| dc.contributor.advisor | Antal, Andrea Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | Atalay, Deniz-Arman | |
| dc.date.accessioned | 2020-07-06T14:31:20Z | |
| dc.date.available | 2020-07-09T22:50:04Z | |
| dc.date.issued | 2020-07-06 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0005-1405-F | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8048 | |
| dc.language.iso | deu | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 610 | de |
| dc.title | Selektive Modulation des Erregbarkeitsniveaus am motorischen Cortex durch transkranielle Wechsel- und Rauschstrom-Stimulation mit unterschiedlichen Intensitäten | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.title.translated | Selective modulation of the excitability level on the motor cortex by transcranial AC and noise current stimulation with different intensities | de |
| dc.contributor.referee | Antal, Andrea Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2020-07-02 | |
| dc.description.abstractger | Hintergrund: nicht invasive Gehirnstimulation (NIBS) sind ein unverzichtbares Werkzeug im Bereich der Neurowissenschaften. Neben den seit über 20 Jahren etablierten nicht-invasiven transkraniellen Stimulationsverfahren wie transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS), transkranielle Magnetstimulation (TMS) und ihren Unterformen sind neue Methoden wie transkranielle Wechselstromstimulation (tACS) und transkranielle Rauschstromstimulation (tRNS) in den Fokus der Forschung gerückt. Verschiedene Stimulationsverfahren, ihre spezifischen Eigenheiten und physikalischen Eigenschaften sowie ihre unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten werden im Rahmen dieser Arbeit besprochen. Vor unserer Studie konnte gezeigt werden, dass tRNS und 140-Hz-tACS, angewandt über dem motorischen Kortex (M1) mit einer 10-minütigen Stimulationsdauer und 1 mA Intensität, zu einer kortikalen Erregbarkeitssteigerung führten, gemessen an Muskelsummenpotential (MEP). Ein unterer Schwellenwert, ab dem bei einer Stimulation mit 0,1-640-Hz-tRNS oder 140-Hz-tACS exzitatorische Nachwirkungen messbar sind, war vor unserer Studie nicht bekannt.
Methode: In unserer Studie untersuchten wir, inwieweit die induzierte Nachwirkung von der Stimulationsintensität abhängt. Dafür senkten wir die Stimulationsintensität in 0,2-mA-Schritten von 1,0 mA auf 0,2 mA ab, sodass sich fünf unterschiedliche Stimulationsintensitäten ergaben. Eine Sham-Stimulation wurde als Kontrolle verwendet. Es nahmen 25 Probanden an zwei Experimenten mit jeweils 6 Stimulationstagen teil. In einem Experiment erfolgte eine 140-Hz-tACS, in dem anderen eine Vollspektrum-tRNS. An einem Stimulationstag erfolgte jeweils eine Stimulation mit einer der fünf Intensitäten oder eine Sham-Stimulation. Jeder Proband erhielt eine Intensität einmal. Zwischen den Stimulationstagen lagen mindestens 2 stimulationsfreie Tage, um Übertragungseffekte zu vermeiden.
Hypothese: Wir stellten die Hypothese auf, dass sich bei schrittweiser Reduktion der Stimulationsintensität von tRNS und 140-Hz-tACS nicht-lineare, intensitätsabhängige neuroplastische Nachwirkungen am M1 und ein unterer Schwellenwert, ab dem bei weiterer Reduktion kein weiterer Effekt beobachtet werden kann, nachweisen lassen.
Ergebnis: Es zeigte sich kein einfacher unterer Schwellenwert. In beiden Experimenten kam es bei 0,4 mA zu einer Inhibition und bei 1,0 mA zu den erwarteten exzitatorischen Nachwirkungen. Stimulationen mit 0,2, 0,6 und 0,8 mA zeigten in beiden Experimenten keine Effekte.
Zusammenfassung: Zusammengefasst haben wir in unserer Studie eine Möglichkeit gezeigt, das M1-Erregbarkeitsniveau durch eine Stimulation mit hochfrequenten transkraniellen elektrischen Stimulationen mit unterschiedlichen Intensitäten selektiv zu steigern oder zu senken. Die Daten sind relevant für klinische Stimulationsprotokolle und leisten einen Beitrag zum Verständnis von Neuroplastizität und geben Hinweise für unterschiedliche biophysikalische Eigenschaften verschiedener neuronaler Zellarten. Die genauen Mechanismen durch die tRNS und 140-Hz-tACS neuronale Exzitabilität modulieren sind nicht bekannt und Gegenstand aktueller Studien. Stochastische Resonanz, unterschiedliche biophysikalische Eigenschaften von Neuronen sowie eine Modulation der Öffnungswahrscheinlichkeit von Na+-Kanälen werden als mögliche Mechanismen diskutiert. | de |
| dc.description.abstracteng | Background: non-invasive brain stimulation (NIBS) is an essential tool in the field of neuroscience. In addition to the non-invasive transcranial stimulation methods such as transcranial direct current stimulation (tDCS), transcranial magnetic stimulation (TMS) and their sub-forms, which have been established for over 20 years, new methods such as transcranial alternating current stimulation (tACS) and transcranial noise current stimulation (tRNS) have become the focus of research. Different stimulation methods, their specific characteristics and physical properties as well as their different application possibilities are discussed in the context of this work. Before our study, it could be shown that tRNS and 140 Hz tACS, applied over the motor cortex (M1) with a 10-minute stimulation duration and 1 mA intensity, led to an increase in cortical excitability, measured in terms of muscle sum potential (MEP). A lower threshold, above which excitatory after-effects can be measured when stimulated with 0.1-640 Hz tRNA or 140 Hz tACS, was not known before our study.
Object: Here, by decreasing the stimulation intensity in 0.2 mA steps from 1.0 mA, we investigate to what extent intensity depends on the induced after-effects.
Method: We reduced the stimulation intensity in 0.2 mA steps from 1.0 mA to 0.2 mA, so that there were five different stimulation intensities. Sham stimulation was used as a control. 25 subjects took part in two experiments, each with 6 days of stimulation. In one experiment there was a 140 Hz tACS, in the other a full spectrum tRNA. On a stimulation day, one of the five intensities or a sham stimulation was used. Each subject received one of the intensitys only once. There was at least 2 stimulation-free days between the stimulations to avoid transmission effects.
Result: There was no simple lower threshold. In both experiments there was inhibition at 0.4 mA and the expected excitatory after-effects at 1.0 mA. Stimulations with 0.2, 0.6 and 0.8 mA showed no effects in either experiment.
Summary: In summary, we have shown here the possibility of selectively controlling the enhancement or reduction of M1 excitability by applying different intensities of high frequency transcranial electrical stimulation. The data are relevant for clinical stimulation protocols and contribute to the understanding of neuroplasticity and provide information for different biophysical properties of different neuronal cell types. The mechanisms of tRNA and 140 Hz tACS which modulate neuronal excitability are not known and are subjects of current studies. Stochastic resonance, different biophysical properties of neurons and a modulation of the opening probability of Na + channels are discussed as possible mechanisms, that for further examinations are needed. | de |
| dc.contributor.coReferee | Schmidt, Jens Prof. Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Meyer, Thomas Prof. Dr. | |
| dc.subject.ger | nicht-invasive Hirnstimulation | de |
| dc.subject.ger | transkranielle Magnetstimulation (TMS) | de |
| dc.subject.ger | transkranielle Wechselstromstimulation (tACS) | de |
| dc.subject.ger | transkranielle Rauschstromstimulation (tRNS) | de |
| dc.subject.ger | Neuroplastizität | de |
| dc.subject.ger | kortikale Erregbarkeit | de |
| dc.subject.eng | non-invasive brain stimulation | de |
| dc.subject.eng | transcranial magnetic stimulation (TMS) | de |
| dc.subject.eng | transcranial alternating current stimulation (tACS) | de |
| dc.subject.eng | transcranial noise current stimulation (tRNS) | de |
| dc.subject.eng | neuroplasticity | de |
| dc.subject.eng | cortical excitability | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0005-1405-F-1 | |
| dc.affiliation.institute | Medizinische Fakultät | de |
| dc.subject.gokfull | Neuroanatomie, Neurophysiologie, Neuropathologie (PPN619876255) | de |
| dc.description.embargoed | 2020-07-09 | |
| dc.identifier.ppn | 1703803213 | |