Zirkadiane Modulation hochfrequenter SEP-Komponenten (600 Hz) nach Medianusstimulation in Abhängigkeit von tonischer alertness

Seiller, Melanie; Buchner, Helmut

doi:26859

Zirkadiane Modulation hochfrequenter SEP-Komponenten (600 Hz) nach Medianusstimulation in Abhängigkeit von tonischer alertness

Seiller, Melanie (Author)

2005

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Melanie Seiller geb. Thissen

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

Umfang108 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Buchner, Helmut (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-08-15

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-12374
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/60264/files/Seiller_Melanie.pdf

Einrichtungen

Medizinische Fakultät (510000-1)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Medizin (frei) ; somatosensorisch evozierte Potentiale (frei) ; hochfrequente Oszillationen (600 Hz) (frei) ; alertness (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Somatosensibel evozierte Potentiale nach elektrischer Stimulation des N. medianus besitzen eine niedrigamplitudige (<500 nV) hochfrequente oszillatorische burst-Komponente (~ 600 Hz) zum Zeitpunkt der N20, die mittels digitaler Hochpassfilterung sichtbar gemacht werden kann. Vorausgegangene Studien zeigten, dass neben einem Ursprung der hochfrequenten Aktivität im primären somatosensiblen Kortex auch eine subkortikale Quelle im Thalamus bzw. in thalamokortikalen Projektionsneuronen existiert. Da der Thalamus eine entscheidende Rolle in der Regulation von alertness und arousal spielt, beschäftigte sich die vorliegende Arbeit mit der Frage, ob die hochfrequenten Oszillationen früher kortikaler Medianus-SEP durch Veränderungen der tonischen alertness am wachen Individuum im Verlauf einer 24-stündigen Versuchsdauer beeinflusst werden. Zur Datenerhebung wurde an 11 gesunden weiblichen und männliche Probanden zu vier Zeitpunkten des 24-stündigen Experimentes (1. Tag: 8.00h, 16.00h, 2. Tag: 4.00h, 8.00h) eine bilaterale elektrische Stimulation des N. medianus auf Höhe des Handgelenks durchgeführt und kortikale SEP in 12-Kanal-Technik in Bezug zu einer fronto-medianen Referenz abgeleitet. Die Reizfrequenz betrug 3,5 Hz pro Extremität, die Reizdauer 0,2 ms und die Reizintensität entsprach in etwa der zweifachen motorischen Schwelle des Nerven. Parallel dazu mussten die Versuchspersonen zur objektiven Quantifizierung des alertness-Niveaus eine computergestützte Reaktionszeitaufgabe leisten; es handelte sich um den Untertest „Alertness ohne Warnton“ der Testbatterie zur Aufmerksamkeitsprüfung (TAP) . Mittels digitaler Hochpassfilter konnten sowohl die niederfrequente N20 als auch die HFO in der Datennachbearbeitung dargestellt und ausgewertet werden; für letztere erfolgte sowohl eine konventionelle Einzelkanal- als auch eine Zeit-Frequenz-Analyse, hierzu wurden die gefilterten Daten mit einem Morlet-wavelet transformiert. Die frühe kortikale Primärkomplexkomponente N20 veränderte sich nicht im Verlauf des Versuchs, abgesehen von einer signifikanten Latenzverlängerung in der Nacht und am nächsten Morgen, die auf den physiologischen Abfall der Körperkerntemperatur zurückgeführt werden konnte. Die hochfrequenten Oszillationen im Zeitfenster der N20 zeigten dagegen eine deutliche Abnahme der gemittelten Amplituden und Frequenzen in der nächtlichen Messung; ebenso eine tendenzielle Latenzverlängerung. Parallel dazu verlängerten sich die mittleren Reaktionszeiten in der Nacht. Bei 2 Probanden wurde in einem Kontrollexperiment während der SEP-Registrierung die Körperkerntemperatur künstlich um ca. 0,6°C abgekühlt, um deskriptiv darzustellen, dass die beobachteten Veränderungen der HFO nicht durch zirkadiane Variation der Körpertemperatur zu erklären waren. Insgesamt lässt sich aus den Ergebnissen eine Beeinflussung der 600 Hz-Komponente früher kortikaler Medianus-SEP durch Modulation der intrinsischen alertness im Verlauf einer 24-stündigen Wachphase erkennen. Dies weist darauf hin, dass der HFO-burst an wachen Personen eine vigilanzabhängige Komponente beinhaltet, welche vermutlich subkortikal im somatosensiblen Relaiskern des Thalamus generiert, durch den Ncl. reticularis thalami moduliert und in den somatosensiblen Kortex projiziert wird.

Human somatosensory evoked potentials (SEP) after median nerve stimulation contain a low-amplitude (< 500 nV) high-frequency (~ 600 Hz) burst of repetitive oscillations superimposed onto the primary cortical response “N20”, which can be obtained by digitally filtering the wide-band SEPs. Previous EEG- and MEG-studies indicated these high-frequency oscillations (HFOs) to reflect at least in part activity generated at the thalamus and in the thalamocortical radiation. Since the thalamus is involved in regulating alertness and arousal, the present study aimed to characterize the effects of circadian fluctuations of alertness on HFOs in awake humans. Bilaterally evoked median nerve SEPs were recorded in 11 healthy human subjects at four time points (day I: 8 a.m., 4 p.m., day II: 4 a.m., 8 a.m.) during a 24 hours waking period by using constant current square wave pulses at the right and left wrist (0.2 ms width) with an intensity of twice the motor threshold and a repetition rate of 7 Hz (3.5 Hz per limb). Responses were recorded using a 12-channel arrangement (reference Fz,) with electrode density focused around CP3 and CP4 (somatosensory cortex). Parallel to SEP recordings a reaction time task was performed to describe the level of alertness more objectively. By means of digital filtering the low frequency N20 as well as the HFOs could be obtained and evaluated; for the latter was carried out a time frequency-analysis aside from the conventional single-channel- analysis. Low-frequency SEP components showed no major circadian effects except for a slight latency prolongation during night recordings. In contrast, HFOs were significantly attenuated in amplitude and decreased in frequency at night in comparison to the first morning session, recovering partially at the second morning. In parallel, mean reaction times were significantly prolonged during the night recordings. A control experiment with decreasing body temperature about 0,6°C in two test subjects indicated that the HFO attenuation at night is unrelated to the circadian decrease of temperature. In conclusion, there seems to be an influence on the high-frequency part of early median nerve SEP by modulating the level of intrinsic alertness within a 24-hour waking period. These results fit with the hypothesis that HFOs in awake human subjects contain a component that reflect an vigilance-dependent signal, possibly generated at the thalamic level in the somatosensory relay nucleus, modulated by the reticular nucleus and transmitted to the primary somatosensory cortex.

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