dc.contributor.author
Avirame, Keren
dc.date.accessioned
2018-06-07T17:56:13Z
dc.date.available
2015-12-04T08:40:33.597Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/4424
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-8624
dc.description.abstract
Plasticity is a milestone in neuroscientific investigations into the
biological mechanisms of learning. Plasticity is critically reduced in older
adults and in individuals with neurovascular disorders that encompass changes
in cerebral blood supply. Mechanisms underlying this altered plasticity are
important to understand in order to develop future preventive and therapeutic
strategies. Pathological and interventional changes in plasticity are thus the
focus of the current thesis. In three interrelated studies, this thesis
explores the underpinning of cognitive deterioration and the neural changes
accompanying cognitive enhancement. The first study tested the associations
between cerebral autoregulation (vasomotor reactivity, VMR), magnetic
resonance imaging (MRI) measurements of structural and functional
connectivity, and cognitive performance in patients with unilateral occlusive
processes of the internal cerebral artery (ICA, n=14) and matched controls
(n=11). Patients revealed lower VMR in the affected hemisphere (AH), decrease
in whole-brain microstructure and in inter- and intra-hemispheric functional
connections. Moreover, reduced VMR in the AH correlated with reduced
microstructure in frontal areas and connectivity in the default-mode network
(DMN). This suggests that disconnections within critical brain networks might
mediate the effects of impaired VMR on cognition. The second study tested the
short-term changes induced by transcranial direct current stimulation (tDCS)
on language performance and the underlying neuronal mechanisms of these
behavioral gains. Blood-oxygen level dependent (BOLD) activity and functional
networks under real and sham tDCS were measured in 24 young healthy subjects.
Here, tDCS over a core language area improved semantic fluency, decreased
activity in the stimulated region and facilitated connections within the
language network. The results point to a critical link between enhanced
network connectivity and increased neural efficiency which might be necessary
for improved task performance. The third study investigated long-lasting
behavioral gains induced by training in combination with tDCS during language
learning. In this study, 40 young healthy subjects acquired a novel vocabulary
during 5 consecutive days under real or sham tDCS and were tested in two
memory tasks on a daily basis. The results indicate that tDCS facilitated
language acquisition and retention of the learned vocabulary. Findings from
the three interconnected studies thus lead to the suggestion that tDCS could
assist patients with occlusion / stenosis of the ICA, in which loss of
cognition might be mediated by structural and functional changes in
connectivity. A potential preventive therapy with tDCS could target these
regions in frontal and parietal cortices, with the aim to improve cognition in
these patients.
de
dc.description.abstract
Plastizität stellt einen Meilenstein in der neurowissenschaftlichen
Erforschung der biologischen Lernmechanismen dar. Plastizität ist bei älteren
Menschen, sowie bei neurovaskulären Erkrankungen, welche mit Veränderungen im
zerebralen Blutfluss einhergehen, deutlich reduziert. Ein besseres Verständnis
der Plastizitätsmechanismen, könnte zukünftig dazu beitragen, neue präventive
und therapeutische Maßnahmen zu entwickeln. Der Fokus dieser Arbeit liegt
daher auf pathologischen und interventionsbedingten Veränderungen der
Plastizität. Innerhalb dieser Dissertationsschrift wurden in drei
zusammenhängenden Studien die Ursachen kognitiven Abbaus, sowie die mit
kognitiven Verbesserungen assoziierten neuronalen Veränderungen untersucht.
Die erste Studie analysierte Zusammenhänge zwischen zerebraler Autoregulation
(Vasomotor-Reaktivität, VMR), kognitiver Leistungsfähigkeit, sowie Parametern
struktureller und funktioneller Konnektivität, die mittels
Magnetresonanztomographie (MRT) erhoben wurden, bei Patienten (n=14) mit
unilateralen Verschlussprozessen der Arteria carotis interna (ICA) im
Vergleich zu einer Kontrollgruppe (n=11). Die Patienten zeigten verminderte
VMR in der betroffenen Hemisphäre (bH), verringerte Mikrostruktur im gesamten
Gehirn sowie in der inter- und intrahemisphärischen funktionellen
Konnektivität. Des Weiteren ging verminderte VMR innerhalb der bH mit
verringerter Mikrostruktur in frontalen Arealen sowie verringerter
Konnektivität innerhalb des Default-mode-Netzwerks (DMN) einher. Dies lässt
vermuten, dass Störungen innerhalb aufgabenrelevanter Gehirnnetzwerke die
Effekte einer beeinträchtigten VMR auf die Gedächtnisleistung vermitteln. Die
zweite Studie untersuchte mittels transkranieller Gleichstromstimulation
(tDCS) induzierte Kurzzeitveränderungen auf die Sprachleistung, sowie deren
zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen. Die vom Blutsauerstoffgehalt
abhängige Aktivität und funktionale Netzwerke wurden mittels tDCS- und
Scheinstimulation bei 24 jungen gesunden Probanden gemessen. Eine Platzierung
der tDCS-Elektroden oberhalb der Kernareale des Sprachzentrums führte zu
verminderter Aktivität innerhalb der stimulierten Region, zu einer
verbesserten semantischen Sprachkompetenz, sowie zu begünstigten Verbindungen
innerhalb des Sprachennetzwerks. Die Ergebnisse weisen auf eine entscheidende
Verbindung zwischen verstärkter Netzwerkkonnektivität und erhöhter neuronaler
Effizienz hin, welche möglicherweise notwendig für verbesserte
Gedächtnisleistungen sind. Die dritte Studie untersuchte langfristige
Gedächtnissteigerungen, die durch Kombination aus kognitivem Training und tDCS
während einer Sprachlernaufgabe induziert wurden. In dieser Studie erlernten
40 junge gesunde Probanden innerhalb eines Zeitraums von fünf
aufeinanderfolgenden Tagen einen neuen Wortschatz. Während zweimaligen
täglichen Gedächtnisaufgaben wurde bei den Probanden entweder tDCS- oder
Scheinstimulation angewendet. Die Ergebnisse legen nahe, dass tDCS eine
begünstigende Wirkung auf Spracherwerb und Beibehaltung des erlernten
Wortschatzes hat. Zusammenfassend weisen die Ergebnisse der drei vorliegenden
Studien darauf hin, dass tDCS eine unterstützende Wirkung bei Patienten mit
Gefäßverschlüssen/Stenosen der ICA haben könnte, deren Gedächtnisverlust über
strukturelle und funktionelle Konnektivitätsveränderungen vermittelt sein
könnte. Eine potentielle präventive tDCS-Therapie könnte speziell auf Regionen
abzielen, die in Zusammenhang mit dem DMN im frontalen und parietalen Kortex
stehen, um die kognitive Leistungsfähigkeit betroffener Patienten zu
verbessern.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
neurovascular disease
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Changes in plasticity and cognition as a result of neurovascular disease and
non-invasive brain stimulation
dc.contributor.contact
keren.avirame@gmail.com
dc.contributor.firstReferee
N.N.
dc.contributor.furtherReferee
N.N.
dc.date.accepted
2015-12-11
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000100078-5
dc.title.translated
Veränderungen in Plastizität und Kognition durch neurovaskuläre Erkrankungen
und non-invasive Hirnstimulation
de
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000100078
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000017672
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access