@phdthesis{Schecklmann2009,
  author    = {Schecklmann, Martin},
  title     = {Behavioraler und hirnphysiologischer Zusammenhang von Arbeitsged{\"a}chtnis und Antworthemmung bei adulter Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivit{\"a}tsst{\"o}rung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-36466},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Hintergrund: Die Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivit{\"a}tsst{\"o}rung (ADHS) umfasst die klinischen Symptome Hyperaktivit{\"a}t, Impulsivit{\"a}t und Unaufmerksamkeit und besitzt eine große erbliche Komponente. Ver{\"a}nderungen des Dopaminstoffwechsels und des pr{\"a}frontalen Kortex scheinen mit der Erkrankung assoziiert zu sein. Bekannt sind auch Defizite in exekutiven Funktionen wie Arbeitsged{\"a}chtnis und Antworthemmung, welche gemeinsam als ein Endoph{\"a}notyp der ADHS betrachtet werden. Solche sogenannten intermedi{\"a}ren Ph{\"a}notypen bilden m{\"o}glicherweise {\"a}tiopathogenetisch sinnvollere Untergruppen von Krankheitsbildern als die Unterteilung nach den klassischen Diagnosesystemen. Zahlreiche Untersuchungen zu Arbeitsged{\"a}chtnis und Antworthemmung bei ADHS finden Mittelwertsunterschiede im Vergleich zu gesunden Stichproben in behavioralen und hirnphysiologischen Maßen. Ein genetischer Polymorphismus (Val158Met) mit Einfluss auf die Synthese der Catechol-O-Methyltransferase (COMT) moduliert Arbeitsged{\"a}chtnis und Antworthemmung bei Gesunden und Patienten mit ADHS. COMT ist ein Enzym, das den Abbau von pr{\"a}frontalem Dopamin katalysiert. Das Valin(Val)-Allel ist mit einer geringeren, das Methionin(Met)-Allel mit einer h{\"o}heren Verf{\"u}gbarkeit von Dopamin in kortikalen Arealen assoziiert. Letzteres scheint die Funktion pr{\"a}frontaler Hirnareale zu optimieren. Ziel: Es ist unklar, ob die beiden Prozesse Arbeitsged{\"a}chtnis und Antworthemmung miteinander in Verbindung stehen, also einen gemeinsamen Endoph{\"a}notypen bezeichnen, und ob ein m{\"o}glicher Zusammenhang dieser beiden Funktionen durch Dopamin moduliert wird. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist, (1) die bekannten Mittelwertsunterschiede zwischen Patienten mit ADHS und gesunden Kontrollpersonen zu replizieren, (2) den Zusammenhang von Arbeitsged{\"a}chtnis und Antworthemmung mit Korrelationsanalysen zu {\"u}berpr{\"u}fen, (3) den Einfluss des COMT-Polymorphismus auf Arbeitsged{\"a}chtnis und Antworthemmung zu untersuchen und (4) festzustellen, ob der COMT-Polymorphismus die St{\"a}rke der Korrelationen beeinflusst. Die Fragestellungen 3 und 4 sind aufgrund der kleinen Stichproben als explorativ zu bewerten. Methoden: In die Auswertung aufgenommen wurden 45 erwachsene Patienten mit ADHS und 41 nach Alter, Geschlecht, H{\"a}ndigkeit, Intelligenz, Bildungsniveau und Kopfumfang vergleichbare Kontrollen. Arbeitsged{\"a}chtnis und Antworthemmung wurden durch eine N-Back- bzw. eine Stoppsignal-Aufgabe operationalisiert. Als abh{\"a}ngige Variablen dienten als behaviorale Maße die Anzahl richtiger Antworten, Reaktionszeiten und Effizienz und als hirnphysiologische Parameter Konzentrationsver{\"a}nderungen von oxygeniertem (O2Hb) und deoxygeniertem H{\"a}moglobin (HHb) in pr{\"a}frontalen Arealen, die mittels funktioneller Nah-Infrarot Spektroskopie gemessen wurden. Korrelationen wurden zwischen den Kontrollbedingungen (1-Back und Go-Trials) und zwischen den eigentlichen Bedingungen der Arbeitsged{\"a}chtnis- und Stoppsignal-Aufgabe (2-Back und Stopperfolge) berechnet. Ergebnisse: Kontrollen und Patienten zeigten hirnphysiologisch aufgabentypische signifikante Aktivierungsmuster, f{\"u}r das Arbeitsged{\"a}chtnis mehr ausgepr{\"a}gt {\"u}ber dem dorso-lateralen pr{\"a}frontalen Kortex (DLPFC), f{\"u}r die Antworthemmung mehr {\"u}ber dem inferioren frontalen Kortex (IFC). Fragestellung 1: Patienten zeigten im Vergleich zu den gesunden Kontrollpersonen signifikante Defizite in allen erhobenen behavioralen Maßen. Sie zeigten auch signifikant reduzierte Anstiege von O2Hb {\"u}ber dem linken und rechten IFC f{\"u}r Stopperfolge und eine statistisch tendenziell verringerte O2Hb-Konzentration im linken DLPFC f{\"u}r die 2-Back-Bedingung. Es fanden sich jedoch auch Defizite in den einfachen Kontrollaufgaben (behaviorale Maße und O2Hb w{\"a}hrend 1-Back). Nach einer Anpassung der Gruppen f{\"u}r die Unterschiede in den Kontrollaufgaben blieben die Gruppenunterschiede in den Aufgaben f{\"u}r Arbeitsged{\"a}chtnis und Antworthemmung bestehen. Fragestellung 2: Nur bei den Patienten und nur f{\"u}r die behavioralen Maße zeigten sich signifikante positive Assoziationen. Die Effizienz w{\"a}hrend 1-Back korrelierte mit der Reaktionszeit w{\"a}hrend der Go-Trials, und die Effizienz w{\"a}hrend 2-Back korrelierte mit der Stoppsignal-Reaktionszeit. Diese beiden Korrelationen unterschieden sich statistisch nicht in ihrer St{\"a}rke. In den f{\"u}r die Unterschiede in den Kontrollaufgaben angepassten Gruppen blieb nur die Korrelation der Kontrollaufgaben tendenziell signifikant, die Korrelation von Effizienz w{\"a}hrend 2-Back und Stoppsignal-Reaktionszeit verschwand. Die Patienten zeigten erh{\"o}hte Impulsivit{\"a}t (erhoben mit einem Fragebogen), die positiv mit behavioralen Maßen der beiden untersuchten Prozesse korrelierte. Fragestellung 3: F{\"u}r 1-Back (O2Hb in rechter Hemisph{\"a}re) und 2-Back (O2Hb in linker Hemisph{\"a}re) wurden statistisch tendenzielle COMT x Gruppe Interaktionen gefunden. F{\"u}r 1-Back zeigten die Kontrollen mit dem Val/Val-Genoytp sowohl im Vergleich zu Kontrollen mit dem Met/Met-Genotyp als auch im Vergleich zu Patienten mit zwei Val-Allelen eine signifikant h{\"o}here O2Hb-Konzentration. Gleichzeitig wies die Analyse der Verhaltensdaten auf eine h{\"o}here Effizienz der Kontrollen mit Met-Allelen im Vergleich zu Patienten mit Met-Allelen hin. F{\"u}r 2-Back zeigte der Val/Val-Genotyp der Kontrollen eine h{\"o}here O2Hb-Konzentration als der Val/Val-Genotyp der Patienten. Zus{\"a}tzlich wies der Met/Met-Genotyp in der ADHS-Gruppe einen st{\"a}rkeren Anstieg von O2Hb im Vergleich zu dem Val/Val-Genotyp in der ADHS-Gruppe auf. Die Analyse der Verhaltensdaten zeigte eine h{\"o}here Effizienz der Kontrollen im Vergleich zu den Patienten f{\"u}r die Gruppen mit einem oder zwei Val-Allelen. F{\"u}r Stopperfolge zeigten sich signifikante COMT x Gruppe Interaktionen f{\"u}r O2Hb in beiden Hemisph{\"a}ren. Die Kontrollen mit Val/Met-Genotyp hatten h{\"o}here O2Hb-Konzentrationen als Kontrollen mit Val/Val- oder Met/Met-Genotyp und als Patienten mit Val/Met-Genotyp. Patienten mit Val/Met-Genotyp hatten langsamere Stoppsignal-Reaktionszeiten im Vergleich zu den Kontrollen mit Val/Met-Genotyp. Fragestellung 4: Die Korrelationen in Abh{\"a}ngigkeit der Stichproben und COMT-Gruppen zeigten unterschiedlich hohe und unterschiedlich gerichtete Korrelationskoeffizienten. Nur in der Gruppe der Patienten und nur f{\"u}r die Verhaltensdaten wurden positive Assoziationen f{\"u}r alle COMT-Gruppen gefunden, vergleichbar mit den Ergebnissen aus Fragestellung 2. Diskussion: Die behavioralen und hirnphysiologischen Unterschiede in den Aufgaben zum Arbeitsged{\"a}chtnis und zur Antworthemmung zwischen Patienten mit ADHS und Kontrollen replizieren gut die Ergebnisse fr{\"u}herer Arbeiten. Ausgehend von den Gruppenunterschieden in den einfachen Kontrollaufgaben muss aber {\"u}berlegt werden, inwieweit Patienten mit ADHS auch in einfachen psychomotorischen Aufgaben bereits Defizite zeigen. Die Korrelation behavioraler Maße der eigentlichen Arbeitsged{\"a}chtnis- und Inhibitionsaufgabe in der Gruppe der Patienten, die allerdings die Assoziation der Kontrollaufgaben nicht {\"u}berschritt, und die mit dem Anpassen f{\"u}r Unterschiede in den Kontrollenaufgaben verschwand, l{\"a}sst Zweifel an dem spezifischen Zusammenhang der beiden Prozesse bei ADHS aufkommen. Zudem werfen die positiven Assoziationen dieser Prozesse (behaviorale Maße) mit der Impulsivit{\"a}t (Fragebogen) die Frage auf, ob es sich um die Operationalisierung des gleichen Konstrukts handelt bzw. ob Impulsivit{\"a}t in Form behavioraler Tests das Gleiche misst wie Impulsivit{\"a}t auf symptomatischer Ebene. Ein Faktor, der m{\"o}glicherweise Einfluss auf die Korrelationen zwischen den Aufgaben hat, k{\"o}nnte der Dopamingehalt sein, wie er in der vorliegenden Arbeit durch den COMT Polymorphismus operationalisiert wurde. Die Ergebnisse der COMT x Gruppe Interaktionen zeigten eine erh{\"o}hte O2Hb-Konzentration der Val-Alleltr{\"a}ger der Kontrollen f{\"u}r die N-Back-Aufgaben bei teilweise besserer Effizienz und eine erh{\"o}hte O2Hb-Konzentration und teilweise schnellere Stoppsignal-Reaktionszeit der Val/Met-Alleltr{\"a}ger der Kontrollen bei Stopperfolgen. Unsere Ergebnisse entsprechen nicht unbedingt den Annahmen aus der Literatur, dass das Met-Allel das g{\"u}nstige Allel in Bezug auf gute pr{\"a}frontale Hirnfunktion sei. Diese Unterschiede in den COMT x Gruppe Interaktionen legen eine Abh{\"a}ngigkeit pr{\"a}frontaler Hirnfunktionen vom allgemeinen dopaminergen Gehalt (Patienten vs. Kontrollen), vom pr{\"a}frontalen dopaminergen Niveau (COMT-Genotyp) und von der Aufgabenart (Arbeitsged{\"a}chtnis vs. Antworthemmung) nahe. Diese Hypothese wird unterst{\"u}tzt durch die Unterschiede in den Korrelationskoeffizienten der beiden Prozesse in Abh{\"a}ngigkeit der Stichproben und Genotyp-Gruppen. Schlussfolgerung: Die Befunde st{\"u}tzen nicht die Annahme, dass es sich bei Arbeitsged{\"a}chtnis und Antworthemmung um zusammenh{\"a}ngende Funktionen bei ADHS oder Gesunden handelt, oder dass der exekutive Endoph{\"a}notyp einen einheitlichen Subtyp der ADHS darstellt. Zudem scheint eine m{\"o}gliche Assoziation der beiden Prozesse von mehreren Faktoren wie z. B. der Dopamin-Konzentration moduliert zu werden. Zuk{\"u}nftige Arbeiten sollten die Fragestellungen bearbeiten, welche Faktoren den Zusammenhang dieser Prozesse beeinflussen und welche Kombination solcher Faktoren eine Subgruppe von Patienten mit ADHS mit einem gemeinsamen exekutiven Endoph{\"a}notyp darstellen k{\"o}nnten.},
  subject      = {ADHS},
  language  = {de}
}
@article{HaeussingerHeinzelHahnetal.2011,
  author    = {Haeussinger, Florian B. and Heinzel, Sebastian and Hahn, Tim and Schecklmann, Martin and Ehlis, Ann-Christine and Fallgatter, Andreas J.},
  title     = {Simulation of Near-Infrared Light Absorption Considering Individual Head and Prefrontal Cortex Anatomy: Implications for Optical Neuroimaging},
  series = {PLoS ONE},
  volume    = {6},
  journal   = {PLoS ONE},
  number    = {10},
  doi       = {10.1371/journal.pone.0026377},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142311},
  pages     = {e26377},
  year      = {2011},
  abstract  = {Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is an established optical neuroimaging method for measuring functional hemodynamic responses to infer neural activation. However, the impact of individual anatomy on the sensitivity of fNIRS measuring hemodynamics within cortical gray matter is still unknown. By means of Monte Carlo simulations and structural MRI of 23 healthy subjects (mean age: (25.0 +/- 2.8) years), we characterized the individual distribution of tissue-specific NIR-light absorption underneath 24 prefrontal fNIRS channels. We, thereby, investigated the impact of scalp-cortex distance (SCD), frontal sinus volume as well as sulcal morphology on gray matter volumes (V(gray)) traversed by NIR-light, i.e. anatomy-dependent fNIRS sensitivity. The NIR-light absorption between optodes was distributed describing a rotational ellipsoid with a mean penetration depth of (23.6 +/- 0.7) mm considering the deepest 5\% of light. Of the detected photon packages scalp and bone absorbed (96.4 +/- 9: 7)\% and V(gray) absorbed (3.1 +/- 1.8)\% of the energy. The mean V(gray) volume (1.1 +/- 0.4)cm(3) was negatively correlated (r = - .76) with the SCD and frontal sinus volume (r = - .57) and was reduced by 41.5\% in subjects with relatively large compared to small frontal sinus. Head circumference was significantly positively correlated with the mean SCD (r = .46) and the traversed frontal sinus volume (r = .43). Sulcal morphology had no significant impact on V(gray). Our findings suggest to consider individual SCD and frontal sinus volume as anatomical factors impacting fNIRS sensitivity. Head circumference may represent a practical measure to partly control for these sources of error variance.},
  language  = {en}
}
@article{SchecklmannGianiTupaketal.2014,
  author    = {Schecklmann, Martin and Giani, Anette and Tupak, Sara and Langguth, Berthold and Raab, Vincent and Polak, Thomas and Varallyay, Csanad and Harnisch, Wilma and Herrmann, Martin J. and Fallgatter, Andreas J.},
  title     = {Functional Near-Infrared Spectroscopy to Probe State- and Trait-Like Conditions in Chronic Tinnitus: A Proof-of-Principle Study},
  series = {Neural Plasticity},
  journal   = {Neural Plasticity},
  number    = {894203},
  issn      = {1687-5443},
  doi       = {10.1155/2014/894203},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-117801},
  pages     = {8},
  year      = {2014},
  abstract  = {Objective. Several neuroscience tools showed the involvement of auditory cortex in chronic tinnitus. In this proof-of-principle study we probed the capability of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for the measurement of brain oxygenation in auditory cortex in dependence from chronic tinnitus and from intervention with transcranial magnetic stimulation. Methods. Twenty-three patients received continuous theta burst stimulation over the left primary auditory cortex in a randomized sham-controlled neuronavigated trial (verum = 12; placebo = 11). Before and after treatment, sound-evoked brain oxygenation in temporal areas was measured with fNIRS. Brain oxygenation was measured once in healthy controls (n = 12). Results. Sound-evoked activity in right temporal areas was increased in the patients in contrast to healthy controls. Left-sided temporal activity under the stimulated area changed over the course of the trial; high baseline oxygenation was reduced and vice versa. Conclusions. By demonstrating that rTMS interacts with auditory evoked brain activity, our results confirm earlier electrophysiological findings and indicate the sensitivity of fNIRS for detecting rTMS induced changes in brain activity. Moreover, our findings of trait-and state-related oxygenation changes indicate the potential of fNIRS for the investigation of tinnitus pathophysiology and treatment response.},
  language  = {en}
}
@article{KopfGloecknerAlthenetal.2023,
  author    = {Kopf, Juliane and Gl{\"o}ckner, Stefan and Althen, Heike and Cevada, Thais and Schecklmann, Martin and Dresler, Thomas and Kittel-Schneider, Sarah and Reif, Andreas},
  title     = {Neural responses to a working memory task in acute depressed and remitted phases in bipolar patients},
  series = {Brain Sciences},
  volume    = {13},
  journal   = {Brain Sciences},
  number    = {5},
  issn      = {2076-3425},
  doi       = {10.3390/brainsci13050744},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-313509},
  year      = {2023},
  abstract  = {(1) Cognitive impairments such as working memory (WM) deficits are amongst the most common dysfunctions characterizing bipolar disorder (BD) patients, severely contributing to functional impairment. We aimed to investigate WM performance and associated brain activation during the acute phase of BD and to observe changes in the same patients during remission. (2) Frontal brain activation was recorded using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) during n-back task conditions (one-back, two-back and three-back) in BD patients in their acute depressive (n = 32) and remitted (n = 15) phases as well as in healthy controls (n = 30). (3) Comparison of BD patients during their acute phase with controls showed a trend (p = 0.08) towards lower dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC) activation. In the remitted phase, BD patients showed lower dlPFC and ventrolateral prefrontal cortex (vlPFC) activation (p = 0.02) compared to controls. No difference in dlPFC and vlPFC activation between BD patients' phases was found. (4) Our results showed decreased working memory performance in BD patients during the working memory task in the acute phase of disease. Working memory performance improved in the remitted phase of the disease but was still particularly attenuated for the more demanding conditions.},
  language  = {en}
}