Mit subjektivem Tinnitus wird die Wahrnehmung von Phantomgeräuschen ohne physikalischer Ursache bezeichnet. Er ist normalerweise mit erheblichen Schädigungen des Hörsystems verbunden die zu plastischen Veränderungen auf mehreren Ebenen der zentralen Hörbahnen führen und letztlich die Über-Erregung des gesamten zentral-auditorischen Systems bedingen. Diese Über-Erregung wird von Veränderungen nicht-auditorischer Hirnareale begleitet. Die Integration von Informationen zwischen diesen weit verteilten Regionen wurde bisher noch nicht untersucht. In dieser Arbeit werde ich drei MEG-Studien präsentieren die kortikale Verknüpfungen weit verteilter Areale mit verschiedenen Methoden untersuchen. Basierend auf den Studienergebnissen wird ein globales Modell der Tinnituswahrnehmung entwickelt. Die Über-Erregung auditorischer Areale als auch die globalen Veränderungen kortikaler Verknüpfungen werden in diesem Modell integriert. Studie 1: Mit Hilfe der auditorischen Steady State Response wurde die Synchronisation zwischen weit entfernten nicht-auditorischen Hirnarealen untersucht. Es wurden drei Amplituden-Modulierte Töne von unterschiedlicher Trägerfrequenz verwendet: Einer der Stimuli wurde so konstruiert dass er der individuellen Tinnitusfrequenz ähnelte und die Trägerfrequenzen zwei weiterer Stimuli lagen 1,1 und 2,2 Oktaven darunter. Die kortikale Konnektivität wurde mittels Phasensynchronizität bei Tinnituspatienten und gesunden Kontrollpersonen untersucht. In der Tinnitusgruppe wurde ein abweichendes Muster von funktioneller Verknüpfungen weit verzweigter kortikaler Areale entdeckt welches mit der individuellen Bewertung der Penetranz des Tinnitus streng korrelierte. Studie 2: Unter Verwendung von Analysen der Phasensynchronizität wurden die Spontanaktivitätsdaten von Tinnituspatienten und Kontrollpersonen auf Veränderungen von weit reichenden kortikalen Verknüpfungen untersucht. Bei Tinnitus war die Stärke dieser Verknüpfungen im Apha-Frequenzband reduziert und im Gammaband erhöht. Über die gesamte Stichprobe hinweg wurde eine negative Korrelation zwischen der Stärke der Alpha- und der Gammaband-Verknüpfungen beobachtet. Mit einer Diskriminanzanalyse basierend auf diesen Konnektivitätsmessungen konnte die Tinnitusgruppe von der Kontrollgruppe mit einer Genauigkeit von 83% getrennt werden. Eine Post-hoc Analyse konnte zeigen dass sich die Architektur dieses Netzwerkes mit der Tinnitusdauer verändert. Studie 3: Die Veränderungen der Spontanaktivität bei Tinnitus wurden unter Hinsicht der Richtung des Informationsflusses zwischen kortikalen Regionen untersucht. Mit Hilfe eines Beamformers wurden die MEG-Signale im Quellenraum rekonstruiert und mittels Partial Directed Coherence wurden die Richtungen funktioneller Verknüpfungen zwischen den Voxeln berechnet. Es ergab sich eine Differenz der gerichteten globalen Verknüfpungen im Gammaband zwischen der Tinnitus- und der Kontrollgruppe. Der präfrontale und orbitofrontale Kortex sowie die parietal-okzipitale Region waren die entscheidenden Strukturen in diesem Netzwerk. Der Top-Down Einfluss des globalen Netzwerks auf den auditorischen Kortex korrelierte positiv mit der Stärke der Tinnitusbelastung.

Subjective tinnitus is characterized by an auditory phantom perception in the absence of any physical source. Tinnitus is typically associated with a substantial damage to the hearing system. This damage leads to plastic changes at various levels of the central auditory system and consequently triggers hyperactivity therein. Accompanying this hyperactivity, changes in non-auditory brain structures have also been reported. However, the long-range integration of information between these regions has never been investigated. In this thesis I report three MEG-studies that investigated long-range cortical coupling using different methodological approaches. Based on the results I developed a global model of tinnitus perception that integrates the hyperactivity of the auditory cortices and the global changes in long-distance cortical coupling. Study 1: Auditory steady state responses were used to investigate long-distance coupling between non-auditory brain regions. I used amplitude-modulated tones of three different carrier frequencies: one was designed to match the individual tinnitus sound and two other control tones were 1.1 and 2.2 octaves below. Cortical connectivity was analyzed using phase synchronization in tinnitus patients and healthy controls and revealed a deviating pattern of long-range functional connectivity in tinnitus that was strongly correlated with individual ratings of the tinnitus intrusiveness. Study 2: Long-distance cortical coupling of tinnitus patients and healthy controls in the resting state was analyzed by means of phase locking analysis. Tinnitus was associated with a decrease of inter-areal coupling in the alpha band and an increase of inter-areal coupling in the gamma frequency range. Furthermore, a strong inverse relationship of the alpha and gamma network coupling was observed for all participants. Discrimination analysis revealed a separation 83% between the patient and the control group based on these couplings. Post-hoc analysis showed that the tinnitus-related network changes with the ongoing duration of tinnitus. Study 3: The tinnitus-related resting-state networks where analyzed with respect to the directionality of the information flow between distant cortical regions. A beamforming technique was used to reconstruct the MEG signals in the source space and directed functional coupling between all voxels was analyzed using Partial Directed Coherence. Fundamental differences in the global network between the tinnitus and the control group were found in the gamma frequency range. The prefrontal cortex, the orbitofrontal cortex and the parieto-occipital region were the core structures in this network. Top-down influence of the global network on the auditory cortex correlated positively with the strength of tinnitus distress.