A Rapid Sound-Action Association Effect in Human Insular Cortex

BACKGROUND: Learning to play a musical piece is a prime example of complex sensorimotor learning in humans. Recent studies using electroencephalography (EEG) and transcranial magnetic stimulation (TMS) indicate that passive listening to melodies previously rehearsed by subjects on a musical instrument evokes differential brain activation as compared with unrehearsed melodies. These changes were already evident after 20–30 minutes of training. The exact brain regions involved in these differential brain responses have not yet been delineated. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDING: Using functional MRI (fMRI), we investigated subjects who passively listened to simple piano melodies from two conditions: In the ‘actively learned melodies’ condition subjects learned to play a piece on the piano during a short training session of a maximum of 30 minutes before the fMRI experiment, and in the ‘passively learned melodies’ condition subjects listened passively to and were thus familiarized with the piece. We found increased fMRI responses to actively compared with passively learned melodies in the left anterior insula, extending to the left fronto-opercular cortex. The area of significant activation overlapped the insular sensorimotor hand area as determined by our meta-analysis of previous functional imaging studies. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Our results provide evidence for differential brain responses to action-related sounds after short periods of learning in the human insular cortex. As the hand sensorimotor area of the insular cortex appears to be involved in these responses, re-activation of movement representations stored in the insular sensorimotor cortex may have contributed to the observed effect. The insular cortex may therefore play a role in the initial learning phase of action-perception associations

Corticale und subcorticale Netzwerkstörungen bei Patienten mit katatoner Schizophrenie im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen

Das Krankheitsbild der Schizophrenie und seiner Subtypen ist bis heute Gegenstand vieler Untersuchungen. Man geht bei der Klärung der Pathophysiologie neben vielen anderen Ursachen davon aus, dass für die bestimmten Sybtypen der Schizophrenie bestimmte cerebrale Netzwerkveränderungen verantwortlich sind. Patienten mit einer katatonen Schizophrenie zeigen in ihrer Symptomatik unter anderem mit Erstarren, Haltungsverharren, Mutismus und anderen ähnlichen psychomotorischen Symptomen Schwierigkeiten bei der Ausführung und Durchführung selbst-initiierter Bewegungen, wobei möglicherweise eine funktionelle Netzwerkdysfunktion im Bereich der medialen motorischen Schleife, die hauptsächlich selbst-initiierte Bewegungen vermittelt, zugrunde liegt. Um dies darzustellen wurde in der hier vorgelegten Arbeit die funktionelle Magnetresonanztomographie als bildgebendes Verfahren angewendet, mit dem sich funktionelle Vorgänge im menschlichen Gehirn durch dadurch veränderten regionalen cerebralen Blutfluss bildlich darstellen lassen. Ziel der Studie war es, die cerebralen Aktivierungsmuster kataton schizophrener Patienten mit einem gesunden Probandenkollektiv mittels BOLD-Kontrast in einer fMRT-Untersuchung während eines speziellen motorischen Paradigmas mit extern-getriggerten und selbst-initiierten Fingerbewegungen zu vergleichen. Besonderes Augenmerk lag dabei auf der Darstellung der BOLD-Aktivierungslevel der Anteile der medialen Schleife der Motorik (SMA, Basalganglien und ventrolateralem bzw. ventral anteriorem Thalamuskern), unter der Annahme, dass spezifische Teile dieser Strukturen bei katatonen Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollprobanden verringerte BOLD-Aktivierungslevel bei selbst-initiierten Bewegungen aufweisen. Die vorliegende Studie sollte zwei Fragen beantworten: 1. Zeigen Patienten mit einer katatonen Schizophrenie verminderte BOLD-Level im Bereich der medialen Schleife der Motorik bei selbst-initiierten Bewegungen im Vergleich zu Gesunden? 2. Gibt es Unterschiede im BOLD-Aktivierungslevel zwischen Patienten mit katatoner Schizophrenie und Gesunden innerhalb der lateralen Schleife der Motorik bei extern-getriggerten Bewegungen? Hierzu wurde für die vorliegende Arbeit ein Kollektiv von Patienten mit der Diagnose einer katatonen Schizophrenie und ein nach Alter, Ausbildungsjahren und Händigkeit gematchtes gesundes Kontrollkollektiv rekrutiert, bei denen sorgfältig Erkrankungen, insbesondere andere psychiatrische oder neurologische Erkrankungen ausgeschlossen wurden, die Einfluss auf die Gehirnmorphologie haben können. Psychopathologische Daten der Patienten zum Untersuchungszeitpunkt wurden sorgfältig mit standardisierten Fragebögen erhoben und dokumentiert. Die Probanden wurden mit einem 1.5 Tesla Magnetom Vision in der Abteilung für Neuroradiologie am Klinikum Großhadern untersucht. Es wurde nach Sichtung bereits vorliegender Literatur ein passendes Stimulationsparadigma entworfen und angewendet. Die statistische Auswertung der erhobenen Daten erfolgte mit dem Programm SPM 99. Die Ergebnisse zeigen, dass Patienten mit einer katatonen Schizophrenie bei der Ausführung selbst-initiierter Bewegungen im Vergleich zu Gesunden signifikant geringere BOLD-Aktivierungslevel in den Bereichen der medialen motorischen Schleife aufweisen als Gesunde. Daneben zeigt sich, dass die Vermittlung extern-getriggerter Bewegungen über die laterale Schleife der Motorik nicht beeinträchtigt ist. Dies lässt auch im Vergleich mit der vorbestehenden Literatur den Schluss zu, dass die bestehenden motorischen Symptome bei der katatonen Schizophrenie möglicherweise als Störung des cerebralen Netzwerkes, das selbst-initiierte Bewegungen vermittelt zu verstehen ist

Corticale und subcorticale Netzwerkstörungen bei Patienten mit katatoner Schizophrenie im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen

Das Krankheitsbild der Schizophrenie und seiner Subtypen ist bis heute Gegenstand vieler Untersuchungen. Man geht bei der Klärung der Pathophysiologie neben vielen anderen Ursachen davon aus, dass für die bestimmten Sybtypen der Schizophrenie bestimmte cerebrale Netzwerkveränderungen verantwortlich sind. Patienten mit einer katatonen Schizophrenie zeigen in ihrer Symptomatik unter anderem mit Erstarren, Haltungsverharren, Mutismus und anderen ähnlichen psychomotorischen Symptomen Schwierigkeiten bei der Ausführung und Durchführung selbst-initiierter Bewegungen, wobei möglicherweise eine funktionelle Netzwerkdysfunktion im Bereich der medialen motorischen Schleife, die hauptsächlich selbst-initiierte Bewegungen vermittelt, zugrunde liegt. Um dies darzustellen wurde in der hier vorgelegten Arbeit die funktionelle Magnetresonanztomographie als bildgebendes Verfahren angewendet, mit dem sich funktionelle Vorgänge im menschlichen Gehirn durch dadurch veränderten regionalen cerebralen Blutfluss bildlich darstellen lassen. Ziel der Studie war es, die cerebralen Aktivierungsmuster kataton schizophrener Patienten mit einem gesunden Probandenkollektiv mittels BOLD-Kontrast in einer fMRT-Untersuchung während eines speziellen motorischen Paradigmas mit extern-getriggerten und selbst-initiierten Fingerbewegungen zu vergleichen. Besonderes Augenmerk lag dabei auf der Darstellung der BOLD-Aktivierungslevel der Anteile der medialen Schleife der Motorik (SMA, Basalganglien und ventrolateralem bzw. ventral anteriorem Thalamuskern), unter der Annahme, dass spezifische Teile dieser Strukturen bei katatonen Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollprobanden verringerte BOLD-Aktivierungslevel bei selbst-initiierten Bewegungen aufweisen. Die vorliegende Studie sollte zwei Fragen beantworten: 1. Zeigen Patienten mit einer katatonen Schizophrenie verminderte BOLD-Level im Bereich der medialen Schleife der Motorik bei selbst-initiierten Bewegungen im Vergleich zu Gesunden? 2. Gibt es Unterschiede im BOLD-Aktivierungslevel zwischen Patienten mit katatoner Schizophrenie und Gesunden innerhalb der lateralen Schleife der Motorik bei extern-getriggerten Bewegungen? Hierzu wurde für die vorliegende Arbeit ein Kollektiv von Patienten mit der Diagnose einer katatonen Schizophrenie und ein nach Alter, Ausbildungsjahren und Händigkeit gematchtes gesundes Kontrollkollektiv rekrutiert, bei denen sorgfältig Erkrankungen, insbesondere andere psychiatrische oder neurologische Erkrankungen ausgeschlossen wurden, die Einfluss auf die Gehirnmorphologie haben können. Psychopathologische Daten der Patienten zum Untersuchungszeitpunkt wurden sorgfältig mit standardisierten Fragebögen erhoben und dokumentiert. Die Probanden wurden mit einem 1.5 Tesla Magnetom Vision in der Abteilung für Neuroradiologie am Klinikum Großhadern untersucht. Es wurde nach Sichtung bereits vorliegender Literatur ein passendes Stimulationsparadigma entworfen und angewendet. Die statistische Auswertung der erhobenen Daten erfolgte mit dem Programm SPM 99. Die Ergebnisse zeigen, dass Patienten mit einer katatonen Schizophrenie bei der Ausführung selbst-initiierter Bewegungen im Vergleich zu Gesunden signifikant geringere BOLD-Aktivierungslevel in den Bereichen der medialen motorischen Schleife aufweisen als Gesunde. Daneben zeigt sich, dass die Vermittlung extern-getriggerter Bewegungen über die laterale Schleife der Motorik nicht beeinträchtigt ist. Dies lässt auch im Vergleich mit der vorbestehenden Literatur den Schluss zu, dass die bestehenden motorischen Symptome bei der katatonen Schizophrenie möglicherweise als Störung des cerebralen Netzwerkes, das selbst-initiierte Bewegungen vermittelt zu verstehen ist

A multicomponential examination of tennis players’ emotional responses to music

This thesis was submitted for the degree of Doctor of Philosophy and awarded by Brunel University.The principal aim of this research programme was to examine multiple components of competitive tennis players’ emotional responses to pre-performance music. To this end, four objectives were defined: First, to develop a grounded theory (Glaser & Strauss, 1967) of players’ use of music to manipulate emotional state; second, to examine the impact of altering music tempo and intensity on players’ affective and behavioural responses; third, to identify neural origins for these phenomena; and fourth, to elucidate the role of motoneuron excitability in behavioural responses observed. These objectives were realised in four interrelated studies. First, 14 players provided quantitative and qualitative interview, questionnaire, and diary data to detail their use of personally emotive music; a grounded theory and associated model were consequently developed to facilitate future research and practice. Participants used music to attain five broad emotional states, including psyched-up; this was associated with faster tempi and louder intensities (volumes). Study 2 was conceived to examine the effects of manipulating these variables on 54 players’ affective and behavioural states, using measures based on Russell’s (1980) affective circumplex and reaction times (RTs). Faster tempi elicited higher valence and arousal, loud intensity yielded higher arousal and shorter RTs; and higher arousal was associated with shorter RTs. Functional magnetic resonance imaging was utilised in Study 3 to identify neural bases for 12 participants’ emotional responses to the same music manipulations; emotion-processing, visuomotor and sensorimotor structures were activated under high-arousal conditions. Transcranial magnetic stimulation and electromyography were used in Study 4 to investigate changes in 10 participants’ corticospinal excitability as a result of listening to purposively selected music; optimised music elicited higher arousal and reduced corticospinal response latencies. The foremost contribution of this thesis is to show that music variables may be carefully selected and/or manipulated to maximise performance-facilitating emotional responses to music in tennis

A multicomponential examination of tennis players’ emotional responses to music

The principal aim of this research programme was to examine multiple components of competitive tennis players’ emotional responses to pre-performance music. To this end, four objectives were defined: First, to develop a grounded theory (Glaser & Strauss, 1967) of players’ use of music to manipulate emotional state; second, to examine the impact of altering music tempo and intensity on players’ affective and behavioural responses; third, to identify neural origins for these phenomena; and fourth, to elucidate the role of motoneuron excitability in behavioural responses observed. These objectives were realised in four interrelated studies. First, 14 players provided quantitative and qualitative interview, questionnaire, and diary data to detail their use of personally emotive music; a grounded theory and associated model were consequently developed to facilitate future research and practice. Participants used music to attain five broad emotional states, including psyched-up; this was associated with faster tempi and louder intensities (volumes). Study 2 was conceived to examine the effects of manipulating these variables on 54 players’ affective and behavioural states, using measures based on Russell’s (1980) affective circumplex and reaction times (RTs). Faster tempi elicited higher valence and arousal, loud intensity yielded higher arousal and shorter RTs; and higher arousal was associated with shorter RTs. Functional magnetic resonance imaging was utilised in Study 3 to identify neural bases for 12 participants’ emotional responses to the same music manipulations; emotion-processing, visuomotor and sensorimotor structures were activated under high-arousal conditions. Transcranial magnetic stimulation and electromyography were used in Study 4 to investigate changes in 10 participants’ corticospinal excitability as a result of listening to purposively selected music; optimised music elicited higher arousal and reduced corticospinal response latencies. The foremost contribution of this thesis is to show that music variables may be carefully selected and/or manipulated to maximise performance-facilitating emotional responses to music in tennis.EThOS - Electronic Theses Online ServiceGBUnited Kingdo