PDF icon Download PDF
B&G Bewegungstherapie und Gesundheitssport 2006; 22(2): 58-61
DOI: 10.1055/s-2006-933388
WISSENSCHAFT

© Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

Stochastische Resonanz in der Therapie von Bewegungsstörungen

Stochastic resonance in the therapy of mobility disordersC. T. Haas1 , S. Turbanski1 , S. Markitz2 , I. Kaiser2 , D. Schmidtbleicher1
  • 1Institut für Sportwissenschaften, J. W. Goethe-Universität Frankfurt am Main
  • 2Human Mobility Research
Further Information

Publication History

2005

2006

Publication Date:
13 April 2006 (online)

Also available ateRefphysioLink
   Permissions and Reprints
Preview

Zusammenfassung

Die Stochastische-Resonanz-Theorie beschreibt Funktionsmechanismen dynamischer Systeme verschiedener Wissenschaftsbereiche. Entgegen dem üblichen Systemverständnis kann das Verhalten nichtlinearer Systeme, wie z. B. das menschliche Nervensystem, verbessert werden, wenn repetitive Reizkonfigurationen (z. B. Vibrationsreize) mit Störeinflüssen unterlegt werden. Verschiedene neurobiologische Analysen zeigen eine erhöhte Sensitivität von Rezeptoren für Stochastische-Resonanz-Vibrationsreize im Vergleich zu harmonischen Sinus-Reizkonfigurationen. Klinische Studien beschreiben therapeutische Effekte von Stochastischen-Resonanz-Stimuli u. a. bei neurodegenerativen Krankheitsbildern. Erklärungsansätze liegen v. a. im Bereich der Informationsselektion.

Abstract

Stochastic resonance describes the behaviour of dynamic systems in multiple scientific disciplines. In contrast to our usual understanding, stochastic resonance can improve the functioning of nonlinear systems e. g. the human nervous system. Various neurobiological analyses showed significantly higher sensitivity of the human sensory system to stochastic resonance vibratory stimuli compared to sinus oscillations. Clinical studies found therapeutic effects of stochastic resonance primarily in the field of neurodegenerative disorders. Possible explanations have to do with the information selection processes.

Stichworte:

Vibration - Random Noise - Bypassing

Key words:

Vibration - random noise - bypassing

Literatur

  • 1 Balkowiec A, Katz D A. Cellular mechanisms regulating activity-dependent release of native brain-derived neurotrophic factor from hippocampal neurons.  J Neurosc. 2002;  22 10399-10407
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 2 Bear M F, Connors B W, Paradiso M A. Neuroscience - Exploring the Brain. Baltimore: Lippincott Williams & Wilkins; 2001
  • 3 Benzi R, Sutera A, Vulpiani A. The mechanism of stochastic resonance.  J Phys A Mathemat Gen. 1981;  14 L 453-L 457
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 4 Booth F W, Criswell D S. Molecular events underlying Skeletal muscle atrophy and the development of effective countermeasures.  Int J Sports Med. 1997;  18 (Suppl 4) S 265-S 269
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 5 Chen H H, Toutelotte W G, Frank E. Muscle Spindle-Derived Neurotrophin 3 regulates synaptic connectivity between Muscle Sensory and Motor Neurons.  J Neurosc. 2002;  22 3512-3519
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 6 Cohen A D, Tillerson J L, Smith A D, Schallert T, Zigmond M J. Neuroprotective effects of prior limb use in 6-hydrxydopamine-treated rats: possible role of GDNF.  J Neurochemistry. 2003;  85 299-305
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 7 Dupont-Versteegden E E, Houle J D, Gurley C M, Peterson C A. Early changes in muscle fiber size and gene expression in response to spinal cord transection and exercise.  Am J Physiol Cell Physiol. 1998;  275 C 1124-C 1133
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 8 Fallon J B, Carr R W, Morgan D L. Stochastic Resonance in Muscle Receptors.  J Neurophysiol. 2004;  91 2429-2436
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 9 Gammaitoni L, Hänggi P, Jung P, Marchesoni F. Stochastic Resonance.  Rev Mod Physics. 1998;  1 224-287
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 10 Gómez-Pinilla F, Ying Z, Roy R R, Molteni R, Edgerton V R. Voluntary Exercise Induces a BDNF-Mediated Mechanism That Promotes Neuroplasticity.  J Neurophysiol. 2002;  88 2187-2195
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 11 Griffin M J. Handbook of human vibration. San Diego: Academic Press; 1996
  • 12 Haas C T, Turbanski S, Kaiser I, Schmidtbleicher D. Biomechanische und physiologische Effekte mechanischer Schwingungsreize beim Menschen.  Dt Zeitsch Sportmed. 2004;  2 34-43
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 13 Haas C T, Hochsprung A, Turbanski S, Brand S, Schmidtbleicher D. Effects of whole-body-vibration in rehabilitation of spinal cord injury patients.  J Neurol. 2004;  251 (Suppl 3) III 114, P 433
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 14 Haas C T, Turbanski S, Santarossa C, Schmidtbleicher. Zu den Effekten mechanischer Schwingungen in der Rehabilitation von spinalen Läsionen. Publikationen zum Neuroplasticity Kongress. 2004 (CD-ROM)
  • 15 Haas C T, Turbanski S, Schwed M, Schmidtbleicher D. Neuronale Korrelate apparativ gestützter Trainingsformen. In: Witte K, Edelmann-Nusser J, Sabo A, Moritz EF (Hrsg.): Sporttechnologie zwischen Theorie und Praxis. Aachen: Shaker; 2006: 37-48
  • 16 Haas C T, Kessler K, Turbanski S, Schmidtbleicher D. The effects of random whole-body-vibration on symptom structure in Parkinson's disease. Neuro Rehabilitation 2006; 3 (in Druck)
  • 17 Haas C T, Schmidtbleicher D. Potentials of Stochastic Resonance in Neurorehabilitation. Abstracts of the 4th EIS Congress. 2006 (in Druck)
  • 18 Halford G S, Wilson W H, Phillips S. Processing capacity defined by relational complexity: implications for comparative, developmental, and cognitive psychology.  Behav Brain Sci. 1998;  21 (6) 803-831
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 19 Khaodhiar L, Niemi J B, Earnest R, Lima C, Harry J D, Veves A. Enhancing Sensation in Diabetic Neuropathic Foot with mechanical Noise.  Diabetis Care. 2003;  26 3280-3283
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 20 Liu W, Lipsitz L A, Montero-Odasso M. et al . Noise-Enhanced Vibrotactile Sensitivity in Older Adults, Patients With Stroke, and Patients With Diabetic Neuropathy Arch.  Phys Med Rehabil. 2002;  83 171-176
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 21 Marqueste T, Alliez J R, Alluin O, Jammes Y, Decherchi P. Neuromuscular rehabilitation by treadmill running or electrical stimulation after peripheral nerve injury and repair.  J Appl Physiol. 2004;  96 1988-1995
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 22 Morrissey M C, Brewster C E, Shields C L, Brown M. The effects of electrical stimulation on the quadriceps during postoperative knee immobilization.  Am J Sports Med. 1985;  13 40-45
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 23 Otis J S, Roy R R, Edgerton V R, Talmadge R J. Adaptations in metabolic capacity of rat soleus after paralysis.  J Appl Physiol. 2004;  96 584-596
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 24 Roy R R, Baldwin K M, Edgerton V R. The plasticity of skeletal muscle: effects of neuromuscular activity.  Exerc Sport Sci Rev. 1991;  19 269-312
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 25 Schmidtbleicher D, Haas C T, Turbanski S. Vibration Training in Rehabilitation. Proceedings of the International Symposium on Biomechanics in Sports 2005: 71-79
    Search in Google Scholar
  • 26 Schuhfried O, Mittermaier C, Jovanovic T, Pieber K, Paternostro-Sluga T. Effects of whole-body vibration in patients with multiple sclerosis: a pilot study.  Clin Rehabil. 2005;  19 834-842
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 27 Stacey W C, Durand D M. Stochastic Resonance Improves Signal Detection in Hippocampal CA1 Neurons.  J Neurophysiol. 2000;  83 1394-1402
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 28 Tanaka S M, Alam I, Turner C H. Stochastic resonance in osteogenic response to mechanical loading. FASEB Journal 2002 (www.fasebj.org)
  • 29 Tougaard J. Signal detection theory, detectability and stochastic resonance effects.  Biol Cybern. 2002;  87 79-90
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 30 Turbanski S, Haas C T, Schmidtbleicher D. Effects of random whole-body-vibration on postural stability in Parkinson's disease.  Research in Sports Medicine. 2005;  13 243-257
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 31 Urbach D, Nebelung W, Röpke M, Becker R, Awiszus F. Bilateraler Funktionsverlust der Quadrizepsmuskulatur nach einseitiger Kreuzbandruptur mit Begleitverletzung durch zentrales Aktivierungsdefizit.  Unfallchir. 2000;  103 949-955
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 32 Ward L W, Neiman A, Moss F. Stochastic resonance in psychophysis and in animal behavoir.  Biol Cybern. 2002;  87 91-101
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 33 Wells C, Ward L M, Chua R, Inglis J T. Touch Noise Increases Vibrotactile Sensitivity in Old and Young.  Psychol Science. 2004;  16 (4) 313-320
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 34 Xiao J, Hu G, Liu H, Zhang Y. Frequency sensitive stochastic resonance in periodically forced and globally coupled systems.  Eur Phys J. 1998;  B5 133-138
    PubMedSearch in Google Scholar

Korrespondenzadresse

Dr. C. T. Haas

Institut für Sportwissenschaften · J. W. Goethe-Universität Frankfurt am Main

Ginnheimer Landstr. 39

60487 Frankfurt

Phone: 0 69/79 82 45 23

Fax: 0 69/79 82 45 74

Email: c.haas@sport.uni-frankfurt.de