Learning to regulate homeostatic brain networks

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URI: http://hdl.handle.net/10900/74615
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:21-dspace-746150
http://dx.doi.org/10.15496/publikation-16019
Dokumentart: Dissertation
Date: 2018-06-01
Source: Printed, 14.02.2017, GTC Tübingen
Language: English
Faculty: 9 Sonstige / Externe
Department: Interdisziplinäre Einrichtungen
Advisor: Birbaumer, Niels (Prof. Dr. Dr.)
Day of Oral Examination: 2016-05-17
DDC Classifikation: 610 - Medicine and health
Keywords: Neurofeedback
Other Keywords: Real-time fMRI
Obesity
Interoception
License: Publishing license including print on demand
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Inhaltszusammenfassung:

Eine dynamische Balance der physiologischen Gegebenheiten wie Körpertemperatur, Blutdruck, Blut-PH-Wert, Hormonspiegel, Blutzucker und Insulinkonzentration ist für die Gesundheit und das Überleben unverzichtbar. Viele Krankheiten haben eine Störung der Homöostase zur Folge. Vor allem das Nerven- und das Hormonsystem steuern Regulationsmechanismen und sobald diese ein Ungleichgewicht feststellen, gibt es passende biochemische oder physiologische Feedback-Kreisläufe, die den Gesamtzustand in die Balance zurückführen. Diese Dissertation untersucht neuartige Methoden des Echtzeit-Neurofeedbacks, das auf funktioneller Magnetre-sonanztomographie basiert (Real-time functional magnetic resonance imaging – rt-fMRI-NF), um es gesunden Probanden und Patienten zu ermöglichen, homöostatische Netzwerke des Gehirns zu regulieren. Die erste Studie hatte zum Ziel, die Auswirkungen der Hochregulierung der funktionellen Konnektivität durch rt-fMRI-NF-Training (engl. Functional connectivity – FC) zwischen Beloh-nungs- und impulsivitätsregulierenden Gehirnarealen auf das Essverhalten zu untersuchen. Diese Studie war ein Pilotexperiment im Pre-Post-Schema. Die zweite Studie untersuchte die Möglichkeit, die funktionelle Konnektivität zwischen der anterioren Insula (AIC) und dem soma-tosensorischen Kortex (SC) durch Belohnung von gleichzeitiger Aktivität dieser Regionen zu be-einflussen. AIC und SC sind Gehirnregionen, die physiologische Zustandsinformationen von Kör-pergewebe und großflächigen Hautsegmenten erhalten. Wir nahmen an, dass die funktionelle Verbindung zwischen diesen Regionen die Verarbeitung dieser Signale der inneren Organe und Körpergewebe übernimmt. Dies stellt einen Kernbereich des Gefühlskonzeptes von James-Lang dar. In der dritten Studie untersuchten wir, ob Patienten mit kontaminationsbezogenen Zwangsgedanken und Waschzwang lernen können, ihre BOLD-Aktivität in der Insula herunterzu-regulieren, wenn sie mit ekelerregenden oder Angst hervorrufenden Stimuli konfrontiert wer-den. Die Ergebnisse der ersten Studie zeigten, dass die willentliche Hochregulierung der Korrela-tion zu einer erhöhten funktionellen Konnektivität zwischen dem dorsolateralen präfrontalen Kortex (dlPFC) und dem ventromedialen präfrontalen Kortex (vmPFC) führt. Diese Konnektivität betrifft Selbstkontrolle und die Entscheidung für gesunde Nahrungsmittel. Die Verhaltenstests deuten darauf hin, dass die Probanden sich in der Transfersitzung (nach der Intervention) für weniger ungesunde Nahrungsmittel entscheiden als in der Sitzung vor der Intervention. Die zweite Studie bestätigte unsere Hypothese, dass die willentliche Hochregulierung von gleichzei-tiger BOLD-Aktivität von AIC und SC deren funktionale Konnektivität erhöht. Diese Verbindung ermöglicht eine verstärkte Körperwahrnehmung und ein verändertes subjektives Gefühlserle-ben. Wir beobachteten, dass die Veränderung der funktionellen Konnektivität zwischen AIC und SC die Leistung der Probanden in der Aufgabe (Wahrnehmung des Herzschlags) verbesserte. In der dritten Studie fanden wir heraus, dass Patienten mit Zwangsstörungen (OCD) nach einigen Trainingseinheiten die Selbstkontrolle der BOLD-Aktivität der Insula erreichen konnten. Fasst man die Ergebnisse der drei Studien zusammen, konnten wir zeigen, dass die Fähigkeit des Ge-hirns zur homöostatischen Selbstregulierung durch die Verwendung von rt-FMRI-Training ver-bessert werden kann. Zudem ist nun klarer, dass die Veränderung und die Modulation von neu-ronalen Pfaden in Gehirnnetzwerken, die der Selbstkontrolle, der Entscheidungsfindung und der Gefühlswahrnehmung zugrunde liegen, zu vielversprechenden Verhaltensveränderungen führt.

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