Beschreibung der Studie

Motorisches Lernen entsteht durch verschiedene Prozesse, von denen vermutet wird, dass sie z.T. in unterschiedlichen Gehirnregionen ablaufen. In der vorliegenden Studie wird diese Beteiligung unterschiedlicher Gehirnregionen anhand eines speziellen motorischen Lernexperiments - eines sogenannten visuomotorischen Rotationsexperiments - überprüft. Das Experiment besteht aus einer Eingangsmessung, einer Trainingsphase und einer Ausgangsmessung. Die Lernanteile zweier unterschiedlicher lernprozesse - des expliziten und des impliziten Lernens werden über die Veränderung von Eingangs und Ausgangstest erfasst. Die Probanden des Experiments werden unterschiedlichen Gruppen zugeordnet, die während der Trainingsphase unterschiedliche Arten von Gehirnstimulation erhalten. Bei einer Gruppe wird mittels transkranieller Gleichstromstimulation das Kleinhirn stimuliert, bei einer anderen ein Teil der Präfrontalen Kortexes. Zwei weitere Gruppen erhalten lediglich eine Placebostimulation an den entsprechenden stellen. Von der transkraniellen Gleichstromstimulation in der hier angewendeten Form ist bekannt, dass sie Lernvorgänge in der stimulierten Gehirnregion verbessert. Eine Vergrößerung des Lernesultats in einer der untersuchten Lernformen mit Stimulation einer Gehirnregion (relativ zu ihrem Placebo) ließe daher auf eine spezifische Beteiligung der entsprechenden Region an dieser Lernform schließen.

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Studiendetails

Studienziel Menge des expliziten Lernens anhand des expliziten Tests im Vergleich der Prä- und Post-Messung (vor und nach der Trainingsphase) (vgl. Hegele, M., & Heuer, H. (2010a). Consciousness and Cognition, 19(4), 906–917.; Hegele, M., & Heuer, H. (2010b). PLoS One, 5(8), e12071. doi:10.1371/journal.pone.0012071; Hegele, M., & Heuer, H. (2013). Psychology and Aging, 28(2), 333–9.; Heuer, H., & Hegele, M. (2011). Journal of Neurophysiology, 106(4), 2078–85.)
Status Rekrutierung abgeschlossen, follow up abgeschlossen
Zahl teilnehmender Patienten 60
Stationärer Aufenthalt Keiner
Studientyp Interventionell
Kontrolle Placebo
Finanzierungsquelle Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Sport und Sportwissenschaft

Kostet die Teilnahme Geld?

Alle während der Studie durchgeführten Behandlungen und Untersuchungen sind für Sie kostenfrei.

Teilnahme­voraussetzungen

Einschlusskriterien

  • Neurologisch gesunde, rechtshändige Personen im Alter von 18-35 Jahren.

Ausschlusskriterien

  • Bekannte neurologische Erkrankungen, metallene oder elektronische Implantate (z.B. Herzschrittmacher) an Kopf, Augen oder Oberkörper, Tätowierung der Kopfhaut, Körperliche Behinderung, die mit der Durchführung des Transformationsexperiments in Konflikt steht (z.B. amputierter Arm). Teilnahme an anderen neurologischen Studien, die mit der Gleichstromstimulation wechselwirken könnten derzeit oder innerhalb 48 Stunden vor dem Test.

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Häufig gestellte Fragen

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Motorisches Lernen ist nicht einheitlich. Vielmehr tragen verschiedene Prozesse zum Gesamtlernresultat bei (Haith & Krakauer, 2013; Taylor & Ivry, 2012; Wolpert, Diedrichsen, & Flanagan, 2011). Ein Interesse am Verständnis dieser Prozesse und deren neuronaler Verortung besteht unter anderem weil diese mit verschiedenen Eigenschaften (z.B. Langfristige Abrufbarkeit des Erlernten, Anfälligkeit gegenüber Störungen wie Stress) assoziiert sind, aber auch weil einzelne Prozesse bei verschiedenen Konditionen in verringertem Maße aktivierbar sein können (Abbruzzese, Trompetto, & Marinelli, 2009; Hegele & Heuer, 2013; Zhu, Poolton, & Masters, 2012). Ein gut untersuchtes Paradigma zur Differenzierung gelernten Verhaltens nach unterliegenden Mechanismen ist das Erlernen visuomotorischer Transformationen. Anhand solcher Transformationen können unter anderem explizite und implizite Formen motorischen Lernens differenziert werden (Hegele & Heuer, 2010a, 2013; Heuer & Hegele, 2011; Taylor & Ivry, 2012). In der Vergangenheit wurden Bereits versuche unternommen, die neuronalen Strukturen und Mechanismen zu identifizieren, die dem Erlernen von visuomotorischen Transformationen zugrunde liegen. Mit Hilfe bildgebender Verfahren wurden hinweise darauf gewonnen, dass beim impliziten Erlernen von visuomotorischen Rotationen u.a. das Kleinhirn (Cerebellum) (Diedrichsen, Hashambhoy, Rane, & Shadmehr, 2005; Seidler & Noll, 2008), beim expliziten Erlernen der präfrontale Kortex (Anguera, Reuter-Lorenz, Willingham, & Seidler, 2011; Seidler, Noll, & Chintalapati, 2006; Seidler & Noll, 2008) von Bedeutung sind. Patientenstudien scheinen zeigen entsprechend spezifische Beeinträchtigung von Läsionspatienten in den entsprechenden Lernformen (Slachevsky, Pillon, Fourneret, Pradat-Diehl, Jeannerod & Dubois, 2001; Taylor, Klemfuss & Ivry 2010). Bildgebende Verfahren und Studien an Läsionspatienten bieten somit ein gutes, aber kein vollständiges Bild der tatsächlichen Rolle der genannten Strukturen bei gesunden Probanden. So können bildgebenden Verfahren z.B. nicht die kausale Rolle der beobachteten Aktivierung aufzeigen. Bei Läsionspatienten muss hingegen davon ausgegangen werden, dass das Gehirn aufgrund seiner plastischen Eigenschaften gegenüber gesunden Probanden verändert ist. Interventionsstudien am gesunden Probanden können einen funktionalen Nachweis der Rolle der beteiligten Gehirnstrukturen bei motorischen Lernprozessen bieten und stellen somit eine sinnvolle Ergänzung zu bildgebenden Verfahren und Patientenstudien dar. In Bezug auf das Erlernen visuomotorischer Transformationen wurden solche Interventionen bereits mittels transkranieller Magnetstimulation (TMS) (Hadipour-Niktarash, Lee, Desmond, & Shadmehr, 2007; Pascual-Leone, Wassermann, Grafman, & Hallett, 1996) und transkranieller Gleichstromstimulation (tDCS) (Galea, Vazquez, Pasricha, de Xivry & Celnik 2009 for tDCS) versucht. Allerdings ist diesen Studien gemein, dass sie nur unzureichend zwischen expliziten und impliziten Mechanismen motorischen Lernens unterscheiden konnten. In der vorliegenden Studie sollen Probanden daher eine visuomotorische Transformation Lernen, wobei mittels eines gut etablierten Verfahrens (Hegele & Heuer, 2010b, 2013; Heuer & Hegele, 2011) nach impliziten und expliziten Lernanteilen unterschieden wird. Durch tDCS (Reis & Fritsch 2011, Reis, Schambra, Cohen, Buch, Fritsch, Zarahn, Celnik & Krakauer 2009) wird die Anpassungsfähigkeit des präfrontalen Kortex und des Cerebellums während des Lernens modifiziert. Somit sollen Rückschlüsse über die Rolle dieser Strukturen beim expliziten und impliziten Erlernen visuomotorischer Transformationen gewonnen und das Verständnis des Zusammenspiels verschiedener Hirnstrukturen beim motorischen Lernen somit verbessert werden. Über dieses grundlegende Ziel hinaus bietet die tDCS auch die Möglichkeit der „Leistungsverbessernden“ Anwendung. Es ist daher möglich, dass sich aus dieser Studie Erkenntnisse über die Möglichkeit der gezielten Stärkung einzelner Lernprozesse ergeben, die in Folgestudien bei Gruppen getestet werden könnten, die in diesen Lernprozessen spezifisch beeinträchtigt sind (Abbruzzese et al., 2009; Hegele & Heuer, 2013). Die spezifischen Hypothesen der Studie sind, dass eine Anpassungsfördernde Stimulation des Cerebellums das implizite Lernen der Transformation, eine Anpassungsfördernde Stimulation des präfrontalen Kortex das explizite Lernen der Transformation gegenüber Placebostimulation verstärkt. Referenzen: Abbruzzese, G. et al. (2009). European Journal of Physical and Rehabilitation Medicine, 45(2), 209–214. Anguera, J. et al. (2011). Journal of Cognitive Neuroscience, 23(1), 11–25. Diedrichsen, J. et al. (2005). Journal of Neuroscience, 25(43), 9919–31. Galea, J. M. et al. (2011). Cerebral Cortex, 21(8), 1761–1770. Hadipour-Niktarash, A., et al. (2007). Journal of Neuroscience, 27(49), 13413–13419. Haith, A. M., & Krakauer, J. W. (2013). Advances in Experimental Medicine and Biology, 782, 1–21. Hegele, M., & Heuer, H. (2010a). Consciousness and Cognition, 19(4), 906–917. Hegele, M., & Heuer, H. (2010b). PLoS One, 5(8), e12071. doi:10.1371/journal.pone.0012071 Hegele, M., & Heuer, H. (2013). Psychology and Aging, 28(2), 333–9. Heuer, H., & Hegele, M. (2011). Journal of Neurophysiology, 106(4), 2078–85. Pascual-Leone, A et al. (1996). Experimental Brain Research. 107(3), 479–85. Reis, J., & Fritsch, B. (2011). Current Opinion in Neurology, 24(6), 590–6. Reis, J. et al. (2009). Proc Nat Acad Sci, 106(5), 1590–1595. Seidler, R. D., & Noll, D. C. (2008). Journal of Neurophysiology, 99(4), 1836–45. Seidler, R. D., Noll, D. C., & Chintalapati, P. (2006). Experimental Brain Research, 175(3), 544–55. Slachevsky, A. et al. (2001). Journal of Cognitive Neuroscience, 13(3), 332–40. Taylor, J. A., & Ivry, R. B. (2012). Ann NY Acad Sci, 1251, 1-12. Taylor, J. A., & Ivry, R. B. (2011). PLoS Computational Biology, 7(3), e1001096. Taylor, J. A. et al. (2010). Cerebellum, 9(4), 580–586. Wolpert, D. M. et al. (2011). Nature Reviews Neuroscience, Adv.(12), 739–51. Zhu, F. et al. (2012). In A. Gollhofer, W. Taube, & J. B. Nielsen (Eds.), Routledge Handbook of Motor Control and Motor Learning (pp. 155–174). London and New York: Routledge.

Quelle

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