Das Go/NoGo-Paradigma: Gehirnaktivität und kortikale Exzitabilität - eine kombinierte TMS- und fMRT-Studie - University of Regensburg Publication Server

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	2 March 2012
Referee:	Prof. Dr. Göran Hajak and Prof. Dr. Wilhelm Schulte-Mattler
Date of exam:	17 February 2012
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Psychiatrie und Psychotherapie
Keywords:	kortikale Exzitabilität, fMRT, TMS, Test-Retest-Stabilität, Go, Nogo, Paradigma, cortical excitability, fMRI, TMS, test-retest reliability, go, nogo, paradigm
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	23467

Abstract (German)

HINTERGRUND Bei vielen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen lassen sich charakteristische neuroplastische Veränderungen in verschiedenen Gehirnregionen mithilfe von transkranieller Magnetstimulation (TMS) oder der funktionellen Kernspintomographie (fMRT) nachweisen. Jedoch sind diese Studien häufig durch eine hohe Heterogenität und fehlende Replikation ihrer Ergebnisse gekennzeichnet. ...

Abstract (German)

HINTERGRUND
Bei vielen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen lassen sich charakteristische neuroplastische Veränderungen in verschiedenen Gehirnregionen mithilfe von transkranieller Magnetstimulation (TMS) oder der funktionellen Kernspintomographie (fMRT) nachweisen. Jedoch sind diese Studien häufig durch eine hohe Heterogenität und fehlende Replikation ihrer Ergebnisse gekennzeichnet. Insbesondere zur Frage der Retest-Reliabilität der fMRT und der TMS liegen bislang nur wenige Daten vor, sodass dieser methodische Aspekt an einem einfachen Go/NoGo-Paradigma untersucht werden sollte

METHODEN
Zehn gesunde Probanden absolvierten an zwei aufeinander folgenden Tagen ein Go/NoGo-Paradigma einmal im fMRT- und einmal im TMS-Versuchsaufbau. Zur Reliabilitätsbestimmung der TMS-Messungen wurden die Ergebnisse beider Sitzungen nach Pearson miteinander korreliert sowie die Inhibitions- und Einzelpulsmessungen mittels gepaarter T-Tests auf signifikante Einflüsse von Go- oder NoGo-Bedingung untersucht. Die fMRT-Daten wurden mit gängiger Bearbeitungssoftware ausgewertet, auf Single-Subject-Ebene verarbeit und schließlich bei der Gruppenanalyse mit ein- und zweiseitigen T-Tests auf Clusterebene analysiert. Beide Sitzungen wurden überdies bedingungsunabhängig mit einem Anova-Modell hinsichtlich der Test-Retest-Stabilität untersucht. Letztlich wurden auch die erbrachten Probandenleistungen bei der Bearbeitung des Paradigmas sowie die mittleren Reaktionszeiten der Probanden aus beiden Sitzungen mittels gepaarter T-Tests auf signifikante Unterschiede untersucht.

ERGEBNISSE
Sowohl die TMS-, als auch die fMRT-Ergebnisse zeigten eine unzureichende Test-Retest-Reliabilität.
Insgesamt zeigten die Probanden eine signifikant verminderte Gehirnaktivität am zweiten Untersuchungstag.
Weder die Go-, noch die NoGo-Bedingung zeigte einen signifikanten Einfluss auf die Intensität der kortikalen Inhibition in den TMS-Messungen.
Spezifisch inhibitorisch tätige Gehirnareale konnten auch mithilfe der fMRT nicht aufgezeigt werden.

SCHLUSSFOLGERUNG
Insbesondere hinsichtlich der Nutzbarkeit für Längsschnittuntersuchungen ergibt sich die Notwendigkeit zur weiterführenden Überprüfung der Test-Reliabilität beider Untersuchungsmethoden.
Wie in Vorgängerarbeiten vermutet, dürfte die deutlich höhere metabolische Effizienz von kortikalen Inhibitionsmechanismen kein selektiv diesen Vorgängen entsprechendes fMRT-Signal erkennen lassen.

Translation of the abstract (English)

BACKGROUND In several neurological and psychiatric disorders characteristic neuroplastic alterations of the neuronal excitability in localization and degree can be detected via transcranial magnetic stimulation (TMS) or functional magnetic resonance imaging (fMRI). Many studies however show high heterogeneity and poor reproducibility. Therefore the test-retest-reliability was tested in this study ...

Translation of the abstract (English)

BACKGROUND
In several neurological and psychiatric disorders characteristic neuroplastic alterations of the neuronal excitability in localization and degree can be detected via transcranial magnetic stimulation (TMS) or functional magnetic resonance imaging (fMRI). Many studies however show high heterogeneity and poor reproducibility. Therefore the test-retest-reliability was tested in this study on a go/nogo paradigm using TMS and fMRI.

METHOD
A total of 10 healthy persons were tested twice on two consecutive days via fMRI and TMS on each day using a go/nogo paradigm.
TMS data was analysed via Pearson correlation for assessment of the test-retest-reliability and for determination of dependencies on go or nogo condition via paired t-test.
fMRI data was examined using machine specific software and analysed via one- and two-tailed t-tests. Both test runs were compared independently for test-retest-reliability using an ANOVA model.

RESULTS
Both, the TMS and the fMRI measurements showed a poor test-retest-reliability. Generally, in the second run a decreased neuronal activity was noticed.
The TMS measurements revealed no significant effect of the go or nogo condition on the cortical inhibition intensity.
In this study, inhibition-specific brain areas could not have been detected with fMRI.

CONCLUSIONS
Due to the poor test-retest-reliability further examinations are necessary, explicitly for longitudinal studies on the effect of drugs on cortical excitability.
According to previous studies, the clearly higher metabolic efficiency of cortical inhibition mechanisms should not cause a specific fMRI signal.

Das Go/NoGo-Paradigma: Gehirnaktivität und kortikale Exzitabilität - eine kombinierte TMS- und fMRT-Studie

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