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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001503-3

Funktionelle bildgebende Untersuchungen unterschiedlich komplexer Bewegungen bei jungen und alten Probanden, sowie bei Patienten nach subkortikalem Schlaganfall

  • Die motorische Leistungsfähigkeit nimmt mit steigendem Alter ab. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass cerebrale Mehraktivierungen, die bei älteren Menschen beobachtet werden, die altersbedingten Defizite kompensieren können. Jedoch ist nicht bekannt, ob gesteigerte Aktivierung — besonders in motorischen Regionen der kontralateralen und ipsilateralen Hemisphäre — effektiv zu motorischer Leistung beitragen oder ob diese Ausdruck einer ineffektiven Anpassung an altersbedingte Defizite des motorischen Systems sind und somit einer neuronalen Dedifferenzierung entsprechen. Wir untersuchten diese Frage in Gruppen von jungen und alten Probanden anhand unterschiedlich komplexer motorischer Paradigmen. Diese umfassten einfache Paradigmen (passive Bewegungsschiene, Faustschlussbewegungen in 1 Hz und in individuell maximaler Frequenz) sowie komplexe Paradigmen eines somatosensorisch geführten Fingerfertigkeitstests und einer visuellen Nachführaufgabe. In der Gruppe der älteren Probanden waren die Hirnaktiverungen generell gesteigert, vor allem in den primären und sekundären Arealen der ipsilateralen Hemisphäre. Die Gruppe der jungen Probanden zeigte fokussierte Mehraktivierungen im kontralateralen primär motorischen Kortex während des Fingerfertigkeitstests. Während des komplexen Paradigmas der Fingerfertigkeit war das Leistungsniveau der Gruppen vergleichbar. Korrelationen zwischen motorischer Leistung und den fMRT Aktivierungen wurden durchgeführt. Die älteren Probanden zeigten eine negative Korrelation in der ipsilateralen SMA und im ipsilateralen SM1. Die jungen Probanden zeigten eine positive Korrelation in der kontralateralen SMA und dem kontralateralem SM1. In der ersten Studie konnte gezeigt werden, dass die gesteigerte cerebrale Rekrutierung eine ineffektive Antwort auf eine altersbezogen gesteigerte Schwierigkeit der Aufgabe darstellt und nicht als effektiver Weg angesehen werden kann, altersbezogene Defizite des motorischen Systems zu überwinden. Eine weitere Gruppe von Probanden, die sich durch cerebrale Mehraktivierungen auszeichnen, sind Schlaganfallpatienten. Gesteigerte Aktivierungen sind dabei oft Ausdruck schlechter motorischer Restitution und mit schlechten Rehabilitationserfolgen assoziiert. Für die Vorhersage des Rehabilitations-Potentials nach Schlaganfall spielen sowohl die strukturelle als auch die funktionelle Integrität der absteigenden motorischen Bahnen eine gewichtige Rolle. Die zweite Studie untersuchte das Verhältnis zwischen Biomarkern cerebraler Bildgebung auf Ebene der Capsula interna in der kontra- und ipsilateralen Hemisphäre und der Handfunktion bei Schlaganfallpatienten, die eine fast vollständige Restitution der motorischen Funktion erfahren hatten. Die fraktionale Anisotropie und das Verhältnis der Bahnen in den Hemisphären des posterioren Schenkels der Capsula interna wurden durch diffusionsgewichtete MRT Messungen bestimmt. Die funktionelle Integrität der kortikospinalen Bahnen wurde mittels Transcranieller Magnetischer Stimulation (TMS) gemessen. Patienten mit geringer MEP-Amplitude zeigten hier eine abgeschwächte Handkraft und vermehrte Aktivierung des primär motorischen Kortex der betroffenen Hemisphäre. Bei einer Gruppe von chronischen Schlaganfallpatienten mit subkortikalen ischaemischen Insulten wurden mittels fMRT die Hirnaktivierungen während der Paradigmen einer passiven Bewegungsschiene und Faustschlussbewegungen in 1Hz und individuell maximaler Frequenz gemessen. Asymmetrische Verteilung der subkortikalen Bahnen zwischen den Hemisphären war mit schlechterer Handfertigkeit und mit gesteigerter Aktivierung des dorsalen Prämotorischen Kortex der kontraläsionalen Hemisphäre während der anspruchsvollen Handparadigmen assoziiert. Aus den Ergebnissen der Studie kann man die Möglichkeit einer vorteilhaften Reorganisation der ipsiläsionalen sekundär motorischen Regionen ableiten, die auf gesteigerte Anforderungen nach Affektion der kortikospinalen Bahnen durch subkortikale Schlaganfälle zurückzuführen ist.
  • Motor performance declines with increasing age and it has been proposed that elder people might compensate for these deficits with increased cerebral activation. However, it is not known, whether increased activation – especially in motor areas of the contralateral and the ipsilateral cerebral hemisphere – might effectively contribute to motor performance or whether it is an effective way to counteract age related deficits in the motor system. We tested this question by mapping brain activation during performance of differentially demanding motor tasks in 18 young (mean 25.39 years) and 17 elderly (mean 66.65 years) healthy individuals. We tested a wide range of hand motor tasks from passive wrist movements, fist clenching at different frequencies, to a somatosensory-guided finger pinch task. In the elderly group functional activation was generally increased for all tasks with comparable motor performance for ipsilateral primary and secondary motor areas. The young group showed increased contralateral primary motor cortex activation for the more difficult somatosensory guided precision grip task. We correlated motor performance of the task with high difficulty and comparable performance with fMRI-activation. Elder participants showed a negative correlation for the ipsilateral supplementary motor area (SMA)and for the ipsilateral sensorimotor cortex (SM1). Young participants showed a positive correlation for contralateral SMA and SM1. Our data suggest an increased cerebral recruitment reflects an inefficient response to an age-related higher difficulty of task and is not an effective way to counteract age-related deficits in the motor system. Another group of subjects, who show additonal cerebral activations, are stroke patients. Additional recruitment after stroke is associated with bad motor performance. The relationship between structural and functional integrity of descending motor pathways can predict the potential for motor recovery after stroke. In a second studie we examine the relationship between brain imaging biomarkers within contralesional and ipsilesional hemispheres and hand function in well-recovered patients after subcortical stroke at the level of the internal capsule. Measures of functional activation and integrity of the ipsilesional corticospinal tract might predict paretic hand function. A total of 14 patients in the chronic stable phase of motor recovery after subcortical stroke and 24 healthy age-matched individuals participated in the study. Functional MRI was used to examine BOLD contrast during passive wrist flexion–extension and paced or maximum-velocity active fist clenching. Functional integrity of the corticospinal pathway was assessed by transcranial magnetic stimulation to obtain motor-evoked potentials (MEPs) in the first dorsal interosseus muscle of the paretic and nonparetic hands. Fractional anisotropy and the proportion of traces between hemispheres in the posterior limb of both internal capsules were quantified using diffusion-weighted MRI. Patients with smaller MEPs had a weaker paretic hand and more primary motor cortex activation in their affected hemisphere. Asymmetry between white matter tracts of either hemisphere was associated with reduced precision grip strength and increased BOLD activation within the contralesional dorsal premotor cortex for demanding hand tasks. There may be beneficial reorganization in contralesional secondary motor areas with increasing damage to the corticospinal tract after subcortical stroke. Associations between clinical, functional, and structural integrity measures in chronic stroke may lead to a better understanding of motor recovery processes.

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Metadaten
Author: Moritz Loibl
URN:urn:nbn:de:gbv:9-001503-3
Title Additional (English):Functional imaging studies of simple and komplex movements in groups of joung and elderly subjects, as well as in patientes with subcortikal stroke
Advisor:Prof. Dr. Martin Lotze
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2013/05/22
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Universitätsmedizin (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2013/04/16
Release Date:2013/05/22
Tag:Alter, Funktionelle NMR-Tomographie, Motorik, Schlaganfall
Motor performance, Stroke, age, fMRI
GND Keyword:Alter, Funktionelle NMR-Tomographie, Motorik, Schlaganfall
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Diagnostische Radiologie
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit