Increasing knowledge has been gained during the recent years about the functional correlates of cortical oscillations, especially in the alpha band (≈8-12Hz). Two, not mutually exclusive, approaches are currently used: the first scrutinizes the impact of incoming stimulation on oscillatory activity, assuming that relevant processes start at stimulus onset and the baseline mainly consists of noise. The second approach examines the impact of the spontaneous fluctuations of the oscillations on behavior and perception. More recent research has suggested an interaction between the ongoing and spontaneously fluctuating oscillatory activity and activity induced by an incoming stimulus. Thus, the current brain state, represented by its oscillatory activity, would determine the "fate" of the stimulus. Studies that have used either one or a combination of both approaches have, for instance, shown that alpha oscillations can be related to the (active) inhibition of the respective cortical area. However, these approaches not only average over hundreds of trials, thereby neglecting possible modulations between those, but also stimulate the participants regardless of the current brain state. Yet, if a hypothesis about the impact of a certain brain state (known to be correlated to some neurophysiological measure, for instance, oscillations) exists a priori, stimulating as close as possible to the desired brain state would a) strengthen the hypothetical underpinning of the experiment, b) introduce the possibility for stronger statistical comparisons and c) would allow for a more focused scrutiny of the desired brain-states. This dissertation introduces an innovative open source software called ConSole that enables scientists to setup and conduct real time experiments without sophisticated IT knowledge. The software is described in detail together with extensive validation, several proof-of-principles as well as its application as a software to conduct Neurofeedback, another application of real time EEG analysis. Neurofeedback exploits the fact that it is possible to train participants to modulate cortical oscillations. This has been used extensively in the past to treat conditions that are correlated with alteration in cortical activity, among them tinnitus. Tinnitus is of particular interest, as connections have been drawn in the past year between a disturbed excitatory-inhibitory balance (i.e., a lack of inhibition at auditory areas) and the relationship of alpha oscillations to cortical inhibition. The article argues that a successful therapy for tinnitus should increase inhibition at primary auditory regions, potentially detectable by increased alpha power. The study compares the outcome after Neurofeedback and rTMS (verum or sham) treatment of tinnitus patients. While Neurofeedback decreases tinnitus distress and increases alpha power at the right primary auditory cortex, neither effect is found in any of the rTMS conditions. The analysis of long range connectivity further shows increased outgoing connections for the Neurofeedback condition neighboring the alpha power effect as well as a decrease of incoming connections at the contralateral hemisphere. Both rTMS conditions showed effects for outgoing connectivity at right auditory areas, yet more posterior than the Neurofeedback effects. Interestingly, verum treatment led to an increase while sham treatment led to a decrease.

In den vergangenen Jahren wurden vermehrt Erkenntnisse über die funktionelle Bedeutung kortikaler Oszillationen, speziell im Alpha Band (≈8-12Hz) gewonnen. Aktuell werden dabei zwei Herangehensweisen benutzt, wobei Mischformen durchaus gebräuchlich sind: Zum einen wird der Einfluss externer Stimulation auf oszillatorische Aktivitäten untersucht. Jedoch setzt dieser Ansatz voraus, dass relevante Prozesse erst nach dem Beginn der Stimulation stattfinden – Daten in der sogenannten Baseline werden wie Rauschen behandelt. Der zweite Ansatz untersucht den Zusammenhang zwischen spontanen Fluktuationen dieser Oszillationen und Verhalten, sowie Wahrnehmung. Neuere Forschungsergebnisse implizieren jedoch eine Interaktion der spontan fluktuierenden und der durch Stimulation induzierten Aktivität. In diesem Fall bestimmt der sogenannte "Brain State", welcher durch oszillatorische Aktivität repräsentiert wird, das "Schicksal" des Stimulus. Studien, die einen oder eine Kombination aus beiden Ansätzen implementiert haben, konnten z.B. zeigen, dass Oszillationen im Alpha Band mit der aktiven Hemmung der entsprechenden Areale in Verbindung gebracht werden kann. Diese Verfahrensweisen vernachlässigen mögliche Unterschiede zwischen den einzelnen Trials, da über hunderte dieser gemittelt wird. Weiterhin geschieht die Stimulation unabhängig des aktuellen "Brain States". Wenn jedoch eine Hypothese über dein Einfluss eines "Brain States" existiert, birgt eine Stimulation zum Zeitpunkt seines Auftretens einige Vorteile. a) Die dem Experiment zugrundeliegende Hypothese würde gestärkt. b) Stärker statistische Verfahren könnten zur Anwendung kommen. c) Der "Brain State" könnte genauer untersucht werden. Diese Dissertation stellt eine innovative open source Software namens ConSole vor, die es Wissenschaftlern ermöglicht, Echtzeitexperimente ohne fortgeschrittene IT Kentnisse aufzusetzen und durchzuführen. Die Software, sowie deren intensiver Validierung, einiger Machbarkeitsbeweise, sowie ihrer Anwendung zur Durchführung eines Neurofeedback Trainings werden detailliert beschrieben. Neurofeedback ist eine Methode, kortikale Oszillationen durch Training selbst zu modifizieren. Diese Methode wurde in der Vergangenheit intensiv zur Behandlung von Störungsbildern genutzt, von denen ein Zusammenhang mit veränderter kortikaler Aktivität bekannt ist, unter anderem Tinnitus. Tinnitus ist hierbei besonders interessant, da es Hinweise gibt, dass ein gestörtes Gleichgewicht von Erregung und Hemmung (in diesem Fall fehlende Hemmung in auditorischen Bereichen) mit verringerter Aktivität im Alpha Band zusammenhängt. Der Artikel zeigt auf, dass eine erfolgreiche Tinnitustherapie die Hemmung innerhalb auditorischer Bereiche erhöhen sollte, welche wiederum über eine Erhöhung der Aktivität im Alpha Band messbar wäre. Die Studie vergleicht die Wirkung nach Neurofeedback und rTMS (verum und sham) bei Tinnituspatienten. Während Neurofeedback sowohl die Tinnitusbelastung reduziert, als auch die Alpha Aktivität im rechten auditorischen Kortex erhöht, konnte keiner dieser Effekte nach rTMS Behandlung festgestellt werden. Die Analyse der Langstreckenverbindungen zeigte weiterhin eine erhöhte Zahl ausgehender Verbindungen nach Neurofeedback Training direkt neben dem Areal, in dem die Erhöhung der Alpha Aktivität gefunden wurde, sowie eine Verringerung der eingehenden Verbindungen auf der kontralateralen Seite. Beide rTMS Bedingungen zeigten Effekte für ausgehende Verbindungen bei rechten auditorischen realen, jedoch weiter posterior, verglichen mit den Neurofeedback Ergebnissen. Interessanterweise führt verum rTMS hier zu einer Erhöhung, während sich die Anzahl der Verbindungen nach sham rTMS verringerte.