Die vorliegende Dissertation befasst sich mit Entstehungsmechanismen kardialer Arrhythmien auf der Grundlage pathologisch veränderten Myokards. Es wurde eine systematische Analyse der elektrophysiologischen Veränderungen, die als Folge von Gap-Junction- Lateralisierung und zellulärer Hypertrophie auftreten, durchgeführt. Die Analyse beruht auf einem mathematischen Computermodell, das zur Simulation der Aktionspotentialausbreitung innerhalb einer Einzelzellschicht humaner ventrikulärer Kardiomyozyten entwickelt wurde. Ausgehend von bestehenden Einzelzellmodellen wurde ein räumlich und zeitlich hoch aufgelöstes Multizellmodell generiert und in der Programmiersprache Object Pascal implementiert. Nach Validierung des Modells wurde es zur gezielten, an experimentellen Daten orientierten Manipulation geometrischer Eigenschaften der Zellen (Länge, Durchmesser) und des Zellverbandes (Anordnung der Zellen untereinander) sowie der Gap-Junction-Verteilung genutzt. Die Analyse der elektrophysiologischen Effekte im Vergleich zur Kontrolle fand sowohl unter Normalbedingungen als auch unter Bedingungen, die pathologischen Veränderungen entsprechen (Entkopplung der Gap-Junctions, verringerte Aktivität des schnellen Natriumkanals, erhöhte Inhomogenität), statt. Es zeigte sich, dass ein größerer Zelldurchmesser bzw. erhöhte laterale Gap-Junction-Leitfähigkeit (Simulation von kardialer Hypertrophie bzw. Connexin- Lateralisierung) die Entstehungswahrscheinlichkeit eines unidirektionalen Leitungsblocks erhöhte. Die Erregungsausbreitungsgeschwindigkeit in hypertrophierten Zellen war zudem weniger stabil als in normalen Zellen. Beide Effekte gehören zu den Hauptursachen der Entstehung und Aufrechterhaltung ventrikulärer Arrhythmien. Die Ergebnisse der Arbeit erklären somit Ursachen des erhöhten Arrhythmierisikos in pathologisch veränderten und hypertrophierten Herzen und liefern eine theoretische Grundlage für zukünftige Studien.

L'objectif de cette thèse était d'étudier la modalité auditive dans le syndrome de négligence spatiale unilatérale (NSU) que ce soit dans l'évaluation ou dans la prise en charge. Notre première hypothèse défendue était que, bien que la NSU touche aussi la modalité auditive, des différences dues aux spécificités de chaque modalité existent entre les symptômes auditifs et visuels de ce syndrome neuropsychologique. En conséquence, notre seconde hypothèse était que les spécificités propres à la modalité auditive pourraient permettre de pallier les déficits attentionnels rencontrés en modalité visuelle et, donc, faire de cette modalité un support efficace pour la rééducation. Concernant l'évaluation des symptômes auditifs, les mécanismes d'orientation de l'attention en modalité auditive ainsi que la latéralisation de sons ont été explorés chez des patients atteints de NSU. Ces études ont souligné des difficultés dans les deux domaines dans la NSU. Concernant la réhabilitation, la place de l'audition, et plus particulièrement de la musique, dans les rééducations proposées aux patients atteints de NSU a été explorée. Enfin, un programme de rééducation basé sur la pratique musicale a été créé et testé auprès d'une patiente atteinte de NSU chronique. Celui-ci a montré des bénéfices à long-terme sur les signes visuels de la NSU mais également dans la vie quotidienne. Les résultats de ces études vont dans le sens des hypothèses et soulignent l'importance de prendre en compte la modalité auditive dans la pratique clinique que ce soit lors de l'évaluation du syndrome de NSU ou lors de sa réhabilitation. / The aim of this thesis was to focus on hearing in the evaluation and the rehabilitation of unilateral spatial neglect (USN) syndrome. USN not only affects the visual, but also the auditory modality. The first hypothesis of this thesis was that, due to the specificities of each modality, differences exist between the auditory and visual symptoms of USN. Consequently, the second hypothesis was that the specificities of the auditory modality could permit to compensate the attentional deficits that occur in the visual modality and, thus, make this modality an efficient tool for the rehabilitation. Concerning the evaluation of the auditory symptoms, orienting attention mechanisms in the auditory modality as well as sound lateralisation were explored with patients with USN. These studies showed patients with USN to have difficulties in both. Concerning the rehabilitation, the place of hearing, and in particular of music, in the re-educations in patients with USN was explored. Finally, a program based on music practice was developed and tested with a patient with a chronic USN. This patient showed long-term benefits on USN visual signs and also on daily activities. The results of these studies are consistent with the hypotheses and underline the importance of considering hearing in clinical practice either for the USN evaluation or for its rehabilitation.

The study of lateralisation has taken several forms ranging from investigating morphological asymmetries to research on lateralised motor and perceptual functions with many studies successfully evidencing lateralisation in a variety of species. This study, featuring three species (olive baboons, rhesus macaques, and spotted hyaenas) investigated visual field biases with the aim of determining whether emotional valence underpins these biases whilst also considering the influence of a number of other factors such as emotional intensity, age, sex, rank, and, for the first time, oestrus cycles (olive baboons only). This study aimed to establish whether Campbell’s (1982) Right Hemisphere Hypothesis or Silberman & Weingartner’s (1986) Valence Hypothesis offered the more valid theory for the lateralisation of emotion by considering interactions across the full spectrum of emotion – a question the almost exclusive investigation of negatively affective scenarios by previous studies has been unable to answer. Furthermore, this study provided a new methodology for investigating behavioural lateralisation by suggesting that separating the visual spectrum into five fields (extreme left, mid left, centre, mid right and extreme right) allows a more accurate insight into the lateralisation of visual perception than the traditional hemifield model. Finally, a more conservative method is proposed for analysing behavioural data in future studies from this field and suggests that these methods provide a more accurate representation of the lateralisation of emotion than those previously employed. A population-level left side bias was found for the spotted hyaenas, thus providing the first evidence of significantly lateralised behaviour in a large carnivore and, for this species at least, lending some support to Campbell’s (1982) Right Hemisphere hypothesis but as population-level biases were not found for either of the other species it may be premature to suggest this support is unequivocal. Significant age effects were found in two species as adult olive baboons and spotted hyaenas were both found to express significant left side biases. Spotted hyaenas were also found to express significant left side biases for females, dominant individuals, high intensity interactions, and sexual valence interactions whilst olive baboons expressed a significant left side bias during negative valence behaviours but no significant lateral biases were found in any context for rhesus macaques. In olive baboons behaviours performed by males and those of a low intensity were found to occur more frequently in the mid and central visual fields and neutral valence behaviours were less occurrent in the extreme visual fields whilst in spotted hyaenas sexual, positive and negative valence behaviours were significantly less centralised than neutral valence behaviours. Non-oestrus adult female olive baboons were significantly more strongly lateralised than in-oestrus females, thus suggesting an influence of sex hormones upon lateralisation that may also have been apparent from the hyaena data, particularly regarding the significant lateral biases observed for females and dominant individuals. Finally, this thesis discusses a number of methodological issues that were encountered during this study and provides recommendations for future research in this field. Namely, this thesis provides an updated method for calculating laterality bias that is much more suitable for species with binocular vision and details a novel method of assessing visual field preferences by considering central and peripheral visual fields as separate entities. Furthermore, this thesis suggests that the weighted method designed and implemented for this study provides a much more accurate methodological foundation for analyses which avoids the caveats that may have affected previous research and thus provides a considerably more robust template that should be encouraged for any similar subsequent studies.

In der vorliegenden Arbeit wurde durch die Kombination zweier nichtinvasiver MR-Methoden in vivo untersucht, ob sich die funktionelle Sprachlateralisierung in einer strukturellen Asymmetrie der weißen Substanz widerspiegelt. Dafür wurden die Ergebnisse einer Patientengruppe mit Temporallappenepilepsie mit den Ergebnissen einer gesunden Kontrollgruppe verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass mittels BOLD MRT eine Sprachlateralisierung in der grauen Substanz nachgewiesen werden kann, die mit einem strukturellen Korrelat in der weißen Substanz der sprachdominanten Hemisphäre einhergeht. Dieses Korrelat konnte als Asymmetrie der Mikrostruktur der weißen Substanz in DTI-Messungen belegt werden. Darüber hinaus konnte bewiesen werden, dass Patienten mit einer Temporallappenepilepsie im Vergleich zu gesunden Probanden eine atypische Lateralisierung der Sprachaktivierung im Broca-Areal aufweisen, die von einer gleichsinnig atypischen strukturelle Asymmetrie der weißen Substanz im Broca-Areal begleitet wird. Die These, dass eine funktionelle Sprachlateralisierung mit einer mikrostrukturellen Veränderung der weißen Substanz assoziiert ist, wird durch die vorliegende Arbeit sowohl für die gesunden Kontrollprobanden als auch für die Patienten mit einer fokalen Epilepsie bestätigt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass DTI-Messungen eine sinnvolle Ergänzung zu BOLD MRT-Messungen in der Bestimmung der sprachrelevanten Areale darstellen können. Sprachlateralisierung könnte mit ihrer Hilfe in Zukunft exakt und nichtinvasiv bestimmt werden. Es stellte sich jedoch auch heraus, dass das in der vorliegenden Arbeit angewendete Verfahren in der Praxis sehr aufwendig ist, ohne eine entschieden höhere Aussagekraft über die Sprachlateralisierung zu erbringen. In dieser Form wird die nichtinvasive Bildgebung den Wada-Test als Goldstandard für den klinischen Alltag noch nicht ersetzen können.

Several lines of evidence suggest that asymmetric anterior brain activation is related to affective style, linking left hemisphere activation to positive affect and right hemisphere activation to negative affect. However, previous reports of left frontal hypoactivation in depressed patients were not confirmed in recent studies. This study evaluated additional characteristics of resting EEG alpha (8–13 Hz) asymmetry in 15 clinically depressed patients and 22 healthy adults by recording EEG activity on two separate occasions, 2–4 weeks apart. Across both sessions, group differences in anterior EEG asymmetry were compatible with the original hypothesis. However, groups differed in temporal stability of anterior EEG asymmetry, which was retest reliable in controls but not depressed patients. In contrast, temporal stability of posterior EEG asymmetry was acceptable in both groups. Increased variability of anterior EEG asymmetry may be a characteristic feature for depression, and, if so, this would challenge the notion that anterior EEG alpha asymmetry is a trait marker for depression. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Several lines of evidence suggest that asymmetric anterior brain activation is related to affective style, linking left hemisphere activation to positive affect and right hemisphere activation to negative affect. However, previous reports of left frontal hypoactivation in depressed patients were not confirmed in recent studies. This study evaluated additional characteristics of resting EEG alpha (8–13 Hz) asymmetry in 15 clinically depressed patients and 22 healthy adults by recording EEG activity on two separate occasions, 2–4 weeks apart. Across both sessions, group differences in anterior EEG asymmetry were compatible with the original hypothesis. However, groups differed in temporal stability of anterior EEG asymmetry, which was retest reliable in controls but not depressed patients. In contrast, temporal stability of posterior EEG asymmetry was acceptable in both groups. Increased variability of anterior EEG asymmetry may be a characteristic feature for depression, and, if so, this would challenge the notion that anterior EEG alpha asymmetry is a trait marker for depression. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit Entstehungsmechanismen kardialer Arrhythmien auf der Grundlage pathologisch veränderten Myokards. Es wurde eine systematische Analyse der elektrophysiologischen Veränderungen, die als Folge von Gap-Junction- Lateralisierung und zellulärer Hypertrophie auftreten, durchgeführt. Die Analyse beruht auf einem mathematischen Computermodell, das zur Simulation der Aktionspotentialausbreitung innerhalb einer Einzelzellschicht humaner ventrikulärer Kardiomyozyten entwickelt wurde. Ausgehend von bestehenden Einzelzellmodellen wurde ein räumlich und zeitlich hoch aufgelöstes Multizellmodell generiert und in der Programmiersprache Object Pascal implementiert. Nach Validierung des Modells wurde es zur gezielten, an experimentellen Daten orientierten Manipulation geometrischer Eigenschaften der Zellen (Länge, Durchmesser) und des Zellverbandes (Anordnung der Zellen untereinander) sowie der Gap-Junction-Verteilung genutzt. Die Analyse der elektrophysiologischen Effekte im Vergleich zur Kontrolle fand sowohl unter Normalbedingungen als auch unter Bedingungen, die pathologischen Veränderungen entsprechen (Entkopplung der Gap-Junctions, verringerte Aktivität des schnellen Natriumkanals, erhöhte Inhomogenität), statt. Es zeigte sich, dass ein größerer Zelldurchmesser bzw. erhöhte laterale Gap-Junction-Leitfähigkeit (Simulation von kardialer Hypertrophie bzw. Connexin- Lateralisierung) die Entstehungswahrscheinlichkeit eines unidirektionalen Leitungsblocks erhöhte. Die Erregungsausbreitungsgeschwindigkeit in hypertrophierten Zellen war zudem weniger stabil als in normalen Zellen. Beide Effekte gehören zu den Hauptursachen der Entstehung und Aufrechterhaltung ventrikulärer Arrhythmien. Die Ergebnisse der Arbeit erklären somit Ursachen des erhöhten Arrhythmierisikos in pathologisch veränderten und hypertrophierten Herzen und liefern eine theoretische Grundlage für zukünftige Studien.