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Projects: Body Plasticity and Memory Processes

Bekrater-Bodmann R. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft BE 5723/4-1: Phantom body: Neuropsychologische Mechanismen der wahrgenommenen Einheit von Körper und Selbst. 01/2019-12/2021.

Die Gewissheit untrennbar mit dem eigenen Körper verbunden zu sein, ist ein wichtiges Merkmal des Selbsterlebens. Tatsächlich jedoch ist die Einheit zwischen Körper und Selbst erstaunlich schwach. Besonders deutlich wird das bei Amputierten, die nach dem Verlust eines Körperteils diesen als sogenanntes Phantom fortdauernd wahrnehmen. Prothesen können darüber hinaus nicht nur funktionell die Integrität des versehrten Körpers wieder herstellen, sondern sogar als wirklicher Teil des Körpers wahrgenommen werden. Es mehren sich die Hinweise, dass solchen Wahrnehmungen ein weit-verzweigtes fronto-parietales Netzwerk zugrunde liegt, das körperrelevante multimodale Stimulation im peripersonalen Raum verarbeitet. Eine gestörte Repräsentation des peripersonalen Raumes könnte somit kausal mit einer gestörten Körperwahrnehmung zusammenhängen. Bis jetzt gibt es jedoch keine Studie, die die Prozesse bei Amputierten, die ihre Prothese entweder als körpereigen oder als körperfremd wahrnehmen, verglichen hätte. Das Identifizieren der zugrundeliegenden Mechanismen könnte jedoch auch die Frage beantworten, wie das Gehirn die erlebte Einheit von Körper und Selbst im Allgemeinen erzeugt. Das beantragte Projekt wird die neuesten Erkenntnisse zum Erleben von Körperillusionen anwenden, bei denen unter geeigneten multimodalen Stimulationsbedingungen bei Probanden das Gefühl induziert werden kann, ein künstlicher Körperteil würde zum eigenen Körper gehören. In einer Befragung von großen Gruppen von amputierten Personen und Kontrollpersonen wollen wir zunächst das gestörte körperliche Selbsterleben bei Amputierten, die ihre Prothesen als körpereigen oder als körperfremd wahrnehmen, charakterisieren. In Teilgruppen werden wir strukturelle und funktionelle Magnetresonanztomographie einsetzen, um unterscheidende neurale Prozesse und Konnektivitäten bei prothesennutzenden Amputierten im Zusammenhang mit der körperlichen Selbstwahrnehmung zu identifizieren. Abschließend werden wir bei Amputierten, die eine Prothese nicht als eigen wahrnehmen, experimentell die Repräsentation des peripersonalen Raum erweitern, und den Einfluss auf die Wahrnehmungen der Prothese erfassen. Es wird angenommen, dass diese Studien das Verständnis für die neuropsychologischen Mechanismen der erlebten Einheit von Körper und Selbst vertiefen und dadurch auch Hinweise auf innovative therapeutische Ansätze zur Behandlung einer gestörten Selbstwahrnehmung liefern können.

Flor H. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft FL 156/41-1: Reinhart Koselleck Projekt: "Körperrepräsentation und sensomotorische Funktionen modulieren die Reorganisation des Gehirns und Verhaltensänderungen: Vom chronischen Schmerz zur lmmobilität und Demenz ". 07/2015-06/2020.

Brain circuits involved in pain processing and body representation are closely connected and interact more than previously thought. Somatosensory, visual, interoceptive and motor processes contribute to the formation of body perception and can be combined in treatments designed to reestablish normal body representation. Based on the development of novel psychological interventions targeting body representation in phantom limb pain, we devise new virtual and augmented reality-based training pro-cedures to reestablish normal body representation and improve sensory, motor and cognitive function. We apply these interventions in post-injury pain and motor dysfunction, where the counteracting of long-term immobility by feedback of movement should shorten recovery times and preserve muscle function. Another novel application is in chronic musculoskeletal pain, where the systematic shaping of intact body representation including interoception, should reduce pain and pain behaviors and alter maladaptive brain circuits. We expand this approach to early dementia, where the breakdown of sen-sorimotor processing and immobility may be important in disease progression. We employ novel im-plicit and explicit assessment methods of these perceptual and neuronal changes involving psycho-physics, computational modeling, physiological recordings and brain imaging methods. These studies are the basis for mechanistic treatment approaches and also advance basic research on body repre-sentation and multisensory integration.

DFG Start-up funding of the Clinical Research Unit 256: Corporal self-awareness and sensory processing in borderline personality disorder.. 07/2018.

Flor H, Bekrater-Bodmann R. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft KFO 256, 2nd funding period: TP 04 Sensory-affective Interaction and Body Perception in BPD. 08/2015-07/2018.

BPD is characterized by dissociative symptoms that include intermittent somatosensory integration deficits and alterations in body perception. Frontoparietal dysfunctions, especially involving the temporoparietal junction (TPJ), may represent key mechanisms related to the processing of and interaction between the self and the environment. Our proposed project aims at the elucidation of psychobiological mechanisms of dissociative states and the evaluation of their importance for the psychopathology of BPD. In study 1, after the induction of dissociation or a neutral control condition, we will perform experiments that use of the processing of pain and pleasant touch as a tool to understand the perceptual mechanisms related to dissociative states. In study 2, we will facilitate or inhibit the activity of the TPJ or a control site using a neuronavigated transcranial magnetic stimulation (TMS) protocol. We will examine its effects on sensory integration associated with body perception and the processing of somatosensory stimuli with positive or negative valence, and their association with dissociation. By revealing the psychobiological basis and consequences of dissociative states, the results might enhance our understanding of the complex perceptual alterations in BPD.

Flor H. BMBF - Bundesministerium für Bildung und Forschung VDI 16SV5851: BionikHand: Das Bionic basierte interaktive Assistenzsystem zur Unterstützung körperlicher Funktionen von Finger‐, Hand‐, Arm‐ und Oberarm Prothesenträgern. 08/2012-07/2015.

Ziel ist die Untersuchung von Einflussfaktoren auf die Steuerungsfertigkeit eines künstlichen Armes unter Zuhilfenahme neu entwickelter Lern- und Steuersoftware sowie des Einflusses einzelner Elemente des Prothesensystems auf den Einbau ins Körperbild. In AP 1 werden geeignete Amputationspatienten sowie gesunde Kontrollen rekrutiert und über Interviews und Fragebögen die Bedürfnisse der späteren Nutzer erfasst. In AP 4 wird geprüft, welche Umsetzung eines Feedbacksystems die größtmögliche Bindung zwischen Nutzer und Prothese ermöglicht, sowie die Evaluation dieser Systemvariante. AP 7 bildet die Umsetzung zu fMRT-Untersuchungen: Assistenzsystem und Feedback werden im Hinblick auf ihren Einfluss auf den Kortex der Nutzer untersucht. Hierbei wird Wert auf praxisnahe Einflussfaktoren auf den Prothesenumgang gelegt. In AP 9 wird die Anwendung des Gesamtsystems durch neu rekrutierte Versuchspersonen untersucht.

Flor H. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft FL 156/35-1: KFO 256 TP 4: Sensory-affective Interaction and Body Perception in BPD. 01/2012-12/2014.

BPD is characterized by an altered perception of the body that includes sensory deficits, such as reduced pain perception, which are related to dissociation and self-injurious behavior. However, it is unknown if these alterations, which occur primarily in aversive affective situations, are a core variable or some type of coping behavior related to the disorder. The specificity for the somatosensory system, the interaction between various sensory modalities, and their relationship to impaired body perception have not yet been investigated. In healthy subjects, a widely distributed neuronal network involving parietal and frontal brain regions is responsible for the integration of multimodal inputs and for the creation of a coherent feeling of one’s own body. In patients with BPD, this coherence might be impaired in some conditions (e.g., dissociative states) which suggests alterations in limbic-frontal interaction, as well as in interactions with parietal regions. Our project aims at specifying the alterations in sensory perception of BPD patients and to identify clinical and neural correlates of these alterations. Specifically, we propose that the sensory perception deficits are not only related to noxious sensory stimuli and that these deficits are enhanced by stress and dissociation. To allow for disorderspecific conclusions, a group of patients with fibromyalgia will be included. The results might ultimately pave the way for novel therapeutic approaches by revealing if and how simple illusory setups might be able to alter somatosensory integration and associated brain activity.

Flor H. EU - Europäische Union 230249: ERC PHANTOMMIND: Phantom phenomena: A window to the mind and the brain. 01/2009-12/2014.

Phantom experiences occur in almost all amputees but are among the least understood sensory phenomena. Recently changes in the representation of body maps in the brain were found to be related to phantom pain and it has also been demonstrated that there are great similarities between non-painful phantoms and bodily illusions such as the rubber hand illusion. This research has also shown that the brain does not process the physical but the perceived reality, which opens the door to manipulations of the perceived reality in basic research and the treatment of phantom pain. Behavioural intervention methods such as prosthesis, sensory discrimination or mirror training influence phantom limb pain and alter brain function. Thus, phantom phenomena are an excellent tool to study the neural basis of somatosensory and specifically bodily perception and this can lead to new treatment methods such as brain-computer interfaces or virtual reality applications for phantom pain and similar pain states. The aim of this project is (1) an exact assessment and analysis of the interrelationship of various phantom phenomena such as phantom limb awareness, painful phantom sensation, telescoping, prosthesis use and proneness to bodily illusions or plasticity of body image in a large sample of amputees, (2) the analysis of the neural correlates of these phenomena in small subgroups of amputees using functional magnetic resonance imaging as well as transcranial magnetic stimulation, (3) the analysis of determinants and neural correlates of bodily illusions in healthy controls to identify potential common neural mechanisms and (4) use of prosthesis and virtual reality training early after amputation in order to understand how manipulations of the body image and sensory feedback alter the development and the brain correlates of phantoms.


Zentralinstitut für Seelische Gesundheit (ZI) - https://www.zi-mannheim.de