Veranstaltungsprogramm

Eine Übersicht aller Sessions/Sitzungen dieser Tagung.
Bitte wählen Sie einen Ort oder ein Datum aus, um nur die betreffenden Sitzungen anzuzeigen. Wählen Sie eine Sitzung aus, um zur Detailanzeige zu gelangen.

 
Sitzungsübersicht
Session
AK 20: Transkranielle, elektrische Gehirnstimulation im Sport- und Bewegungskontext
Zeit:
Samstag, 27.05.2017:
9:00 - 10:20

Chair der Sitzung: Michael Doppelmayr, Universität Mainz
Chair der Sitzung: Nils Henrik Pixa, Institut für Sportwissenschaft JGU Mainz
Ort: Seminarraum B104
36 Plätze, Fabrikstrasse 8

Zeige Hilfe zu 'Vergrößern oder verkleinern Sie den Text der Zusammenfassung' an
Präsentationen

Neu- und Wiedererlernen motorischer Feinfunktionen unter transkranieller Gleichstromstimulation

Janine Reis, Manuela Hamoudi, Brita Fritsch

Universitätsklinikum Freiburg, Klinik für Neurologie und Neurophysiologie

Die transkranielle elektrische Hirnstimulation durch schwachen Gleichstrom (tDCS) wird klinisch und experimentell zunehmend eingesetzt, um kognitive und motorische Funktionen bei gesunden Personen und Personen mit neurologischen Einschränkungen zu verbessern. Motorische Funktionsverbesserung kann durch verschiedene Trainingsmodalitäten erwirkt werden. Für eine gezielte Anwendung der tDCS zur Verstärkung von Trainings- und Therapieeffekten ist ein tieferes Verständnis der Interaktion von Stimulation, Training und Lernen erforderlich. In diesem Beitrag werden Vorarbeiten zu den Effekten der anodalen tDCS auf das visuomotorische Lernen bei Gesunden zusammengefasst (Prichard, Weiller, Fritsch & Reis, 2014; Reis et al., 2009, 2015) und zugrunde liegende Mechanismen diskutiert (Fritsch et al., 2010; Gellner, Reis & Fritsch, 2016). Aufgrund der durch tDCS induzierten Verstärkung des motorischen Lernens in einem gesunden Gehirn, ergibt sich die Frage in wie weit die tDCS auch zur Wiederherstellung motorischer Fähigkeiten geeignet ist. Hierzu werden aktuelle Daten von Schlaganfallpatienten mit Halbseitenlähmung präsentiert, und die Effekte der tDCS auf das Neu- bzw. Wiedererlernen von Subkomponenten motorischer Fähigkeiten dargestellt (Hamoudi et al., 2017). Diese mechanistisch ausgerichteten Arbeiten zum motorischen Lernen erlauben einen Wissenstransfer zwischen klinischer Forschung, Neurorehabilitation und Sportrehabilitation und weisen neue Strategien für die Planung und Optimierung von Trainings- bzw. Behandlungspfaden auf.


Effekte der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) auf die zeitgenaue Ausführung von Bewegungen

Bettina Pollok, Vanessa Krause

Universitätsklinikum Düsseldorf

Berufsmusiker führen zeitgenaue Bewegungen mit einer höheren Präzision aus als Nicht-Musiker (Repp, 2013). Dieser Verhaltensvorteil könnte auf einer stärkeren Beteiligung des posterioren parietalen (PPC) und des prämotorischen Cortex (PMC) beruhen. Um die Bedeutung dieser Hirnareale für die zeitgenaue Ausführung von Bewegungen genauer zu charakterisieren, wurden drei Experimente durchgeführt, bei denen die kortikale Exzitabilität mithilfe der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) moduliert wurde. Während die anodale tDCS vermutlich die Exzitabilität im stimulierten Areal erhöht, geht die kathodale mit deren Verringerung einher. Als Maß für die zeitgenaue Ausführung von Bewegungen wurden die Synchronisations- und Kontinuationsaufgabe und eine einfache Reaktionsaufgabe verwendet. Bei der Synchronisationsaufgabe synchronisieren die ProbandInnen Fingertaps der rechten Hand mit einem Metronom. Bei der Kontinuationsaufgabe führen die ProbandInnen die Aufgabe ohne Metronom fort. Anodale, kathodale und Schein-tDCS wurde bei gesunden ProbandInnen für 10 Minuten appliziert. Die Verhaltensmaße wurden unmittelbar vor und nach der tDCS gemessen. Im ersten Experiment wurde bei 16 Nicht-MusikerInnen die tDCS über dem linken PPC appliziert. Es zeigte sich ein signifikanter Effekt auf die Synchronisationsgenauigkeit der rechten Hand: Die anodale tDCS führte zu einer Verschlechterung, während es nach kathodaler tDCS zu einer Verbesserung kam. Diese Daten unterstützen die Annahme, dass der PPC kausal in die zeitgenaue Ausführung von Bewegungen in Referenz zu einem externen Signal involviert ist. Im zweiten Experiment wurde dieselbe Stimulation in einer Gruppe von 18 BerufsschlagzeugerInnen durchgeführt. Die Analyse zeigte bei den Nicht-MusikerInnen Effekte der tDCS allein bei ProbandInnen mit schlechten Synchronisationsleistungen. Im Unterschied zu Nicht-MusikerInnen zeigte sich in der Gruppe der SchlagzeugerInnen ein Stimulationseffekt allein bei ProbandInnen mit präzisen Synchronisationsleistungen. Diese Daten weisen darauf hin, dass die Bedeutung des PPC für die zeitgenaue Ausführung von Bewegungen in Abhängigkeit von der musikalischen Expertise variiert: Bei Nicht-MusikerInnen könnte der PPC ein zu starkes Abweichen vom Zielintervall verhindern. Bei MusikerInnen könnte der PPC relevant sein, die Bewegung möglichst genau im vorgegeben Rhythmus auszuführen. Im dritten Experiment wurde bei 18 Nicht-MusikerInnen die tDCS über dem linken PMC appliziert. Hier zeigten sich signifikante polaritätsabhängige Effekte ausschließlich auf die Kontinuationsleistung. Die kathodale PMC-tDCS führte zu einer signifikanten Beschleunigung der Bewegungsausführung, während die anodale tDCS mit einer Bewegungsverlangsamung einherging. Zusammenfassend zeigen die Daten, dass unterschiedliche kortikale Areale spezifische Bedeutung für die zeitgenaue Ausführung von Bewegungen haben. Während der PPC insbesondere in die Steuerung von Bewegungen in Referenz zu einem externen Signal involviert zu sein scheint, scheint der PMC eher relevant für die Aufrechterhaltung eines Rhythmus relevant zu sein.


Effekte der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) des primär motorischen Kortex (M1) auf die Leistung beim „Sport Stacking“

Nils, H. Pixa, Fabian Steinberg, Michael Doppelmayr

Institut für Sportwissenschaft, Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Beim „Sport Stacking“ werden zwölf Becher so schnell wie möglich zu bestimmten Becherformationen auf- und wieder abgestapelt (z. B. 3-6-3). Diese zielgerichteten Bewegungen benötigen ausgeprägte feinmotorische Fähigkeiten beider Hände, sowie eine gute visuo-motorische Koordination. Hierbei spielt der primär motorische Kortex (M1), als ein zentrales neuronales Substrat der Bewegungsausführung eine entscheidende Rolle (Halsband, 2006). Ziel der Studie war es zu untersuchen, ob die Erhöhung der neuronalen Aktivität des M1 mittels anodaler tDCS (Nitsche & Paulus, 2000) einen positiven Effekt auf die Leistung beim Sport Stacking hat. An dem doppelt-verblindeten Experiment nahmen 32 gesunde, erwachsene Versuchspersonen (Vpn) teil (Alter M = 24,25; SD = 2,75; 14 Frauen). Zwischen Prä- und Posttest übten alle Vpn zwei spezifische Sport Stacking Formationen (3-6-3 & 1-10-1). Simultan zum Üben wurde den Vpn der Experimentalgruppe (STIM-M1) über beiden M1 (links & rechts) eine anodale tDCS appliziert (1mA). Die Vpn der Kontrollgruppe erhielten nur eine Scheinstimulation (SHAM). Fünf bis sieben Tage nach dem Posttest wurde die Leistung erneut in einem Follow-Up Test gemessen. Zweifaktorielle ANOVAs mit Messwiederholung zeigen im 3-6-3 einen signifikanten Haupteffekt der Messwiederholung, F(2,60) = 239.87, p < .001, ηp²= .889, und eine signifikante Interaktion, F(2,60) = 11.21, p < .001, ηp²= .272, zu Gunsten von STIM-M1. Es konnte keine signifikante Interaktion im 1-10-1 nachgewiesen werden. In keiner Formation zeigten sich signifikante Haupteffekte für die Gruppen. Um mögliche Effekte der Leistung im Prätest auf die Posttestleistung zu berücksichtigen, wurden zweifaktorielle ANCOVAs mit der Prätestleistung als Kovariate berechnet (in Anlehnung an Vickers & Altman, 2001). Die Prätestleistung im 3-6-3 hängt signifikant mit der Leistung im Posttest zusammen, F(1,29) = 26.81, p < .001, ηp²= .48. Dennoch zeigt sich, nach Kontrolle der Prätestleistung, dass die STIM-M1 Gruppe ihre Leistung verglichen zur SHAM Gruppe signifikant verbessern konnte, F(1,29) = 13.40, p < .001, ηp²= .36. Gleiches zeigt sich im 1-10-1, F(1,29) = 11.41, p = .002, ηp²= .28, bei dem ebenfalls die STIM-M1 Gruppe ihre Leistung verglichen zur SHAM Gruppe signifikant verbessern konnte, F(1,29) = 4.77, p = .37, ηp²= .36. Die Ergebnisse zeigen, dass die anodale tDCS über beiden M1 einen leistungssteigernden Effekt im Sport Stacking (3-6-3) hat. In der 1-10-1 Formation konnte dieser Effekt nicht eindeutig gefunden werden, was möglicherweise durch unterschiedliche feinmotorische Anforderungen, kognitive Aspekte und Interferenzeffekte zwischen beiden Formation erklärt werden könnte. In beiden Formationen hatte das Eingangsniveau einen Einfluss auf die weitere Leistungsentwicklung, wobei die ANCOVAs jedoch zeigten, dass unter Berücksichtigung des Eingangsniveaus dennoch die Leistungsentwicklung in beiden Formationen signifikant von der anodalen tDCS beeinflusst war. Trotz hoher Effektstärken (Cohen, 1988), sollten zukünftige Studien die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse überprüfen und vergleichbare Effekte bei ähnlichen Bewegungsaufgaben nachweisen.


Frequenzspezifische Nacheffekte der transkraniellen Wechselstromstimulation (tACS) auf das motorische Lernen

Alisa Berger, Nils, H. Pixa, Michael Doppelmayr

Institut für Sportwissenschaft Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Deutschland

Die Planung, Steuerung und Koordinierung von Bewegungen basieren auf synchronisierten Hirnoszillationen im Alpha (8-12 Hz) und Beta (13-30 Hz) Frequenzbereich innerhalb eines Motornetzwerks. Zahlreiche Studien zeigten, dass die tACS gezielt oszillatorische Aktivität modulieren (Antal & Herrmann, 2016; Antal & Paulus, 2013) und somit kausale Zusammenhänge zwischen Hirnoszillationen und motorischen Fähigkeiten herstellen kann. Die zugrundeliegenden neurophysiologischen Mechanismen der tACS sowie ihr modulierender Effekt auf das motorische Lernen sind jedoch noch nicht vollständig geklärt. In der vorliegenden Studie wurden deshalb die frequenzspezifischen Nacheffekte der tACS auf das Lernen einer bimanuellen visuomotorisches Koordinationsaufgabe sowie die damit einhergende oszillatorische Aktivität untersucht. Bisher kamen 19 gesunde RechtshänderInnen (12 weiblich, 21.9 ± 3.28) der Universität Mainz an vier Testtagen, um die visuomotorische Koordinationsaufgabe, die sich in die drei Komplexitätsstufen (leicht, moderat, schwer) unterteilt, zu absolvieren. Am ersten Testtag führten die ProbandInnen zusätzlich eine 20 minütige Trainingsphase durch, in der ihnen entweder 10 Hz-/ 20 Hz tACS oder eine Scheinstimulation via kleinen Gel-Elektroden (3,14cm² Ag/AgCl, amperage = 1mA) über dem Parietalkortex (P3/P4) appliziert wurde. Vor und nach der tACS (unmittelbar, dreißig Minuten, 1 Tag, 4 Tage, 7 Tage) wurde die visuomotorische Koordination erfasst und die oszillatorische Aktivität mit der Elektroenzephalographie (EEG, Starstim-Neuroelectrics, P3/P4/Fpz/Fz/Cz/Pz/Oz/VEOG) erhoben. Bezüglich der visuomotorischen Koordinationsleistung zeigt die 3-faktorielle ANOVA (GRUPPExZEITxKOMPLEXITÄT) einen signifikanten Haupteffekt für ZEIT (F(5,80) = 13.285; p < .001; η2 = 0.454), einen signifikanten Haupteffekt für KOMPLEXITÄT (F(2,32) = 195.087; p < .01; ηp² = 0.924) sowie eine signifikante Interaktion von ZEITxKOMPLEXITÄT (F(10,160) = 7.095; p < .01; ηp² = 0.307). Bonferroni-korrigierte post-hoc t-Tests ergeben signifikante Verbesserungen von Prä zu Post 1 in allen drei Gruppen was auf eine allgemeinen Lerneffekt hinweist. Darüber hinaus zeigen die Gruppen 10 Hz und 20 Hz tACS signifikant unterschiedliche Koordinationsleistungen innerhalb der moderaten Komplexitätsstufe dreißig Minuten nach der Stimulation (p < .05). Zu diesem Zeitpunkt weist die 20Hz tACS Gruppe eine signifikant bessere visuomotorische Koordination auf im Vergleich zur 10 Hz tACS Gruppe während sich die Scheinstimulationsgruppe zwischen beiden Stimulationsgruppen befindet. Bezüglich der oszillatorischen Aktivität induzieren sowohl 10Hz als auch 20Hz einen signifikanten Anstieg in der EEG alpha Aktivität, der bis zu dreißig Minuten nach der Stimulation andauert (p < .05). Auf elektrophysiologischer Ebene bewirken sowohl harmonische sowie subharmonische Frequenzen eine Erhöhung des alpha- Frequenzspektrums (Antal & Herrmann, 2016) während frequenzspezifische Nacheffekte auf behavioraler Ebene vorliegen. Die 10Hz tACS des parietalen Kortex scheint eine Verschlechterung der Koordinationsleistung, die 20Hz tACS eine Verbesserung der Koordinationsleistung hervorzurufen.



 
Impressum · Kontaktadresse:
Veranstaltung: asp 2017
Conference Software - ConfTool Pro 2.6.113
© 2001 - 2017 by H. Weinreich, Hamburg, Germany