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Dissertation: Tobias Vogt


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Dissertation: Tobias Vogt

Dissertation / Doktorarbeit / Thesis

Deutsche Sporthochschule Köln
Institut für Bewegungs- und Neurowissenschaft
Vogt, Tobias (2013): Neuroelectric and psychological responses to exercise in cognitive impairment and age: impact of altered environments Zusammenfassung:
ABSTRACT
Today, exercise is recommended to maintain the integrity of fundamental physiological systems concerning health. In the past decade neurophysiological and behavioural studies focussed on mental health, exploring additional beneficial effects of exercise in regard to duration, intensity, and individual preference. However, little is known about exercise-related neuroelectric responses in relation to cognitive performance and general well-being in health-affected humans; for example intellectual and developmental disabilities and the elderly. With respect to previous results, the designs of the five research projects that were integrated in the present cumulative doctoral thesis were based on the transient hypofrontality theory, the model of frontal asymmetry, a dose-response relationship and the exercise preference hypothesis. The leading research questions include: whether or not it is true that exercise benefits neurophysiological processes that relate to improved cognitive performance and well-being also in adolescents and adults with intellectual and developmental disabilities and the elderly; and in this matter what impact altered environments (e.g., artificial gravity, virtual reality) may have from a neurophysiological perspective, that are suggested to prevent health deconditioning.
The findings in Chapters I and II, which addressed adults and adolescents with intellectual and developmental dis-abilities, reveal a reallocation of frontal electrocortical activity following preferred moderate self-paced running or cycling exercise that are in line with the transient hypofrontality theory, mirroring a positive impact of exercise on mood (self-confidence, social acceptance) and cognitive performance (decision-making). The findings in Chapter III also suggest exercise-related neurophysiological benefits that were characterized by shifts of frontal electrocortical activity, reflecting approach-related processes in accordance to the model of frontal asymmetry. This eventually reflected well-being (perceived physical fitness and health) following preferred moderate self-paced walking among the elderly. However, the application of technologies that provide altered environments (artificial gravity, virtual reality) and are suggested to serve health deconditioning may be questioned from a neuro-physiological perspective. Reasons are presented in the research approaches of Chapters IV and V. Comparing electro-cortical activity of moderate self-paced cycling to artificial gravity exposure revealed exercise-related benefits after cycling but not after balanced artificial gravity exposure. This was mirrored in cognitive performance (Chapter IV). In addition, the response of event-related brain potentials (N2) seems to adapt to conflicting processes during cycling in a virtual environment to avoid inefficiency in cognitive performance (Chapter V).
To summarize, findings of the present cumulative doctoral thesis add to previous results which have shown that exercise has a temporal positive impact on neuroelectric responses in regard to cognitive performance and well-being. This is also true in cognitive impairment and age. Additionally, technologies, that are developed to serve the prevention of health deconditioning, need further investigation from a neurophysiological perspective. In fact, there is a necessity for longitudinal-section studies in the future that focus on kinesic behavioural, to verify possible benefits of exercise for the prevention of neurodegenerative processes throughout a human’s lifespan.



ZUSAMMENFASSUNG
Sport und Bewegung werden heute zur Gesunderhaltung fundamentaler physiologischer Systeme empfohlen. Im vergangenen Jahrzehnt haben sich zu-nehmend neurophysiologische und verhaltenswissenschaftliche Untersuchungen mit den Auswirkungen von Sport und Bewegung auf die mentale Gesundheit befaßt und dabei die Dauer, Intensität und Präferenz beim Sporttreiben berücksichtigt. Ein Großteil der Erkenntnisse basiert jedoch auf Ergebnissen aus Studien mit jungen, gesunden Menschen. Bei Menschen mit gesundheitlichen Beeinträchtigungen blieben ähnliche, bewegungsbedingte neuroelektrische Prozesse bislang unerforscht. Die fünf Forschungs-projekte der vorliegenden, kumulativen Doktorarbeit basieren auf der Theorie einer transienten Hypofrontalität, dem Modell der frontalen Asymmetrie, einem Dosis-Wirkungs-Zusammenhang sowie der Präferenzhypothese und orientieren sich an folgenden leitenden Forschungs-fragen: Kann Sport und Bewegung auch bei Menschen mit einer geistigen Behinderung und bei Senioren neuro-physiologische Prozesse, die zu einer verbesserten kognitiven Leistungs-fähigkeit und allgemeinem Wohlbefinden beitragen, positiv beeinflussen; und, welche Bedeutung haben veränderte Umweltbedingungen (z.B. künstliche Gravitation, virtuelle Realität), die präventiv zur Gesunderhaltung eingesetzt werden sollen, in diesem Zusammenhang.
Ergebnisse der Kapitel I und II, zeigen eine Neuverteilung frontaler, elektro-kortikaler Aktivität nach präferierter, moderat-intensiver Lauf- oder Fahrrad-belastung bei Erwachsen und Jugendlichen mit einer geistigen Behinderung. Diese Ergebnisse stehen in Einklang mit der Theorie einer transienten Hypo-frontalität und deuten auf positive Auswirkungen auf Befindlichkeiten (Selbstbewußtsein, soziale Anerkennung) sowie eine verbesserte kognitive Leistungsfähigkeit (Entscheidungsprozesse) hin. Ebenso signalisieren die Ergebnisse des Kapitels III positive bewegungsbedingte, neurophysiologische Effekte bei Senioren nach präferiertem, moderat-intensivem Gehen. Es liegt eine Verschiebung frontaler elektrokortikaler Aktivität vor, die, gemäß dem Modell der frontalen Asymmetrie, auf positive Erwartungshaltungen und letztendlich Wohlbefinden (empfundene körperliche Fitneß und Gesundheit) hindeutet. In Kapitel IV und V wird die Bedeutung von Umweltveränderungen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass künstliche Gravitation bzw. virtuelle Realität in der Gesundheits-prävention, zumindest aus neurophysiologischer Perspektive, mit Bedacht eingesetzt werden sollten. Positive, neuro- physiologische Effekte zeigten sich erwartungsgemäß nach moderat-intensivem Radfahren, blieben jedoch nach dem Einsatz künstlicher Gravitation aus; ein ähnliches Bild zeichnete sich auch in den Ergebnissen der kognitiven Leistungs-fähigkeit ab (Kapitel IV). Zudem deuten Veränderungen ereigniskorrelierter Hirn-potentiale (N2) während Radfahren in einer virtuellen Umgebung auf neuro-elektrische Anpassungsprozesse hin; um so einer Ineffizienz kognitiver Leistungs-fähigkeit vorzubeugen (Kapitel V).
Zusammenfassend unterstützen die Ergebnisse der vorliegenden, kumulativen Doktorarbeit bereits veröffentlichte Forschungsergebnisse und erweitern das Anwendungsfeld um Menschen mit geistiger Behinderung und Senioren. Nichtsdestotrotz bedarf es fortführender Forschung, insbesondere beim Einsatz technologischer Entwicklungen (hier künstliche Gravitation, virtuelle Realität), die präventiv für eine Gesunderhaltung eingesetzt werden sollen. Vielmehr existiert eine zu-nehmende Notwendigkeit, menschliches Bewegungsverhalten in Langzeitstudien über die gesamte Lebensdauer und in jeglichen Lebenssituationen zu untersuchen und zu verstehen, um so ggf. neuro-degenerativen Prozessen frühzeitig präventiv begegnen zu können.


30.04.2017 - 03:19