Medizinische Fakultät Universität Duisburg-Essen · 2019. 7. 23. · VI. Fragestellung ......
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Medizinische Fakultät der
Universität Duisburg-Essen
Aus der Klinik für Neurologie
Evaluation der Langzeit-Effekte schwacher transkranieller Gleichstromstimulation
des Kleinhirns auf assoziativ motorische Lernvorgänge am Beispiel der
Blinkreflex-Konditionierung
I n a u g u r a l d i s s e r t a t i o nzur
Erlangung des Doktorgrades der Medizindurch die Medizinische Fakultätder Universität Duisburg-Essen
Vorgelegt vonOtilia Negrutaaus Chisinau
2019
Dekan: Herr Univ.-Prof. Dr. med. J. Buer 1. Gutachter: Herr Prof. Dr. med. M. Gerwig2. Gutachter: Herr Priv.-Doz. Dr. rer. nat. M. Hadamitzky
Tag der mündlichen Prüfung: 3. Juli 2019
2
Diese Dissertation wird über DuEPublico, dem Dokumenten- und Publikationsserver derUniversität Duisburg-Essen, zur Verfügung gestellt und liegt auch als Print-Version vor.
DOI:URN:
10.17185/duepublico/70285urn:nbn:de:hbz:464-20190723-072630-0
Alle Rechte vorbehalten.
Poster- und Kongressbeitrag:
1. Negruta O, Hulst T, Timmann D, Gerwig M. Langzeiteffekte cerebellärer
transkranieller Gleichstromstimulation (tDCS) auf assoziativ-motorische
Lernvorgänge. Posterbeitrag 15. Forschungstag der Medizinischen Fakultät
Universitätsklinikum Essen am 18.11.16.
2. Negruta O, Hulst T, Timmann D, Gerwig M. Langzeiteffekte cerebellärer
transkranieller Gleichstromstimulation (tDCS) auf assoziativ-motorische
Lernvorgänge. Vortrag. In: Freie Vorträge: Stimulationsverfahren. Jahrestagung
der Deutschen Gesellschaft für Neurologie (DGN), Leipzig 2017. (Abstract eBook
2017 der Deutschen Gesellschaft für Neurologie (DGN), S.218.
3
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis 4
A. Einleitung 6
I Einführung 6
II. Anatomie des Cerebellums 8
1. Makroskopischer Aufbau des Cerebellums 8
2. Mikroskopischer Aufbau des Cerebellums 10
III. Physiologie des Cerebellums 10
1. Neurale Verschaltung des Cerebellums 10
2. Rolle des Cerebellums für die Motorik 11
3. Rolle des Cerebellums für kognitive Funktionen 12
IV. Cerebellum und Lernvorgänge 13
1. Klassische Konditionierung 13
2. Neurophysiologie des Blinkreflexes 14
3. Blinkreflexkonditionierung - tierexperimentelle Befunde 16
4. Blinkreflexkonditionierung - humanexperimentelle Befunde 16
V. Nicht-invasive Stimulationsverfahren 17
1. Grundlagen der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) 17
2. Grundlagen der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) 18
3. Mögliche unerwünschte Effekte der Stimulation 18
4. Befunde mit tDCS am Cerebrum 19
5. Befunde mit tDCS am Cerebellum 19
VI. Fragestellung 21
B. Probanden und Methoden 23
I. Probandenkollektiv. 23
1. Vorbereitung der Probanden 24
II. Versuchsaufbau 25
1. Versuchsablauf 25
2. Aufzeichnung der Blinkreflexkonditionierung 28
3. Vorbereitung der transkraniellen Gleichstromstimulation 29
4. Daten der elektromyographischen Aufzeichnung 31
5. Statistische Auswertung 32
4
C. Ergebnisse 34
I. Auswertung der Blinkreflexantworten 34
1. Inzidenzen der konditionierten Antworten 34
2. Befunde der Extinktion 36
3. Timing der konditionierten Antworten (CR Onset und CR Peaktime) 36
4. Integral der Größe konditionierter Antworten (CR Area und CR Area bei
Intervall 50ms) 41
5. Spontan-und Alpha-Blinkrate 45
6. Auswertung der ersten 20 ungepaarten (unkonditionierten) Trials (UR) 46
D. Diskussion 49
I. Effekte der transkraniellen Gleichstromstimulation auf das Cerebellum 49
1. Einfluss der tDCS auf die Inzidenz konditionierter Blinkreflexantworten
während der Akquisition und Konsolidierung 49
2. Einfluss der tDCS auf das Timing und die Größe von konditionierten
Blinkreflexantworten 53
3. Einfluss der tDCS auf Extinktion der akquirierten Blinkreflexantworten 55
4. Neurophysiologischer Hintergrund modulierter Kleinhirnfunktionen 57
II. Ausblick 60
1. Limitierende Faktoren für konstante Reproduzierbarkeit von tDCS Effekten
am Kleinhirn 60
2. Verbesserung der Reproduzierbarkeit und der Wirkungsweise der tDCS 60
E. Zusammenfassung 63
Literaturverzeichnis 64
Abbildungsverzeichnis 73
Tabellenverzeichnis 74
Anhang 75
Danksagung 89
Lebenslauf 90
5
A. Einleitung
I. Einführung
Das Cerebellum ist zu einem erheblichen Anteil in das Erlernen, die Koordination und die
Feinabstimmung von Bewegungsabläufen eingebunden. Es stellt eine bedeutende
Koordinationseinheit für unsere Motorik dar. In den letzten Jahren ergaben sich auch
Hinweise auf eine Beteiligung an kognitiven Funktionen. Das Cerebellum plant
Bewegungen derart genau, dass etwa beim Greifen von Gegenständen diese nicht
verfehlt werden, wir nicht zu fest oder zu locker zugreifen oder aber auch das
Gleichgewicht bei allen möglichen Handlungen beibehalten können.
Das Cerebellum spielt insbesondere eine zentrale Rolle für das Erlernen von motorischen
Vorgängen. Hier werden motorische Antworten moduliert und die Muskelaktivität
koordiniert. Dieser Bewegungsentwurf gelangt dann über den Thalamus zum Motorkortex
im Großhirn, dann weiter über die Pyramidenbahn zum Rückenmark und zu den
betreffenden Muskeln (Trepel 2017). Ein sehr gut erprobtes Modell für die
kleinhirnabhängigen Lernvorgänge stellt die klassische Blinkreflexkonditionierung dar
(Gerwig et al., 2007; Heiney et al., 2014). Dazu wird wie in früheren Versuchen auch in
dieser Arbeit ein konditionierter Stimulus, ein Ton, in einer festgelegten Reihenfolge
zeitlich vor einem unkonditionierten Stimulus, einem Luftstoß lateral des Auges appliziert.
Nach wiederholter Präsentation der Stimuli kommt es zum Erlernen der konditionierten
Reaktion, die mit einem Schluss des Augenlides schon nach dem Ton einhergeht (Gerwig
et al., 2007).
Die Bedeutung des Cerebellums für diese Art des assoziativ-motorischen Lernens wurde
durch tier- wie humanexperimentelle Studien bestätigt. Zuerst konnte in
tierexperimentellen Studien gezeigt werden, dass die Blinkreflexkonditionierung nach
Kleinhirnläsionen beeinträchtigt ist (Yeo et al., 1984). Danach folgten Studien bei
Menschen mit Kleinhirnerkrankungen. Auch bei diesen war die Konditionierungsrate, im
Gegensatz zu gesunden Kontrollen, beeinträchtigt. Je nach vorliegender
Kleinhirnerkrankung und Ausdehnung der Läsion sind diese Feinabstimmungen sowie das
Erlernen von Bewegungen und die Konditionierung unterschiedlich deutlich beeinträchtigt
(Gerwig et al., 2010; Ernst et al., 2016; Tran et al., 2017).
6
In den letzten Jahren ergaben sich Hinweise für mögliche therapeutische Effekte bei
Anwendung der trankranieller Gleichstromstimulation über Arealen des Großhirns. Mit
dieser nicht-invasiven Stimulation konnte in verschiedenen Studien mit Patienten, die z.B.
einen Schlaganfall erlitten hatten, gezeigt werden, dass Besserungen der motorischen
oder sprachlichen Leistung, je nach Ort der Stimulation am Gehirn und Läsion des
Patienten, möglich sind (Hummel et al., 2005; Baker et al., 2010). Studien, in denen die
transkranielle Gleichstromstimulation am Cerebellum angewandt wird, sind bislang nicht
so zahlreich und Effekte der Stimulation sind nicht einheitlich beschrieben. Jedoch könnte
es möglich sein, auch Funktionen des Cerebellums mit tDCS zu modulieren und diese
Stimulation zukünftig unter therapeutischen Aspekten bei degenerativen
Kleinhirnerkrankungen oder ischämischen Kleinhirnläsionen zu etablieren.
In einer früheren Studie unserer Arbeitsgruppe zur „Evaluation der Effekte schwacher
transkranieller Gleichstromstimulation des Kleinhirns auf assoziativ motorische
Lernvorgänge am Beispiel der Blinkreflexkonditionierung.“ (Bearbeitungsnummer der
Ethik-Kommission: 12-4943-BO) konnte gezeigt werden, dass die transkranielle
Gleichstromstimulation (tDCS) des Kleinhirns implizite motorische Lernvorgänge,
beispielhaft untersucht für die Blinkreflexkonditionierung, bei jungen und gesunden
Probanden moduliert (siehe auch Zuchowski et al., 2014). Unter Anwendung der anodalen
tDCS verbesserte sich die Akquisition, bei kathodaler tDCS war sie reduziert im Vergleich
zur sham Stimulation. Eine nachfolgende Studie von Beyer et al. (2017) untersuchte die
Blinkreflexkonditionierung an weiteren 30 jungen und gesunden Probanden unter
Stimulation von anodaler, kathodaler oder sham Stimulation. Es zeigten sich aber keine
signifikanten Unterschiede für die Konditionierungsraten zwischen den drei Gruppen.
Das Ziel der vorliegenden Studie war es zum einen, die Befunde von Zuchowski et al.
(2014) unter Verwendung von anodaler und sham Stimulation ohne jedoch kathodale
Stimulation zu replizieren. Zudem sollte überprüft werden, ob Langzeiteffekte der tDCS
auf die Konditionierungsleistung, d.h. im Vergleich nach einem Tag, einer Woche und vier
Wochen nach Stimulation nachweisbar sind. Diese Erkenntnisse könnten einen wichtigen
Beitrag zur Entwicklung möglicher therapeutischer Verwendungen der tDCS bedeuten.
Vorab sollen noch die anatomischen und physiologischen Grundlagen zur Funktionsweise
des Cerebellums ausgeführt werden, die für das weitere Verständnis der Arbeit hilfreich
sind.
7
II. Anatomie des Cerebellums
1. Makroskopischer Aufbau des Cerebellums
In den folgenden Kapiteln wird unter Einbezug des Lehrbuches „Trepel, Neuroanatomie
Funktion und Struktur“ die makroskopische und mikroskopische Anatomie dargestellt. Das
Cerebellum ist in der hinteren Schädelgrube zu finden und sitzt der Medulla oblongata
und dem Pons von dorsal auf. Es wird von einer Duraduplikatur, dem Tentorium cerebelli,
überdacht, sodass es vom Cerebrum getrennt ist. Des Weiteren ziehen von oben und
unten das Velum medullare superius und inferius vom Cerebellum zum Mesencephalon
und zur Medulla oblongata und bilden das Dach des vierten Ventrikels. Von außen
erkennt man die Aufteilung in zwei Hemisphären und den dazwischen liegenden Vermis.
Kaudal auf der ventralen Seite beidseits des Vermis sieht man den Flocculus. Diese
paarige Struktur ist mit dem Nodulus, dem unteren Teil des Vermis, verbunden. Diese
Verbindung wird der Lobus flocculonodularis genannt. Außerdem besitzt das Cerebellum
ventral kranial einen Lobus anterior und durch die Fissura prima abgegrenzt auch einen
Lobus posterior. Kaudal neben dem Vermis findet man die Kleinhirntonsillen als Teil der
Hemisphären. Das Cerebellum ist mit dem Hirnstamm durch drei Stiele verbunden, über
die verschiedene Tractus verlaufen. Diese nachfolgend beschriebenen Tractus dienen der
Übermittlung von Efferenzen vom Cerebellum und dem Empfang von Afferenzen zum
Cerebellum:
Afferenzen EfferenzenPedunculus cerebellaris inferior
Tractus vestibulocerebellaris
Tractus olivocerebellaris
Tractus spinocerebellaris posterior
Tractus reticulocerebellaris
Tractus cerebellovestibularis
Tractus cerebelloolivaris
Pedunculus cerebellaris medius
Tractus pontocerebellaris
Pedunculus cerebellaris superior
Tractusspinocerebel-laris anterior und superior
Tractus cerebellothalamicus
Tractus cerebellorubralis
Tabelle 1: Es werden die Afferenzen und Efferenzen der Pedunculi cerebellaris inferior,
8
medius und superior dargestellt. In der ersten Zeile finden sich die Afferenzen und die
Efferenzen des Pedunculus cerebellaris inferior, in der zweiten Zeile ist die Afferenz zum
Pedunculus cerebellaris medius. In der dritten Zeile werden die Afferenzen und
Efferenzen des Pedunculus cerebellaris superior präsentiert.
Das Cerebellum lässt sich funktionell in das Vestibulo-, Spino- und Pontocerebellum
einteilen. Das Vestibulocerebellum erhält seine Afferenzen von den Vestibulariskernen
und somit Informationen über Körperlage und Bewegungen. Es entsendet Efferenzen zu
den okulomotorischen Zentren der Formatio reticularis und zu den Vestibulariskernen.
Das Vestibulocerebellum hat somit Einfluss auf die Feinabstimmung von
Augenbewegungen und die Stützmotorik des Rumpfes. Es wird durch den Lobus
flocculonodularis repräsentiert.
Das Spinocerebellum erhält seine Afferenzen vor allem vom Rückenmark über die
Stellung von Rumpf und Extremitäten und den Tonus der Muskulatur. Es entsendet seine
Efferenzen über die Formatio reticularis und den Ncl.ruber zurück zum Rückenmark,
sodass der Muskeltonus und die Bewegungen reguliert werden können. Es wird durch
den Vermis und die paravermale Zone repräsentiert.
Das Pontocerebellum bekommt seine Afferenzen über den Pons und den unteren
Olivenkernkomplex. Seine Efferenzen gelangen zum Ncl. ruber und zum Thalamus. Das
Pontocerebellum ist für das Erlernen und für die Feinabstimmung von willkürlichen
Zielbewegungen verantwortlich. Es wird durch die beiden Hemisphären repräsentiert
(Trepel 2017).
Im Kleinhirnmarklager befinden sich vier bilateral liegende Nuclei cerebelli in der Nähe
des vierten Ventrikels (Tellmann et al., 2015). Der größte Kern ist der Ncl. dentatus, der in
beiden Kleinhirnhemisphären im Pontocerebellum liegt. Medial davon befindet sich der
Ncl. emboliformis, der auch Ncl. interpositus anterior genannt wird und wiederum medial
davon der Ncl. globosus, auch Ncl. interpositus posterior genannt. Der anteriore und der
posteriore Anteil, die in der paravermalen Region liegen, bilden den Ncl. interpositus
(Tellmann et al., 2015). Beide Kerne haben eine Verbindung zum spinocerebellären Teil
des Cerebellums. Ganz medial findet man den Ncl. fastigii, der in Verbindung mit dem
Vestibulocerebellum steht. Die Kerne sind über die Kleinhirnschenkel verbunden und
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können somit Afferenzen und Efferenzen austauschen (Tellmann et al., 2015). Früher
wurde angenommen, dass die Kerne lediglich an motorischen Funktionen beteiligt sind,
doch neuere Studien konnten darlegen, dass sie auch an kognitiven Funktionen beteiligt
sind (Timmann 2012). Des Weiteren wurde festgestellt, dass der anteriore Teil des Ncl.
interpositus eine wichtige Rolle bei der Blinkreflexkonditionierung spielt (Übersicht bei:
(Freeman and Steinmetz 2011).
2. Mikroskopischer Aufbau des Cerebellums
Das Cerebellum gliedert sich in Rinde und Marklager. Im Marklager befinden sich die
Kerne, sowie afferente und efferente Bahnen. Die Rinde des Cerebellums ist in drei Teile
unterteilt. Man unterscheidet von innen nach außen:
Körnerschicht (Stratum granulosum)
Purkinje-Zellschicht (Stratum purkinjense)
Molekularschicht (Stratum moleculare)
Das Stratum granulosum besteht zum größten Teil aus Körnerzellen sowie Golgizellen. In
der Mitte befindet sich das Stratum purkinjense. Es enthält die Purkinjezellen, die von
speziellen Astrozyten, auch Bergmann-Glia genannt, umhüllt werden. Die Purkinjezellen
spielen eine wichtige Rolle, da sie als zentrale Schaltstelle die Impulse aufnehmen und
als einzige Zellen Efferenzen an die Kleinhirnkerne weiter geben. Das Stratum moleculare
enthält vor allem marklose Nervenfasern der Neurone, die aus allen drei Rindenschichten
stammen. Dabei handelt es sich um Dendriten der Purkinjezellen und um afferente Moos-
und Kletterfaseraxone. Außerdem befinden sich in dieser Schicht Korbzellen und
Sternzellen, die über Synapsen Einfluss auf die Informationsweiterleitung der
Purkinjezellen haben (Trepel 2017).
III. Physiologie des Cerebellums
1. Neurale Verschaltung des Cerebellums
Das Verschaltungsprinzip gliedert sich in drei verschiedene Afferenzen zum Kortex des
Cerebellums. Dazu gehören die Moosfaserafferenzen und die Kletterfaserafferenzen.
Die Moosfasern stammen aus den Ncll. pontis, den Ncll. vestibulares und dem
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Rückenmark. Sie geben ihre Afferenzen an die Körnerzellen im Stratum granulosum über
Synapsen weiter, indem sie den exzitatorisch wirkenden Transmitter Glutamat freisetzen.
Die Körnerzellen projizieren die erhaltene Erregung wiederum mit Hilfe des Transmitters
Glutamat über ihre Parallelfasern auf die Dendritenbäume der Purkinjezellen und auf
Korb-und Sternzellen im Stratum moleculare. Gleichzeitig werden die Körnerzellen über
Golgizellen an gemeinsamen Glomerula cerebellaria über GABA gehemmt.
Die Korb- und Sternzellen wirken über ihren Neurotransmitter GABA hemmend auf die
Purkinjezellen. Somit werden die Purkinjezellen gleichzeitig durch die Korb- und
Sternzellen gehemmt und durch die Parallelfaserafferenzen der Körnerzellen erregt.
Die Kletterfasern stammen aus den Ncl. olivares inferiores und erreichen das Cerebellum
über Dendriten der Purkinjezellen. Der hier vorrangige Transmitter ist ebenfalls Glutamat.
Die Purkinjezellen gelten als Zentrum für die Regulation der Afferenzen und geben nach
Summation der Erregung und Hemmung die passende inhibitorische Efferenz über den
Transmitter GABA an die Kleinhirnkerne weiter. Die Bedeutung dieser anatomischen und
physiologischen Begebenheiten für assoziativ-motorische Lernvorgänge wird in den
folgenden Kapiteln ausführlich beschrieben (Trepel 2017).
2. Rolle des Cerebellums für die Motorik
Das Cerebellum stellt eine wesentliche Schnittstelle für das Erlernen, die Steuerung und
die Feinabstimmung der Stützmotorik, Ziel- und Sprechmotorik sowie für die Blickmotorik
dar. Es ist in einem komplexen Regelkreis eingebunden, der im Folgenden näher erläutert
wird. Die Absicht, eine Bewegung durchzuführen, entsteht wahrscheinlich im limbischen
System. Diese Information wird an den motorischen Assoziationskortex in der
Großhirnrinde weitergeleitet, der einen Bewegungsentwurf plant. Um diesen Entwurf zu
vervollständigen, muss er zum Motorkortex, zu den Basalganglien und zum Cerebellum
weitergeleitet werden. Motorische Entwürfe, insbesondere die Feinmotorik betreffend,
werden im Cerebellum moduliert, und die Muskelaktivität wird adaptiv koordiniert. Dabei
werden vor allem Muster von Bewegungsabläufen und Gelenkstellungen abgestimmt.
Anschließend wird dieser modifizierte Bewegungsplan als Efferenz zum Thalamus
geleitet, der ihn wiederum auf den motorischen Kortex projiziert. Von hier aus gelangt die
Information über die Pyramidenbahn zum Rückenmark und in die Peripherie.
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Diese vielfältigen und komplexen Aufgaben sind auf das Spino-, Vestibulo- und
Pontocerebellum verteilt. Die drei Anteile erhalten ihre Afferenzen aus unterschiedlichen
Regionen, verarbeiten diese und geben die Informationen über Efferenzen an die
Zielgebiete weiter. Die Informationen werden über drei verschiedene Bahnen, den
Pedunculus cerebellaris superior, medialis und inferior weitergeleitet.
Diese Afferenzen werden über verschiedene Fasern zu den Purkinjezellen transportiert.
Hier werden die Informationen moduliert und auf die Kerne des Cerebellums projiziert.
Diese Efferenzen gelangen dann hauptsächlich über den Pedunculus cerebellaris
superior zum Thalamus, Ncl.ruber, den Ncll. vestibulares und zur Formatio reticuaris.
Nach Summation der verschiedenen Afferenzen werden diese Informationen durch die
Purkinjezellen verarbeitet und als Efferenz weiter an die Kleinhirnkerne geleitet. Diese
Aktivität der Purkinjezellen wirkt inhibitorisch auf die Kerne. Die Kleinhirnkerne projizieren
wiederum exzitatorisch auf den Thalamus, der inhibitorisch auf den Motorkortex wirkt,
somit die motorische Aktivität hemmt (Grimaldi et al., 2016; Trepel 2017).
Dies bedeutet, dass die Abstimmung motorischer Funktionen von der Aktivität der
Purkinjezellen abhängig ist. Je stärker die Hemmung der Kleinhirnkerne durch die
Purkinjezellen ist, desto schwächer ist deren exzitatorische Wirkung auf den Thalamus
und desto höher ist die motorische Aktivität. Andersherum ist die motorische Aktivität am
niedrigsten, je schwächer die Efferenz der Purkinkjezellen an die Kleinhirnkerne ist. Denn
dann findet wiederum eine schwächere Hemmung der Kleinhirnkerne statt, diese können
den Thalamus stärker aktivieren, sodass der Thalamus den Motorkortex stärker hemmt.
Dieser funktionelle Zusammenhang wird auch als Cerebellar brain inhibition (CBI)
bezeichnet (Grimaldi et al., 2016).
3. Rolle des Cerebellums für kognitive Funktionen
Verschiedene Studien, die sich in den letzten Jahren mit cerebellären Läsionsstudien und
mit funktionellem MRT und PET des Cerebellum beschäftigten, geben Hinweise darauf,
dass das Cerebellum an höheren kognitiven Funktionen beteiligt ist. Vor allem die
posterolateralen Anteile des Cerebellums sollen an der Kognition beteiligt sein (Timmann
2012). Es konnte dargelegt werden, inwieweit verschiedene Bereiche des Cerebellums
bei kognitiven Aufgaben aktiviert werden. Schmahman und Sherman (1998) untersuchten
12
20 Patienten mit Kleinhirnläsionen. Dabei stellten sie fest, dass Läsionen des posterioren
Lobus und Vermis zu einer exekutiven Dysfunktion mit gestörter Handlungsplanung und
zu Einschränkungen des Arbeitsgedächtnisses wie auch der Sprechflüssigkeit führen.
Läsionen im anterioren Lobus führen lediglich zu geringen Einschränkungen in diesen
Bereichen. Basierend auf diesen Befunden wurde der Begriff des „cerebellar cognitive
affective syndrome“ geprägt. Dies lässt sich auf gestörte Verbindungen zwischen dem
limbischen, präfrontalen, parietalen, temporalen und posterioren Kortex mit dem
Cerebellum zurückführen. Vor allem die posterioren inferioren Anteile des Cerebellums
scheinen besonders wichtig für die Kognition zu sein, während die vermalen Regionen
u.a. für affektive Funktionen wichtig zu sein scheinen (Schmahmann und Sherman 1998).
IV. Cerebellum und Lernvorgänge
1. Klassische Konditionierung
Die behavioristische Lerntheorie der klassischen Konditionierung wurde im Jahre 1927
von Iwan Petrowitsch Pawlow durch Studien mit einem Hund begründet (Tan et al., 2017).
Pavlov präsentierte dem Hund einen Glockenton als konditionierten Stimulus während
des Fressens, der als unkonditionierter Stimulus galt. Nach einer Trainingsphase
präsentierte er dem Hund nur noch den Glockenton und sah als Reaktion, dass der Hund
vermehrt Speichel produzierte, so als ob man ihm etwas zu fressen geben wollte. Somit
hatte er zeigen können, dass der Hund beide Reize miteinander verknüpft hatte und ein
Lernvorgang stattgefunden hatte. Er zeigte damit, dass die Vorgänge bei der klassischen
Konditionierung auf einer physiologisch bestehenden Verbindung zwischen einem
unkonditionierten Stimulus und einer unkonditionierten Reaktion basieren (Tan et al.,
2017). Bei der klassischen Konditionierung wird ein unkonditionierter Stimulus (US)
präsentiert. Dieser US löst eine unkonditionierte Reaktion (UR) aus. Während der
Konditionierung wird ein konditionierter Stimulus (CS) in zeitlichem Zusammenhang mit
dem US präsentiert. Nachdem CS und US mehrfach zusammen präsentiert wurden,
entsteht eine konditionierte Reaktion (CR), die dann auch bei alleiniger Präsentation des
konditionierten Stimulus ausgelöst wird (Wu et al., 2012).
13
2. Neurophysiologie des Blinkreflexes
Zunächst wird der physiologische Blinkreflex erläutert. Es handelt sich hierbei um einen
oligosynaptischen Reflexbogen, der im Hirnstamm geschlossen wird (Hacke 2010). Der
Blinkreflex kann durch taktile oder optische Reize ausgelöst werden und dient dem Schutz
des Auges. Die Afferenz wird bei taktilen Reizen über den 1.Trigeminusast weitergeleitet,
bei optischen Reizen über den N.opticus. Der erste Trigeminusast, der N. ophthalmicus,
teilt sich u.a. in den N. nasociliares auf. Er zieht durch die Orbita und gibt Äste an das
Ganglion ciliare ab, das für die sensible Versorgung des Bulbus oculi und der Cornea
zuständig ist. Sobald ein optischer oder taktiler Reiz registriert wird, wird diese Information
im Trigeminuskomplex über den Colliculus superior oder den Nucleus ruber zur Formatio
reticularis weitergeleitet. Danach gelangt die Afferenz zum Kern des N. facialis in den
Hirnstamm. Von hier wird die Information als Efferenz zum M. orbicularis oculi, der über
den N. facialis innerviert wird, weitergeleitet und es kommt zum Lidschluss (Gerwig et al.,
2007; Hacke 2010; Trepel 2017).
Für die Blinkreflexkonditionierung ist das Kleinhirn von großer Bedeutung. Der CS, meist
ein Ton, gelangt zunächst zu den Kleinhirnkernen. Die Moosfasern, die von den pontinen
Kernen ausgehen, bringen die Information betreffend des CS zum Kleinhirn. Der US,
meist ein Luftstoß, wird über die trigeminalen Kerne zur hinteren unteren Olive projiziert.
Zur gleichen Zeit wird der US von trigeminalen Kernen über den Hirnstamm zu anderen
Kernen, wie den Kernen des N.facialis projiziert und dadurch entsteht die unkonditionierte
Reaktion. Die Information über den US wird über Kletterfasern, die ihren Urspung in der
unteren Olive haben, zum Kleinhirn transportiert (Gerwig et al., 2007; Linden 2003). Des
Weiteren spielt die Longterm-Depression (LTD) eine wichtige Rolle bei diesem
Lernvorgang. Bei wiederholter Präsentation von gepaarten CS und US kommt es zur LTD
in den exzitatorischen Synapsen zwischen den Purkinjezellen und den Parallelfasern.
Dadurch wird die Aktivität der Purkinjezellen reduziert. Dies hat zur Folge, dass die
Inhibierung auf die Kleinhirnkerne abnimmt, diese in der Aktivität zunehmen und es zum
leichteren und besseren Lernen kommt bzw. eine CR generiert wird (Linden 2003). Es
wurden aber in den letzten Jahren auch Hinweise auf zusätzliche Mechanismen
gefunden, die zum Lernen beitragen, z.B. die prä-und postsynaptische Longterm-
Potentiation (LTP) der Parallelfasern, LTP der Kletterfasern, LTP an den inhibitorischen
Interneuronen an den Synapsen der Purkinjezellen und Langzeitveränderungen an
14
Synapsen und anderen Teilen der Kleinhirnkerne (De Zeeuw und Yeo 2005).
Abbildung 1: Die durch den periorbitalen unkonditionierten Stimulus (US) und durch den
konditionierten Stimulus (CS) bedingte neuronale Aktivität wird durch das
Kletterfasersystem und das Moos-/Parallelfaser-System vermittelt. Diese
Informationsströme konvergieren auf cerebelläre Purkinjezellen. Wiederholte CS/US
Paarungen resultieren in LTD von jenen exzitatorischen Synapsen zwischen
Parallelfasern und Purkinje-Zellen, die zu einer Aktivität der Kletterfasern führen. Dies
kann die durch den Ton hervorgerufene Aktivität der Purkinjezellen verringern. Dadurch
wird die inhibitorische synaptische Aktivität der Pukrinjezellen zu den tiefen
Kleinhirnkernen gedämpft. Die Disinhibition der Kleinhirnkerne führt zu erhöhter Aktivität in
diesen Strukturen, was zum zeitlich genau adaptiert erlernten Blinkreflex führt (die
konditionierte Reaktion CR) (Abbildung mit freundlicher Erlaubnis von Linden D. J. (2003):
From Molecules to Memory in the Cerebellum. Science. 301, 1682-1685.
15
3. Blinkreflexkonditionierung – tierexperimentelle Befunde
Die klassische Konditionierung des Blinkreflexes ist eine in neurophysiologischen
Untersuchungen häufig angewandte Methode, um assoziativ-motorische Lernvorgänge zu
untersuchen. Es handelt sich hierbei um ein robustes, gut reproduzierbares und daher ein
tierexperimentell häufig verwendetes Modell. Läsionsstudien wie auch bildgebende
Studien haben zeigen können, dass sich die tierexperimentellen Befunde auch auf den
Menschen übertragen lassen (Gerwig et al., 2007). Dabei ergab sich, dass sowohl der
cerebelläre Kortex wie auch die Kleinhirnkerne bei diesem Lernvorgang beteiligt sind
(Übersicht in De Zeeuw und Yeo 2005). Die sog. Delay-Konditionierung, bei dem ein
konditionierter (CS) und unkonditionierter (US) Reiz zeitlich überlappen und zeitgleich
enden, ist in charakteristischer Weise über cerebelläre Funktionen vermittelt. Diese Art
der Konditionierung ist vom Cerebellum abhängig, sodass sie zur Untersuchung bzw.
Überprüfung cerebellärer Funktionen genutzt werden kann. Dem Kleinhirn werden dabei
Aufgaben in der Generierung und Speicherung, aber auch in der motorischen Expression
und dem exakten Timing gelernter motorischer Antworten (CR, konditionierte Antwort)
zugeschrieben (Gerwig et al., 2007).
4. Blinkreflexkonditionierung - humanexperimentelle Befunde
Humanexperimentell sind diese Vorgänge mittlerweile detailliert untersucht und zeigen
viele Parallelen zu den tierexperimentellen Befunden (Übersicht in Gerwig et al., 2007).
Unter Verwendung des Delay-Paradigmas weisen Studien beim Menschen
übereinstimmend auf eine Beteiligung des Kleinhirns bei der Blinkreflexkonditionierung
hin. Im Rahmen von Kasuistiken und in Gruppenanalysen waren Patienten nach
unterschiedlichen cerebellären Schädigungen in der Konditionierungsleistung
beeinträchtigt (Woodruff-Pak et al., 1996; Bracha et al., 1997; Gerwig et al., 2003; Ernst et
al., 2016; Tran et al., 2017).
Mit Hilfe der kranialen 3D MRT-Diagnostik konnte von unserer Gruppe gezeigt werden,
dass die aus Tierexperimenten für assoziatives Lernen bekannten kritischen Areale im
oberen Anteil der Kleinhirnhemisphäre auch beim Menschen für die Lernleistung
entscheidend sind. Auch der Ncl. interpositus scheint von wesentlicher Bedeutung für die
Blinkreflexkonditionierung zu sein (Gerwig et al., 2005). Kortikale Läsionen führen ebenso
16
deutlich wie Kernläsionen zur Minderung der Konditionierungsrate (Gerwig et al., 2003).
Zudem ergab sich, dass ein wesentliches Phänomen des Lernens, das genaue Timing der
konditionierten Antwort, nach Läsionen vorwiegend des anterioren Teiles der oberen
Kleinhirnhemisphäre, gestört ist. Hingegen scheint ein weiter posterior gelegenes
Rindenareal die eigentliche Assoziationsleistung zu vermitteln (Gerwig et al., 2005). Auch
bei rein kortikalen Läsionen des Kleinhirns bleiben Defizite der Lernleistung trotz
wiederholten Trainings bestehen. Vor allem bei Läsionen unter Einbeziehung von Lobulus
VI und Crus I ist die Blinkreflexkonditionierung stark beeinträchtigt (Gerwig et al., 2010).
Eine Beeinträchtigung der Blinkreflexkonditionierung wurde auch bei einer Reihe anderer
Erkrankungen gesehen, bei denen keine wesentlichen strukturellen Veränderungen des
Kleinhirns nachweisbar sind, aber Befunde aus Verhaltensexperimenten auf eine
cerebelläre Funktionsstörung hinweisen. Kronenbuerger et al. (2007) zeigten eine
signifikante Reduktion der Lernrate bei der Blinkreflexkonditionierung bei Patienten mit
essentiellem Tremor. Auch bei Patienten mit einer Migräne konnte nachgewiesen werden,
dass die Rate an konditionierten Antworten geringer war, als in der Kontrollgruppe ohne
Migräne (Gerwig et al., 2014). Die Konditionierung des Blinkreflexes ist demnach eine
sehr empfindliche Methode zum Nachweis einer auch subklinischen Dysfunktion des
Kleinhirns beim Menschen.
V. Nicht-invasive Stimulationsverfahren
Seit einigen Jahren erlauben repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) und
transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) durch Änderung des
Ruhemembranpotentials die Induktion und Modulation neuronaler Aktivität und
neuroplastischer Veränderungen im Großhirn und im Kleinhirn (Übersicht in Van Dun et
al., 2017).
1. Grundlagen der transkraniellen Magnetstimulation (TMS)
Die rTMS ruft durch repetitiv induzierte elektrische Felder an den Zellmembranen über die
Stimulationsdauer hinaus anhaltende Veränderungen der Erregbarkeit hervor.
Niederfrequente rTMS über dem Kleinhirn führt zu inhibitorischen Phänomenen mit
nachfolgender Störung von Zielbewegungen (Ugawa et al., 1995; Miall et al., 2007).
17
2. Grundlagen der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS)
Die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) erzielt prolongierte neuronale
Erregbarkeits- und Aktivitätsänderungen im menschlichen Gehirn über Veränderungen
des neuronalen Membranpotentials. In Abhängigkeit von der Stimulationspolarität, anodal
oder kathodal, kann die kortikale Exzitabilität erhöht oder vermindert werden. Bei
ausreichender Stimulationsdauer halten diese Veränderungen nach Beendigung der
Stimulation an (Nitsche und Paulus 2000, 2001). Die Dauer der Nacheffekte lässt sich
durch die Wahl adäquater Stimulationsdauer und -intensität beeinflussen. Die Nacheffekte
sind NMDA-Rezeptor abhängig (Liebetanz et al., 2002) und bis zu einer Dauer von 30
Minuten beobachtet worden. Die tDCS ist sowohl im motorischen als auch im
präfrontalen, visuellen und somatosensorischen Kortex effektiv (Nitsche et al., 2003a;
Rogalewski et al., 2004; Antal et al., 2006). Hierbei eignet sich die tDCS zur Modulation
neuroplastischer Vorgänge, wie übungsabhängiger Neuroplastizität (Antal et al., 2004).
Die Stimulation wird mit Stromstärken, die unterhalb der Wahrnehmungsschwelle liegen,
vorgenommen. Hinsichtlich der Anwendung der tDCS über dem Kleinhirn gibt es bisher
nur vergleichsweise wenige Arbeiten. Die Effekte der tDCS am cerebellären Kortex und
sekundär auf motorische Funktionen von Hirnstamm und Großhirn sind sehr gut
charakterisiert bei Galea et al. (2009). Durch Messungen der Exzitabilität am primär
motorischen Kortex mittels TMS und dadurch Bestimmung intrakortikaler Inhibition und
Fazilitierung ergaben sich Hinweise, dass die kathodale cerebelläre tDCS die Purkinjezell-
Exzitabilität mindern und anodale tDCS diese erhöhen kann und es daher auch zur
Abnahme des inhibitorischen Tonus auf den primär motorischen Kortex kommen kann
(Galea et al., 2009).
3. Mögliche unerwünschte Effekte der Stimulation
Die Stimulation wird mit niedrigen Stromstärken, die im Laufe des Experimentes unterhalb
der Wahrnehmungsschwelle liegen, vorgenommen (z.B. 0,057 mA pro cm2). Der
Stimulator ist ein batteriebetriebener Gleichstromstimulator. In vorangegangenen Studien
wurde bei längerer Stimulationsdauer die neuronenspezifische Enolase (NSE), ein
empfindlicher Parameter bei Schädigungen von Nervenzellen, bestimmt. Die Serum-NSE-
Konzentration zeigte auch nach 13 minütiger transkranieller anodaler und 9 minütiger
kathodaler Gleichstromstimulation keinen Anstieg, sodass auch in dieser Studie mit
18
maximal 24 minütiger Stimulationsdauer keine Nervenschädigungen zu erwarten sind.
Darüber hinaus wurden diese Untersuchungsprotokolle zwischenzeitlich an über 3000
Probanden und zahlreichen Laboren in den letzten Jahren verwendet ohne Berichte von
ernsthaften unerwünschten Effekten (Übersicht bei Nitsche et al., 2008). Selten traten
vorübergehend Kopfschmerzen, Übelkeit, Schwindel und Hautreizungen im Bereich der
Elektroden auf, die sich relativ schnell und vollständig zurückbildeten. Weiterhin berichtet
ein Teil der Probanden über einen metallartigen Geschmack. Auch nach eigenen
Erfahrungen können unter den angewandten niedrigen Stromstärken unerwünschte
Wirkungen in Form von Kribbelparästhesien unterhalb den Elektroden auftreten, die
jedoch nach einer mehrminütigen Stimulationszeit nicht mehr wahrgenommen werden.
Neuronale Schädigungen nach transkranieller Gleichstromstimulation sind unter
Berücksichtigung der Sicherheitskriterien von Agnew und McCreery (1987) nicht zu
erwarten (Iyer et al., 2005; Liebetanz et al., 2009).
4. Befunde mit tDCS am Cerebrum
In bereits zahlreichen Studien wurde das Cerebrum bereits mit tDCS stimuliert und einige
Autoren konnten exzitatorische Effekte bei Stimulation mit anodaler tDCS darlegen. Bei
der Alzheimer-Erkrankung konnte bei Stimulation des temporo-parietalen Kortex mit
anodaler tDCS gezeigt werden, dass sich die Worterkennung und Worterinnerung
verbesserten (Ferrucci et al., 2008). Des Weiteren gibt es Studien, in denen Patienten
nach einem Schlaganfall bei vorhandener Aphasie, Paresen oder anderen motorischen
Defiziten, mit tDCS stimuliert wurden. Dabei führte anodale tDCS des primär motorischen
Kortex M1 der betroffenen Seite zu einer Verbesserung der motorischen Funktion der
Hand, die mit dem „Jebsen Taylor Handfunktionstest“, mit dem wichtige alltägliche
Handfunktionen getestet werden, evaluiert wurden (Hummel et al., 2005). Baker et al.
(2010) konnte mit anodaler tDCS bei Aphasie die Wortfindung verbessern. Studien, die
zur Therapie von Dystonien mit tDCS durchgeführt wurden, zeigten keine signifikanten
Ergebnisse im Vergleich von anodaler mit sham tDCS (Buttkuss et al., 2011).
5. Befunde mit tDCS am Cerebellum
Im Gegensatz zum Großhirn ist die transkranielle Gleichstromstimulation am Cerebellum
nur wenig angewendet worden. Es konnte schon gezeigt werden, dass mit anodaler
Gleichstromstimulation die assoziativ-motorischen Lernvorgänge am Cerebellum
19
beeinflusst werden können, sodass das Lernen schneller und effektiver war (Zuchowski et
al., 2014). Nitsche und Paulus (2000) legten dar, dass man in Abhängigkeit von der
Polarität der tDCS die Erregbarkeit des Cerebellums ändern kann. So führte anodale
Stimulation zu einer Zunahme und kathodale Stimulation zu einer Abnahme der
Erregbarkeit. Bei Galea et al. (2009) ergab sich, dass tDCS in anodaler und kathodaler
Polarität Auswirkungen auf die Inhibition des primär-motorischen Kortex durch das
Kleinhirn (CBI, „cerebellar brain inhibition“) hatte. Anodale Stimulation des Kleinhirns
führte zu einer Zunahme und kathodale zu einer Abnahme der CBI. CBI gilt als
neurophysiologische Grundlage der Beeinflussung des primär-motorischen Kortex durch
das Kleinhirn und wird deshalb häufig zur indirekten Messung der Kleinhirnexzitabilität
genommen (Galea et al., 2009).
Eine Arbeit aus unserer Gruppe von Zuchowski et al. (2014) untersuchte die
Blinkreflexkonditionierung unter Anwendung von tDCS unterschiedlicher Polaritäten an
jeweils drei Gruppen mit je 10 Probanden. In der Gruppe, die die anodale Stimulation
erhielt, zeigte sich eine signifikant erhöhte Akquisition der konditionierten Antworten. Die
Lernrate war durch die anodale Stimulation erhöht worden. Bei Anwendung der
kathodalen Stimulation zeigte sich eine signifikant verminderte Lernrate im Vergleich zur
sham und anodalen Stimulation (Zuchowski et al., 2014). Eine weitere Arbeit (Beyer et al.,
2017) versuchte diese Ergebnisse zu reproduzieren. Es wurden auch jeweils drei
Gruppen mit je 10 Probanden untersucht. Unter Verwendung anodaler Stimulation konnte
jedoch keine signifikant gesteigerte Lernrate gesehen werden, ebenso wie die kathodale
Stimulation keine signifikant verminderte Lernrate aufwies (Beyer et al., 2017).
Anzumerken ist jedoch, dass in der Versuchsanordnung bei Beyer et al. (2017) veränderte
Bedingungen vorlagen durch eine schon vor Beginn der Akquisition begonnene tDCS
(sog. Off-line Stimulation).
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VI. Fragestellung
Im Gegensatz zum Cerebrum sind Effekte der transkraniellen Gleichstromstimulation am
Cerebellum nur wenig erforscht. Es konnte in vorhergehenden Arbeiten gezeigt werden,
dass mit anodaler Gleichstromstimulation die assoziativ-motorischen Lernvorgänge
insofern beeinflusst werden, dass das Lernen schneller und effektiver war. Mit Einsatz von
kathodalen Stimulationsverfahren ergab sich, dass die Lernvorgänge langsamer ablaufen
und Lernraten vermindert sind (Stagg et al., 2011; Zuchowski et al., 2014).
Zielsetzung dieser Studie war es, die klassische Delay-Konditionierung des Blinkreflexes
bei jungen und gesunden Probanden nach Stimulation des Cerebellums mit tDCS zu
untersuchen. Entsprechend der Ergebnisse von Zuchowski et al. (2014) führte die
anodale Stimulation zu einer beschleunigten Blinkreflexkonditionierung. In der
vorliegenden Arbeit sollte überprüft werden, ob die Ergebnisse von Zuchowksi et al.
(2014) repliziert werden können, zum anderen sollte die Langzeitwirkung von tDCS über
einen Zeitraum von 4 Wochen auf den Lerneffekt beobachtet werden.
Auch in dieser Arbeit wurde die Wirkung der anodalen Stimulation gegen eine
Kontrollgruppe mit sham Stimulation verglichen. Mit der anodalen Stimulation sollte durch
eine Zunahme der Exzitabiltät der Purkinjezellen ein schnellerer und effektiverer
Lernvorgang erreicht werden.
Die unterschiedlichen Lernraten der beiden Stimulationsgruppen wurden an vier Tagen
(Tag 1, Tag 2, Tag 8 und Tag 29) miteinander verglichen. Die Stimulation erfolgte lediglich
an Tag 1, nicht an den weiteren Untersuchungstagen. Es sollten Effekte der tDCS über
einen längeren Zeitraum, also die Konsolidierung und Retention gelernter Antworten
betreffend, über einem Monat evaluiert werden. Außerdem sollten in beiden
Stimulationsgruppen mögliche Auswirkungen auf die Extinktion analysiert werden.
Im Falle einer Zunahme von Lernleistungen unter bzw. nach anodaler tDCS könnte dies in
der Art von Bedeutung sein, dass zukünftig auch motorische Lernleistungen der Patienten
mit cerebellären Erkrankungen nach tDCS verbessert werden könnten. Diese Studie sollte
auch untersuchen, inwieweit die Blinkreflexkonditionierung einen aussagekräftigen
Parameter für Effekte der transkraniellen Gleichstromstimulation am Cerebellum
darstellen kann. Die zu vergleichenden Parameter in beiden Stimationsgruppen sind die
21
Rate der konditionierten Antworten (CR Inzidenz), die CR Onset, CR Peaktime, CR Area,
CR Area bei 50 ms (Int 50). Bei der CR Inzidenz handelt es sich um die Rate der
konditionierten Antworten, die pro Tag und pro Proband erfasst wurde. Bei CR Onset und
CR Peaktime handelt es sich um Zeitparameter. CR Onset beschreibt den Zeitpunkt, an
dem die konditionierte Blinkreflexantwort einsetzt, CR Peaktime beschreibt die Zeit bis zur
maximalen Amplitude der EMG-Aktivität, zudem wurde die Dauer des Blinkreflexes
bestimmt. Die CR Area entspricht der Fläche des Integrals, die durch die konditionierten
Antworten eingenommen wurde. Die Fläche unter der Kurve nach einem standardisierten
Intervall von 50ms, d.h. die Größe der CR Area, die in den ersten 50ms der Antwort
gebildet wurde, entspricht dem Parameter CR Area bei Intervall 50 ms (Int 50) und wurde
auch ausgewertet.
22
B. Probanden und Methoden
I. Probandenkollektiv
An den Vorversuchen haben zwei Probanden teilgenommen. Die beiden Probanden
wurden entsprechend des Versuchaufbaus vorbereitet. Sie wurden neurologisch, unter
Einbezug der „International Cooperative Ataxia Rating Scale“ (ICARS) und der „Scale for
the Assessment and Rating of Ataxia“ (SARA), untersucht, füllten Fragebögen aus und
unterschrieben die Einverständniserklärung. Die Probanden saßen auf einem Stuhl und
schauten während des Versuches einen Stummfilm. Sie trugen eine Vorrichtung auf dem
Kopf mit der Luftdüse, Kopfhörer, sowie die Elektroden für die tDCS Stimulation. Es wurde
das nachfolgende, ausführlich erläuterte Versuchsprotokoll durchgeführt. Mit Hilfe der
Vorversuche wurde der Versuchsablauf überprüft und nach Zeitmessung die Dauer der
Stimulation für einen Zeitraum von 24 Minuten ermittelt. Weitere 40 Probanden nahmen
an den Hauptversuchen teil, bestehend aus 20 weiblichen und 20 männlichen Probanden
im Alter von durchschnittlich 23,4 ± 2,7 Jahren (Altersspanne 18-34 Jahre). Bei den
Probanden handelte es sich um gesunde Personen ohne Anfallsleiden,
Kleinhirnerkrankungen oder Migräne. Die Probanden wurden anhand folgender Kriterien
ausgewählt:
Aufgrund der zu erwartenden besseren Konditionierungsleistung im jüngeren Lebensalter
sollten männliche wie weibliche gesunde Probanden zwischen dem 18. und 35.
Lebensjahr eingeschlossen werden. In nachfolgender Tabelle werden weitere Ein- und
Ausschlusskriterien gezeigt.
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Einschlusskriterien Ausschlusskriterien
Mindestalter 18 Jahre, Höchstalter 35 Jahre Alter <18 Jahre oder >35 Jahre
Einverständnis der Probanden Psychiatrische Erkrankungen, akut oder in
der Vorgeschichte
Rechtshändigkeit Anfallserkrankung (Epilepsie), Migräne oder
andere neurologische Erkrankungen, akut
oder in der Vorgeschichte
Metallimplantate im Kopf oder
Herzschrittmacher, ferromagnetische
Objekte / andere Objekte mit Risiken für
den Kontakt mit den Elektroden
Hautveränderungen im Bereich der
Elektroden
Schwangerschaft oder Stillperiode
Vorliegen einer gravierenden internistischen
Vorerkrankung
Drogen-, Medikamenten- und/oder
Alkoholabhängigkeit
Nicht geschäftsfähige Personen und
Personen in behördlicher oder gerichtlicher
Betreuung
Tabelle 2: Ein-und Ausschlusskriterien für eine Teilnahme an der Studie. Sobald eines
dieser Ausschlusskriterien vorlag, konnte keine Teilnahme an der Studie erfolgen.
1. Vorbereitung der Probanden
Ein Antrag mit der Auftragsnummer 15-6402-BO vom 29.04.2015 war der
Ethikkommission der Universität Duisburg-Essen vorgelegt und ein Votum eingeholt
worden. Die Probanden wurden darauf hingewiesen, dass die Teilnahme an der Studie
freiwillig ist und, dass sie jederzeit abgebrochen werden kann. Die Probanden wurden
über den Zweck der Untersuchung sowie den damit verbundenen Aufwand und die
Freiwilligkeit der Teilnahme schriftlich und mündlich aufgeklärt. Das Einverständnis der
Probanden erfolgte schriftlich und wurde von diesen gemäß den Vorschriften der
24
Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen unterschrieben. Sie wurden über
den Versuchsablauf und die transkranielle Gleichstromstimulation aufgeklärt. Zusätzlich
wurde auf dem gleichen Formular die schriftliche Einwilligung zur Erhebung und
Weiterverarbeitung der Daten gemäß Datenschutzgesetz festgehalten. Die
unterschriebenen Einverständniserklärungen wurden zu den Akten genommen und mit
den Unterlagen dokumentiert. Die Probanden bekamen eine Kopie des unterschriebenen
Einverständnisbogens und das Informationsblatt ausgehändigt. Es erfolgte eine
neurologische Untersuchung der Probanden, sowie die Untersuchung auf cerebelläre
Symptome mit Hilfe der „International Cooperative Ataxia Rating Scale“ (ICARS) und der
„Scale for the Assessment and Rating of Ataxia“ (SARA). Dies wurde nach
entsprechender Einarbeitung durch die Autorin vorgenommen.
II. Versuchsaufbau
1. Versuchsablauf
Der Versuch beinhaltete vier Tage. Die Probanden wurden jeweils an Tag 1, 2, 8 und 29
untersucht. Sie saßen an allen vier Tagen in einem ruhigen Raum auf einem Stuhl
gegenüber einem circa 2 m entfernten Bildschirm, über den ein Stummfilm gezeigt wurde,
um eine Ermüdung zu vermeiden. An Tag 1 fanden zudem die Aufklärung, sowie die
neurologische Untersuchung der Probanden statt. An allen vier Tagen erfolgten die
Blinkreflexkonditionierung sowie die Aufzeichnung der Blinkreflexantworten.
Für die Blinkreflexkonditionierung wurde zunächst ein neutraler Reiz als konditionierter
Stimulus (CS), in unserem Fall ein Ton, einem unkonditionierten Stimulus (US), hier einem
Luftstoß neben das Auge, dargeboten. Durch Applikation des US seitlich des Auges wurde
eine unkonditionierte Reaktion (UR), also ein reflektorisches Schließen des Augenlides
hervorgerufen. Wenn CS und US wiederholt gepaart dargeboten wurden, erlernten die
Probanden, unbewusst das Auge als Reaktion schon auf den vorhergehenden CS zu
schließen. Es wurde die Delay-Konditionierung verwendet. Hierbei wurde der
konditionierte Stimulus zeitlich überlappend zum unkonditionierten Stimulus präsentiert.
Dabei endeten US und CS gleichzeitig.
Tag 1 bildete die Akquisitionsphase, in der die Probanden konditioniert wurden, auf den
zunächst neutralen Stimulus, den Ton, zu blinzeln. Es erfolgte zunächst zu Beginn die
25
Applikation von 20 ungepaarten randomisierten Trials bestehend aus 10 Luftstößen (US)
und 10 Tönen (CS), die in einem zufälligem Abstand von 20-39 s dargeboten wurden.
Dieser Durchgang hatte eine Dauer von 9.15 Minuten. Danach folgten 100 gepaarte CS-
US Trials. Es wurden in jedem Durchgang ein Ton und ein Luftstoß appliziert. Zwischen
den einzelnen Durchgängen bestand ein Intervall zufällig gewählter Dauer zwischen 20-
35 s. Während der ersten Hälfte der Akquisitionsphase (50 gepaarte Reize) erfolgte die
tDCS über der rechten Hemisphäre des Cerebellums, ipsilateral zur Blinkreflexableitung.
Die gepaarten Reize wurden entsprechend einer Delay-Konditionierung mit folgendem
Zeitablauf präsentiert: Für jeden Durchgang begann nach 310 ms für die Dauer von 540
ms die Präsentation eines 1000 Hz Tones. Der Luftstoß begann nach 750 ms und endete
bei 850 ms zusammen mit dem Ton. Diese 100 gepaarten Durchgänge (Trials) hatten eine
Gesamtdauer von 48.24 Minuten.
An den darauffolgenden Tagen 2, 8 und 29 folgte die Konsolidierungsphase, in der die
erlernte Konditionierung noch weiter verfestigt wurde. Tag 2 und 8 starteten sofort mit 50
gepaarten CS-US Trials für eine Dauer von 15.07 Minuten ohne die Verwendung von
tDCS und ohne ungepaarte Trials. Tag 29 begann mit 50 gepaarten Trials für die Dauer
von 24.30 Minuten.
Anschließend folgte an Tag 29 in den letzten Durchgängen eine Extinktionsphase, die
man auch als Auslöschungsphase bezeichnen kann. Hier wurden 30 ungepaarte Trials für
eine Dauer von 14.39 Minuten, in denen nur der Ton (CS) dargeboten wurde, präsentiert,
um festzustellen, wie schnell die Probanden die Konditionierung wieder verlernten.
26
Abbildung 2a: Versuchsprotokoll Tag 1 Akquisition: Die Blinkreflexkonditionierung erfolgte
mittels Delay-Konditionierung. Der Ton (CS) wird durch die hellblaue Farbe, der Luftstoß
(US) durch die graue Farbe mit den dargestellten Zeitparametern repräsentiert. Zu Beginn
erfolgte die randomisierte Darbietung von jeweils 10 ungepaarten CS und US Trials für die
Dauer von 9.15 Minuten. Anschließend erfolgte die Akquisitionsphase mit 100 gepaarten
CS/US Trials für 48.24 Minuten, sowie die Applikation von tDCS in der ersten Hälfte der
Akquisitionsphase. Hier überlappten der CS und US.
Abbildung 2b: Versuchsprotokoll Tag 2 und 8 Konsolidierung: Der Ton (CS) wird hellblau,
der Luftstoß (US) grau dargestellt. An beiden Tagen erfolgte die Delay-Konditionierung
mittels 50 gepaarter CS/US Trials für 15.07 Minuten.
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Abbildung 2c: Versuchsprotokoll Tag 29 Konsolidierung und Extinktion: Der Ton (CS)
wird hellblau, der Luftstoß (US) grau dargestellt. Es wurden 50 gepaarte CS/US Trials für
24.30 Minuten präsentiert. Anschließend erfolgte die Extinktionsphase mit 30 singulären
CS Trials für eine Zeitdauer von 14.39 Minuten.
2. Aufzeichnung der Blinkreflexkonditionierung
Die Untersuchung wurde in Anlehnung an frühere Paradigmen zur Konditionierung des
Blinkreflexes und Stimulation mit tDCS unserer Arbeitsgruppe durchgeführt (Gerwig et al.,
2003, 2005; Zuchowski et al., 2014; Beyer et al., 2017). Zunächst wurde die Gesichtshaut
der Probanden entfettet und die Elektromyographieelektroden zur Aufzeichnung des
Blinkreflexes angebracht. Die Platzierung der Elektroden erfolgte direkt unterhalb des
unteren Augenlides und nasal 0,5 cm medial des Auges auf beiden Seiten, sodass die
Blinkreflexantworten vom ipsi- und kontralateralen M. orbicularis oculi abgeleitet werden
konnten. Außerdem wurde eine Erdung am linken Unterarm angebracht. Danach
bekamen die Probanden eine Vorrichtung aufgesetzt, ähnlich einem Stirnband, an dessen
Seite eine Luftdüse befestigt war (siehe Abbildung 3). Der Blinkreflex wurde durch einen
Luftstoß (unkonditionierter Reiz, US; Dauer = 100 ms, Intensität ursprünglich 400kPa, aus
der Düse am Kopfteil 110kPa) ausgelöst. Die Luftdüse war so eingestellt, dass der
Luftstoß auf der Haut ca. 10 mm neben der Außenkante des Auges aufkam. Über
Kopfhörer, die die Probanden trugen, wurde ipsilateral ein Ton (1000 Hz, 70dB) von 540
ms Dauer als konditionierender Reiz (CS) appliziert. Ein Hintergrundrauschen von 60dB
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wurde bilateral kontinuierlich über die Kopfhörer zusätzlich appliziert, um die Probanden
vor Geräuschen aus der Umgebung möglichst abzuschirmen.
Während des Versuches wurden die Blinkreflexantworten rechts und links über die
Elektromyographie-Elektroden über zwei getrennte, gleichgerichtete Kanäle mit einer
(zehnfachen) Vorverstärkung, Bandpaß-gefiltert (100 Hz < f < 2 KHz) und über ein
modulares Daten-Aufnahmesystem einem Standard Computer zugeführt. Es wurde eine
spezielle Software „Diadem“, welche von der Firma National Instruments Corporation
programmiert wurde, verwendet. Das Programm hatte eine Echtzeit-Ausgabe der beiden
Kanäle, sowie eine Darstellung der Luftstöße und Töne, die appliziert wurden. Vor der
Aufnahme der Muskelaktivität durch das oben genannte Computerprogramm, wurden die
Grundlinien der zwei Kanäle kontrolliert. Nach Aufzeichnung erfolgte die Auswertung mit
der Software „Goldfinger“.
Abbildung 3: Versuchsaufbau: Es wird der Aufbau des Versuches am Beispiel der Autorin
dargestellt. Im linken Bild sind die Elektromyographie-Elektroden an beiden unteren
Augenlidern, sowie nasal beidseits fixiert worden. Im mittleren Bild wird die Position der
Stimulationselektroden gezeigt. Die aktive Elektrode ist am rechten Hinterkopf und die
Referenzelektrode ipsilateral am M.buccinator platziert worden. Im rechten Bild wurden
das Kopfteil mit der Luftdüse, sowie die Kopfhörer angebracht.
3. Vorbereitung der transkraniellen Gleichstromstimulation
Die Stimulation wurde mit einer an den etablierten Sicherheitskriterien (Agnew and
McCreery 1987) orientierten, üblichen Intensität von 2 mA bei entsprechender Größe der
Elektroden (5 x 7cm = 35 cm2 ; 0,057 mA pro cm2 ), die mit einem von der Firma
neuroConn entwickelten, eine konstante Stromstärke liefernden Gleichstromstimulator
(neuroConn DC-Stimulator Plus; neuroConn GmbH, Seriennummer 0371) verbunden
waren, für die erste Hälfte der Akquisitionsphase an Tag 1 (24 Minuten Dauer) mit
29
entweder anodaler Polarität oder im sham Modus durchgeführt. Dazu wurden die
Elektroden in Schwämmchen gelegt, die mit NaCl Lösung befeuchtet waren, um die
elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Die tDCS-Reizelektrode wurde vertikal über der
rechten Kleinhirnhemisphäre platziert, mit dem Zentrum der Elektrode 3 cm lateral des
Inion. Die Referenzelektrode wurde, auch in vertikaler Richtung, auf der Wange über dem
rechten M. buccinator positioniert. Die Elektroden wurden mit Hilfe von
Klettverschlussbändern an den Positionen am Kopf gehalten. Zur Verblindung der
Stimulationsart wurde eine Liste von einer Person, die nicht im Versuchsablauf involviert
war, erstellt. Diese Liste beinhaltete 40 fünfstellige Zahlencodes, jeweils 10 Codes für
weibliche und männliche Probanden für anodale Stimulation und jeweils 10 Codes für
weibliche und männliche Probanden für sham Stimulation. Somit konnte eine einheitliche
Gruppenverteilung und eine Verblindung der Versuchsleiterin und der Probanden
gewährleistet werden. Die Zuordnung der Codes war weder der Versuchsleiterin, noch
den Probanden bekannt. Nach Platzierung der Elektroden und des Kopfteils wurde einer
der Zahlencodes in den Stimulator eingegeben, der bestimmte, ob die tDCS mit anodaler
Polarität oder im sham Modus, als Placebo-Bedingung, erfolgte. In der Verum-Bedingung
wurde für eine Dauer von 24 Minuten stimuliert. Im sham Modus, der Placebo-Bedingung,
wurde für 30 Sekunden stimuliert. Danach stellte das Gerät den Strom selbstständig ab.
Bei beiden Bedingungen wurde zu Beginn und zum Ende des Stimulationsintervalls
jeweils für 30 Sekunden der Strom rampenförmig hoch - und darauf wieder
herunterreguliert. Da es sich um sehr schwache Ströme handelte und die Herauf- und
Herunterregulierung über 30 Sekunden gewählt war, war der Unterschied zwischen
Verum- und Sham-Bedingung nicht zu bemerken, somit wurde die Verblindung zusätzlich
bestmöglich aufrechterhalten.
Abbildung 4: NeuroConn DC Stimulator: Darstellung eines NeuroConn DC Stimulators
mit zwei verbundenen Elektroden, die mit Schwämmchen bezogen wurden.
30
4. Daten der elektromyographischen Aufzeichnung
Die Auswertung wurde mit der Software „Goldfinger“ und der Software IBM SPSS
Statistics von SPSS Inc. in der 21. Version durchgeführt.
Mittels der Software „Goldfinger“ wurde das elektromyographische Signal nach der
Messung über einen Filter von 100 Hz gegeben und in den Ableitungen des linken und
rechten Auges halbautomatisch nach vorhandenen konditionierten Antworten gesucht. Als
konditionierte Antworten wurden die Blinkreaktionen zwischen 460 ms und 750 ms
gewertet. Durchgänge in denen eine Blinkantwort zwischen 0 ms und 310 ms vorhanden
waren, wurden in der statistischen Auswertung nicht berücksichtigt, diese Antworten
wurden als spontane Blinks gewertet (Bracha et al., 1997). Es wurden nicht nur die
Inzidenz der konditionierten Antworten an allen 4 Tagen, sondern auch die Zeitparameter
(CR Onset, CR Peaktime), sowie die Variablen CR Area und CR Area bei Intervall 50 ms
(Int50) untersucht.
Der CR Onset wurde bei Anstieg der EMG Aktivität auf 7,5% der maximalen EMG Aktivität
gemessen. CR Peaktime wurde als die Zeit der maximalen Amplitude vor Eintreffen des
US definiert. Der US Onset wurde als 0 ms definiert und die vorausgehenden Variablen
CR Onset und CR Peaktime wurden als negative Werte in [ms] ausgedrückt. Des
Weiteren wurde für die Auswertung die Entwicklung der CR Area analysiert. Dabei handelt
es sich um die Fläche des Integrals, die unter der Kurve der konditionierten Antworten
eingenommen wurde. Die Fläche unter der Kurve nach einem standardisierten Intervall
von 50 ms, d.h. die Größe der CR Area, die in den ersten 50 ms der Antwort gebildet
wurde, wurde auch ausgewertet. Für die Auswertung der CR Area und der CR Area bei
Intervall 50 ms erfolgte eine Normalisierung. Für jeden Probanden wurde ein Mittelwert
der CR Area von Tag 1 gebildet. Dieser Mittelwert wurde jeweils als 100% gesetzt.
Danach wurden die Werte für CR Area der anderen Tagen pro Proband auf den jeweiligen
Mittelwert als prozentualer Anteil angegeben, um einen Vergleich zwischen den
Probanden zu gewährleisten. Das gleiche Verfahren wurde bei den Werten für die CR
Area bei Intervall 50 ms angewandt.
Außerdem wurden die alpha-Blinkreaktionen durchgängig gezählt. Als alpha-
Blinkreaktionen werden diejenigen Antworten gewertet, die bis zu 150 ms nach Beginn
des CS, in der Zeit zwischen 310 ms und 460 ms, aufteten. Diese gelten als reaktive
31
Antworten auf den Ton, aber nicht als konditionierte Antworten (Woodruff-Pak et al.,
1996). 60 Sekunden vor Beginn der Versuche wurde an allen 4 Tagen gezählt, wie oft die
Probanden spontan blinzeln. Mit dieser Auswertung sollte untersucht werden, ob es schon
vor Versuchsbeginn stärkere Blinkraten in einer der beiden Gruppen gibt, wodurch die
Ergebnisinterpretation beeinflusst werden könnte. Zusätzlich wurden die Zeitparameter
Onset, Peaktime und Durms (Duration = Zeitintervall zwischen UR Onset und US Onset)
der unkonditionierten Reflexantworten (UR) an Tag 1 während der ersten 20 ungepaarten
Trials ausgewertet.
5. Statistische Auswertung
Pro Tag wurden 10 Trials zu einem Block zusammengefasst. An Tag 1 gab es 100 Trials,
die zu 10 Blöcken zusammengefasst wurden. An Tag 2 und 8 gab es 50 Trials, die zu 5
Blöcken zusammengefasst wurden. An Tag 29 gab es 80 Trials, 50 gepaarte Trials und 30
Extinktions CS-alone Trials. Daraus ergaben sich 5 gepaarte Blöcke und 3
Extinktionsblöcke. An allen Tagen wurde jede konditionierte Antwort als 10% gewertet,
d.h. dass man bei einem Block mit 10 Trials als Maximalwert 100 % erreichen konnte. Die
Prozente an konditionierten Antworten wurden pro Proband und pro Tag
zusammengezählt und in Tabellen eingetragen. Die weiteren statistischen Berechnungen
erfolgten mit Hilfe der Mixed Model Analyse in SPSS. Die Analysen wurden mit dem
prozentualen Anteil der CR Inzidenzen als abhängige Variable durchgeführt. Als
Innersubjektfakor wurde die Variable „Block“ 1-10 (10 Blöcke mit jeweils 10 gepaarten
Trials an Tag 1), „Block“ 1-5 (5 Blöcke mit jeweils 10 gepaarten Trials an den Tagen 2, 8
und 29) gewählt. Für die Extinktion wurde „Block“ 1-3 mit jeweils 10 ungepaarten CS-
alone Trials genommen. Der Zwischensubjektfaktor war die Stimulationsgruppe, der die
anodale mit der sham Stimulation vergleicht. Eine weitere Analyse wurde für das Timing
der konditionierten Antworten mit CR Onset und CR Peaktime, sowie für die CR Area und
CR Area bei Intervall 50 ms als abhängige Variable durchgeführt. In der Mixed Model
Analyse wurde eine Verbundsymmetrie für die festen Effekte der Gruppe, des
Stimulationstyps und der Anzahl der Variablen angenommen. Unterschiede in den
endgültigen Lernindizes wurden mit den fixierten Effekten der Gruppen- und
Stimulationsart getestet. Die unbekannten Parameter in allen gemischten Modellen
wurden über eine beschränkte Maximum-Likelihood-Schätzung geschätzt, und berichtigte
Typ-III-Fehler für die festen Effekte wurden angegeben. Die Freiheitsgrade wurden über
32
die Satterthwaite Approximation geschätzt. Die beschriebenen linearen gemischten
Modelle sind im Wesentlichen einer ANOVA mit wiederholten Messungen ähnlich,
erlauben jedoch, für eine kontinuierliche Covariate zu steuern. Darüber hinaus wurden
Ordnungseffekte analysiert, indem der Messtag als Faktor anstelle des Stimulationstyps
sowohl für Zielfehler als auch für endgültige Lernindizes getestet wurde. Das
Signifikanzlevel wurde für folgende Auswertungen auf p<0,05 festgelegt. Die p-Werte von
paarweisen Vergleichen wurden für Mehrfachvergleiche unter Verwendung der
Bonferroni-Korrektur angepasst.
Die Daten des CR-Timings, der spontanen Blinkrate, der alpha-Blinkreaktionen und der
unkonditionierten Blinkreflex-Antworten in den ersten 20 Trials wurden mit Hilfe der
ungepaarten t-Tests zwischen den Stimulationsgruppen verglichen.
Am Ende dieser Auswertung erfolgte die Zuordnung der Probanden zur Gruppe „anodale“
und auf „sham“ Stimulation. Die anodale Stimulation wurde mit „1“ und die sham
Stimulation mit „2“ benannt.
33
C. Ergebnisse
I. Auswertung der Blinkreflexantworten
1. Inzidenzen der konditionierten Antworten
Während der Akquisition an Tag 1 stiegen die Inzidenzen der konditionierten Antworten
von Block 1 bis Block 5 in beiden Gruppen gleich stark an. Von Block 6 bis Block 10
stiegen die CR Inzidenzen in der anodalen Gruppe etwas stärker an, am Ende von Tag 1
zeigte sich ein Anstieg in der anodalen Gruppe auf 60%, in der sham Gruppe auf 50%.
Insgesamt betrug der mittlere Wert der konditionierten Antworten in der anodalen Gruppe
58,5 5,4% und war nicht signifikant höher als der Mittelwert in der sham Gruppe mit 52,2
5,4%. Für Tag 1 zeigte sich insgesamt eine Tendenz für eine bessere Lernrate unter
anodaler Stimulation im Vergleich zur sham Stimulation, jedoch ohne signifikanten Effekt
[F(1, 75) = 0,8; p = 0,37].
Ab Beginn der Konsolidierungsphase mit Tag 2 lagen die CR Inzidenzen in beiden
Gruppen bei ca. 80%. Im Verlauf von Tag 2, sowie Tag 8 und 29 gab es nur kleine
Unterschiede in der Größe der CR Inzidenz zwischen beiden Gruppen, die in Abbildung 5
dargestellt werden. Während der Konsolidierung war der mittlere Wert der konditionierten
Antworten in der anodalen Gruppe mit 79,5 4,5% nicht signifikant höher als der
Mittelwert der sham Gruppe mit 78,5 4,5%. Insgesamt zeigte sich während der
Konsolidierungsphase an Tag 2, 8 und 29 kein signifikanter Unterschied zwischen den
Gruppen [F(1, 72) = 0,02; p = 0,88].
Es zeigte sich insgesamt kein signifikanter Stimulationseffekt während der Akquisition und
Konsolidierung an den vier Tagen [F(1, 38) = 0,07; p = 0,79]. Es ergab sich jedoch ein
signifikanter Blockeffekt [F(14, 944) = 9,1; p < 0,001] und ein signifikanter
Lernphaseneffekt [F(2, 73) = 47,8; p < 0,001] über alle vier Tage in beiden Gruppen
unabhängig von der Stimulation. Damit wurde deutlich, dass in beiden Gruppen eine
Verbesserung der Konditionierungsraten über die Tage stattgefunden hat. Des Weiteren
zeigte sich kein signifikanter Stimulation x Block-Effekt [F(14, 944) = 1,1; p = 0,39], jedoch
ein signifikanter Stimulation x Lernphasen-Effekt [F(2, 73) = 3,6; p = 0,032]. Der
Stimulation x Block x Lernphasen-Effekt war signifikant [F(22, 944) = 13,1; p < 0,001].
34
Abbildung 5: Dargestellt wird die mittlere Rate der CR Inzidenz je Block in Prozent plus
Standardabweichungen für alle vier Versuchstage für die anodal und die sham stimulierte
Gruppe. Die anodal stimulierte Gruppe wird durch blaue Balken, die sham stimulierte
durch grüne Balken präsentiert. Jeder Block beinhaltet 10 Trials. An Tag 1 erfolgt die
Applikation von tDCS unterschiedlicher Polarität während der ersten Hälfte der
Akquisitionsphase von Block 1 bis Block 5. tDCS wird durch den roten Pfeil symbolisiert.
Bei Tag 29 wird die Extinktion von Block 6 bis Block 8 dargestellt. An Tag 1 zeigt sich eine
Tendenz zu einer höheren Konditionierungsleistung in der anodal stimulierten Gruppe,
jedoch ohne signifikanten Effekt. An Tag 2, 8 und 29 zeigt sich kein signifikanter
Unterschied in der Konditionierungsleistung zwischen beiden Gruppen. Die
Extinktionsphase an Tag 29 zeigt eine signifikante Abnahme der CR Inzidenz in der
anodalen Gruppe im Vergleich zur sham Gruppe.
35
2. Befunde der Extinktion
Während der Extinktionsphase an Tag 29 von Block 6 bis Block 8 stellt sich in Abbildung 5
eine Abnahme der konditionierten Antworten in beiden Gruppen dar. Der mittlere Wert der
konditionierten Antworten in der anodalen Gruppe betrug 22,3 5,3% und war signifikant
kleiner [F(1; 95) = 5,4; p=0,022] als der Mittelwert in der sham Gruppe mit 39,8 6,1%. In
der Mixed Model Analyse zeigte sich auch eine signifikante Abnahme der konditionierten
Antworten während der Extinktion [Block Effekt: [F(14,944) = 9,2; p < 0,001];
Lernphaseneffekt (Akquisition an Tag 1 vs. Konsolidierung an den Tagen 2, 8, 29 vs.
Extinktion an Tag 29): [F(2, 73) = 47,8; p < 0,001]. Außerdem zeigte sich in der
Extinktionsphase im Vergleich zu den anderen Tagen ein Stimulationseffekt mit
schnellerer Abnahme der CRs in der anodalen Gruppe verglichen zur sham Gruppe
(Stimulation x Lernphaseneffekt: [F(2, 73) = 3,6; p = 0,032]; Stimulation x Lernphase x
Block Effekt: [F(22, 944) = 13,1; p < 0,001].
3. Timing der konditionierten Antworten (CR Onset und CR Peaktime)
Der CR Onset näherte sich in beiden Gruppen während der vier Versuchstage dem US
an. Es zeigte sich eine stärkere Annäherung des CR Onset in der anodalen Gruppe im
Vergleich zur sham Gruppe. Diese Annäherung wird in nachfolgender Abbildung 6
dargestellt. Der Beginn des US wurde als 0 ms festgelegt. In folgender Tabelle werden die
Mittelwerte des CR Onset der konditionierten Reaktionen in beiden Stimulationsgruppen
für alle vier Versuchstage dargestellt.
Anodal [ms] Sham [ms]
CR Onset Akquisition Tag 1
-123,5 7,6 -131,6 7,7
CR Onset KonsolidierungTag 2, 8, 29
-141,9 7,4 -161,2 7,4
CR Onset ExtinktionTag 29
-144,5 9,1 -159,1 8,7
Tabelle 3: In den Zeilen werden die Mittelwerte des CR Onset der konditionierten
Reaktionen Standardabweichungen in Millisekunden (ms) dargestellt. In den Spalten
werden die Stimulationsmodi aufgeteilt. Der Beginn des unkonditionierten Stimulus (US)
wurde als 0 ms festgelegt. Die dargestellten Zeiten der CR Onset geben den Abstand der
36
konditionierten Reaktionen von dem unkonditionierten Stimulus wieder.
In der statistischen Auswertung ergab sich jedoch für die Variable CR Onset kein
signifikanter Stimulationseffekt [F(1, 39) = 2,7; p = 0,1]. Es zeigte sich aber ein
signifikanter Lernphasen- [F(2, 75) = 11,4; p < 0,001] und ein signifikanter Block Effekt
[F(14, 873) = 2,2; p = 0,006] unabhängig von der Stimulation. Das bedeutet, dass es in
beiden Gruppen eine zunehmende Annäherung des CR Onset zum US im Verlauf der
Tage gibt, welche in der anodalen Gruppen etwas deutlicher war, aber nicht statistisch
signifikant wurde. Hinsichtlich der Stimulation zeigte sich weder bei der Stimulation x
Block Interaktion [F(14, 873) = 1,3; p = 0,19], noch bei der Stimulation x Lernphasen
Interaktion [F(2, 75) = 0,3; p = 0,7] ein signifikanter Effekt. Es ergab sich jedoch bei
Stimulation x Lernphase x Block Interaktion ein signifikanter Effekt [F(22, 879) = 1,6; p =
0,026]. Bei Vergleich der einzelnen Phasen zeigt sich, dass sich die CR Onset Werte
signifikant ändern. Es lag eine signifikante Änderung im Vergleich der Akquisitionsphase
(Tag1) mit der Konsolidierungsphase (Tage 2, 8, 29) vor (p < 0,001) und eine signifikante
Änderung im Vergleich der Akquisitionsphase (Tag1) mit der Extinktion (p = 0,002). Im
Vergleich der Konsolidierungsphase mit der Extinktion gab es keine signifikante Änderung
(p = 1,0).
37
Abbildung 6: Dargestellt wird die mittlere Rate des CR Onset je Block in Prozent plus
Standardabweichungen für alle vier Versuchstage für die anodal und die sham stimulierte
Gruppe. Die anodal stimulierte Gruppe wird durch blaue Balken, die sham stimulierte
durch grüne Balken präsentiert. Jeder Block beinhaltet 10 Trials. An Tag 1 erfolgt die
Applikation von tDCS unterschiedlicher Polarität während der ersten Hälfte der
Akquisitionsphase von Block 1 bis Block 5. tDCS wird durch einen roten Pfeil dargestellt.
Bei Tag 29 wird die Extinktion von Block 6 bis Block 8 dargestellt. Der Beginn des US
wurde als 0 ms definiert. Negative Werte beziehen sich auf die Zeitspanne vor dem US.
Über die vier Versuchstage zeigte sich in beiden Gruppen eine Annäherung an den US,
die in der anodalen Gruppe deutlicher war. Somit zeigte sich ein leicht späteres Auftreten
der CR in der anodalen Gruppe.
38
Der CR Peaktime zeigte im Verlauf der Versuchstage in beiden Stimulationsgruppen
höhere Werte auf, die in der anodal stimulierten Gruppe höher als in der sham Gruppe
waren. Diese Änderung wird in nachfolgender Abbildung 7 dargestellt. Der Beginn des
US wurde als 0 ms festgelegt. In folgender Tabelle werden die Mittelwerte des CR
Peaktime der konditionierten Reaktionen in beiden Stimulationsgruppen für alle vier
Versuchstage dargestellt.
Anodal [ms] Sham [ms]
CR Peaktime Akquisition Tag 1
- 88,4 7,1 - 92,8 7,2
CR Peaktime KonsolidierungTag 2, 8, 29
- 98,3 6,8 -113,2 6,9
CR Peaktime Extinktion Tag 29
- 113,6 8,6 - 120,7 8,2
Tabelle 4: In den Zeilen werden die Mittelwerte des CR Peaktime der konditionierten
Reaktionen Standardabweichungen in Millisekunden (ms) dargestellt. In den Spalten
werden die Stimulationsmodi aufgeteilt. Der Beginn des unkonditionierten Stimulus (US)
wurde als 0 ms festgelegt. Die dargestellten Zeiten der CR Peaktime geben den Abstand
der konditionierten Reaktionen von dem unkonditionierten Stimulus wieder.
In der statistischen Auswertung zeigte sich für die Variable CR Peaktime kein signifikanter
Stimulationseffekt [F(1, 40) = 1,2; p = 0,26]. Es ergab sich aber ein signifikanter
Lernphasen- [F(2, 78) = 8,5; p < 0,001] und ein signifikanter Block Effekt [F(14, 874) = 1,7;
p = 0,035] unabhängig von der Stimulation. Im Hinblick auf die Stimulation zeigte sich bei
der Stimulation x Block-Interaktion [F(14, 874) = 1,7; p = 0,048], nicht aber bei der
Stimulation x Lernphase-Interaktion [F(2; 78) = 0,4; p = 0,65], ein signifikanter Effekt. Es
fand sich jedoch bei der Stimulation x Lernphase x Block-Interaktion ein signifikanter
Effekt [F(22, 880) = 1,6; p = 0,034]. Wenn man die einzelnen Phasen miteinander
vergleicht, sieht man, dass sich die CR Peaktime Werte im Vergleich signifikant ändern.
Es lag eine signifikante Änderung im Vergleich der Akquisitionsphase (Tag1) mit der
Konsolidierungsphase (Tag 2, 8, 29) vor (p = 0,027) und eine signifikante Änderung im
Vergleich der Akquisitionsphase (Tag1) mit der Extinktion vor (p < 0,001). Im Vergleich der
Konsolidierungsphase mit der Extinktion ergab sich keine signifikante Änderung (p =
0,23).
39
Abbildung 7: Dargestellt wird die mittlere Rate der CR Peaktime je Block in Prozent plus
Standardabweichungen für alle vier Versuchstage für die anodal und die sham stimulierte
Gruppe im Vergleich gezeigt. Die anodal stimulierte Gruppe wird durch blaue Balken, die
sham stimulierte durch grüne Balken präsentiert. Jeder Block beinhaltet 10 Trials. An Tag
1 erfolgt die Applikation von tDCS unterschiedlicher Polarität während der ersten Hälfte
der Akquisitionsphase von Block 1 bis Block 5. tDCS wird durch den roten Pfeil
symbolisiert. Bei Tag 29 wird die Extinktion von Block 6 bis Block 8 dargestellt. Der Beginn
des US wurde als 0 ms definiert. Negative Werte beziehen sich auf die Zeitspanne vor
dem US. Über die vier Versuchstage erreichte die anodal stimulierte Gruppe höhere
Werte als die sham Gruppe. Somit zeigte sich ein späteres Auftreten der maximalen
elektromyographischen Aktivität der Blinkreflexantwort in der anodal stimulierten Gruppe
im Vergleich zur sham Gruppe.
40
4. Integral der Größe konditionierter Antworten (CR Area und CR Area bei Intervall
50ms)
Die Mittelwerte der CR Area werden in nachfolgender Tabelle 5 für beide
Stimulationsgruppen über alle Versuchstage gezeigt.
Anodal [%] Sham [%]
CR Area Akquisition Tag 1
94,4 12,6 94,2 16,2
CR Area Konsolidierung Tag 2,8, 29
145,3 12,2 187,4 12,1
CR Area Extinktion Tag 29
90,2 16,2 150,4 15,4
Tabelle 5: In den Zeilen werden die Mittelwerte der CR Area der konditionierten
Reaktionen Standardabweichungen in Prozent (%) dargestellt. In den Spalten werden
die Stimulationsmodi aufgeteilt.
Die Änderung der CR Area wird im nachfolgenden Diagramm 8 gezeigt. Die Größe der
gelernten Antworten (CR Area) nahm in beiden Gruppen an Tag 1 zu. Eine weitere
Größenzunahme zeigte sich an den Folgetagen (Block Effekt, Lernphasen Effekt: p <
0.001). Diese Größenzunahme war signifikant geringer in der anodalen Gruppe verglichen
zur sham Gruppe (Stimulationseffekt [F(1, 38) = 6,4; p = 0.015]. Es ergab sich auch ein
Lernphasen- [F(2, 89) = 19,2; p < 0,001] und ein Block-Effekt [F(14, 875) = 3,4; p < 0,001]
unabhängig von der Stimulation. In Zusammenschau mit der Stimulation zeigte sich
weder bei der Stimulation x Block Interaktion [F(14, 875) = 0,3; p = 0,97], noch bei
Stimulation x Lernphase Interaktion [F(2; 89) = 2,4; p = 0,09] ein signifikanter Effekt. Man
fand auch keinen signifikanten Effekt bei der Stimulation x Lernphase x Block Interaktion
[F(22, 881) = 1,2; p = 0,19]. Wenn man die einzelnen Phasen miteinander vergleicht,
ergibt sich, dass sich die Werte der CR Area signifikant ändern. Es lag eine signifikante
Änderung im Vergleich der Akquisitionsphase (Tag 1) mit der Konsolidierungsphase (Tag
2, 8, 29) vor (p < 0,001), aber keine signifikante Änderung im Vergleich der
Akquisitionsphase (Tag 1) mit der Extinktion vor (p = 0,15). Im Vergleich der
Konsolidierungsphase mit der Extinktion fand sich eine signifikante Änderung (p = 0,002).
41
Abbildung 8: Dargestellt wird die mittlere Rate der CR Area je Block in Prozent plus
Standardabweichungen für alle vier Versuchstage für die anodal und die sham stimulierte
Gruppe. Die anodal stimulierte Gruppe wird durch blaue Balken, die sham stimulierte
durch grüne Balken präsentiert. Jeder Block beinhaltet 10 Trials. An Tag 1 erfolgte die
Applikation von tDCS unterschiedlicher Polarität während der ersten Hälfte der
Akquisitionsphase von Block 1 bis Block 5. tDCS wird durch den roten Pfeil symbolisiert.
Bei Tag 29 wird die Extinktion von Block 6 bis Block 8 dargestellt. Es zeigte sich über alle
Versuchstage eine Größenzunahme der CR Area, die in der anodal stimulierten Gruppe
geringer ausfiel als in der sham stimulierten Gruppe. In der Extinktion zeigte sich eine
signifikante Abnahme der CR Area in der anodalen Gruppe.
Die Mittelwerte der CR Area bei Intervall 50 ms werden in nachfolgender Tabelle 6 für
beide Stimulationsgruppen über alle Versuchstage gezeigt.
42
Anodal [%] Sham [%]
CR Area bei Intervall 50 ms Akquisition Tag 1
101,3 9,7 99,4 11,5
CR Area bei Intervall 50 ms KonsolidierungTag 2, 8, 29
119,6 9,4 147,2 9,4
CR Area bei Intervall 50 ms Extinktion Tag 29
88,3 12,1 124,4 11,5
Tabelle 6: In den Zeilen werden die Mittelwerte der CR Area bei Intervall 50 ms der
konditionierten Reaktionen Standardabweichungen in Prozent (%) dargestellt. In den
Spalten werden die Stimulationsmodi aufgeteilt.
Im Intervall von 50ms nahm die Größe der gelernten Antworten (CR Area) in beiden
Gruppen an Tag 1 zu. Eine weitere Größenzunahme ergab sich an den darauf folgenden
Tagen. Diese Größenzunahme war signifikant geringer in der anodalen Gruppe verglichen
zur sham Gruppe (Stimulationseffekt: [F(1, 36) = 4,4; p = 0.041]. Es zeigte sich auch ein
signifikanter Lernphasen- [F(2, 81) = 5,8; p = 0,004] und ein signifikanter Blockeffekt
[F(14, 870) = 5,4; p < 0,001] unabhängig von der Stimulation. In Zusammenschau mit der
Stimulation zeigte sich weder bei der Stimulation x Block Interaktion [F(14, 870) = 1,4; p =
0,12], noch bei der Stimulation x Lernphase Interaktion [F(2, 81) = 1,4; p = 0,23] ein
signifikanter Effekt. Es fand sich auch kein signifikanter Effekt bei der Stimulation x
Lernphase x Block Interaktion [F(22, 875) = 1,2; p = 0,21]. Wenn man die einzelnen
Phasen miteinander vergleicht, ergibt sich, dass sich die Intervall-50ms Werte im
Vergleich signifikant ändern. Es zeigte sich eine signifikante Änderung im Vergleich der
Akquisitionsphase (Tag 1) mit der Konsolidierungsphase (Tag 2, 8, 29) vor (p < 0,001),
aber keine signifikante Änderung im Vergleich der Akquisitionsphase (Tag 1) mit der
Extinktion (p = 1,0). Im Vergleich der Konsolidierungsphase mit der Extinktion ergab sich
ebenfalls eine signifikante Änderung (p = 0,016).
43
Abbildung 9: Dargestellt wird die mittlere Rate der CR Area bei Intervall 50 ms (Int50) je
Block in Prozent plus Standardabweichungen für alle vier Versuchstage für die anodal und
die sham stimulierte Gruppe. tDCS wird durch einen roten Pfeil symbolisiert. Bei Tag 29
wird die Extinktion von Block 6 bis Block 8 dargestellt. Die anodal stimulierte Gruppe wird
durch blaue Balken, die sham stimulierte durch grüne Balken präsentiert. Jeder Block
beinhaltet 10 Trials. An Tag 1 erfolgt die Applikation von tDCS unterschiedlicher Polarität
während der ersten Hälfte der Akquisitionsphase von Block 1 bis Block 5. Beide Gruppen
zeigten im Verlauf eine Größenzunahme der CR Area bei Intervall 50 ms, die in der
Extinktion eine signifikante Abnahme zeigte.
44
5. Spontan-und Alpha-Blinkrate
Die spontane Blinkrate wurde pro Proband vor Versuchsbeginn für 60 Sekunden an den
Tagen 1,2, 8 und 29 notiert und ausgewertet.
Anodal [Blinkantworten/60s] Sham [Blinkantworten/60s]
Tag 1 17,0 4,0 17,8 4,1
Tag 2 17,0 3,7 17,6 3,9
Tag 8 18,1 3,8 18,6 4,3
Tag 29 17,2 3,5 17,7 3,8
Tabelle 7: In den Zeilen werden die Mittelwerte Standardabweichungen der spontanen
Blinkrate 60 Sekunden vor Versuchsbeginn für alle Versuchstage gezeigt. In den Spalten
werden die Stimulationsmodi aufgeteilt.
Abbildung 10: Dargestellt werden die Mittelwerte der Spontanblinkrate für alle
Versuchstage für beide Versuchsgruppen gezeigt. Die anodale Gruppe wird mit blauen
Balken und mit „1“, die sham Gruppe mit grünen Balken und „2“ dargestellt.
In der Auswertung fand sich eine leichte Zunahme der spontanen Blinkrate über die vier
Tage. Die sham Gruppe zeigte eine etwas höhere Spontanblinkrate, die aber im Vergleich
zur anodalen Gruppe an keinem der vier Tage signifikant höher lag (Spontanblinkrate x
Stimulation: alle p Werte > 0,4).
45
Die alpha-Blinkrate wurde im Abschnitt zwischen 310 ms und 460 ms pro Proband und
pro Tag gezählt und ausgewertet. Hier wurden auch Mittelwerte mit T-Tests berechnet. Bei
der alpha-Blinkrate betrug der Mittelwert in der anodalen Gruppe 1,1 1,5 und der
Mittelwert in der sham Gruppe 1,2 1,5. Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede
bezüglich der alpha-Blinkrate zwischen beiden Gruppen (p = 0,67).
Abbildung 11: Dargestellt werden die Mittelwerte der alpha-Blinkrate für alle
Versuchstage für beide Versuchsgruppen. Die anodale Gruppe wird mit blauen Balken
und mit „1“, die sham Gruppe mit grünen Balken und „2“ dargestellt.
6. Auswertung der ersten 20 ungepaarten (unkonditionierten) Trials (UR)
Für die ersten 20 ungepaarten Trials an Tag 1 wurden die Variablen UR Onset, Duration
und Peaktime zwischen der anodalen und der sham Gruppe verglichen.
Für die Variable UR Onset betrug der Mittelwert in der anodalen Gruppe 45,2 9,9ms
und der Mittelwert in der sham Gruppe 51,3 15,1ms während der ersten 20 ungepaarten
Trials. Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen beiden Gruppen (p =
0,17). Für die Variable Duration betrug der Mittelwert in der anodalen Gruppe 119,3 34,8
ms und der Mittelwert in der sham Gruppe 117,8 49,9 ms während der ersten 20
ungepaarten Trials. Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen beiden
Gruppen (p = 0,09). Für die Variable UR Peaktime betrug der Mittelwert in der anodalen
Gruppe 103,8 13,1ms und der Mittelwert der sham Gruppe betrug 107,8 7,2 ms
46
während der ersten 20 ungepaarten Trials. Es zeigten sich keine signifikanten
Unterschiede zwischen beiden Gruppen (p = 0,2).
Insgesamt ergaben sich für diese Variablen keine signifikanten Unterschiede in beiden
Gruppen während der ersten 20 ungepaarten Trials.
Abbildung 12a: Dargestellt werden die Mittelwerte der UR Onset für die ersten 20
ungepaarten Trials an Tag 1. Die anodale Gruppe wird mit blauen Balken und mit „1“, die
sham Gruppe mit grünen Balken und „2“ dargestellt.
Abbildung 12b: Dargestellt werden die Mittelwerte der UR Peaktime für die ersten 20
ungepaarten Trials an Tag 1. Die anodale Gruppe wird mit blauen Balken und mit „1“, die
sham Gruppe mit grünen Balken und „2“ dargestellt.
47
Abbildung 12c: Dargestellt werden die Mittelwerte der UR Duration (Durms) für die
ersten 20 ungepaarten Trials an Tag 1. Die anodale Gruppe wird mit blauen Balken und
mit „1“, die sham Gruppe mit grünen Balken und „2“ dargestellt.
48
D. Diskussion
I. Effekte der transkraniellen Gleichstromstimulation auf das Cerebellum
1. Einfluss der tDCS auf die Inzidenz konditionierter Blinkreflexantworten während
der Akquisition und Konsolidierung
In der vorliegenden Arbeit ergab sich kein signifikanter Unterschied in der Inzidenz
konditionierter Blinkreflexantworten zwischen der anodalen und der sham Gruppe.
Während der Akquisition an Tag 1 lag der Mittelwert der konditionierten Antworten in der
anodalen Gruppe mit 58,5 5,4% nicht signifikant höher als der Mittelwert in der sham
Gruppe mit 52,2 5,4%. Während der Konsolidierungsphase an den Tagen 2, 8 und 29
zeigte sich ebenso kein signifikanter Unterschied zwischen den Gruppen, der Mittelwert
der konditionierten Antworten war in der anodalen Gruppe mit 79,5 4,5% nicht signifikant
höher als der Mittelwert in der sham Gruppe mit 78,5 4,5%. Es zeigte sich somit
insgesamt kein signifikanter Stimulationseffekt in den vier Tagen.
Ein Teil der vorliegenden Studie diente der Frage der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse
von Zuchowski et al. (2014) aus unserer Arbeitsgruppe. Die Autoren konnten mit der tDCS
über dem Kleinhirn für die Blinkreflexkonditionierung signifikante Unterschiede in Bezug
auf die Lernrate der konditionierten Antworten im Vergleich zwischen den
Stimulationsgruppen (anodal, kathodal, sham) darlegen. In der anodal stimulierten
Gruppe war die Lernrate signifikant erhöht im Vergleich zur sham Gruppe, während sie in
der kathodalen Gruppe erniedrigt war (Zuchowski et al., 2014). Diese Ergebnisse konnten
mit der vorliegenden Studie, sowie in einer vorangehenden Studie von Beyer et al. (2017)
nicht reproduziert werden. Beyer et al. (2017) untersuchten, ob die Lage der
Referenzelektrode und die tDCS Auswirkungen auf die CR Inzidenz, sowie CR Timing
Parameter in drei verschiedenen Stimulationsgruppen (anodal, kathodal, sham) hatte. Bei
Verwendung einer Referenzelektrode über dem ipsilateralen M. deltoideus fanden sich
keine signifikanten Unterschiede zwischen den Versuchsgruppen, während man bei
Verwendung einer Referenzelektrode über dem ipsilateralen M. buccinator eine
tendenziell, jedoch ebenfalls nicht signifikant höhere CR Inzidenz in der anodalen und
kathodalen Gruppe im Vergleich zur sham Gruppe beobachten konnte (Beyer et al.,
2017).
Ein möglicher Unterschied, der die mangelnde Reproduzierbarkeit der Befunde erklären
49
könnte, ist, dass in der Studie von Zuchowski et al. (2014) während der kompletten
Akquisitonsphase, in der vorliegenden Studie jedoch nur während der ersten Hälfte
stimuliert wurde. Allerdings waren bei Zuchowski et al. (2014) die Unterschiede in den
Konditionierungsraten zwischen den drei Gruppen schon zu Beginn der ersten Hälfte der
Akquisitionsphase sichtbar, was eine Bedeutung der Stimulationsdauer für diese
Unterschiede wenig wahrscheinlich macht. Es könnten auch größere interindividuelle
Unterschiede in der Konditionierungsleistung, die weiter unten bezüglich anderer Studien
ebenfalls als Einflussgrößen diskutiert werden, beim Erlernen der
Blinkreflexkonditionierung als wesentlicher Faktor für die divergenten Ergebnisse bei
Zuchowski et al. (2014) und der vorliegenden Studie herangezogen werden.
Auch andere Arbeitsgruppen versuchen, Befunde unter Verwendung der tDCS am
Kleinhirn zu reproduzieren. Galea et al. (2011) konnten in einer Studie, die die
Treffsicherheit in einer visuomotorischen Aufgabe unter cerebellärer anodaler und sham
Stimulation untersuchte, zeigen, dass die anodal stimulierten Probanden signifikant
bessere Leistungen aufwiesen. Die Ergebnisse konnten in einer Studie von Jalali et al.
(2018) nicht reproduziert werden. Es ergaben sich bei der visuomotorischen Aufgabe im
Vegleich von anodaler und sham Stimulation bei 34 Probanden keine signifikanten
Unterschiede zwischen beiden Stimulationsgruppenruppen (Jalali et al., 2018). Die
fehlende Signifikanz könnte durch zu wenige Probanden oder auch durch interindividuelle
Wirkungsweise der tDCS erklärbar sein (Jalali et al., 2018).
Die Effekte der cerebellären tDCS sind in Bezug auf die derzeitige Datenlage als
uneinheitlich zu bewerten. Eine Studie von Cantarero et al. (2015) konnte eine
Verbesserung der Lernleistung in der cerebellär anodal stimulierten Gruppe darlegen.
Cantarero et al. (2015) führten ihre Studie mit 3 Versuchsgruppen, anodal, sham und
kathodal, durch. Ziel der Studie war es, ob und inwieweit tDCS unterschiedlicher Polarität
in Höhe von 2mA für die Dauer von 20 Minuten über der rechten cerebellären Hemisphäre
einen Einfluss auf das Ausführen einer visuomotorischen Aufgabe hatte. Ebenso konnten
Studien zu motorischen Lernaufgaben von Hardwick und Celnik (2014), sowie mit
sprachlichen Aufgaben mit Messung der Antwortlatenz bei tDCS unterschiedlicher
Polarität (anodal, kathodal, sham) von Miall et al. (2016) eine Verbesserung der
Lernleistung in den cerebellär anodal stimulierten Gruppen darlegen. Andere Studien mit
cerebellärer anodaler tDCS beschrieben, wie von Conley et al. (2016) und Jalali et al.
50
(2017) jedoch allenfalls geringe oder fehlende Effekte auf das motorische Lernen (Conley
et.al., 2016; Jalali et al., 2017). Eine mögliche Erklärung für die verschiedenen
Studienergebnisse könnte eine unterschiedliche inter- und intraindividuelle
Ansprechbarkeit auf diese Form der Stimulation sein. In einer Studie von Fricke et al.
(2011) zeigten sich Unterschiede der tDCS Wirksamkeit bei Testung unterschiedlicher
tDCS Stimultionsprotokolle. Die Autoren erklären diesen Effekt mit einer von der
Stimulationszeit abhängigen neuronalen Plastizität, sodass auch die Verwendung eines
passenden Stimulationsprotokolles für die tDCS Wirksamkeit von Bedeutung ist (Fricke et
al., 2011). Arbeiten von Horvath et al. (2016) und Dyke et al. (2016) zeigten sogar
intraindividuelle Unterschiede in der tDCS Wirksamkeit in derselben Probandengruppe bei
mehrfacher Testung. So ergaben 9 Stimulationssitzungen bei Horvath et al. (2016)
intraindividuelle Unterschiede in der tDCS Wirksamkeit. Ebenso zeigten Labruna et al.
(2016) in ihrer Studie mit Hilfe von Messungen der motorisch evozierten Potentiale, dass
die tDCS Wirksamkeit zwischen den Probanden variierte.
Eine weitere mögliche Ursache für variable Ergebnisse könnte die Elektrodenplatzierung
sein. Eine Studie von Rampersad et al. (2014) zeigte, dass der Hauptstromfluss über der
Kleinhirnhemisphäre unter der Anode fließt. Die höchsten Stromflüsse wurden im
inferioren Teil des Kleinhirns unter der Fissura prima gefunden. Das bedeutet, dass bei
einer Elektrodenposition 3cm rechts lateral des Inions verstärkt die inferioren Anteile und
weniger die anterioren und superioren posterioren Anteile des Kleinhirns stimuliert werden
(Rampersad et al., 2014). Die für die Blinkreflexkonditionierung wichtigen Areale Crus I
und Lobulus VI befinden sich im superioren posterioren Teil des Kleinhirns (Gerwig et al.,
2010; Ramnani et al., 2000) und könnten bei dieser Elektrodenposition womöglich nicht
ausreichend stimuliert werden. Eine Arbeit von Parazzini et al. (2014) stellte jedoch fest,
dass Variationen in der Elektrodenplatzierung am Cerebellum nur zu wenig
Veränderungen in der Stromverteilung führten, sodass eine andere Elektrodenplatzierung
wahrscheinlich zu keiner zufriedenstellenden Verbesserung der tDCS Wirksamkeit führen
würde. Vielmehr würden interindividuelle anatomische Unterschiede eine Rolle für die
tDCS Wirksamkeit spielen, da man bei Individuen mit derselben Elekrodenplatzierung
nicht zwangsläufig auch das gewünschte Areal stimulieren würde. Die
Elektrodenplatzierung dürfte in der vorliegenden Arbeit nicht die Erklärung für die fehlende
Reproduzierbarkeit der Effekte der anodalen tDCS darstellen, denn es wurde die
identische Elektrodenplatzierung wie in der Arbeit von Zuchowski et al. (2014) gewählt.
51
Eine weitere mögliche Erklärung für die ähnlichen und nicht signifikant unterschiedlichen
Lernraten zwischen anodaler und sham tDCS könnte darin liegen, dass das Ansprechen
auf die tDCS noch von weiteren individuellen Faktoren abzuhängen scheint. Ein
zwischenzeitlich nachgewiesener Faktor stellt der BDNF-Polymorphismus (brain-derived
neutrotrophic factor) dar. BDNF spielt bei der synaptischen Plastizität eine wichtige Rolle.
Bei Applikation von tDCS findet eine erhöhte Sekretion des BDNF statt und neuronale
Signaltransduktionsrezeptoren werden aktiviert (Fritsch et al., 2010; Antal et al., 2010).
Eine Studie von Cheeran et al. (2008) konnte darlegen, dass die Anwesenheit von BDNF
bei den Probanden wichtig für die Wirksamkeit von tDCS ist. Zudem könnte man die tDCS
Ansprechbarkeit durch eine Anpassung der tDCS Stimulationsprotokolle auf den
einzelnen Probanden erhöhen, ähnlich wie es bei transkranieller magnetischer Stimulation
(TMS) durchgeführt wird. Bei Verwendung von TMS am motorischen Kortex wird je nach
Proband die Stimulationsintensität auf die individuelle TMS Sensitivität bezogen
angewendet. Die Verwendung von tDCS jedoch erfolgt bisher nach dem gleichen
Protokoll für alle Probanden in Studien (Labruna et al., 2016). Eine neurophysiologische
Möglichkeit, die individuelle Ansprechbarkeit auf die tDCS zu prüfen, könnte auch in der
Applikation von TMS und Messung der motorisch evozierten Potentiale bei den
Probanden sein. Labruna et al. (2016) führten Messungen der motorisch evozierten
Potentiale mittels TMS vor und nach anodaler oder kathodaler Stimulation durch. Nach
anodaler Stimulation zeigten sich höhere Amplituden motorisch evozierter Potentiale bei
Probanden, die sensitiver für die TMS waren (Labruna et al., 2016). Ob dies für
cerebelläre Fragestellungen ebenso möglich ist, muss in zukünftigen Studien untersucht
werden.
Eine inhomogene Gruppenverteilung könnte in der vorliegenden Studie auch eine
mögliche Erklärung für die vorliegenden Ergebnisse sein. Eine Testung des BDNF-
Polymorphismus und ggf. die Untersuchung mittels TMS könnten Möglichkeiten
darstellen, um geeignete Probanden und somit aussagekräftigere Studienergebnisse
erzielen zu können.
52
2. Einfluss der tDCS auf das Timing und die Größe von konditionierten
Blinkreflexantworten
In der vorliegenden Studie fand sich eine Modulation des Timings und der Größe der
konditionierten Blinkreflexantworten in Abhängigkeit von der Polarität der Stimulation. Eine
zeitliche Adaptation des Beginns der konditionierten Antworten an den Luftstoß war in
beiden Gruppen vorhanden, d.h. der CR Onset näherte sich im Verlauf der Versuchstage
den US an. Diese Verschiebung war in der anodalen Gruppe etwas deutlicher als in der
sham Gruppe. In der statistischen Auswertung zeigte sich jedoch für die Variable CR
Onset kein signifikanter Stimulationseffekt. Es ergab sich jedoch ein signifikanter
Lernphasen- und ein signifikanter Blockeffekt unabhängig von der Stimulation. Für die
Variable CR Peaktime ergaben sich vergleichbare Befunde wie für die Variable CR Onset.
Vorbefunde zur zeitlichen Adaptation des CR Onset sind uneinheitlich. In der Studie von
Zuchowski et al. (2014) fanden sich im Laufe der Konditionierung eine signifikante
Verschiebung des CR Onset in Richtung des CS in der anodal stimulierten Gruppe im
Vergleich zur sham und kathodal stimulierten Gruppe. Dieser Unterschied ist aber
aufgrund der verminderten Konditionierungsleistung mit nur wenigen auswertbaren
Antworten in der kathodalen Gruppe nicht sicher zu verwerten (Zuchowski et al., 2014).
Beyer et al. (2017) konnten keine wesentliche Verschiebung des CR Onset während der
Blinkreflexkonditionierung im Vergleich zwischen der anodalen, kathodalen und der sham
Gruppe finden. In einer weiteren Arbeit von Tran et al. (2017), die die
Blinkreflexkonditionierung zwischen einer gesunden Kontrollgruppe und Frühgeborenen,
die zum Zeitpunkt der Testung im Mittel 19,4 Jahre alt waren, verglich, zeigte sich in der
Kontrollgruppe eine Adaptation des CR Onset in Richtung des Beginns des US. Diese
Beobachtungen zum Verhalten des CR Onsets von Tran et al. (2017) und der
vorliegenden Studie stimmen mit einigen anderen Studien überein. Frühere Studien von
Boneau (1958) und Prokasy et al. (1963) ergaben ebenfalls bei gesunden Probanden mit
zunehmender Konditionierungsleistung, ohne Stimulation, eine Verschiebung des CR
Onset in Richtung des US. Im Vergleich dazu gibt es einige human- und
tierexperimentelle Studien, in denen das Verhalten des CR Onset bei Vorhandensein
cerebellärer Läsionen untersucht wurde. Perrett et al. (1993) und Gerwig et al. (2005)
beschreiben, dass kortikale Neurone im Lobus anterior des Cerebellums für die zeitliche
Anpassung des CR Onset an den US von Bedeutung zu sein scheinen. Die Arbeit von
53
Gerwig et al. (2005) ergab, dass das CR Onset während der Blinkreflexkonditionierung
bei cerebellären Läsionen in Richtung des CS verschoben war, also das sich das Timing
verschlechterte. Diese Befunde werden durch tierexperimentelle Arbeiten, wie von
Koekkoek et al. (2003) gestützt, die bei Läsionen ein ähnliches Verhalten des CR Onset
zeigen. Koekkoek et al. (2003) führten die Blinkreflexkonditionierung mit transgenen
Mäusen durch, deren LTD der Parallelfasern des Kleinhirns durch eine Inhibierung der
Purkinjezelle beeinträchtigt war. Sie zeigten, dass das Timing der transgenen Mäuse im
Vergleich zur nicht-mutierten Kontrollgruppe beeinträchtigt war, in der sich das CR Onset
bis kurz vor das US verschob (Koekkoek et al., 2003).
Einige tierexperimentelle Studien zeigen, dass eine zeitlich adaptierte konditionierte
Antwort bei der Delay-Blinkreflexkonditionierung von einer Abnahme der
Purkinjezellaktivität während des CS abhängig ist (Hesslow et al., 1994; Jirenhed et al.,
2007; Rasmussen et al., 2008). Befunde von Linden (2003), Medina et al. (2001) und
Buonomano und Mauk (1994) erklären, dass eine zeitlich adaptierte Blinkreflexantwort
zum US von mehreren Synapsen im Kleinhirn abhängig ist. Die Darbietung mehrfach
gepaarter CS und US führt zu einer zeitlichen Adaptation der konditionierten Antwort des
Blinkreflexes bis kurz vor dem Luftstoß. Dieser Vorgang lässt sich durch LTD erklären.
Dabei werden Lernvorgänge auf neuronaler Ebene durch die simultane synaptische
Aktivität an Parallelfasern durch Moos- und Kletterfaserafferenzen ausgebildet. Die
simultane Aktivierung der den US vermittelnden Kletterfasen und der den CS
vermittelnden Moosfasern führt zur LTD der exzitatorisch wirkenden Parallelfaser-
Purkinjezell-Synapsen, die bis kurz vor dem US aktiviert sind. Diese Kletterfaserafferenz
führt zu einer Abnahme der Purkinjezell-Aktivität und einer reduzierten Hemmung des Ncl.
interpositus, sodass eine zeitlich adaptierte Blinkreflexantwort kurz vor dem US erfolgt.
(Buonomano und Mauk 1994; Medina et al., 2001; Linden 2003). Einige Arbeiten von
Gormezano und Moore (1969) und Kehoe und Macrae (2002) zeigten, dass eine
charakteristische Eigenschaft der konditionierten Antworten deren zeitliche Adaptation mit
einer maximalen Amplitude kurz vor dem US ist.
Auch die Größe der gelernten Antworten (CR Area) wurde untersucht. Sie nahm in beiden
Gruppen an Tag 1 zu. Eine weitere Größenzunahme zeigte sich an den Folgetagen mit
einem signifikantem Block- und Lernphasen Effekt. Diese Größenzunahme war signifikant
geringer in der anodalen Gruppe verglichen zur sham Gruppe. Es ergab sich zudem auch
54
ein Lernphasen- und ein Blockeffekt unabhängig von der Stimulation. Unterschiede
könnten sich dadurch ergeben, dass anodale Stimulation einen detrimentären Effekt auf
die CR Inzidenz, somit zu einer signifikanten Verringerung im Vergleich zu sham während
der Extinktion führte, der im nachfolgenden Abschnitt diskutiert wird.
Tran et al. (2017) führten ebenfalls eine Untersuchung der Variable CR Area durch. Es
zeigte sich mit zunehmender Konditionierung eine Zunahme der CR Area in der
Kontrollgruppe im Vergleich zur Gruppe der Frühgeborenen. Die Größenzunahme in der
vorliegenden Arbeit bei gesunden Probanden, sowie in der Kontrollgruppe bei Tran et al.
(2017) stimmen mit Studien von Boneau (1958), Prokasy et al. (1963) und Freeman
(2014) überein, die bei intaktem Cerebellum mit zunehmender Konditionierungsleistung
eine Zunahme der Größe der konditionierten Antworten darlegen konnten. Auch Perrett et
al. (1993) zeigten tierexperimentell nach cerebellären Läsionen, dass die Amplituden der
konditionierten Antworten vom Cerebellum abhängig sind. Dies erklärt die verminderte
Größe bei Frühgeborenen im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe bei Tran et al.
(2017).
3. Einfluss der tDCS auf Extinktion der akquirierten Blinkreflexantworten
Während der letzten drei Blöcke an Tag 29 wurde lediglich der CS dargeboten. Bei
mehrfacher Präsentation von ungepaarten CS kommt es zur Extinktion, zum „Verlernen“
der zuvor akquirierten CR (Gerwig et al., 2007; Jirenhed und Hesslow 2016). Hier war
insbesondere die Frage von Interesse, ob die tDCS Auswirkungen auf die Extinktion hat.
Im vorliegenden Probandenkollektiv fiel die Anzahl der konditionierten Antworten während
der Extinktion signifikant ab. Dies wurde in einem signifikanten Block Effekt und
Lernphasen Effekt (d.h. Akquisition an Tag 1 vs. Konsolidierung an den Tagen 2, 8, 29 vs.
Extinktion an Tag 29) deutlich. In der Extinktion-Phase zeigte sich im Vergleich zu den
anderen Tagen ein Stimulationseffekt mit schnellerer Abnahme der CRs in der anodal
stimulierten Gruppe verglichen zur sham Gruppe. In der Studie von Zuchowski et al.
(2014) ergab sich zu Beginn in der anodal stimulierten Gruppe eine etwas schnellere
Abnahme der CR während der Extinktion im Vergleich zu den anderen Gruppen, jedoch
ohne signifikanten Unterschied. Beyer et al. (2017) konnten keinen signifikanten Effekt der
CR Abnahme während der Extinktionsphase im Vergleich der Stimulationsmodi darlegen.
Tran et al. (2017) fanden in der Versuchsgruppe, sowie der Kontrollgruppe eine
55
erniedrigte CR Inzidenz während der Extinktion, jedoch keinen signifikanten Unterschied
zwischen beiden Gruppen.
Es gibt einige Studien, deren Befunde dafür sprechen, dass die Extinktion von
konditionierten Blinkreflexantworten kein passiver, sondern ein aktiver Lernprozess ist, der
vom Kleinhirn, von neuronaler Plastizität und möglicherweise auch vom Hippocampus
abhängig ist (Medina et al., 2002; Robleto et al., 2004). Man nimmt an, dass die Extinktion
der akquirierten Antworten eine Kombination aus „Verlernen“ und einer neu erlernten
Inhibition ist (Medina et al., 2002; Robleto et al., 2004; Hu et al., 2015). Der Prozess des
Verlernens findet wahrscheinlich primär im cerebellären Kortex statt, während die
präfrontalen Areale und der Hippocampus für die gelernte Inhibition verantwortlich zu sein
scheinen. Es wird zudem angenommen, dass die während der Extinktion neu gelernte
Inhibition über die Amygdala zum Kleinhirn geleitet wird (Hu et al., 2015). Für die
Akquisition der Konditionierung wird der konditionierte Stimulus (CS) über das Mossfaser-
und Parallelfasersysteme zum Kleinhirn transportiert. Der unkonditionierte Stimulus (US)
wird über die Kletterfasern aus der unteren Olive zum Kleinhirn geleitet. Zudem wird
angenommen, dass es zu einer verminderten Inhibition der Kleinhirnkerne durch die
Purkinjezellen bei mehrfacher Präsentation des CS und zum Erlernen der konditionierten
Antwort (CR) kommt (De Zeeuw und Ten Brinke 2015; Ten Brinke et al., 2015). Hesslow
und Ivarsson (1994) zeigten, dass die inhibierende Wirkung der Kleinhirnkerne auf die
untere Olive sowohl für die Akquisition, als auch für die Extinktion wichtig ist. Während der
alleinigen Präsentation von CS Trials in der Extinktion kommt es durch das Fehlen der US
zu einer verminderten Erregung der unteren Olive. Zudem wird die untere Olive durch die
Kleinhirnkerne inhibiert. Dadurch kommt es zu einer verringerten Aktivität der
Kletterfasern, die zur Extinktion der CR führt (Medina et al., 2002; Ten Brinke et al., 2015).
In einer tierexperimentellen Studie stellten Medina et al. (2002) dar, dass die Kletterfasern
und damit auch die untere Olive von großer Bedeutung für die Extinktion sind. Dazu
wurde bei Kaninchen der Blinkreflex konditioniert und die Extinktion nach Gabe
unterschiedlicher Infusionen in neuronale Strukturen beobachtet. Die Gruppe, die
Infusionen mit reversiblen an Synapsen wirkenden GABA Antagonisten Picrotoxin in die
kontralaterale inferiore Olive erhalten hatte und somit die inhibitorische Afferenz zu den
Kletterfasern gehemmt wurde, zeigte keine Extinktion. Im Gegensatz dazu ergab sich bei
Kaninchen, die keine Infusion oder eine Infusion mit künstlicher cerebrospinaler
Flüssigkeit erhalten habe, eine erhaltene Extinktion. Infusionen, die die exzitatorische
56
Afferenz zu den Kletterfasern inhibierten, führten zu einer Induktion der Extinktion (Medina
et al., 2002). Medina et al. (2002) schließen aus ihren Beobachtungen, dass eine
transiente Inhibierung der Kletterfasern die Extinktion induziert. Des Weiteren nehmen
Medina et al. (2001) an, dass auch die Longterm-Potentiation (LTP) und Longterm-
Depression (LTD) eine Rolle bei der Extinktion spielen. Eine Verringerung der
Kletterfaseraktivität würde zu einer Induktion von LTP führen (Medina et al., 2001).
In der vorliegenden Studie zeigte sich, dass bei anodaler cerebellärer tDCS die Extinktion
der konditionierten Antworten signifikant beschleunigt war. Die Befunde legen nahe, dass
durch eine anodale Stimulation die CR schneller gelernt werden können, aber auch eine
schnellere Extinktion erfolgt. Eine mögliche Ursache des schnelleren Verlernens wäre ein
detrimentärer Effekt der anodalen tDCS auf hinsichtlich der Güte der gelernten Antworten.
Galea et al. (2009) konnten die Modulation der Exzitabilität des Kleinhirns bei Anwendung
von tDCS in unterschiedlicher Polarität darlegen. Zudem wird vermutet, dass die
Nacheffekte der tDCS zum Teil auch auf der Induktion von LTP und LTD beruhen (Nitsche
und Paulus 2000). In der vorliegenden Studie könnte die Applikation von anodaler tDCS
zu einer verminderten Konsolidierung oder zu einer Beschleunigung des Prozesses des
Verlernens der konditionierten Antworten geführt haben. Es wird angenommen, dass
anodale tDCS zu einer Modulation des Aktivitätsniveaus der Kletterfasern führen könnte
und somit zu einer beschleunigten Extinktion geführt haben könnte.
4. Neurophysiologischer Hintergrund modulierter Kleinhirnfunktionen
Die Effekte der tDCS auf Strukturen des cerebellären Kortex sind noch nicht im Detail
geklärt. Physiologisch haben die Purkinjezellen eine inhibitorische Wirkung auf die
Kleinhirnkerne. Diese haben eine aktivierende Wirkung auf die kontralateralen Kerne des
Thalamus, die wiederum hemmend auf den primär-motorischen Kortex wirken. Es wird
angenommen, dass durch anodale tDCS die Erregbarkeit der Purkinjezellen erhöht wird
und sie somit die Kleinhirnkerne stärker hemmen können. Dadurch kommt es zu einer
geringeren Aktivierung der Thalamuskerne, die dadurch den primär-motorischen Kortex
weniger stark hemmen können und somit die kortikale Aktivierung zunimmt (Galea et al.,
2009; Grimaldi et al., 2016). Die Applikation der kathodalen Stimulation soll die Aktivität
der Purkinjezellen verringern. Dadurch werden die Kleinhirnkerne weniger inhibiert und
können stärker die Thalamuskerne aktivieren, die hemmend auf den primär-motorischen
Kortex wirken, was zur Verminderung der kortikalen Aktivierung führt (Galea et al., 2009;
57
Grimaldi et al., 2016). Es liegt daher nahe, dass die anodale tDCS zu einer Zunahme des
inhibitorischen Tonus der Purkinjezellen führt und deren Inhibition auf den primär-
motorischen Kortex herabsetzt, während kathodale Stimulation die Inhibition erhöht
(Galea et al., 2009). Basierend auf diesen Befunden ist davon auszugehen, dass die
tDCS die Erregbarkeit der cerebellären Purkinjezellen in polaritätsspezifischer Weise
moduliert. In weiteren Arbeiten legten die Autoren eine raschere adaptive Lernleistung
nach anodaler tDCS über dem Kleinhirn dar (Galea et al., 2011; Jayaram et al., 2011).
Die Applikation von tDCS führt zudem auch zu einer Modulation der gelernten
Blinkreflexantworten durch Änderung der Exzitabilität des Kleinhirns (Galea et al., 2009).
Von besonderer Bedeutung für das Erlernen des Blinkreflexes sind die Strukturen Crus I
und Lobulus VI im oberen Anteil der Kleinhirnhemisphäre (Ramnani et al., 2000; Gerwig et
al., 2010). Galea et al. (2009) konnten mit Hilfe der Messung inhibitorischer Effekte am
primär-motorischen Kortex durch das Kleinhirn (CBI, „cerebellar brain inhibition“) die
Modulation der Exzitabilität des Kleinhirns bei Anwendung von tDCS in unterschiedlicher
Polarität darlegen. Dafür wurden die Amplituden der motorisch-evozierten Potentiale
(MEP) über dem primär motorischen Kortex vor und nach der Stimulation gemessen
(Galea et al., 2009). Anodale Stimulation des Kleinhirns führte zu einer Zunahme und
kathodale Stimulation des Kleinhirns zu einer Abnahme der CBI. Die CBI gilt als
Effektgröße der Modulation der Exzitabilität des primär-motorischen Kortex durch das
Kleinhirn und wird deshalb in mehreren Studien häufig zur indirekten Messung auch der
Kleinhirnaktivität herangezogen (Galea et al., 2009).
Nitsche und Paulus (2000) konnten zeigen, dass die Applikation der tDCS am
motorischen Kortex zu einer Verschiebung des Ruhemembranpotentials im stimulierten
Areal führt ohne jedoch ein Aktionspotential auszulösen. Durch diese Verschiebung kann
die Erregbarkeit und indirekt die Aktivität kortikaler Neurone verändert werden. Bei länger
anhaltender Stimulation halten diese Effekte über den Zeitraum der Stimulation hinaus an
(Nitsche und Paulus 2000). Humanphysiologische Studien mit tDCS wurden vor allem am
primären Motorkortex durchgeführt, da sich die Wirkungen der tDCS mit Aufzeichnung der
motorisch evozierten Potentiale (MEP) vor und nach der tDCS nachweisen lassen
(Nitsche und Paulus 2000). Die Autoren konnten somit darlegen, dass anodale tDCS die
Amplitude der MEP erhöhte, während kathodale die Amplitude der MEP erniedrigte. Es
wird auch angenommen, dass anhaltende Effekte der tDCS von intakten NMDA
58
Rezeptoren abhängig sind, denn eine medikamentös induzierte Blockade der NMDA
Rezeptoren führt zu einer blockierten Verschiebung des Erregbarkeitsniveaus (Nitsche
und Paulus 2000). Einige Studien zeigten, dass diese Modulation auch abhängig von der
Stimulationsintensität ist, die sich aus der Stromstärke pro Flächeneinheit ergibt. Eine
Zunahme der Dauer der veränderten Exzitabilität resultierte aus einer länger andauernden
Stimulation (Nitsche und Paulus 2000; Nitsche und Paulus 2011). Diese Nacheffekte der
tDCS konnten insbesondere mit tierexperimentellen Studien untersucht werden. Dabei
ergab sich, dass synaptische Plastizität wie LTP und LTD auch von intakten NMDA
Rezeptoren abhängig sind. Deshalb wird angenommen, dass die Nacheffekte der tDCS
zum Teil auch auf der Induktion von LTP und LTD beruhen (Nitsche und Paulus 2000). Die
Anwendung der tDCS sollte durch die Modulation der NMDA Rezeptoren und der
Erregbarkeit bei anodaler Polarität das motorische Lernen fördern und bei kathodaler
Polarität reduzieren. Hinweise für diese Annahme konnten Nitsche et al. (2003a) mittels
einer Reaktionszeitaufgabe bei gesunden Probanden fnden. Diese mussten auf einen
räumlichen visuellen Stimulus mit einer kompatiblen Fingerbewegung antworten. Die
Probanden, die die anodale Stimulation erhielten, zeigten eine bessere Lernleistung
(Nitsche et al., 2003a). Des Weiteren sollen auch Mechanismen nicht-synaptischer
Plastizität für eine nachhaltige Wirkung der tDCS mitverantwortlich sein (Ardolino et al.,
2005).
Auf zellulärer und molekularer Ebene haben einige Studien versucht, mit Hilfe von
Pharmaka und Messung der intrazellulären Ionenkonzentration Erkenntnisse über die
Wirkungsweise von tDCS zu erbringen. Die Annahme, dass die anodale Stimulation einen
depolarisierenden Effekt und die kathodale einen hyperpolarisierenden Effekt auf die
Neurone hat, konnte in einer frühen tierexperimentellen Studie dargelegt werden (Purpura
und McMurtry 1965). In einer anderen tierexperimentellen Studie zeigte sich bei
Applikation von anodaler tDCS, dass es zu einer Zunahme der Calciumkonzentration in
kortikalen Neuronen der Ratten kam (Islam et al., 1995). Nitsche et al. (2003b) führten
daraufhin eine Studie zur Blockade der Calciumkanäle durch. Die neuronalen
Calciumkanäle wurden mit Flunarizin blockiert und es zeigte sich, dass die anodale
Stimulation weniger effektiv war (Nitsche et al., 2003b). Sie untersuchten in der gleichen
Studie die Rolle der Natriumkanäle bei der Wirksamkeit der tDCS, indem sie die
Natriumkanäle mit Carbamazepin blockierten. Daraufhin zeigten sich keinerlei Effekte der
tDCS auf die Exzitabilität (Nitsche et al., 2003b). Diese Ergebnisse deuten auf die
59
Bedeutung intakter Calcium- und Natriumkanäle, sowie intakter NMDA Rezeptoren, wie
weiter oben angeführt, für die Wirksamkeit anodaler tDCS hin.
II. Ausblick
1. Limitierende Faktoren für konstante Reproduzierbarkeit von tDCS Effekten am
Kleinhirn
Es gibt mehrere Gründe, die eine mangelnde Reproduzierbarkeit der tDCS Effekte bei der
Blinkreflexkonditionierung erklären können. Ein limitierender Faktor für eine konstante
Reproduzierbarkeit stellt das offensichtlich stark variierende interindividuelle motorische
Lernverhalten dar, insbesondere für die Akquisition bei der Konditionierung des
Blinkreflexes (Stark-Inbar et al., 2017; Jalali et al., 2017). So fanden sich in der
vorliegenden Studie in den jeweiligen, gleichen Stimulationsgruppen Probanden mit sehr
guten und schlechten Konditionierungsleistungen, unabhängig von der applizierten
Stimulationsart. Auch die Empfindlichkeit des Ansprechens auf die tDCS variiert
interindividuell, was zu inkonstanten Ergebnissen führt (Wiethoff et al., 2014; Jalali et al.,
2017). Zudem bestehen auch interindividuelle anatomische Unterschiede, die eine
korrekte und suffiziente Platzierung der Elektroden erschweren (Parazzini et al., 2014).
2. Verbesserung der Reproduzierbarkeit und der Wirkungsweise der tDCS
Eine Möglichkeit, die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu verbessern und auch
signifikante Ergebnisse zu erhalten, wären die Applikation der tDCS an die anatomischen
Varianten anzupassen.
Parazzini et al. (2014) führten dazu eine Studie durch, in der sie mit drei unterschiedlichen
Probandenmodellen, Mann „Duke“, Frau „Ella“ und Kind „Billie“ die Ausbreitung des
elektrischen Feldes und der Stromdichte bei Applikation von tDCS über dem Cerebellum
untersuchten. Sie konnten zeigen, dass die maximale Stromdichte über dem posterioren
Cerebellum lag und nur ein geringer Teil andere anatomische Strukturen erreichte. Die
Ausbreitung der Stromdichte über dem occipitalen Kortex betrug bei „Duke“ 4%, bei „Ella“
und Billie“ weniger als 1%, sodass die Hauptstromdichte über dem Cerebellum lag. Bei
„Billie“ kam es zusätzlich zu einer Ausbreitung der Stromdichte vor allem über dem
anterioren Teil des Cerebellums, worauf man bei Kindern und jugendlichen Probanden
60
achten sollte. Untersuchungen des elektrischen Feldes ergaben bei allen drei Modellen
ein Maximum über dem Cerebellum. Es konnte gezeigt werden, dass die Effekte der
tDCS mehr von der anatomischen individuellen Variabilität als von geringen Änderungen
der Elektrodenplatzierung abhängen (Parazzini et al., 2014).
Des Weiteren könnte die Intensität der Stimulation erhöht werden, um die Effekte der
tDCS zu verbessern (Jalali et al., 2017). Zwar ergab sich aus bisherigen Daten, dass 1-2
mA für eine Wirksamkeit ausreichend sind (Woods et al., 2016), aber mehrere Arbeiten
konnten darlegen, dass auch Stromstärken bis zu 5mA am Cerebellum verwendet werden
können (Furubayashi et al., 2008; Bonaiuto und Bestmann 2015; Hämmerer et al., 2016).
In verschiedenen Arbeiten konnte mit höheren Stromstärken auch ein höheres
Erregbarkeitsniveau erzielt werden (Loo et al., 2012; Shiozawa et al., 2014). Andere
Autoren wie Ho et al. (2016) konnten mit höheren Stromstärken keine deutlicheren
Ergebnisse erzielen. Zudem wird diskutiert, dass nicht nur eine höhere Intensität, sondern
auch eine höhere Stromdichte von Bedeutung sein kann. Auch diesbezüglich sind die
Befunde heterogen. Bastani et al. (2013) fanden mit einer geringeren Stromdichte eine
höhere korticospinale Erregbarkeit als mit höheren Stromdichten. Des Weiteren wird die
Größe der Elektroden als möglicher Einflussfaktor auf die Wirksamkeit der tDCS
diskutiert. Einige Studien erzielten mit kleineren Elektroden gleiche oder eine höhere
Exzitabilität des Kortex als mit größeren Elektroden (Nitsche et al., 2007; Bastani et al.,
2013). Bastani (2013) erklären, dass möglicherweise größere Elektroden zusätzliche
Areale stimulieren würden, die den mototrischen Kortex inhibieren. Ho et al. (2016)
erreichten jedoch mit größeren Elektroden eine höhere korticale Exzitabilität im Vergleich
zu kleineren Elektroden. Sie erklären die Befunde durch womöglich eine bessere
Erreichbarkeit der zu stimulierenden Areale durch die größere Elektrode. Zu groß
gewählte Elektroden jedoch könnten durch eine diffuse Stromausbreitung eingeschränkte
Stimulationseffekte zur Folge haben. Des Weiteren spielt auch die Richtung des elektrisch
erzeugten Feldes in Bezug auf die Ausrichtung der neuronalen Strukturen und Axone für
die Wirksamkeit der tDCS eine wichtige Rolle (Ho et al., 2016). Einige Befunde legen
nahe, dass nicht allein die Größe der Elektroden und Erreichbarkeit zu stimulierender
Areale bedeutend ist, sondern auch deren Platzierung. Beyer et al. (2017) untersuchten
die Unterschiede in der Platzierung der Referenzelektrode. Bei Platzierung der
Referenzelektrode am M. buccinator fanden sich bei anodaler und kathodaler Stimulation
höhere CR Inzidenzen im Vergleich zu sham, bei Platzierung der Referenzelektrode über
61
dem M. deltoideus zeigten sich keine Unterschiede in der CR Inzidenz zwischen den drei
Gruppen. Eine Erklärung hiefür könnte sein, dass man die Stimulationsintensität bei
Platzierung der Referenzelektrode extracephal anpassen muss, um die gleiche
Wirksamkeit wie bei einer cephalen Elektrode erzielen zu können, wie es von Moliadze et
al. (2010) berichtet wird. In der Zusammenschau dieser Vorbefunde sollten alle Parameter
wie Elektrodengröße, Ausrichtung und Platzierung der Elektroden, Stromintensität und
Stromdichte in zukünftigen Studien weiter untersucht und optimiert werden, um ein
wirksames Anwendungsprotokoll für die tDCS insbesondere am Kleinhirn zu erstellen, um
eine reproduzierbare Wirksamkeit der tDCS zu erzielen.
62
E. Zusammenfassung
Die Blinkreflex-Konditionierung ist eine experimentell verwendete Form des assoziativen
motorischen Lernens, die wesentlich von der Integrität des Kleinhirns abhängt. In einer
Vorläuferstudie konnte gezeigt werden, dass anodale cerebelläre Gleichstromstimulation
(tDCS) den Erwerb, also das Erlernen von konditionierten Blinkreflex-Antworten (CRs)
beschleunigt. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Vorbefunde zu replizieren und
Langzeiteffekte von anodaler cerebellärer tDCS auf diesen Lernvorgang zu untersuchen.
Die Blinkreflex-Konditionierung wurde mit einem Standard-Delay-Paradigma in einem
randomisierten, sham-kontrollierten und doppelblinden Design an vier Tagen (Tage 1, 2, 8
und 29) bei insgesamt 40 jungen und gesunden Probanden durchgeführt. Am Ende von
Tag 29 schloss sich eine Extinktionsphase an. Eine Gruppe von 20 Probanden erhielt am
ersten Tag eine anodale Stimulation des Kleinhirns, die andere Hälfte der Probanden eine
sham Stimulation. Beide Gruppen zeigten einen signifikanten Lerneffekt an Tag 1, mit
weiterer Zunahme der Anzahl der CRs an Tag 2. Insgesamt ergab sich jedoch über alle 4
Tage hinweg während der Akquisition und Konsolidierung kein signifikanter
Stimulationseffekt bezüglich der Konditionierungsleistung in Form der CR Inzidenzen. Die
Anzahl der konditionierten Antworten fiel während der Extinktion signifikant ab, es zeigte
sich ein Stimulationseffekt mit schnellerer Abnahme der CRs in der anodalen Gruppe
verglichen zur sham Gruppe, was für ein rascheres Verlernen der zuvor akquirierten
Antworten nach anodaler tDCS spricht. Die Größe der gelernten Antworten (CR-Area)
nahm in beiden Gruppen an Tag 1 zu, eine weitere Größenzunahme ergab sich an den
Folgetagen. Diese Größenzunahme war jedoch in der anodalen Gruppe verglichen zur
sham Gruppe signifikant geringer. Somit führte anodale cerebelläre tDCS in der
vorliegenden Studie, anders als im Vorbefund, zwar nicht zu einer beschleunigten
Akquisition gelernter Antworten im Vergleich zu sham, jedoch war die Extinktion der CRs
signifikant beschleunigt. Als eine mögliche Ursache des schnelleren Verlernens ist ein
detrimentärer Effekt der anodalen tDCS auf die Güte der gelernten Antworten zu
diskutieren, der sich in einer verringerten Fläche der CR Area ausdrückt. Die vorliegende
Studie bestätigt, dass cerebelläre tDCS kleinhirnabhängiges, assoziativ-motorisches
Lernen beeinflussen kann. Zukünftige Studien sind notwendig, um zu klären, unter
welchen Voraussetzungen sich welche Lernparameter mittels tDCS beeinflussen lassen.
63
Literaturverzeichnis
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72
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Schaubild zum Ablauf der klassischen Blinkreflexkonditionierung. Abbildung
entnommen und übersetzt aus Linden (2003)...................................................................15
Abbildung 2 a: Schaubild zum Versuchsprotokoll an Tag 1...............................................27
Abbildung 2 b: Schaubild zum Versuchsprotokoll an Tag 2 und Tag 8...............................27
Abbildung 2 c: Schaubild zum Versuchsprotokoll an Tag 29..............................................28
Abbildung 3: Darstellung des Versuchsaufbaus an der Autorin.........................................29
Abbildung 4: Darstellung eines NeuroConn DC Stimulators..............................................30
Abbildung 5: Diagramm mit Darstellung der mittleren Rate der CR Inzidenzen über alle
Versuchstage in beiden Gruppen.....................................................................................35
Abbildung 6: Diagramm mit Darstellung des Verlaufs des CR Onset über alle
Versuchstage in beiden Gruppen.......................................................................................38
Abbildung 7: Diagramm mit Darstellung des Verlaufs des CR Peaktime über alle
Versuchstage in beiden Gruppen.......................................................................................40
Abbildung 8: Diagramm mit Darstellung des Verlaufs der CR Area über alle Versuchstage
in beiden Gruppen..............................................................................................................42
Abbildung 9: Diagramm mit Darstellung des Verlaufs der CR Area im Intervall 50 ms über
alle Versuchstage in beiden Gruppen................................................................................44
Abbildung 10: Diagramm mit Darstellung des Verlaufs der Spontanblinkrate für alle
Versuchstage für beide Versuchsgruppen.........................................................................45
Abbildung 11: Diagramm mit Darstellung des Verlaufs der alpha-Blinkrate über alle
Versuchstage ....................................................................................................................46
Abbildung 12a: Diagramm mit Darstellung des Verlaufs der UR Onset für die ersten 20
ungepaarten Trials in beiden Gruppen...............................................................................47
Abbildung 12b: Diagramm mit Darstellung des Verlaufs der UR Peaktime für die ersten 20
ungepaarten Trials in beiden Gruppen...............................................................................47
Abbildung 12c: Diagramm mit Darstellung des Verlaufs der UR Duration für die ersten 20
ungepaarten Trials in beiden Gruppen...............................................................................48
73
Tabellenverzeichnis:
Tabelle 1: Darstellung der Afferenzen und Efferenzen der Pedunculi cerebellaris inferior,
medius und superior des Cerebellums.................................................................................8
Tabelle 2: Darstellung der Ein- und Ausschlusskriterien der vorliegenden
Studie.................................................................................................................................24
Tabelle 3: Darstellung der Mittelwerte und Standardabweichungen der CR Onset
gegenüber beiden Stimulationsgruppen............................................................................36
Tabelle 4: Darstellung der Mittelwerte und Standardabweichungen der CR Peaktime
gegenüber beiden Stimulationsgruppen............................................................................39
Tabelle 5: Darstellung der Mittelwerte und Standardabweichungen der CR Area
gegenüber beiden Stimulationsgruppen............................................................................41
Tabelle 6: Darstellung der Mittelwerte und Standardabweichungen der CR Area bei
Intervall 50 ms gegenüber beiden Stimulationsgruppen....................................................43
Tabelle 7: Darstellung der Mittelwerte und Standardabweichungen der Spontanblinkrate
gegenüber beiden Stimulationsgruppen............................................................................45
74
Anhang
Abkürzungsverzeichnis
BDNF Brain-derived neurotrophic factor
CBI Cerebellar brain inhibition
cm Zentimeter
cm² Quadratzentimeter
CR Konditionierte Reaktion
CS Konditionierter Stimulus
dB Dezibel
EMG Elektromyographie
GABA Gamma-Aminobuttersäure
Hz Hertz
ICARS International Cooperative Ataxia Rating Scale
Int50 CR Area bei Intervall 50 ms
kHz Kilohertz
kPa Kilopascal
LTD Longterm-Depression
LTP Longterm-Potentiation
M. Musculus
m Meter
mm Milimeter
ms Milisekunde
min Minute
mA Miliampere
MEP Motorisch-evozierte Potentiale
MRT Magnetresonanz Tomographie
N. Nervus
Ncl. Nucleus
Ncll. Nuclei
NaCl Natriumchlorid
NMDA N-Methyl-D-Aspartat
NSE Neuronenspezifische Enolase
PET Positronen-Emissions-Tomographie
75
rTMS reverse transkranielle Magnetstimulation
tDCS transkranielle Gleichstromstimulation
TMS Transkranielle Magnetstimulation
s Sekunde
SARA Scale for the Assessment and Rating of Ataxia
UR Unkonditionierte Reaktion
US Unkonditionierter Stimulus
Fragebogen zu tDCS am Ende des 1. Versuchstages
0123456789
10
Stimulationanodal
Stimulation sham
Anzahl der Probanden
Glauben Sie eine echte Stimulation gehabt zu haben?
ja
nein
weiß nicht
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Den Probanden war es nicht sicher möglich zuerkennen welche Art von Stimulation sie hatten (p=0,57).
76
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Stimulation anodal Stimulation sham
Anzahl der Probanden
Haben Sie die Stimulation während des Versuches als unangenehm empfunden?
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Für viele Probanden war die Stimulation nichtunangenehm (p=0,42).
0
2
4
6
8
10
12
Stimulation anodal Stimulation sham
Anzahl der Probanden
Haben Sie während der Stimulation Missempfindungen gespürt?
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Ungefähr die Hälfte der Probanden hatteMissempfindungen während der Stimulation (p=0,66).
77
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse die möglichenMissempfindungen dargestellt.
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Sehr wenige Probanden hatten nach der StimulationMissempfindungen (p <0,001).
78
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse die möglichenMissempfindungen dargestellt.
0
5
10
15
20
25
30
Ausreichend geschlafen?
Anzahl der Probanden
Haben Sie letzte Nacht ausreichend geschlafen?
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden dargestellt, auf der x-Achsewird nach dem Schlaf gefragt. Die meisten Probanden haben in der Nacht vor demVersuch gut geschlafen (p=0,216).
79
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Hat dies die Konditionierung beeinflusst?
Anzahl der Probanden
Hat der Schlaf die Konditionierung beeinflusst?
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden dargestellt, auf der x-Achsewird nach dem Schlaf gefragt. Viele Probanden denken, dass die Schlafmenge dieKonditionierung nicht beeinflusst hat (p=0,351).
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Alkoholkonsum
Anzahl der Probanden
Haben Sie am Abend zuvor Alkohol getrunken?
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden dargestellt, auf der x-Achsewird nach Alkoholkonsum gefragt. Einige Probanden haben am Abend zuvorAlkohol getrunken (p=0,002).
80
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Anderer Konsum?
Anzahl der Probanden
Haben Sie andere stimulierende Substanzen konsumiert?
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden dargestellt, auf der x-Achsewird nach anderem Konsum gefragt. Niemand hatte andere stimulierendeSubstanzen am Vortag konsumiert (p<0,001).
Awareness Fragebogen am Ende des letzten Versuchtages
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Nahezu alle Probanden haben erkannt, dass ein Tonregelmäßig gespielt wurde (p=0,02).
81
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Nahezu alle Probanden, in der anodalen Gruppejedoch einige mehr, haben erkannt, dass ein Luftstoß regelmäßig an das Augeplaziert wurde (p=0,03).
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Stimulation anodal Stimulation sham
Anzahl der Probanden
Wurde der Ton immer auf derselben Seite wie der Luftstoß eingespielt?
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Den Probanden, v.a. in der anodalen Gruppe, fiel esschwer zu erkennen, ob der Luftstoß immer auf der gleichen Seite präsentiertwurde (p=0,16).
82
0
5
10
15
20
25
Stimulation anodal Stimulation sham
Anzahl der Probanden
Wurde der Ton im Seitenwechsel eingespielt?
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Fast alle Probanden in der anodalen Gruppe undalle Probanden der sham Gruppe haben erkannt, dass der Ton nicht imSeitenwechsel präsentiert wurde (p=0,002).
0
2
4
6
8
10
12
14
1618
20
Stimulation anodal Stimulation sham
Anzahl der Probanden
Der Ton hatte keine spezielle Reaktion zur Folge
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Einige Probanden haben gesagt, dass der Ton keinespezielle Reaktion hat (p=0,23).
83
0
5
10
15
20
25
Stimulation anodal Stimulation sham
Anazhl der Probanden
Die Reaktion auf den Luftstoß ist ein Augenschluss
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Alle Probanden haben erkannt, dass als Reaktionauf den Luftstoß der Augenschluss folgt (p<0,001).
0
2
4
6
8
10
12
14
Stimulation anodal Stimulation sham
Anazhl der Probanden
Die Reaktion auf den Ton ist ein gelegentlicher Augenschluss
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Es fiel den Probanden schwer zu sagen, ob alsReaktion ein gelegentlicher Augenschluss erfolgte (p=0,55).
84
02468
101214161820
Stimulation anodal Stimulation sham
Anazhl der Probanden
Zwischen Ton und Luftstoß bestand eine bestimmte Reihenfolge
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Fast alle Probanden haben richtig erkannt, dass eseine bestimmte Reihenfolge gab (p=0,002).
0
5
10
15
20
25
Stimulation anodal Stimulation sham
Anazhl der Probanden
Der Luftstoß kam direkt vor dem Ton
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Fast alle Probanden haben erkannt, dass derLuftstoß nicht vor dem Ton kam (p=0,041).
85
0
5
10
15
20
25
Stimulation anodal Stimulation sham
Anzahl der Probanden
Der Luftstoß kam direkt nach dem Ton
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Fast alle Probanden haben erkannt, dass derLuftstoß nach dem Ton kam (p=0,041).
0
2
4
6
8
10
12
14
1618
20
Stimulation anodal Stimulation sham
Anazhl der Probanden
Der Ton kam direkt vor dem Luftstoß
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Fast alle Probanden haben erkannt, dass der Tonvor dem Luftstoß kam (p=0,002).
86
0
5
10
15
20
25
Stimulation anodal Stimulation sham
Anzahl der Probanden
Der Ton kam direkt nach dem Luftstoß
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Fast alle Probanden haben erkannt, dass der Tonnicht nach dem Luftstoß kam (p=0,041).
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Stimulation anodal Stimulation sham
Anzahl der Probanden
Ton und Luftstoß lagen zeitlich immer dicht beieinander
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Viele Probanden waren sich nicht sicher, ob diebeiden Reize immer dicht beieinander appliziert wurden (p=0,46).
87
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Stimulation anodal Stimulation sham
Anzahl der Probanden
Ton und Luftstoß lagen zeitlich gelegentlich dicht beieinander
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Viele Probanden waren sich nicht sicher, ob diebeiden Reize nur gelegentlich dicht beieinander gezeigt wurden (p=0,06).
0
2
4
6
8
10
12
14
1618
20
Stimulation anodal Stimulation sham
Anazhl der Probanden
Der Ton sagte voraus wann der Luftstoß kam
ja
nein
Auf der y-Achse werden die Anzahl der Probanden, auf der x-Achse dieStimulationsarten dargestellt. Fast alle Probanden haben gesagt, dass der Tonvoraussagte wann der Luftstoß kam (p=0,24).
88
Danksagung
Ich möchte mich besonders bei meinem Doktorvater Herrn Prof. Dr. med. Marcus Gerwig,
sowie Frau Prof. Dr. med. Dagmar Timmann-Braun für die intensive und stets freundlche
Beratung und Unterstützung während der Erstellung dieser Arbeit bedanken.
Des Weiteren möchte ich mich bei den Mitarbeitern des Motoriklabors am
Universitätsklinikum in Essen, insbesondere bei Frau Beate Brol, für die stets freundliche
Zusammenarbeit bedanken.
Weiterhin möchte ich mich bei meiner Familie für ihre Geduld und ihre Unterstützung
bedanken.
89
Lebenslauf
Der Lebenslauf ist in der Online-Version aus Gründen des Datenschutzes nichtenthalten.
90