Neuroplasticity is a term indicating structural and functional changes in the brain through the lifespan. In the present study, differences in the functional cortical activations between the musical talents and non-talents were investigated after a short-term practice of the visuomotor and auditory tasks. Visuomotor task consisted of the finger tapping sequences, while auditory task consisted of passive listening to the classical music excerpts. Non-talents were divided in two groups: trained non-talents who practiced the task prior to scanning and untrained non-talents who did not practice the task. Functional activations were obtained by the functional magnetic resonance imaging (fMRI) in a 1.5T Scanner. It was hypothesized that talents would exhibit different functional activations from non-talents in both tasks as a result of the long-term music practice, which would account for the brain plasticity. Decreased activation of the same areas in talents in respect to the non-talents as well as the activation of different areas between the talents and non-talents was hypothesized. In addition due to a plethora of previous studies showing increased activations in the primary motor cortex (M1) in musicians, as well as left inferior frontal gyrus (lIFG), increased activation of the M1 and lIFG in talents were hypothesized. Behavioral results did not reveal differences in performance among the three groups of subjects (talents, non-talents who practiced the task, and non-talents who did not practice the task). The main findings from imaging results of the visuomotor task confirmed the hypothesis of the increased activation in the M1 in talents. Region of interest analyses of the lIFG revealed the highest activation in the untrained non-talents, lower activation in talents, and least activation in the trained non-talents. Posthoc imaging analyses revealed higher activations in the cerebella of subjects who practiced the visuomotor task. For the auditory task, the effect of auditory practice was observed in the right inferior frontal gyrus (rIFG). These results should be interpreted with caution due to the absence of behavioral differences among the groups. / Die Erforschung von Neuroplastizität hat Implikationen sowohl für klinische Fragestellungen als auch den Bereich der Lernpsychologie. Plastizität erweitert die Perspektive vom Gehirn als einer festen Struktur hin zu einem veränderbaren, flexiblen Organ. Neuroplastizität wird in verschiedenen Bereichen sichtbar: Sowohl nach Schädel-Hirn-Trauma oder Schlaganfall, als Kompensation von beschädigten Arealen durch angrenzende Bereiche, als auch im gesunden Hirn bei der Verbesserung einer Fähigkeit durch wiederholte Übung. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zur Erforschung von Neuroplastizität leisten durch Übertragung der Konzepte von kurz- und langfristigen Übungseffekten auf den Bereich der Musikalität. Vorhergehende Studien konnten sowohl strukturelle als auch funktionelle kortikale Unterschiede zwischen Musiktalenten und musikalischen Laien nachweisen. In anderen Bereichen (z.B. Sprache, motorisches Lernen, abstraktes Material) konnten zumindest temporäre funktionale kortikale Veränderungen durch Übung bei gesunden Probanden gezeigt werden. In der vorliegenden Arbeit werden die Unterschiede zwischen diesen möglichen “temporären” Veränderungen und langanhaltenden Veränderungen untersucht. Die Studie beinhaltete zwei verschiedenen Aufgaben: eine visuomotorische Aufgabe mit visueller Präsentation von Tapping-Sequenzen und eine auditorische Aufgabe bestehend aus der auditorischen Präsentation klassischer Musikstücke aus dem 19. Jahrhundert. Die musikalischen Laien wurden randomisiert einer von zwei Gruppen zugeteilt: Musikalische Laien, die die visuomotorische Aufgabe übten (untrainiert in der auditorischen Aufgabe) und Laien, die die auditorische Aufgabe übten (untrainiert in der visuomotorischen Aufgabe). Die dritte Gruppe bildeten Musiktalente, definiert als Probanden mit einer durchschnittlichen Übungszeit von 130 Minuten am Tag seit mindestens 2 Jahren vor Beginn der Studie. Die Laien hatten 5 Jahre vor Beginn der Studie kein Instrument mehr gespielt. Die Untersuchungsmethode dieser Arbeit ist funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT). Sie basiert auf dem Prinzip der Beobachtung von Veränderungen im Sauerstoffgehalt des Blutes in den Hirngefäßen. Diese Veränderungen werden in Zusammenhang gebracht mit neuronaler Aktivität; daher erlaubt die Beobachtung des Blutsauerstoffgehalts einen Rückschluss auf gesteigerte Aktivität in den beobachteten Arealen. Eine univariate Varianzanalyse fand keine signifikante Interaktion des Gruppenfaktors (untrainierte Laien, trainierte Laien, Musiktalente) mit IQ und akademischer Laufbahn. Ein zusätzlicher Ein-Stichproben-t-Test zeigte keine Leistungsunterschiede zwischen Laien und Talenten. Für die visuomotorische Aufgabe zeigte die Bildgebungsanalyse die folgenden Ergebnisse: Gruppenunterschiede in der Aktivierung (Talente vs. Laien) des bilateralen Precuneus, rechten mittleren temporalen Gyrus und linken mittleren frontalen Gyrus. Eine Region-of-Interest (ROI)- Analyse für den Haupteffekt der Aufgabe zeigte signifikante Aktivierungen im linken primärmotorischen Kortex (M1). Zusätzliche Aktivierungen fanden sich im linken inferior frontalen Gyrus (lIFG) bezüglich des Kontrasts „trainierte Laien vs. untrainierte Laien plus Talente“ bzw. „kurzzeitiger Übungseffekt vs. keine Übung plus langfristiger Übungseffekt“. Für die auditorische Aufgabe zeigten sich signifikante Aktivierungen im rechten inferior frontalen Gyrus (rIFG) für den „Talente plus trainierte Laien vs. Untrainierte Laien“- Kontrast. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Übung beider Aufgaben zur Verwendung unterschiedlicher kortikaler Areale und damit vermutlich verbundener Strategien führt, es gab jedoch keinen Effekt auf der Verhaltensebene. Aufgrund der fehlenden Verhaltensunterschiede müssen die Ergebnisse der Bildgebung mit Vorsicht interpretiert werden. Zukünftige Studien sollten Talente mit längerer durchschnittlicher Übungszeit berücksichtigen, längere Übungszeit der Aufgaben beinhalten, um Bodeneffekte zu verhindern, und eventuell eine komplexere auditorische Aufgabe zur Vermeidung von Deckeneffekten.

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