Inhalten, erfasst und die Daten unabhängig von der Messung zu einem späteren Zeitpunkt statistisch ausgewertet. Mit Hilfe des technischen Fortschritts im letzten Jahrzehnt ist es darüber hinaus möglich geworden, fMRT-Daten direkt zur Aufnahmezeit zu verarbeiten und auszuwerten. Dies wird als Echtzeit-fMRT bezeichnet, wenn die Datenverarbeitung schneller erfolgt als die Aufnahme eines Hirnvolumens (aktuell ca. zwei Sekunden). Die Ergebnisse der Echtzeitdatenverarbeitung können dann wiederum als Steuerbefehle für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Daher wird dies auch als Hirn-Computer-Schnittstelle (Brain Computer Interface, BCI) mittels fMRT bezeichnet. Die Echtzeitverarbeitung von fMRT-Daten ermöglicht mehrere neue Anwendungen. Dazu gehören unter anderem die Qualitätskontrolle zur Laufzeit von fMRT-Experimenten, die schnelle funktionelle Lokalisierung von Hirnarealen entweder für neurowissenschaftliche Experimente oder intraoperativ, die Kontrolle des Experimentes mittels des Probandenverhaltens und insbesondere die Möglichkeit, sogenannte fMRT-Neurofeedbackexperimente durchzuführen. Bei diesen Experimenten lernen Probanden, die Aktivität von definierten Hirnarealen willentlich zu beeinflussen. Das Ziel dabei ist, Veränderungen in ihrem Verhalten zu generieren. Die Umsetzung eines BCIs mittels Echtzeit-fMRT ist eine interdisziplinäre Aufgabenstellung von MR-Physik, Informatik und Neurowissenschaften um das Verständnis des menschlichen Gehirns zu verbessern und neue Therapieansätze zu gestalten. Für diese hard- und softwaretechnisch anspruchsvolle Aufgabe gibt es einen enormen Bedarf an neuen Algorithmen zur Datenverarbeitung und Ansätzen zur verbesserten Datenakquise. In diesem Zusammenhang präsentiert die vorliegende Arbeit ein neues Softwareframework, das einerseits eine integrierte Gesamtlösung für die Echtzeit-fMRT darstellt und in seinen Teilmodulen eine abstrakte Basis für eine universelle Methodenentwicklung anbietet. Diese Arbeit beschreibt die grundlegenden abstrakten Konzepte und die Implementierung in ein neues Softwarepaket namens ’Brain Analysis in Real-Time’ (BART). Der Fokus der Arbeit liegt auf zwei Kernmodulen, die für universelle Gestaltung von sogenannten adaptiven Paradigmen und die Einbindung von Echtzeit-fMRT-Datenverarbeitungsalgorithmen konzipiert sind. Bei adaptiven Paradigmen werden zur Laufzeit eines Experiments physiologische Parameter (z. B. Herzrate) oder Verhaltensdaten (z. B. Augenbewegungen) simultan zu den fMRT-Daten erfasst und analysiert, um die Stimulation eines Probanden entsprechend zu adaptieren. Damit kann die Zuverlässigkeit der Daten, die zur Auswertung zur Verfügung stehen, optimiert werden. Die vorliegende Arbeit präsentiert das dazu notwendige abstrakte Grundkonzept des neuen Softwareframeworks und die ersten konkreten Implementierungen für die Datenverarbeitung und adaptive Paradigmen. Das Framework kann zukünftig mit neuen methodischen Ideen erweitert werden. Dazu gehören die Einbindung neuer Datenverarbeitungsalgorithmen, wie z. B. Konnektivitätsanalysen und die Adaption von Paradigmen durch weitere physiologische Parameter. Dabei ist insbesondere die Kombination mit EEG-Signalen von großem Interesse. Außerdem bietet das System eine universelle Grundlage für die zukünftige Arbeit an Neurofeedbackexperimenten. Das in dieser Arbeit entwickelte Framework bietet im Vergleich zu bisher vorgestellten Lösungsansätzen ein Ein-Computer-Setup mit einem erweiterbaren Methodenspektrum. Damit wird die Komplexität des notwendigen technischen Setups reduziert und ist nicht auf einzelne Anwendungsfälle beschränkt. Es können flexibel neue Datenverarbeitungsalgorithmen für ein fMRT-BCI eingebunden und vielgestaltige Anwendungsfälle von adaptiven Paradigmen konzipiert werden. Eine Abstraktion der Stimulation und die Kombination mit der Echtzeitauswertung ist bisher einzigartig für neurowissenschaftliche Experimente. Zusätzlich zu den theoretischen und technischen Erläuterungen werden im empirischen Teil der vorliegenden Arbeit neurowissenschaftliche Experimente, die mit dem Softwarepaket BART durchgeführt wurden, vorgestellt und deren Ergebnisse erläutert. Dabei wird die Zuverlässigkeit und Funktionsweise der Implementierung in allen Teilschritten der Datenerfassung und -verarbeitung validiert. Die Ergebnisse verifizieren die Implementierung einer parallelisierten fMRT-Analyse.Weiterhin wird eine erste konkrete Umsetzung für ein adaptives Paradigma vorgestellt, bei dem zur Laufzeit die Blickrichtung der Probanden berücksichtigt wird. Die Ergebnisse zeigen die signifikanten Verbesserungen der Reliabilität der fMRT-Ergebnisse aufgrund der optimierten Datenqualität durch die Adaption des Paradigmas. Zusammengefasst umfasst die vorliegende Arbeit eine interdisziplinäre Aufgabe, die sich aus der Verarbeitung von MR-Daten in Echtzeit, einem neuen abstraktes Softwarekonzept für Entwicklung neuer methodischer Ansätze und der Durchführung von neurowissenschaftlichen Experimenten zusammensetzt.

Polymere Nanopartikel sind ein vielversprechender Ansatz für die Diagnose und Therapie von Krankheiten. Sie ermöglichen den Einsatz von schwerlöslichen oder instabilen Wirkstoffen. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit das Targetings, durch gezielte Modifikationen des Nanopartikels wird der Wirkstoff zum Zielort transportiert und kann dort in der gewünschten Form freigesetzt werden; dadurch könnten bei erhöhter Wirksamkeit die Nebenwirkungen von Medikamenten reduziert werden. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung von physikalischen und biochemischen Eigenschaften von Nanopartikeln bestehend aus einem abbaustabilen Polystyren- Kern und einer biologisch abbaubaren Schale aus Polybutylcyanoacrylat. Es werden Methoden beschrieben, um die Größe, Struktur und den Abbau dieser Wirkstoffträger zu untersuchen. Die untersuchten Nanopartikel zeigen RAYLEIGH-Streuung, sowohl Größe als auch Abbau können durch Messung des Absorptionsspektrums bestimmt werden. Weiterhin konnten diese Eigenschaften mit Hilfe von dynamischer und statischer Lichtstreuung sowie Neutronenkleinwinkelstreuung untersucht werden. Bei letzterer Methode konnte gezeigt werden, dass die Schale größtenteils abgebaut werden kann, während der Kern intakt bleibt. In einem weiteren Teil der Arbeit wurde die Überwindung der Blut-Hirn-Schranke durch polymere Nanopartikel untersucht. Dabei wurde der fluoreszierende Thioflavine als Modellwirkstoffe eingesetzt. Das Durchdringen der Blut-Hirn-Schranke konnte nur mit Nanopartikeln erreicht werden, an deren Oberfläche ein Apolipoprotein E-Peptid gekoppelt war. Es konnte gezeigt werden, das die Nanopartikelschale im Gehirn abgebaut wird, der Wirkstoff freigesetzt wird und an Amyloid β, einem Marker der Alzheimer-Krankheit, bindet.

Thesis (doctoral)--Uppsala University, 1982. / Includes bibliographical references (p. 35-39).

Seit Veröffentlichung der Studien von G. Van den Berghe et al. im Jahre 2001 galt es die strikte Blutzuckereinstellung in normoglykämische Bereiche bei Schwerverletzten anzustreben. Die intensivierte Insulintherapie wurde daraufhin von verschiedensten Fachgesellschaften in Leitlinien und Therapieregimen integriert, so auch auf der neurochirurgischen ITS der Universitätsklinik Leipzig. Kurze Zeit später erschienen große multizentrische Studien, die den Benefit der intensivierten Insulintherapie in Frage stellten und sogar von einer signifikant höheren Letalität bei strikt normoglykäm eingestellten Patienten berichteten. Daher wird in dieser Studie die zwiespältige aktuelle Datenlage zum Anlass genommen, die Beziehungen zwischen Blutzuckereinstellung und ITS-Regime sowie die Auswirkungen hyperglykämischer Stoffwechselsituationen und mögliche Bedeutung des Blutglukosespiegels respektive der intensivierten Insulintherapie speziell für Patienten mit isoliertem mittelschwerem und schwerem Schädel-Hirn-Trauma zu evaluieren. Mit Hilfe der Integration wird erstmalig ein Verfahren zur Blutglukosedarstellung verwendet, dass durch die Flächenberechnung (Area under the Curve (AUC-BG)) ein Abbild von Höhe und Dauer der Hyperglykämie schafft. Es konnte gezeigt werden, dass die Blutzuckereinstellung mit dem klinischen Verlauf, krankheitsspezifischen Therapiekonzepten, Komplikationen und dem Outcome der Patienten korreliert und positiv Einfluss nimmt. Von besonderem Interesse war die Auswirkung auf den Hirndruck und die Notwendigkeit von Dekompressionskraniektomien, als auch auf Infektionsereignisse, die kontrollierte Beatmung, Ernährungsform und das Outcome. Nach Einführung der intensivierten Insulintherapie wurde ein Vergleich mit konventionell therapierten Patienten herbeigeführt. Es wurden vergleichende Analysen zwischen der retrospektiven (n = 65, konventionelle Insulintherapie, Blutzucker < 10,0 mmol/l [< 180 mg/dl]) und prospektiven Gruppe (n = 65, intensivierte Insulintherapie, Blutzucker 4,4 – 6,1 mmol/l [80 – 110 mg/dl]) bezüglich Blutzuckerfläche, Intensivverlauf und Outcome durchgeführt. Nach 1:1-Matching hinsichtlich Alter und Geschlechterzugehörigkeit waren die beiden Therapiegruppen homogen und es zeigten sich keine Unterschiede bezüglich der Aufnahmecharakteristik. Schädelhirntraumatisierte Patienten profitierten von einer intensivierten Insulintherapie im Vergleich zur Kontrollgruppe, auch wenn es nicht gelang, den Blutzuckerspiegel entsprechend der initiierten Therapierichtlinie signifikant hin zur Normoglykämie zu senken. Die positiven Effekte zeigten sich deutlich in Bezug auf die Infektionsrate und Ernährungsform. Die intensivierte Insulintherapie senkte den Hirndruck und die Rate risikobehafteter Dekompressionskraniektomien mit einem deutlicheren Trend zu besseren Outcomemesswerten. Vor allem Patienten mit einem besseren initialem GCS und Nicht-Diabetiker scheinen von einer guten Blutzuckereinstellung zu profitieren. Hypoglykämien (Blutzucker ≤ 3 mmol/l) traten entgegen der Vermutung dabei nicht gehäuft auf und stellten somit kein Gegenargument einer derartigen Therapie dar. Die Senkung des Blutzuckers in einen moderaten, therapeutischen Bereich sollte das Mindestziel in der Gesamttherapie von Patienten mit einem mittelschweren und schweren Schädel-Hirn-Trauma sein, wobei ein Konsens über den optimal therapeutischen Blutzuckerzielbereich bisher noch nicht gefunden wurde und somit weitere Untersuchungen gerechtfertigt sind.:BIBLIOGRAPHISCHE BESCHREIBUNG ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 1 EINFÜHRUNG 1.1 SCHÄDEL-HIRN-TRAUMA – DEFINITION UND EINTEILUNG 1.2 SCHÄDEL-HIRN-TRAUMA – EPIDEMIOLOGIE 1.3 PATHOPHYSIOLOGISCHER HINTERGRUND DES SCHÄDEL-HIRN-TRAUMAS 1.4 KLINIK, MONITORING UND THERAPIE – EIN ÜBERBLICK 1.5 FRAGESTELLUNG UND ZIEL DER ARBEIT 2 MATERIALIEN UND METHODIK 2.1 STUDIENDESIGN 2.1.1 Ein- und Ausschlusskriterien 2.1.2 Studienende 2.1.3 Erfasste Parameter 2.2 PATIENTENMANAGEMENT 2.3 BLUTZUCKERMANAGEMENT 2.3.1 Insulinschema bei konventioneller Insulintherapie 2.3.2 Insulinschema bei intensivierter Insulintherapie 2.4 DATENERFASSUNG 2.5 METHODENBESCHREIBUNG – AREA UNDER THE CURVE 2.6 STATISTISCHE ANALYSE 3 ERGEBNISSE 3.1 PATIENTENCHARAKTERISTIK/DEMOGRAPHIE 3.1.1 Vor Matching 3.1.2 Nach Matching 3.2 INTENSIVVERLAUF UND OUTCOME 3.2.1 Verlaufsparameter 3.2.2 Outcome-Messwerte 3.3 AUSWIRKUNGEN DER EINGANGSVARIABLEN AUF INTENSIVVERLAUF UND OUTCOME 3.4 EINFLUSS VON HÖHE UND DAUER DER HYPERGLYKÄMIE AUF INTENSIVVERLAUF UND OUTCOME 3.4.1 Einfluss auf die Beatmungsdauer 3.4.2 Einfluss auf den Gesamt-SAPS II 3.4.3 Einfluss auf die Dauer bis zur Oralisierung 3.4.4 Einfluss auf das Auftreten von Infektionen 3.4.5 Einfluss auf den intrakraniellen Druck 3.4.5.1 ICP-Sondenliegedauer in Abhängigkeit von der Blutzuckerfläche 3.4.5.2 Zusammenhang zwischen Hirndruckfläche und Blutzuckerfläche 3.4.5.3 Diabetiker versus Nicht-Diabetiker 3.4.6 Einfluss auf die Notwendigkeit einer Dekompressionskraniektomie 3.4.7 Einfluss auf die Dauer der Intensivbehandlung 3.4.8 Einfluss auf das Outcome 3.4.8.1 Glasgow Outcome Score 3.4.8.2 Modified Rankin Scale 3.5 METHODENVERGLEICH 3.5.1 Güte der Therapie 3.5.2 Kontrollierte Beatmung 3.5.3 Gesamt-SAPS II 3.5.4 Dauer bis zur Oralisierung 3.5.5 Auftreten von Infektionen 3.5.6 Hirndruckmanagement 3.5.6.1 Demographie 3.5.6.2 Vergleich des intrakraniellen Druckes 3.5.7 Notwendigkeit einer Dekompressionskraniektomie 3.5.8 Intensivbetreuung und Krankenhausliegedauer 3.5.9 Outcome 3.5.9.1 Glasgow Outcome Score 3.5.9.2 Modified Rankin Scale 3.6 HYPOGLYKÄMIE 3.7 SCHWERE HYPERGLYKÄMIE 3.8 ABHÄNGIGKEIT DES OUTCOMES 3.8.1 Initial- und Verlaufsparameter 3.8.2 Multiple lineare Regressionsanalyse 3.8.2.1 Einfluss der Initialparameter 3.8.2.2 Interaktion von Glasgow Coma Score und Blutzuckerfläche 3.8.2.3 Einfluss der Verlaufsparameter 3.8.2.4 Zusammenfassung der relevanten Initial- und Verlaufsparameter 3.9 ABHÄNGIGKEIT DES HIRNDRUCKES 3.9.1 Multiple lineare Regressionsanalyse 3.9.1.1 Einfluss der Initialparameter 3.9.1.2 Einfluss der Verlaufsparameter 3.10 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE 3.10.1 Patientencharakteristik/Demographie 3.10.2 Intensivverlauf und Outcome 3.10.3 Auswirkungen der Eingangsvariablen auf Intensivverlauf und Outcome 3.10.4 Einfluss von Höhe und Dauer der Hyperglykämie auf Intensivverlauf und Outcome 3.10.5 Methodenvergleich 3.10.6 Abhängigkeit des Outcomes 3.10.7 Abhängigkeit des intrakraniellen Druckes 4 DISKUSSION 4.1 PATIENTENCHARAKTERISTIK/DEMOGRAPHIE 4.2 MATERIAL UND METHODIK 4.3 AUSWIRKUNGEN VON HÖHE UND DAUER DER HYPERGLYKÄMIE AUF INTENSIVVERLAUF UND OUTCOME 4.3.1 Einfluss auf allgemeine intensivmedizinische Parameter 4.3.2 Einfluss auf den intrakraniellen Druck und das Outcome 4.4 VERGLEICH BEIDER THERAPIEGRUPPEN 4.4.1 Methodische Aspekte 4.4.2 Klinische Aspekte 4.5 HYPOGLYKÄMIE 4.6 ABHÄNGIGKEIT DES OUTCOMES 4.7 ABHÄNGIGKEIT DES HIRNDRUCKES 4.8 ZUSAMMENFASSUNG 5 ZUSAMMENFASSUNG LITERATURVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS TABELLENVERZEICHNIS ANLAGEN PATIENTENDATENBLATT TABELLEN SAPS II – SCORE VOTUM DER ETHIKKOMMISSION ERKLÄRUNG ÜBER DIE EIGENSTÄNDIGE ABFASSUNG DER ARBEIT LEBENSLAUF DANKSAGUNG

Schädel-Hirn-Traumata sind die häufigste Ursache von Tod und Behinderung bei jungen Erwachsenen und oftmals ein Grund für Erwerbsunfähigkeit. Deshalb sind das Verständnis der zugrundeliegenden Pathomechanismen und die Entwicklung von Rehabilitationsstrategien von höchster Wichtigkeit. Einer der Hauptschädigungsmechanismen sind diffuse axonale Schädigungen. Diese treten insbesondere in frontalen Hirnregionen auf und führen entsprechend zu einer Beeinträchtigung exekutiver Funktionen und Veränderungen im Verhalten noch Jahre nach dem Ereignis. Unsere Studie mit Patienten im chronischen Stadium zielte auf eine genauere Charakterisierung frontaler Funktionen nach Schädel-Hirn-Trauma. In einem ersten behavioralen Experiment setzten wir zwei Paradigmen ein, die einerseits mit dem frontolateralen (Stroop-Interferenz-Aufgabe) und andererseits mit dem frontomedianen Kortex (Aufgabe zur Unterdrückung von Handlungsimitation) assoziiert sind (Schroeter et al., 2007). Die Patienten waren spezifisch in der Aufgabe zur Unterdrückung von Handlungsimitation als Hinweis auf eine Alteration des anterioren frontomedianen Kortex beeinträchtigt. Die Defizite waren hierbei eng mit Veränderungen des Verhaltens und der posttraumatischen Amnesie, die das Outcome nach Schädel-Hirn-Trauma vorhersagt, verbunden. In einem zweiten fMRT-Experiment überprüften wir die Hypothese einer frontomedianen Dysfunktion mittels eines Paradigmas, das spezifisch frontomediane Strukturen beansprucht. Hierbei wurden evaluative Urteile mit semantischen Gedächtnisinhalten kontrastiert („Angela Merkel ist eine gute Bundeskanzlerin“ vs. „Angela Merkel ist Bundeskanzlerin“). Die Ergebnisse bestätigen, dass Patienten nach Schädel-Hirn-Trauma durch persistierende frontomediane Beeinträchtigungen charakterisiert sind. Unsere Ergebnisse stimmen gut mit der Literatur überein, welche Defizite bei der „Theory of Mind“ und sozialen Kognition, die ebenfalls wesentlich mit dem frontomedianen Kortex verbunden sind, berichtet. Die Studie trägt zum Verständnis der Pathomechanismen nach Schädel-Hirn-Trauma bei. Frontomediane Alterationen scheinen wesentlich für die Langzeitfolgen verantwortlich zu sein. Deshalb sollten frontomediane Funktionen in der Diagnostik, insbesondere zur Einschätzung der Prognose, und der Rehabilitation eine stärkere Beachtung finden.

Das menschliche Gehirn ist ein komplexes System, dessen Komplexität von großer funktioneller Bedeutung. Das APOE ɛ4 Allel ist ein gut untersuchter genetischer Risiko-Faktor für die Ausbildung der Alzheimer’schen Demenz. Das wesentliche Ziel dieser Dissertation ist die Untersuchung der Verbindungen zwischen der Komplexität von Hirn-Signalen, APOE-Genotyp und kognitiver Leistung bei jungen gesunden Erwachsenen unter dem Gesichtspunkt individueller Unterschiede. Nachdem ich in der ersten Studie die Reliabilität der Residual Iteration Decomposition (RIDE), einer Methode zur Analyse von Gehirnsignalen, validiert hatte, im der zweiten Studie untersuchte ich, wie APOE-Genotypen mit der Komplexität des Gehirnsignals assoziiert sind, gemessen mit Multiscale Entropy (MSE) und kognitiven Fähigkeiten. Die zweite Studie zeigte, dass APOE ɛ4 mit einer höheren Entropie im Skala 1 bis 4 und einer niedrigeren Entropie im Skala 5 und darüber assoziiert ist; Darüber hinaus gibt es bei ε4-Trägern einen stärkeren Abfall der MSE von geschlossenen zu offenen Augen als bei Nicht-Trägern. Die ε4-Assoziation mit der kognitiven Leistung war komplex, aber im Grunde scheint ε4 mit einer schlechteren kognitiven Leistung bei Menschen mit niedrigerem Bildungsstand verbunden zu sein, während bei Hochschulabsolventen keine solche Assoziation auftrat. Anschließend verband die dritte Studie MSE mit einer anderen kognitiven Domäne - Gesichts- und Objekterkennungsfähigkeiten. Wir haben gezeigt, dass 1) eine erhöhte MSE bei geschlossenen Augen auf allen Skalen mit einer besseren kognitiven Leistung verbunden ist. 2) Eine erhöhte MSE in höheren Skalen war mit einer engeren Kopplung zwischen der RIDE-extrahierten Geschwindigkeit der Bewertung des Stimulus für einen einzelnen Versuch und der Reaktionszeit verbunden. Zusammenfassend, die Ergebnisse verbanden die Komplexität des Gehirnsignals, den APOE-Genotyp und das kognitive Verhalten bieten ein tieferes Verständnis der Gehirn-Verhaltens-Beziehungen. / Human brain is a complex dynamical system, whose complexity could be highly functional and characterize cognitive abilities or mental disorders. The APOE ɛ4 allele is a well-known genetic risk factor for the development of Alzheimer’s Disease and cognitive decline in later human life. The main goal of this study is to investigate the bridges between brain signal complexity, APOE genotype and cognitive performance among young adults under the framework of individual difference. After validating the reliability of Residue Iteration decomposition (RIDE), a method for analysis brain signals in the first study, I investigated in the second study how individual differences in APOE genotypes are associated with brain signal complexity measured with Multiscale Entropy (MSE) and cognitive ability. The second study demonstrated that APOE ε4 is associated with higher entropy at scale 1-4 and lower entropy at scale 5 and above, especially at frontal scalp regions and in an eyes open condition; in addition, there’s a stronger drop in MSE from closed to open eyes condition among ε4 carriers than non-carriers. The ε4 association with cognitive performance was complex, but basically ε4 seems to be associated with worse cognitive performance among lower educated people, whereas no such association appeared among the higher educated. Afterwards, the third study connected MSE with a different cognitive domain – face and object cognition abilities. We showed that 1) increased MSE for a closed eyes condition at all scales is associated with better cognitive performance. 2) Increased MSE at higher scales (7 or 8) was associated with tighter coupling between RIDE-extracted single trial stimulus evaluation speed at the neural level and reaction time at the behavior level. To summarize, the results of my doctoral study connected brain signal complexity, APOE genotype and cognitive behavior among young healthy adults, providing a deeper understanding of brain-behavior relationships and – potentially – for early AD diagnosis when cognitive decline is not yet evident.