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Untersuchung der durch taktile Muster evozierten Änderungen der Aktivität im Cortex mit einem pneumatischen Display

Maucher, Thorsten

English Title: A Study on the Evoke Variances in Cortex Activity by Presenting Tactile Pattern with a Pneumatically Driven Display

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PDF, German
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Abstract

Die Plastizität des erwachsenen Gehirns ist ein in den Neurowissenschaften viel diskutiertes Phänomen. Durch neue bildgebende Verfahren wie die funktionelle Kernspintomographie (fMRT) stehen Werkzeuge zur Verfügung, die es ermöglichen Plastizität nicht invasiv und in vivo nachzuweisen. In dieser Arbeit werden technische Realisierungen für den Informationstransfer von visuellen zu taktilen Informationen gezeigt. Diese Geräte werden seit Bach-y-Rita als taktile Sehersatzsysteme (TVSS) bezeichnet. Für die Umsetzung von visuell-taktilen Paradigmen im Verlauf einer fMRT Untersuchung ist ein pneumatisches taktiles Display (PTD) entwickelt worden. Die dargebotenen Reize bestehen aus 64 taktilen Elementen (Taxel), welche in einer Matrix angeordnet sind. Mit dem PTD ist es möglich sowohl räumliche als auch zeitliche Muster anzuzeigen. Die Arbeit beinhaltet die Beschreibung des Aufbaus und der Ansteuerung, eine Charakteristik der erzeugten taktilen Reize sowie die Evaluierung des artefaktefreien Betriebs während einer kernspintomographischen Sitzung. Als Ergebnis von drei Studien mit dem PTD im fMRT werden die durch Reizung mit dem PTD evozierten Aktivitäten im Cortex gezeigt. Bei zwei Studien ist das gewählte Paradigma der Art, dass ein Ansprechen der primären somatosensorischen Areale zu erwarten ist. Die letzte Studie zeigt die Veränderungen bei der Präsentation von Mustern, die eine Vorzugsrichtung im Raum haben. Als Resultat der drei Studien kann gezeigt werden, inwieweit sich die Wahrnehmung im Cortex mit der Änderung der Komplexität des taktilen Musters verändert. Es deutet sich eine Verschiebung der Aktivität in Richtung der Brodmann Areale 19 mit zunehmender Komplexität der Muster an.

Translation of abstract (English)

Plasticity in the adult brain is currently a frequently discussed Phenomenon in neuroscience. New imaging techniques like functional magnetic resonance imaging (fMRI) have the capability to show cortical plasticity when visual-like patterns are provided by a tactile input. The main advantage of the fMRI technique is the non invasive and in vivo operation. This thesis presents the description of devices which transform visual information to tactile stimuli. Bach-y-Rita named this type of devices a tactile vision substitution system (TVSS). To present visual-tactile paradigms during fMRI experiments, a pneumatically-driven tactile device (PTD) has been built capable of generating tactile stimuli on a 2-dimensional matrix with 64 tactile elements (taxel). The tactile stimuli can be complex spatial and temporal patterns. This thesis includes a detailed description of the design and activation of the PTD, a characterization of the tactile stimulus and its artefact free operation. The cortical activation evoked by tactile stimulation with the PTD is presented for three studies. In two studies the paradigm is such that the activation is expected to be in the primary somatosensory cortex. In the third study, complex patterns with a temporal component, to be interpreted as a movement, were presented. The observed changes in cortical activation dependes on the presented patterns and are extensively discussed. The Observations suggest a movement to the brodmann area 19 with increasing pattern complexity.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Meier, Prof. Dr. Karlheinz
Date of thesis defense: 3 November 2004
Date Deposited: 15 Nov 2004 15:18
Date: 2004
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: NMR-Tomographie, Somatosensorisch evoziertes Potenzial, Somatosensorisches System, Tastwahrnehmung, Plastizität <Physiologie>, Plastizität <Psych
Uncontrolled Keywords: fMRT , taktil , SPM , somatosensorisch , SehersatzsystemefMRI , SPM , tactil , somatosensory , brain plasticity
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