Müller, Paul Manuel (2025) Spatial and Temporal Correlations in Human Cortical Dynamics: Implications for Cognition and Epilepsy Management. PhD, Universität Oldenburg.

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Abstract

People with epilepsy often experience cognitive impairments, which impact their quality of life. Deviations from brain criticality could explain these impairments. Brain criticality predicts that cortical network dynamics are close to a phase transition, where cognition would be optimized. Spatial and temporal correlations (SCs/TCs) are maximal at criticality and measure information integration and maintenance. This thesis examines neuronal network simulations, intracranial EEG (N=104 ), MRI (N=127), and cognitive measures to investigate SCs/TCs with cognitive performance. Results showed that SCs/TCs were perturbed by mechanisms associated with cognitive impairments, i.e., slow-wave activity, epileptic activity, and antiseizure medication. Ultimately, we found that shorter TCs and gray matter thinning were correlated with cognitive impairments, and thus, potential deviations from criticality. Our findings support brain criticality as a framework for cognitive function and impairments.

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Räumliche und zeitliche Korrelationen in menschlicher kortikaler Dynamik: Implikationen für Kognition und Epilepsiemanagement

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Menschen mit Epilepsie leiden häufig unter kognitiven Beeinträchtigungen, die ihre Lebensqualität mindern. Abweichungen von der Gehirnkritikalität könnten diese erklären. Die Gehirnkritikalität besagt, dass kortikale Netzwerkdynamik nahe einem Phasenübergang sind, wo kognitive Funktionen optimal sind. Räumliche und zeitliche Korrelationen (SCs/TCs) sind bei Kritikalität maximal und messen Informationsintegration. Diese Arbeit untersucht neuronale Netzwerksimulationen, intrakranielle EEGs (N=104), MRTs (N=127) und kognitive Tests, um SCs/TCs im Zusammenhang mit kognitiver Leistung zu führen. Die Ergebnisse zeigen, dass SCs/TCs durch Slow-Wave-Aktivität, epileptische Aktivität und Antiepileptika gestört werden. Kurze TCs und Ausdünnung der grauen Substanz korrelierten mit kognitiven Beeinträchtigungen und könnten Abweichungen von der Kritikalität darstellen. Unsere Ergebnisse unterstützen die Gehirnkritikalität als Rahmen für kognitive Funktionen und deren Beeinträchtigungen bei Epilepsie.

Item Type:	Thesis (PhD)
Uncontrolled Keywords:	„Brain Criticality, Epilepsy, Cognition, Long-Range Spatio-Temporal Correlations, Neuronal Network Model
Divisions:	Faculty of Mathematics and Science > Department of Biology and Environmental Sciences (IBU)
Date Deposited:	07 May 2025 11:33
Last Modified:	07 May 2025 11:33
URI:	https://oops.uni-oldenburg.de/id/eprint/7185
URN:	urn:nbn:de:gbv:715-oops-72669
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