Podcasts about motorkortex

Die präfrontale repetitive transkranielle Magnestimulation (rTMS) wird seit den 90er Jahren angewendet, um einerseits die Bedeutung des präfrontalen Kortex für verschiedene kognitive und affektive Prozesse zu erforschen und andererseits die Pathophysiologie psychiatrischer Erkrankungen zu untersuchen und therapeutisch zu modulieren. Von neuen Stimulationsprotokollen, wie der Theta Burst Stimulation (TBS), die analog zum Tiermodell zur Induktion von Langzeitpotenzierung beim Menschen entwickelt wurde, werden stärkere und länger anhaltende therapeutische Effekte erhofft. Im Gegensatz zur Stimulation des Motorkortex wurde die präfrontale rTMS bislang kaum neurophysiologisch untersucht. In dieser Arbeit werden daher zwei Experimente beschrieben, in denen eine niederfrequente 1 Hz-rTMS und TBS bezüglich ihrer Effekte auf ereigniskorrelierte Potentiale (EKP) in GoNogo-Aufgaben charakterisiert wurden. Sie verfolgten die Fragestellungen, ob EKP analog zu motorisch evozierten Potenzialen (MEP) geeignet sind die Wirkungsweise einer präfrontalen rTMS einzuschätzen und ob sich die TBS qualitativ oder quantitativ von herkömmlichen rTMS-Protokollen unterscheidet (Experiment 1 und 3). In einem Vorexperiment zu Experiment 3 (Experiment 2) wurde erstmals die Sicherheit verschiedener präfrontaler TBS-Formen mittels EEG und kognitiver Tests untersucht. In Experiment 1 wurden 18 gesunde Probanden mit einer als inhibitorisch geltenden 1 Hz rTMS über dem linken dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC), dem medialen präfrontalen Kortex (mPFC) und einer Kontrollregion stimuliert. Bei der nachfolgenden Bearbeitung einer GoNogo-Aufgabe, zeigte sich eine Vergrößerung der P3-Amplitude nach Stimulation des mPFC bei zeitgleich größerer parietaler Aktivität. Hypothesenkonform konnte eine Reduktion der N2-Amplitude bei Stimulation des linken DLPFC gefunden werden. Während der rTMS-Effekt auf die P3-Amplitude am besten durch die Initiierung von Aufmerksamkeitsprozessen erklärt werden kann, spricht der Einfluss der 1 Hz-rTMS über dem linken DLPFC für einen inhibitorischen Effekt auf kortikaler Ebene (Experiment 1). Im Hinblick auf die vorbeschriebenen nachhaltigeren Effekte von TBS-Protokollen am Motorkortex wurde in Experiment 2 die TBS am präfrontalen Kortex bei 24 gesunden Probanden plazebo-kontrolliert bezüglich ihrer Sicherheit untersucht, um diese als innovative Stimulationsform für weitere Experimente einsetzbar zu machen. Die Ergebnisse dieses Experimentes zeigten, dass eine präfrontale, als inhibitorisch geltende TBS (continuous TBS - cTBS) und eine als exzitatorisch geltende TBS (intermittent TBS - iTBS) keine epilepsietypischen Potenziale im EEG oder epileptische Anfälle triggerten. Es kamen jedoch bei drei von 25 Probanden vagale Reaktionen vor, deren Auftreten beachtet und deren Ursache in weiteren Studien erforscht werden sollte. In den neuropsychologischen Untersuchungen wurde eine verminderte Leistung im Arbeitsgedächtnis und in einer frontalen Testbatterie (Trend) nach iTBS des linken DLPFC und in der Anzahl der ‚false alarms’ einer GoNogo-Aufgabe nach cTBS des mPFC festgestellt. Diese Veränderungen spiegelten sich auch in neurophysiologischen Parametern wider. Eine Analyse der EEG-Daten mittels standardized low resolution brain electromagnetic tomography (sLORETA) ergab eine Zunahme der Aktivität im Alpha 2-Band links präfrontal nach iTBS des linken DLPFC, die bis zu einer Stunde nachweisbar blieb und einen Zusammenhang mit den Leistungen im Arbeitsgedächtnis und der frontalen Testbatterie zeigte. In Experiment 3 wurden dann 1 Hz rTMS, cTBS und eine Plazebostimulation bei 9 gesunden Probanden miteinander verglichen. Alle Stimulationen erfolgten neuronavigiert bezogen auf eine Aktivierung im individuellen funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) Bild, die während der Entscheidungskomponente (Volition) einer modifizierten GoNogo-Aufgabe gefunden wurde. Hierbei konnte die in Experiment 1 beobachtete inhibitorische Wirkung der 1 Hz rTMS auf eine relevante EKP-Komponente (N2P2-peak-to-peak-Amplitude) analog repliziert werden (Trend). Bei einer zeitlichen Betrachtung der Stromdichten mittels sLORETA ließ sich deskriptiv eine Verminderung nach 1 Hz rTMS beobachten, während sich der Verlauf der Stromdichten in der cTBS-Bedingung abhängig vom Aktivierungszustand des Kortex zu ändern schien. In einer für ‚conflict monitoring’ relevanten region of interest (ROI) konnte in dem für die N2P2-Amplitude relevanten Zeitfenster eine Verminderung (Trend) der Stromdichte in der 1 Hz-Bedingung gefunden werden, die mit der N2P2-Amplitude korrelierte. Desweiteren waren in Experiment 1 und 3 keine Effekte auf Verhaltensdaten und EKP-Latenzen nachweisbar. Die Ergebnisse dieser Arbeit sprechen dafür, dass die gemeinsame Betrachtung von Verhaltensdaten, EKP- und Stromdichteanalysen eine neurophysiologische Interpretation der rTMS erlaubt. Die alleinige Verwendung von EKP zur Beurteilung der Wirkungsweise einer präfrontalen rTMS hingegen ist methodisch und inhaltlich begrenzt. Am präfrontalen Kortex zeigten cTBS und iTBS andere Effekte als für den Motorkortex vorbeschrieben. Insgesamt betrachtet sprechen die Ergebnisse dafür, dass sich die TBS nicht nur quantitativ sondern auch qualitativ von einer 1 Hz rTMS unterscheidet. Nach diesen Pilotexperimenten stellt die Untersuchung rTMS-vermittelter Effekte auf präfrontal generierte EKP einen vielversprechenden Untersuchungsansatz dar, um die Bedeutung präfrontaler Regionen als Generatoren spezifischer EKP-Komponenten zu erforschen, die Wirkung verschiedener rTMS Protokolle neurophysiologisch zu untersuchen und diese Protokolle für experimentelle oder therapeutische Anwendungen weiter zu entwickeln. So könnte die Wirkung spezifischer TBS-Protokolle durch eine pathologisch veränderte Grundaktivität bei Patienten mit psychiatrischen Erkrankungen im Gegensatz zu gesunden Probanden verändert sein. Dies könnte in einem nächsten Schritt mit dem oben beschriebenen Untersuchungsansatz näher erforscht werden.

Hintergrund der vorliegenden Studie war, ein Behandlungskonzept für die unmittelbar nach einer Subarachnoidalblutung einsetzenden Pathomechanismen zu entwickeln. Dabei bilden das post-hämorrhagische Hirnödem neben der akut einsetzenden Erhöhung des intrakraniellen Drucks (ICP) und dem Abfall der zerebralen Perfusion (CBF) die wesentlichen kausalen Pathomechanismen für die hohe Frühmorbidität und –letalität der Patienten. Zu diesem Zweck wurde das therapeutische Konzept der Small Volume Resuscitation – einer neuen Primärtherapie des traumatisch-hämorrhagischen Schocks und des Schädel-Hirn-Traumas - evaluiert, bei der die intravenöse Bolusinjektion eines kleinen Volumens (250 ml) einer stark hyperosmolaren (7,5 %) Kochsalzlösung genutzt wird, um intraendotheliales und intraparenchymales Wasser zu mobilisieren und dadurch das intravaskuläre Volumen wiederherzustellen. Die erzielte Hämodilution zusammen mit dem hyperosmolaritätsbedingten Schrumpfen des endothelial-perivaskulären Volumens führt zu einer verbesserten Mikrozirkulation und einem Auswa-schen potentiell gefährlicher Metaboliten – es kommt zur Reduktion des perivaskulären Ödems mit Reperfusion der mikrozirkulatorischen Strombahn. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, verschiedene klinisch gebräuchliche hyperton-hyperonkotische Lösungen hinsichtlich ihrer therapeutischen Wirksamkeit nach experimenteller Subarachnoidalblutung der Ratte zu vergleichen. Diese Untersuchung sollte anhand von definierten Zielparametern, sowohl hinsichtlich kurzfristiger Wirkungen nach SAB (Verlauf von ICP und CBF während der ersten 90min nach SAB) als auch hinsichtlich längerfristiger Effekte (Neuro-score für 7 posthämorrhagische Tage und quantitative histologische Auswertung) durchgeführt werden. 60 männliche dextranresistente Wistarratten wurden in vier Gruppen à 15 Tiere randomi-siert um dann entweder mit 0,9% NaCl- Lösung (Kontrollgruppe), 7,5% NaCl- Lösung mit 6% Dextran 70 (Rescue FlowTM), 7,2% NaCl- Lösung mit 200.000 HAES (HyperHAES®) oder 20% Mannitol 30 min nach Induktion der SAB intravenös therapiert zu werden. Nach Beendigung der Messung der kontinuierlich aufgezeichneten Parameter wurden die Tiere 7 Tage lang nachbeo-bachtet und ihre neurologische Erholung dokumentiert; dann wurden die Gehirne entnommen und histologisch aufgearbeitet. Mit Hilfe dieses experimentellen Setups konnte nachgewiesen werden, dass der Hirndruck nach experimenteller SAB bei Ratten durch die Applikation der untersuchten hypertonen Lösungen (7,5% NaCl- Lösung mit 6% Dextran 70 [Rescue FlowTM], 7,2% NaCl- Lösung mit 200.000 - 75 - HAES [HyperHAES®] und 20% Mannitol in vergleichbarer Weise unmittelbar und anhaltend signifikant gegenüber der Kontrollgruppe gesenkt werden konnte. Die Kontrolllösung konnte den ICP nicht senken. Nur die Applikation von 7,5 % NaCl/ Dextran – Lösung konnte den zerebralen Blutfluss auf der von der Blutung betroffenen Seite für 20 min steigern. Die mit den verwendeten Tests beschriebene neurologische Erholung konnte durch Therapie mit den getesteten Lösungen nicht signifikant im Vergleich zur Kontrollgruppe verbessert werden; es ergaben sich auch zwischen den anderen Gruppen keine signifikanten Unterschiede. Eine signifikante Steigerung der Leistungen während des Beobachtungszeitraums konnte allerdings innerhalb der 7,5 % NaCl/ Dextrantherapiegruppe gezeigt werden. Nur in der mit 7,5 % NaCl/ Dextran therapierten Gruppe zeigten sich zudem signifikante protektive Effekte im Motorkortex und Kaudoputamen im Hinblick auf die Zahl intakter Neurone. Allein die Therapie mit 7,5 % NaCl/ Dextranlösung konnte, wenn auch nur als statistischer Trend, die Frühletalität nach SAB senken. Bei keinem der Versu-che kam es nach Applikation der Therapielösungen zu einer erneuten SAB. Die vorhandene klinische Zulassung von 7,5% + 6% Dextran 70 (RescueFlow™) für die initiale Behandlung von hämorrhagischem Schock würde eine rasche Umsetzung der experimentellen Ergebnisse im Rahmen einer klinischen Studie bei Patienten mit schwerer SAB erleichtern.

Ziel: In der vorliegenden Studie untersuchten wir fMRT-Datensätze des kortikalen motorischen Handareals gesunder Probanden mittels künstlicher neuronaler Netze. Ziel war es, eine feinere Unterscheidung der Signalzeitreihen zu erreichen, als dies mit derzeit etablierten Methoden möglich ist. Einleitung: In einem kurzen Überblick wurden die wichtigsten Methoden und Erkenntnisse der Erforschung funktioneller Gehirnzentren dargestellt. Daneben wurde auf die Mustererkennung mittels neuronaler Netze und deren Einsatzmöglichkeiten eingegangen. Methode: Zunächst wurden die methodischen Grundlagen, auf denen die funktionelle MRT beruht, mit ihren technisch-physikalischen und physiologischen Zusammenhängen vorgestellt. Im speziellen Methodikteil wurde das untersuchte Kollektiv (24 gesunde Personen), das Messprotokoll und der Versuchsaufbau beschrieben. Die funktionellen Messungen wurden an einem 1,5 Tesla-Magnetresonanz-tomographen mit einer T2*-gewichteten Echo-Planar-Sequenz durchgeführt. Als Paradigma wurden Fingerbewegungen jeweils der rechten oder linken Hand mit maximalem Druck bzw. mit maximaler Frequenz gewählt. Bei allen fMRT-Messungen wurden Kraft und Geschwindigkeit der Fingerbewegungen mit hydraulischen Druckaufnehmern aufgezeichnet. Die Auswertetechnik wurde in einem eigenen Kapitel beschrieben, das sich mit den Verfahren zur Nachverarbeitung der gewonnenen Schnittbildserien auseinander setzte: Hierbei wurde die Korrelationsanalyse als ein etabliertes Auswerteverfahren beschrieben und das Prinzip der Mustererkennung durch Neuronale Netze dargestellt. Als spezielles Verfahren zur Clusteranalyse wurde die minimal free energy Vektorquantisierung erklärt. Schließlich wurde der von uns verwendete kombinierte Ansatz einer Vorselektion der Zeitreihen durch Korrelationsanalyse, gefolgt von der Vektorquantisierung der über einem definierten Schwellwert liegenden Pixel vorgestellt. Ergebnisse: Zunächst wurden die Resultate der Korrelationsanalyse mit den Ergebnissen der Vektorquantisierung verglichen. Dabei zeigte sich, daß mittels Vektorquantisierung die zerebralen Aktivierungen des Motorkortex in kortikale und vaskuläre Anteile subdifferenziert werden konnten. Zudem ließen sich Artefakte, die durch Kopfbewegungen verursacht wurden, erkennen und eliminieren. Außerdem konnte nachgewiesen werden, daß durch die ausschließliche Verwendung der Korrelationsanalyse eine systematische Überbetonung der vaskulären Signalveränderungen erfolgt. Schließlich wurden die Probanden auf die kortikalen Aktivierungen in der Zentralregion, der Postzentralregion, der Präzentralregion und der supplementären Motorregion (SMA) hin untersucht. Dabei wurden Unterschiede hinsichtlich der Händigkeit und der motorischen Fertigkeiten der Probanden herausgearbeitet. Hier fand sich vor allem in der Präzentralregion ein Unterschied zwischen Rechts- und Linkshändern, wobei Rechtshänder nur bei Bewegung der linken Hand eine verstärkte Aktivierung der kontralateralen rechten Präzentralregion zeigten, während Linkshänder bei allen Aufgaben (mit rechter und linker Hand) eine verstärkte Aktivierung der rechten Präzentralregion aufwiesen. Für Aufgaben mit starkem Druck waren die aktivierten Areale in allen ausgewerteten Hirnregionen umso ausgedehnter, je geübter die Probanden waren. Bei Aufgaben mit hoher Frequenz fand sich nur in der supplementären Motorregion eine Ausweitung der Aktivierung mit zunehmenden motorischen Fertigkeiten der Probanden. Schlußfolgerung: Die Anwendung künstlicher Neuronaler Netze auf fMRT-Datensätze ist eine vielversprechende Methode, mit der die Aussagekraft bezüglich Lokalisation und Ausdehnung kortikaler Aktivierungen verbessert werden kann.

In unserer Studie untersuchten wir das motorische Handareal von Patienten und gesunden Probanden mit der funktionellen Magnetresonanztomographie. Unsere Hypothese war, dass bei Patienten nach Schlaganfall bei Bewegung der paretischen Hand Hirnareale aktiviert werden, die bei Gesunden nur unter maximaler Kraft oder Geschwindigkeit benützt werden. Außerdem sollten andere Einflussgrößen auf das zerebrale Aktivierungsmuster von Gesunden wie Händigkeit oder unterschiedliche motorische Fertigkeiten analysiert werden. Die Einleitung soll einen kurzen Überblick über die wichtigsten Methoden und Erkenntnisse der Erforschung des motorischen Handareals wiedergeben. Es wird auf die Reorganisation nach zerebralem Schlaganfall unter Berücksichtigung der vorhandenen Literatur eingegangen. Die für die funktionelle MRT wichtigen technisch-physikalischen Zusammenhänge werden im Kapitel methodische Grundlagen dargestellt. Im speziellen Methodikteil wird das untersuchte Kollektiv (25 gesunde Personen und 7 Patienten nach Schlaganfall), das Messprotokoll und der Versuchsaufbau beschrieben. Bei allen fMRT-Messungen wurden die Kraft und Geschwindigkeit der Fingerbewegungen mit hydraulischen Druck-aufnehmern aufgezeichnet. Auch die Methoden der Bildnachverarbeitung, insbesondere die Korrelationskoeffizientenanalyse und das verwendete Bewegungskorrekturprogramm, werden vorgestellt. Im Ergebnisteil werden die gesunden Probanden und die Patienten nach Schlaganfall auf die kortikalen Aktivierung in der Zentralregion, der Postzentralregion, die Präzentralregion und der Supplementären Motorregion (SMA) untersucht. Bei den gesunden Probanden zeigte sich eine Zunahme der Aktivierungen in der ipsilateralen und kontralateralen Zentral-, Postzentral- und Präzentralregion sowie in der SMA bei zunehmendem Schwierigkeitsgrad der Fingerbewegungen hinsichtlich Kraft und Frequenz. In Untergruppen mit verschiedenen motorischen Fertigkeiten fanden sich die stärksten Aktivierungsanstiege in der Gruppe der geübten Probanden. Bei Patienten nach Schlaganfall mit handbetonter Parese zeigte sich in der Frühphase bei Bewegung der betroffenen Hand im Vergleich zur nicht betroffenen Hand eine verstärkte Aktivierung in der primär motorischen Region der ipsilateralen und kontralateralen Hemisphäre, der SMA, sowie im Bereich des prämotorischen Kortex und der Postzentralregion beidseits. In der Spätphase nach Infarkt zeigte sich eine Entwicklung in Richtung eines normalen kortikalen Aktivierungsmusters einhergehend mit einer zumeist guten Rückbildung der Symptome. Dabei lagen die Infarkte in der Regel subkortikal oder im Verlauf der Pyramidenbahn. Der primäre Motorkortex war ausgespart bzw. in zwei Fällen nur teilweise tangiert. Das Aktivierungsmuster nach Schlaganfall war gut vergleichbar mit den Aktivierungen bei gesunden Probanden unter forcierter Handbewegung. Demnach scheinen die Patienten vorhandene Verschaltungswege zu nutzen, die bei Gesunden nur unter Maximalbedingungen beansprucht werden.