Visual stimulation by repetitive flashes of light can lead to an entrainment of the alpha rhythm in electroencephalogram recordings (also called photic driving). We report a comparison of simultaneously recorded electric and magnetic data in a photic driving experiment, adapted to the individual alpha rhythm of 10 healthy volunteers. We show that there is a stronger frequency entrainment in magnetoencephalogram than in electroencephalogram recordings in all volunteers, which indicates a possible tangential brain activity underlying the dominant entrainment effect. The entrainment in the magnetoencephalogram lasts over significantly more frequencies and is most effective in the region around the individual alpha and a half alpha. For different channels, we found different degrees of entrainment showing topological and time-varying properties.

A coupled system of nonlinear neural oscillators with an individual resonance frequency is assumed to form the neuronal substrate for the photic driving phenomenon. The aim was to investigate the spatiotemporal stability of these oscillators and quantify the spatiotemporal process of engagement and disengagement of the neuronal oscillators in both multitrial and single-trial data. White light-emitting diode flicker stimulation was used at 15 frequencies, which were set relative to the individual α frequency of each of the 10 healthy participants. Simultaneously, the electroencephalogram (EEG) and the magnetoencephalogram (MEG) were recorded. Subsequently, spatiotemporal matching pursuit (MP) algorithms were used to analyze the EEG and MEG topographies. Intraindividually similar topographies were found at stimulation frequencies close to (1) the individual α frequency and (2) half the individual α frequency in the multitrial and the single-trial cases. In both stimulation frequency ranges, the authors observed stable topographies 5 to 10 stimuli after the beginning of the stimulation and lasting three nonexisting periods after the end of the stimulation. This was interpreted as the engaging/disengaging effect of the observed oscillations, because especially the frequency parameter adopted before and after stable topographies were observed. Topographic entrainment was slightly more pronounced in MEG as compared with that in EEG. The results support the hypothesis of nonlinear information processing in human visual system, which can be described by nonlinear neural oscillators.

Quantification of functional connectivity in physiological networks is frequently performed by means of time-variant partial directed coherence (tvPDC), based on time-variant multivariate autoregressive models. The principle advantage of tvPDC lies in the combination of directionality, time variance and frequency selectivity simultaneously, offering a more differentiated view into complex brain networks. Yet the advantages specific to tvPDC also cause a large number of results, leading to serious problems in interpretability. To counter this issue, we propose the decomposition of multi-dimensional tvPDC results into a sum of rank-1 outer products. This leads to a data condensation which enables an advanced interpretation of results. Furthermore it is thereby possible to uncover inherent interaction patterns of induced neuronal subsystems by limiting the decomposition to several relevant channels, while retaining the global influence determined by the preceding multivariate AR estimation and tvPDC calculation of the entire scalp. Finally a comparison between several subjects is considerably easier, as individual tvPDC results are summarized within a comprehensive model equipped with subject-specific loading coefficients. A proof-of-principle of the approach is provided by means of simulated data; EEG data of an experiment concerning visual evoked potentials are used to demonstrate the applicability to real data.

Zusammenfassung: Fragestellung: Die Unterdrückung der physiologischen Pubertät mittels sog. pubertätsblockierender Präparate (PB) und die Gabe gegengeschlechtlicher Hormone (sog. Cross-Sex-Hormone [CSH]) bei Minderjährigen mit Geschlechtsdysphorie (GD) wird als Intervention für ebendiese Personen diskutiert und teilweise in der klinischen Praxis bei dieser Population auch angewendet. Zwei Übersichtsarbeiten (eine zur PB-, eine zur CSH-Gabe) des britischen National Institute for Clinical Excellence (NICE) aus dem Jahr 2020 zeigten keinen eindeutigen klinischen Nutzen in Bezug auf kritische Zielvariablen sowie andere wichtige Variablen, insbesondere keine eindeutige Verbesserung der GD-Symptomatik. Weiterhin wurde die klinisch-wissenschaftliche Qualität der bis dahin vorliegenden Befunde gemäß Modified-GRADE-Kriterien als „sehr gering“ eingestuft. Methodik: Die vorliegende systematische Übersichtsarbeit umfasst eine aktualisierte Literatursuche gemäß NICE-Vorgehensweise für die seit Erscheinen der zuvor genannten beiden NICE-Übersichtsarbeiten neu erschienenen Arbeiten bezüglich der PB- und der CSH-Gabe bei GD (Suchzeitraum Juli 2020 bis August 2023). Ergebnisse: Die neue Literatursuche ergab keinerlei neue Originalarbeiten zur PB-Gabe entsprechend den vordefinierten PICO-Kriterien mit Blick auf kritische oder wichtige Zielvariablen gemäß NICE. Für die CSH-Gabe fanden sich zwei neue Originalarbeiten mit geringer Teilnehmendenzahl, welche die PICO-Kriterien erfüllten, jedoch gemäß Modified-GRADE-Kriterien mit geringer klinisch-wissenschaftlicher Sicherheit bzw. Qualität eingestuft wurden und keine neuen belastbaren Befunde zeigten. Derzeit vorliegende Studien zur PB- und CSH-Gabe haben signifikante konzeptionelle und auch methodische Mängel. Schlussfolgerungen: Die Studienlage zur PB- und CSH-Gabe bei Minderjährigen mit GD ist weiterhin sehr begrenzt und basiert auf wenigen Studien mit unzureichender Methodik und Qualität. Aussagekräftige Langzeitstudien fehlen bisher. Die aktuelle Studienlage deutet derzeit nicht darauf hin, dass sich die GD im Speziellen und die psychische Gesundheit im Allgemeinen im Verlauf der weiteren Entwicklung nach Gabe von PB oder CSH bedeutsam verbessern. Begleitende psychotherapeutische Interventionen bei Kindern und Jugendlichen mit GD zur Unterstützung bzw. zur Minderung der erlebten Belastungen können je nach individueller Situation der Betroffenen ggfs. notwendig werden. Sofern PB- und CSH-Gaben bei Minderjährigen mit GD nach sorgfältiger Risiko-Nutzen-Analyse, abgeschlossener kinder- und jugendpsychiatrischer Diagnostik und ggfs. folgender Behandlung auch begleitender psychischer Symptome oder Störungen bzw. Belastungsfaktoren zum Einsatz kommen sollten, so kann ein solches Vorgehen im Rahmen von Forschungsprojekten bzw. klinischen Studien – wie aktuell in England praktiziert – zum weiteren Erkenntnisgewinn beitragen und wichtige Daten liefern. Das elektronische Supplement (ESM) 1 ist eine adaptierte und gekürzte englische Version dieser Arbeit.

Repetitive flicker stimulation (photic driving) offers the possibility to study the properties and coupling characteristics of stimulation-sensitive neuronal oscillators by means of the MEG/EEG analysis. With flicker frequencies in the region of the individual alpha band frequency, the dynamics of the entrainment process of the alpha oscillation, as well as the dynamics of the accompanying gamma oscillations and the coupling between the oscillations, are investigated by means of an appropriate combination of time-variant analysis methods. The Hilbert and the Gabor transformation reveal time-variant properties (frequency entrainment, phase locking, and n:m synchronization) of the entrainment process in the whole frequency range. Additionally, time-variant partial directed coherence is applied to identify ocular saccadic interferences and to study the directed information transfer between the recording sites of the simultaneously derived MEG/EEG data during the entrainment. The MEG data is the focus of this methodological study as the entrainment effects of the alpha oscillation are stronger in MEG than in the EEG. The occipital brain region (visual cortex) was mainly investigated and the dynamics of the alpha entrainment quantified. It can be shown that at the beginning of this entrainment, a transient, strongly phase-locked “40-Hz” gamma oscillation occurs.