Gruner, Daniela: Beeinflusst Kurzschlaf die Vigilanz? - Eine Analyse unter Berücksichtigung des Elektroenzephalogramms

Taunusstein : Driesen, 2007 (Driesen Edition Wissenschaft). - 179 S., 84 Abbildungen, 19 cm. - Zugl.: Kassel, Universität, Dissertation, 2006. ISBN 978-3-936328-72-1, Softcover, 25,00 Euro
Das Leben in einer leistungsorientierten Gesellschaft fordert konstant hohe Aufmerksamkeit im Berufs- und Privatleben. Die daraus resultierenden Stressanzeichen und nachmittäglichen Konzentrationsabfälle sollen laut physiologischen und psychologischen Untersuchungen durch einen Mittagsschlaf vermieden werden. Jedoch fand eine neurophysiologische Untermauerung dieser Ergebnisse bisher nicht statt.
Daniela Gruner vergleicht die (neuro-)physiologischen und psychologischen Auswirkungen einer 20 minütigen mittäglichen Kurzschlaf-, Ruhe- und Aktivitätsphase auf die Vigilanz anhand von Prä/Post-Messungen und bestimmt den regionalen kortikalen Funktionszustand mit Hilfe des Elektroenzephalogramms. Die Autorin zieht als physiologische Parameter die Herzfrequenz, den Blutdruck und den Blutzucker heran und analysiert d2-Aufmerksamkeitstests sowie Fragebögen, um ebenso Konzentrationsfähigkeit wie psychologische Parameter zu erfassen. Infolge der statistischen Datenauswertung deckt die Autorin neurophysiolgische Zusammenhänge zwischen dem Kurzschlaf und der im Anschluß daran vorliegenden Vigilanzfähigkeit auf.
Die Autorin: Jahrgang 1977; Abitur in Kassel/Hessen; Ausbildung zur Fahrdienstleiterin in Frankfurt/Hessen; Studium der Biologie an der Universität Kassel; Dipl. Biologin; Promotion an der Universität Kassel.

Vorwort

An erster Stelle bedanke ich mich bei Herrn Professor Dr. J.-P. Ewert, Leiter der Abteilung Neurobiologie, der mich bei der Durchführung der Doktorarbeit in seiner Abteilung unterstützte und die dafür erforderlichen Räumlichkeiten und wissenschaftlichen Hilfsmittel zur Verfügung stellte.
Mein besonderer Dank gilt Frau Dr. E. Schürg-Pfeiffer, der Leiterin des EEG-Labors, die die Doktorarbeit fachlich betreute und mich durch ihr Fachwissen, bei der Klärung methodischer und inhaltlicher Fragen unterstützte. In diesem Zusammenhang danke ich auch Frau C. Uthoff für ihre freundliche Einweisung in die Bedienung der Geräte. Beiden sei darüber hinaus auch für das gute kollegiale Verhältnis und mentale Unterstützung gedankt.
Das EEG-Gerät wurde von Frau Dr. Schürg-Pfeiffer eingeworben. Der Firma Viasys sei an dieser Stelle ausdrücklich gedankt.
Weiterhin danke ich allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern für die konstruktive Zusammenarbeit und das gute Arbeitsklima.
Ein großes Dankeschön geht an meine Familie, die mich auf besondere Art, vor allem in der letzten Zeit, unterstützte und mir oft hilfreich zur Seite stand.
Bedanken möchte ich mich des Weiteren bei den Probanden für die gute Mitarbeit und bei allen die namentlich nicht erwähnt wurden und auf die ein oder andere Weise das Gelingen dieser Arbeit positiv beeinflussten.
Söhrewald, im Juni 2007
Daniela Gruner
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Grundlagen des EEG
2.1.1 Historischer Überblick der Entwicklung des EEG
2.1.2 Derzeitiger Entwicklungsstand und Zukunftsaussichten
2.1.3 Aufbau und Struktur des Großhirns
2.1.4 Elektrische Signale des Cortex
a) Feldpotentiale des Cortex
b) Elektrische Dipole
2.1.5 Entstehung von EEG-Wellen
2.1.6 Unterschiedliche Frequenzbänder
2.1.7 Schlaf
a) Schlafstadien
b) Schlafphasen des Menschen
c) Schlafzeiten
d) Neurobiologie der Schlafstadien
3 Methodik
3.1 Die Ableittechnik
3.1.1 Das 10-20 System
3.1.2 Elektroden
3.1.3 Referenzableitung und bipolare Ableitung
3.1.4 Differenzverstärker
3.1.5 Filter
3.1.6 Schreibsysteme, Papiergeschwindigkeit, Empfindlichkeit
3.2 Versuchsaufbau und Durchführung
3.2.1 Versuchsbedingungen und Versuchsaufbau
3.2.2 Die Versuchspersonen
3.2.3 Der Versuchsablauf
3.3 Das EEG-System
3.3.1 Systemüberblick
a) Software
b) Hardware
3.4 Blutdruck-, Puls-, Blutzuckermessung
3.4.1 Blutdruckmessung
3.4.2 Pulsmessung
3.4.3 Blutzuckermessung
3.5 Der d2-Aufmerksamkeits-Belastungstest
4 Analyse der Daten
4.1 Visuelle und computergestützte Analyse der EEG-Daten
4.1.1 Zur Auswertung eines EEGs
a) Frequenzbänder
b) Artefakte
4.1.2 Computergestützte Analyse
4.1.3 Auswertung der Epochen
4.2 Computergestützte Analyse der Pulsdaten
4.3 Analyse von Blutruck und Blutzucker
4.4 Analyse des d2-Aufmerksamkeits-Belastungstests
5 Statistik
5.1 Die Varianzanalyse (ANOVA)
5.2 Wilcoxen-Test
6 Ergebnisse
6.1 Das Datenmaterial
6.2 Darstellung der EEG-Ergebnisse
6.2.1 Frontale Elektrodengruppe
a) Prozentuale Differenzen zwischen dem "Referenz-EEG"
und dem "Kontroll-EEG"
b) Prozentuale Differenzen zwischen dem "d2-Vigilanz-EEG"
und "d2-Vigilanz-Retest-EEG"
6.2.2 Temporale Elektrodengruppe
6.2.3 Zentrale Elektrodengruppe
6.2.4 Parietale Elektrodengruppe
6.2.5 Okzipitale Elektrodengruppe
6.3 d2-Aufmerksamkeits-Belastungstest
6.4 Puls
6.5 Blutdruck
6.6 Blutzucker
6.7 Subjektive Einschätzung der Probanden
7 Diskussion
7.1 Frontaler Cortex
7.2 Erörterung der Befunde aus anderen Cortexarealen
7.2.1 Temporaler Cortex
7.2.2 Motorischer Cortex
7.2.3 Parietaler Cortex
7.2.4 Okzipitaler Cortex
7.3 d2-Test
7.4 Puls, Blutdruck, Blutzucker
7.5 Ergebnisse der Fragebogenuntersuchung
8 Zusammenfassung
Literaturverzeichnis
Anhang
Literaturverzeichnis
Anton-Tay F., Diaz J.L., Fernandez-Guardiola, A. (1971) On the effect of melatonin upon the human brain; its possibile therapeutic implications. Life Sci ;10:841-50
Ardell, D. B. (1977) Gesundheit fängt im Alltag an. Parla-Verlag, Schaafheim S. 90
Benninghoff A. (1985) Anatomie. Urban & Schwarzenberg, München-Wien-Baltimore
Birbaumer N., Schmidt R. F. (1996) Biologische Psychologie. Springer, Berlin Heidelberg New York
Birbaumer N., Schmidt R. F. (2006) Biologische Psychologie. Springer, Berlin Heidelberg New York
Blake, M.J.F. (1967) Time of day effects on performance in a range of tasks. Psychon. Science 9:349-350
Borbely, A. A. (1984) Das Geheimnis des Schlafes. Neue Wege und Erkenntnisse der Erforschung ). DVA, Stuttgart
Bortz J., Lienert G.A. 1998) Kurzgefasste Statistik für die klinische Forschung. Springer, Berlin Heidelberg
Bösel R. (2001) Aufmerksamkeitswechsel und Konzentration: Von den Funktionen zum Mechanismus. Zeitschrift für Psychologie, Vol 209, No. 1, 34-53
Bösel R. (1992) Langsames Alpha im EEG-Powerspektrum als Indikator für konzeptuelle Beanspruchung. Zeitschrift für experimentelle und angewandte Psychologie, Band XXXIX, Heft3 S.375
Bösel R., Mecklinger A., Kranz-Raphaélian M., Stolpe R. (1993) Evozierte Frequenzen: Neue Indikatoren der Aufmerksamkeits-forschung. In: Beckmann, J., Strang, H., Hahn, E. (Hrsg.) Aufmerksamkeit und Energetisierung, S. 211-228. Hogrefe Verlag Göttingen
Bösel R., Stolpe R. (1990) Changes in spontaneous EEG-activity indicate a special kind of information processing in concept learning. Biological Psychology, 31, 257-269.
Bureš J., Burešova O., Huston J. (1976) Techniques and Basic Experiments for the Study of Brain and Behavior. Elsevier/North-Holland Biomedical Press, Amsterdam New York Oxford
Broughton, R.J. (1989) Chronobiological aspects and models of sleep and napping. In D.F. Dinges and Broughton R.J., Sleep and Alertness: Chronobiological, Behavioral and Medical Aspects of Napping. Raven Press, New York, pp 71-98
Campbell A. N. (1997) Biologie. Spektrum Akademischer Verlag GmbH Heidelberg, Berlin, Oxford
Carskadon, M.A. (1989) Ontogeny of human sleepiness as measured by sleep latency. In: D.F. Dinges and R.J. Broughton, Sleep and Alertness: Chronobiological, Behavioral, and Medical Aspects of Napping. Raven Press, New York, 53-69
Comby B. (1992) Wach durch POWER SCHLAF. Mosaik Verlag, München
Cooper, R., Osselton, J.W., Shaw, J. C. (1984) Elektroenzephalographie. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart.
Cramer H., Kendel, K., Beck, U. Influence of melatonin on sleep in humans. (1972) Sleep. Physiology, biochemistry, psychology, pharmacology, clinical implications. Presented at the first European congress on sleep research, Basel
Dement, W. and N. Kleitman. (1957) Cyclic variations in EEG during sleep and their relation to eye movements, body motility, and dreaming. Electroencephalography Clinical Neurophysiology, 9: pp. 673-990
Dinges D. F. (1989) Patterns and Effects in Human Adults. In: Dinges, F.D., Broughten; R.J.: (Sleep and Alertness 1989): Chronobiological, Behavioral and Medical Aspects of Napping. Raven Press, New York pp. 171-204
Dinges, F. D. (1992) Adult napping and its effects on ability tofunction. In: C. Stampi, Why we Nap: Evolution, Chronobiology and Functions of Polyphasic and Ultrashort Sleep. Birkhäuser, Boston, pp. 118-134.
Duus P. (2001) Neurologisch-topische Diagnostik. Georg Thieme Verlag, Stuttgart New York
Ebe M., Homma I. (1994) Leitfaden für die EEG-Praxis. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart Jena New York
Ewert J.-P. (1990) Nerven- und Sinnesphysiologie. Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig
Ewert J.-P. (1998) Neurobiologie des Verhaltens. Verlag Hans Huber, Bern
Ewert, J.P. (2003) Skript: Das Gehirn des Menschen, Einführung in die Humanbiologie, Teil 1
Flügel K. A. (1968) Über extreme hochfrequente Betawellen im konventionellen Elektroenzephalogramm des Menschen. Journal of Neurology, Vol 194, nr.2
Gaißmaier, W., Tamm, S., Bösel, R. (2002) Poster am 43. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Psychologie: Berlin 22.-26. Sept. 2002
Gale, A. Davies, H. Smallbone, A. (1977). EEG correlates of signal rate, time in task and individual differences in reaction time during a five-stage sustained attention task. Ergonomics, 20, 363-376
Gruner, D. (2004) Computergestützte Analyse zum Einfluss des Kurzschlafs auf die EEGAktivität des Menschen. (Diplomarbeit, Uni Kassel) S.90
Golenhofen, K. (2004) Basislehrbuch Physiologie, Elsevier GmbH, München
Hartje, W., Poeck, K. (2002) Klinische Neuropsychologie. Georg Thieme Verlag, Stuttgart
Hasslinger, A., (2004) Untersuchungen zum Einfluss von tageszeitabhängigen Blutdruckschwankungen auf die Hirnwellenaktivität mithilfe der Elektroenzephalographie. (Diplomarbeit, Uni Kassel) S. 71
Hagemann, D. Tonische Asymmetrien corticaler Aktiviertheit und affektive Dispositionen: Eine empirische Untersuchung latenter State- und Traitvariablen) S.19-63
Hucho, F. (1982) Einführung in die Neurochemie ,Verlag Chemie Weinheim, Deerfield, Florida, Basel
Illneova, H. The suprachiasmatic nucleus and rhythmic pineal melatonin production. In: Klein D.C., Moore, R. Y., Reppert S., M., eds. Suprachiasmatic nucleus: the mind\'s clock S. 197-219
Junqueira L. C., Carneiro J. (1996) Histologie. Springer, Berlin, Heidelberg
Kandel E. R., Schwartz J. H., Jessell T. M. (1996) Neurowissenschaften. Spektrum demischer Verlag GmbH Heidelberg, Berlin
Klass D. W., Daly D. D. (1984) Klinische Elektroenzephalographie. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart New York
Kolb, B.; Wishaw, I. Q. (1996) Neuropsychologie, Spektrum akademischer Verlag Heidelberg
Köhler W., Schachtel G., Voleske P. (2002) Biostatistik. Springer, Berlin Heidelberg
Laudien, H. (1977) Physiologie des Gedächtnisses. Quelle & Meyer, Heidelberg
Lavie, P. , Weler, B. (1989) Timing of naps: effects on post-nap sleepiness levels. Electroencephalogy. Clinical. Neurophysiologie. 72: 218-224
Lehmann D., Lang W., Debruyne P. (1979) Kontrolliertes EEG-Alpha-Feedback-Training bei Gesunden und Kopfschmerzpatientinnen European Archives of Psychatry and Clinical Neuroscience. Vol 221,Nr.4
Mattes S., Ulrich R. Gerichtete visuelle Aufmerksamkeit beeinflusst die wahrgenommene Dauer kurzer Reize http://twk. Tuebingen.mpg.de/twk98/attention.html
Mikolajewska-Baumann, M., Bösel R. Hohe Anforderungen beim Betrachten visueller Reize führen zu einem Anstieg von EEG-Theta
Mitler, M.A. Carskadon, M.A., Czeisler, C.A., Dement, W.C., Dinges, D.F., Graeber R. C.. (1988). Catastrophes, sleep, and public policy: consensus report. Sleep, 11:100-109
Müller, H.M., Weiss S., Rappelsberger P. (1999) Differences in neuronal synchronisation during spoken word processing. N. Elsner& U. Eysel From molecular neurobiology to clinical neuroscience. Georg Thieme Verlag, Stuttgart
Pennekamp, P., Bösel, R., Mecklinger, A., Ott, H.(1994). Differeces in EEG-theta for responded and omitted targets in a sustained attention task. Journal of Psychophysiology, 8, 13-141
Pfeil, J., Zander M. (2003) Der richtige Augenblick: Entwicklung eines Frühwarnsystems vor Sekundenschlaf.) Jugend-forscht-Arbeitswelt.In: http://grundeis.net/sekundenschlaf/files/sekundenschlaf_lang_2003-03-22_klein.pdf
Poeck, K., Hacke W. (2001) Neurologie. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg
Richardson, G.S., Carskadon, M.A., Orav, E.J., Dement, W.C. (1982) Circadian variation of sleep tendency in elderly and young adult subjects. Sleep, 52:S 82-S94
Raghavachari S., Kahana M. J., Rizzuto D. S., Caplan, J. B., Kirschen, M.P., Bourgeois B., Madsen J. R., Lisman J. E. (2001). Gating of human theta oscillations by a working memory task. The journal of Neuroscience, 21, 3175-3183
Sachs L. (1992) Angewandte Statistik. Springer, Berlin Heidelberg
Schmidt R. F., Thews G. (1995) Physiologie des Menschen. Springer Berlin Heidelberg
Shepherd G. M. (1993) Neurobiologie. Springer-Lehrbuch, Berlin Heidelberg
Sommer K. (1995) Der Mensch. Weltbild Verlag GmbH, Augsburg
Stahl, M.L., Orr, W.C. Bollinger C. (1983) Postprandial sleepiness: objective documentation via polysomnography. Sleep, 6 : 29-35
Tamaki, M. Shirota, A. Tanaka, H., Hayashi, M., Hori, T. (1999) Effects of a daytime nap in the aged, Abstract. Department of Behavioral Science, Japan
Trepel M. (1995) Neuroanatomie. Urban & Schwarzenberg, München-Wien-Baltimore
Vogel W., Broverman D., Klaiber E. (1968) EEG and mental activity. Electroencephalography and Clinical Neurophysiologie, 24 166-175
Waterhouse, J. M., Minors, D. S., Warerhouse, M. E. (1992) Die innere Uhr. Verlag Hans Huber, Bern
Weickmann B., Gille, H. G., Otto E., Ullsberger P. (1979) Ereignisbezogenes Auftreten von Alphawellen-Gruppen im EEG bei Lösen von periodisch projizierten Rechenaufgaben. Zeitschrift für Psychologie, 187, 326- 339.
Wilhelm, B., Weeß, H.-G., Lüdtke, H. Todmüde am Steuer-Pupilographie entlarvt Schläfrigkeit. Arbeitsgruppe Pupillenforschung. Uni-Augenklinik Tübingen. In: http://www.stz-biomed.de/deggendorf.pdf
Wurtman, R. Jj, Axelrod, J., Fischer J., E. (1964) Melatonin synthesis in the pineal gland: Effect of light mediated by the sympathetic nervous system. Science: 1328-1330: 143
Zeller, G., Bente D. (1983) Veränderung der hirnelektrischen Organisation visueller Such- und Diskriminationsprozesse unterschiedlichen Schwierigkeitsgrades Zeitschrift für Elektroenzephalographie, Elektromyographie und verwandter Gebiete. 14, 177-185
Zschocke S. (2002) Klinische Elektroenzephalographie. Springer, Berlin Heidelberg