/ Forschung
Ledergerber and Berger receive funding for fatigue-research
Romina Ledergerber and Melanie Berger have received funding of CHF 15,000 from the Freiwillige Akademische Gesellschaft for their research project Fatigue and Brain (FAB). The two doctoral candidates are carrying out this interdisciplinary research project alongside their own research focuses: Ledergerber studies neuromuscular mechanisms and development, while Berger examines the development of cognitive functions and the mechanisms through which exercise influence them.
While most people have an intuitive sense of what cognitive or physical fatigue feels like, these are in fact complex phenomena that often occur simultaneously. Consider, for example, a firefighter navigating a hazardous environment while processing critical information under extreme exhaustion, or an athlete making split-second decisions in the final moments of a game.
Cognitive and central neuromuscular fatigue appear to share neural substrates. Therefore, it is reasonable to assume that fatigue in one area could affect the other. For this reason, Ledergerber and Berger investigate the bidirectional acute effects of these two forms of fatigue on executive functions, neuromuscular performance, and motor skills. Specifically, they examine whether cognitive fatigue impairs neuromuscular activation and performance, and whether central neuromuscular fatigue alters cognitive functioning.
To address these questions experimentally, the researchers employ a randomized cross-over design. Fifty healthy young adults of both sexes participate in two experimental sessions:
i) a cognitively demanding task designed to induce cognitive fatigue, and ii) a high-intensity strength protocol aimed at inducing central neuromuscular fatigue. Central neuromuscular fatigue is quantified through changes in voluntary activation measured using the interpolated twitch technique. In addition, inhibitory control as an indicator of executive functioning and a functional motor task are assessed before and after each intervention. Recording electrical brain activity via electroencephalography, as well as heart rate variability during cognitive tasks, provides evidence of whether cognitive fatigue has been successfully induced and offers insights into the mechanisms through which fatigue affects performance.
This research project addresses a significant knowledge gap by examining the acute interactions between cognitive and central neuromuscular fatigue. The use of neurophysiological measures enables deep insights into processes of the autonomic and central nervous systems, as well as shared neural foundations of performance fatigue, and contributes to a high scientific standard. Moreover, the findings may inform the development of training and prevention strategies in settings where cognitive and motor demands converge from high-risk occupations to clinical rehabilitation and everyday life.
Ledergerber and Berger erhalten Förderung für Fatigue-Forschung
Romina Ledergerber und Melanie Berger erhalten für ihr Forschungsprojekt «Fatigue and Brain» (FAB) Fördergelder von der Freiwillige Akademische Gesellschaft in Höhe von 15.000 CHF. Dieses interdisziplinäre Forschungsprojekt setzen die beiden Doktorandinnen neben ihren Forschungs-
schwerpunkten in den Bereichen neuromuskuläre Mechanismen und Entwicklung (Ledergerber) sowie Entwicklung kognitiver Funktionen und Mechanismen, durch die körperliche Aktivität diese beeinflusst (Berger) um.
Intuitiv kann sich jede und jeder etwas unter kognitiver oder körperlicher Ermüdung vorstellen. Tatsächlich handelt es sich jedoch um komplexe Phänomene, die häufig gleichzeitig auftreten. Man denke etwa an einen Feuerwehrmann, der in einer gefährlichen Umgebung navigiert und unter extremer Erschöpfung kritische Informationen verarbeiten muss, oder an eine Sportlerin, die in den letzten Momenten eines Spiels blitzschnelle Entscheidungen trifft.
Kognitive und zentrale neuromuskuläre Fatigue teilen sich neuronale Grundlagen und den Ursprung im Gehirn. Daher untersuchen Ledergerber und Berger im Rahmen ihres Projekts die bidirektionalen akuten Effekte dieser beiden Formen von Ermüdung auf exekutive Funktionen, neuromuskuläre Leistung und motorische Fähigkeiten. Konkret analysieren sie, ob kognitive Ermüdung die neuromuskuläre Aktivierung und Leistungsfähigkeit beeinträchtigt und ob zentrale (neuromuskuläre) Ermüdung kognitive Funktionen verändert.
Um diese Fragestellungen experimentell zu prüfen, verwenden die Forscherinnen ein randomisiertes Cross-over-Design. Fünfzig gesunde junge Erwachsene beider Geschlechter absolvieren zwei experimentelle Sitzungen: i) eine kognitiv anspruchsvolle Aufgabe zur Induktion kognitiver Fatigue sowie ii) ein hochintensives Kraftprotokoll, das zentral neuromuskuläre Fatigue hervorruft. Als Mass für zentral neuromuskuläre Ermüdung wird die Veränderung der willkürlichen Aktivierung der Muskelfasern mittels interpolierter Twitch-Technik erfasst. Zusätzlich werden die inhibitorische Kontrolle als Indikator exekutiver Funktionen sowie eine funktionelle motorische Aufgabe jeweils vor und nach den Interventionen erhoben. Die Aufzeichnung elektrischer Hirnaktivität mithilfe des Elektroenzephalogramms und der Herzfrequenzvariabilität während der kognitiven Aufgaben liefert einerseits Hinweise darauf, ob kognitive Fatigue erfolgreich induziert wurde, andererseits ermöglicht sie Einblicke in die zugrunde liegenden Mechanismen, über die Ermüdung die Leistungsfähigkeit beeinflusst.
Das Forschungsprojekt adressiert eine zentrale Wissenslücke, indem es die akuten Wechselwirkungen zwischen kognitiver und zentral neuromuskulärer Fatigue untersucht. Der Einsatz neurophysiologischer Messverfahren ermöglicht tiefe Einblicke in Prozesse des autonomen und zentralen Nervensystems sowie in gemeinsame neuronale Grundlagen der Leistungs-
erschöpfung und trägt zu einem hohen wissenschaftlichen Standard des Projekts bei. Zudem können die gewonnenen Erkenntnisse die Entwicklung von Training und Präventionsstrategien in Bereichen unterstützen, in denen kognitive und motorische Anforderungen gleichzeitig auftreten, von Hochrisikoberufen über die klinische Rehabilitation bis hin zum Alltag.