Sowohl neurologische Erkrankungen als auch der natürliche Alterungsprozess gehen regelhaft mit einem Untergang von Neuronen einher und bedingen neurologische Funktionsverluste. Diese mit Hilfe nicht-invasiver Techniken, beispielsweise tDCS, zu reduzieren, stellt ein wichtiges Ziel der neurowissenschaftlichen Forschung dar. Neben Arbeiten, die tDCS-Effekte auf das motorische Lernen bei Stimulation des motorischen Kortex nachweisen konnten, gibt es auch Hinweise für solche Effekte bei Stimulation des Kleinhirns. Allerdings besteht derzeit noch eine hohe Variabilität und damit einhergehend eine schlechte Vergleichbarkeit der Studien bezüglich ihrer Stimulationsbedingungen. Das Ansprechen unterschiedlicher Altersgruppen bleibt unklar. In der vorliegenden Arbeit wurden die Effekte zerebellärer a-tDCS auf das motorische Lernen bei gesunden älteren Probanden untersucht. Im Cross-over-Design wurde zu unterschiedlichen Zeitpunkten (vor bzw. nach der motorischen Aufgabe) stimuliert und im 24-Stunden-Verlauf die Langzeitwirkung evaluiert. Gruppe A erhielt vor einer motorischen Übungsaufgabe eine zerebelläre Stimulation, entweder als a-tDCS oder Scheinstimulation, Gruppe B nach der Übungsaufgabe. Zur Überprüfung der Effekte auf das Sequenzlernen diente der Finger-Tapping-Task. Der Lernerfolg wurde anhand der Genauigkeit, der Sequenzdauer und des Skill-Index gemessen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine zerebelläre a-tDCS vor einer Übungsaufgabe zu einer Verbesserung der Konsolidierung der Fähigkeit, eine Zahlenfolge möglichst schnell und gleichzeitig genau einzutippen, führt, während die Stimulation nach einer Übungsaufgabe das motorische Lernen nicht zu beeinflussen scheint. Insgesamt stützen die Ergebnisse zum Teil die bisherigen Hinweise, dass eine zerebellär applizierte a-tDCS das motorische Lernen verbessern kann. Aufgrund einiger Limitationen, besonders der geringen Gruppengröße, verbleibt dieses Ergebnis jedoch vorläufig und bedarf einer Bestätigung in größeren Probandengruppen. Es bleibt von hohem Interesse, die optimalen Bedingungen für die Anwendung von tDCS am Kleinhirn zu definieren, um motorische Lernprozesse positiv zu beeinflussen. Dies ist die Voraussetzung dafür, zerebelläre tDCS mittelfristig auch zu therapeutischen Zwecken anwenden zu können. / Neurological diseases as well as the natural aging process are regularly accompanied by a loss of neurons resulting into a loss of neurological function. Reducing these impactswith the help of non-invasive techniques, such as transcranial direct current stiumulation (tDCS), is an important goal of neuroscientific research. In addition to studies successfully providing evidence that tDCS is impacting motor learning when stimulating the motor cortex, indication of similar effects exist when stimulating the cerebellum. Unfortunately studies today only provide poor comparability given the underlying inconsistency in stimulation conditions and consequentially yielded results. The response of different age groups remains unclear. The following study explores the effects of cerebellar anodal transranial direct current simulation (a-tDSC) on healthy elderly subjects. Using a crossover design, patience were stimulated at different times (before or after the motor task) and long-term effects were evaluated over a 24-hour period. Group A received cerebellar stimulation prior to a motor exercise in form of an actual a-tDCS or sham stimulation, Group B received treatment after the exercise. The finger tapping task was used to verify the effects on sequence learning. Learning success was measured by accuracy, sequence duration, and skill index. The results indicate that cerebellar a-tDCS prior to the exercise task leads to enhanced consolidation of the ability to type a sequence of numbers quickly and accurately at the same time, whereas stimulation after the exercise task does not seem to affect motor learning. Overall, the results partially support previous evidence that cerebellar applied a-tDCS can improve motor learning. Due to some limitations, in particular the small sample size, results are preliminary and require confirmation across a larger population. Defining the optimal conditions for the application of tDCS to the cerebellum to positively influence motor learning processes remains of high interest. It is the prerequisite to enable application of cerebellar tDCS for therapeutic purposes in the medium term.

Würzburg, Universiẗat, Diss., 2007.

Zugl: Darmstadt, Techn. Univ., Habil.-Schr., 2006

Stuttgart, Univ., Diss., 2008.

München, Techn. Univ., Diss., 2004.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Darmstadt.

Versuchspersonen trainierten mit der rechten Hand Zielbewegungen zu verschiedenen Zielen unter terminalem oder kontinuierlichem visuellem Feedback. Für eines der Ziele wurde die visuelle Rückmeldung so manipuliert, dass Bewegungen zu diesem Ziel kürzer wirkten, als sie tatsächlich waren. Nach dem Training sollten die gleichen Ziele sowohl mit der trainierten rechten als auch mit der untrainierten linken Hand erreicht werden. Bewegungen der rechten Hand passten sich an die unbemerkte visuelle Transformation an. Die Adaptation war unter kontinuierlichem Feedback schwächer als unter terminalem. Außerdem generalisierte die Adapation nur unter terminalem, aber nicht unter kontinuierlichem Feedback, auf andere Zielbewegungen in die gleiche Richtung, aber nicht auf Zielbewegungen in die entgegengesetzte Richtung. Bewegungen der untrainierten linken Hand zeigten qualitativ die gleichen adaptationsbedingten Veränderungen wie Bewegungen der rechten Hand. Die Ergebnisse sprechen für die Annahme, dass beim Training der rechten Hand eine effektorunabhängige räumliche Repräsentation verändert wird, auf die bei der Steuerung beider Hände zurückgegriffen wird. / Participants trained aiming movements of the right hand to several targets with a prism-like virtual displacement of the location of one of the targets, receiving either terminal or continuous visual feedback. After training, the same targets were to be reached with the untrained left hand under manipulated feedback conditions. The right hand movements continuously adapted to the unnoticed visual displacement, significantly less with continuous than with terminal feedback. Under terminal but not under continuous feedback the adaptation to the manipulated target generalized to targets in the same horizontal direction but not to targets in the opposite direction. Finally, the movements of the untrained left hand showed the same qualitative changes to the targets as the movements of the trained right hand. The data are in line with the notion that the adaptation of the right hand movements is mainly based on a re-interpretation of target locations on which movement control of both hands draws.

Long-term motor skill learning has been consistently shown to result in functional as well as structural changes in the adult human brain. However, the effect of short learning periods on brain structure is not well understood. In the present study, subjects performed a sequential pinch force task (SPFT) for 20 min on 5 consecutive days. Changes in brain structure were evaluated with anatomical magnetic resonance imaging (MRI) scans acquired on the first and last day of motor skill learning. Behaviorally, the SPFT resulted in sequence-specific learning with the trained (right) hand. Structural gray matter (GM) alterations in left M1, right ventral premotor cortex (PMC) and right dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) correlated with performance improvements in the SPFT. More specifically we found that subjects with strong sequence-specific performance improvements in the SPFT also had larger increases in GM volume in the respective brain areas. On the other hand, subjects with small behavioral gains either showed no change or even a decrease in GM volume during the time course of learning. Furthermore, cerebellar GM volume before motor skill learning predicted (A) individual learning-related changes in the SPFT and (B) the amount of structural changes in left M1, right ventral PMC and DLPFC. In summary, we provide novel evidence that short-term motor skill learning is associated with learning-related structural brain alterations. Additionally, we showed that practicing a motor skill is not exclusively accompanied by increased GM volume. Instead, bidirectional structural alterations explained the variability of the individual learning success.

Zugl.: Paderborn, Universiẗat, Diss., 2006.

Zugl: Darmstadt, Techn. Univ., Habil.-Schr., 2006.