Spindeln im Schlaf und im Wachzustand

Dieses Projekt zielt darauf ab, das Verständnis des Zusammenhangs von Schlafspindeln und spindel-ähnlicher Aktivität im Wachzustand zu verbessern. Schlafspindeln mit einer Frequenz von 12-14Hz werden hauptsächlich im Schlafstadium 2 beobachtet. Synchronisationsmuster mit einer Frequenz von 10- 14Hz können aber auch im Wachzustand beobachtet werden. Interaktionen in spezifischen (relay cells) und retikulären Neuronen des Thalamus werden als Generatoren für das Auftreten beider Muster angenommen. Beiden induzierten Mustern, Schlafspindeln und spindelartiger Aktivität im Wachzustand, werden ähnliche Funktionen zugeschrieben, nämlich die Blockierung des thalamocorticalen Informationstransfers. Da sich die Frequenzbereiche überlappen, sollen beide Phänomene hinsichtlich gemeinsamer Eigenschaften untersucht werden. Grundlegende Schlafspindel- Parameter (Frequenz, Dauer,...) werden mit einer automatischen Spindelerkennung aus Ganznacht- Polysomnogrammen mittels Zeit-Frequenz-analytischen Methoden ermittelt, um einen Prototyp zu generieren. Zur Abklärung des Zusammenhangs von Spindeln und spindel-ähnlichen Mustern wird das EEG im Schlaf- und im Wachzustand an 15 gesunden Probanden im Zuge von zwei verschiedenen Experimenten aufgezeichnet. Dabei werden sowohl visuelle als auch taktile Stimuli periodisch für einige Stunden appliziert. Die so ermittelten Muster aus Schlaf- und Wachzustand werden hinsichtlich ihrer Eigenschaften mit dem Prototyp verglichen. In zwei weiteren Experimenten, in denen motorische und verbale Aufgaben Synchronisationsmuster im alpha-Band über den sensormotorischen Regionen hervorrufen sollen, wird versucht, online während des Auftretens von spindel- ähnlicher Aktivität taktil zu stimulieren. Ausgewertet soll die evoked response (SEP) werden. Mit letztgenannten Experimenten soll geprüft werden, ob tatsächlich eine Blockade des thalamocortikalen Informationstransfers vorliegt.

Ziel des Projekts P14831-PSY war, einen möglichen Zusammenhang zwischen spindelartigen Mustern im Schlaf und im Wachzustand zu untersuchen. In unabhängigen Untersuchungen wurden diesen spindelförmigen Erscheinungen in verschiedenen Bewusstseinszuständen eine ähnliche Ursache, die Blockierung des thalamo- kortikalen Informationsflusses, zugeschrieben. Aus diesem Grund sollte die Entstehung sowie ein mögliche gemeinsame Funktion spindelartiger Muster untersucht werden. Eine Echtzeit-Analyse des EEGs wurde verwendet, um während des Auftretens von spindelartiger Aktivität stimulieren zu können. Im Zuge des Projekts wurden verschiedene Untersuchungen durchgeführt. Spezielle Software musste hierfür erstellt werden. Es ist nun möglich, ereignisbezogene Veränderungen (Synchronisierung bzw. Desynchronisierung) im EEG für eine Vielzahl von Frequenzbändern gleichzeitig darzustellen. Die Gültigkeit der Messung evozierter Potentiale kann nun bereits während der Aufnahme kontrolliert werden. Die Zeit-Frequenz Analyse mittels "Matching Pursuit" Algorithmus hat sich als approbates Mittel erwiesen, eine höhere Frequenzauflösung als mittels Wavelet Analyse oder Kurzzeit Fouriertransformation zu erreichen. Die entwickelte Stimulation in Echtzeit, abhängig von Charakteristika des EEG, ermöglicht eine sinnvolle Untersuchung dynamischer Vorgänge. Des weiteren wurden verschiedene Methoden zur Echtzeit-Erkennung spindelartiger Muster umgesetzt. Im Zuge des Projekts wurde untersucht, ob sich die Frequenzanalyse der ereignisbezogenen post-stimulus Synchronisierung (ERS) im Betaband eignet zu unterscheiden, welcher Finger einer Hand stimuliert wurde. Der aufgabenabhängige Zusammenhang zwischen Beta ERS und den Komponenten später Latenz des somatosensorisch evozierten Potentials (SEP) wurde an 10 Probanden untersucht. Es zeigte sich, dass Fingerbewegungen die Beta ERS unterdrücken, das SEP hingegen verstärkt messbar wurde. Eine großangelegte Untersuchung befasste sich mit einem möglichen funktionellen Zusammenhang von Alpha und Beta Rhythmen. Eine schwächere Unterdrückung - im Vergleich` zu erfolgter Bewegung- der Beta ERS wurde `bei einer Fingerbewegungsvorstellung gemessen. Die Vorstellung einer Fußbewegung führte wie erwartet zu einem Anstieg des Alpha Rhythmus über der Handregion, hatte aber kaum Einfluss auf die Beta ERS. Eine weitere Untersuchung betraf die Beta ERS nach erfolgter Bewegung. Beta bursts sind nicht nur über der kontralateralen Handregion, sondern auch über der Vertexregion, die SMA (supplementary Motor area) und Fußbereich überdeckt, messbar. Dort wurde ein signifikant früher beginnender Anstieg der Leistung im Beta Band (ERS) mit höherer Frequenz nachgewiesen. Ein weiterer Focus des Projekts lag auf der Echtzeit-Erkennung spindelartiger Muster im EEG. Im ersten EchtzeitVersuch wurde die Alpha Bandleistung verwendet, um eine Synchronisierung zu erkennen und entsprechend eine Stimulation darzubieten: Ein Versuch zur Untersuchung der funktionellen Bedeutung von Theta-Rhythmen für die Merkfähigkeit wurde zusammen mit dem Institut für Psychologie der Universität Salzburgimplementiert. Das Projekt wird mit drei weiteren Experimenten fortgesetzt, in denen eine Stimulierung in Echtzeit verwendet werden soll. Zeigt es sich, dass evozierte Potentiale bei Stimulierung während dem Auftreten spindelartiger Muster gedämpft werden, kann man auf eine kortikale Deaktivierung beim "Spindeln" rückschließen. P14831-PSY ermöglichte die genauere Untersuchung der Entstehung und Funktionalität spindelförrniger Muster im Wachzustand. Die Analyse der Spindeln im Schlaf könnte nun in Zusammenarbeit mit Schlaflabors erfolgen. Methoden und benötigte Instrumente stehen dank des Projekts jetzt zur Verfügung.