Doctoral Thesis
Ziel der vorliegenden Studie war es, mögliche Verbesserungen in der motorischen Performanz nach einem unilateralen motorischen Training (Arm-Fähigkeits-Training, AFT, Platz, 2004) der nicht-dominanten Hand von Gesunden sowie mögliche Transfereffekte auf die nicht-trainierte rechte Hand zu detektieren und des Weiteren mit Hilfe von funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT, durchgeführt vor und nach dem Training) zu untersuchen, inwieweit sich solche Veränderungen auf zerebraler, zerebellärer sowie Basalganglien-Ebene abbilden lassen. Im Rahmen des motorischen Trainings trainierten wir über zwei Wochen hinweg die linke Hand von stark rechtshändigen gesunden Studienteilnehmern mit einem umfangreichen Training (AFT, entwickelt für Patienten mit leichter bis mittelschwerer Armlähmung, z.B. nach Schlaganfall; bestehend aus acht unterschiedlichen Aufgaben zum Training unterschiedlicher motorischer Fähigkeiten). Die motorische Performanz wurde sowohl für die trainierte linke als auch für die nichttrainierte rechte Hand vor und nach der Trainingsperiode gemessen, wobei u.a. die folgenden funktionellen Einheiten als Maß für den Trainingserfolg und mögliche Transfereffekte gebildet wurden: sequentielle Fingerbewegungen (AFT-Tippbewegung), Griffkraft (durchschnittliche maximale Griffkraft) sowie visuell geführte Bewegungen (Durchschnittswert aus drei unterschiedlichen AFT-Aufgaben: AFT-Zielbewegungen, AFT-Kreise durchstreichen und AFT-Labyrinth). Funktionelle Bildgebung wurde sowohl bei der Ausführung von Bewegungen mit der trainierten linken als auch bei der Ausführung mit der nicht-trainierten rechten Hand durchgeführt und beinhaltete eine Kraftmodulationsaufgabe (fMRT- Faustschluss; Faustschlussbewegung), sequentielle Fingerbewegungen (fMRT-Fingersequenz, Tipp-Bewegung) und eine Schreibaufgabe (fMRT-Schreiben, visuell geführte Bewegung). Nach der Trainingsperiode waren die Verbesserungen der Ausführung von sequentiellen Finger-bewegungen für beide Hände vergleichbar, wohingegen sich für die Ausführung von visuell geführten Bewegungen ein größerer Trainingseffekt für die trainierte Hand zeigte. Für die Griffkraft konnten wir keine signifikanten Veränderungen beobachten. Bei der fMRT zeigte sich während der Ausführung der fMRT-Fingersequenz über die Zeit hinweg eine Reduktion der Aktivität im supplementär-motorischen Areal, im dorsolateralen präfrontalen Kortex, in parietalen kortikalen Arealen und lateralen zerebellären Arealen. Während des fMRT-Schreibens mit der linken Hand zeigte die laterale zerebrale Hemisphäre außerdem eine reduzierte Aktivität, wohingegen die Aktivität der anterioren zerebellären Hemisphäre zugenommen hatte. Eine initial ausgeprägte anteriore zerebelläre Aktivität stellte einen Prädiktor für ein gutes Trainingsergebnis bei der Finger-Sequenz sowie bei visuell geführten Bewegungen dar. Für die fMRT-Faustschluss-Aufgabe fanden wir eine Zunahme der Aktivität im Striatum.
Alles in allem resultierte ein umfangreiches Langzeittraining der nicht-dominanten Hand von gesunden Probanden in deutlichen Verbesserungen der motorischen Performanz und es zeigte sich ein unterschiedlicher intermanueller Lerntransfer je nach getestetem Bewegungstyp (sequentielle Fingerbewegungen, Griffkraft, visuell geführte Bewegungen). Während die Aktivität kortikaler motorischer Areale über die Zeit hinweg abnahm, schienen die Aktivität der anterioren zerebellären Hemisphäre und des Striatums zunehmende Ressourcen nach einem motorischen Langzeittraining zu repräsentieren.
Neuronale Plastizität, also Veränderungen neuronaler Strukturen in ihrer funktionellen oder sogar anatomischen Erscheinung, ist noch im Erwachsenenalter nachweisbar. Diese kann durch Kurzzeit- oder Langzeitlernen bzw. -training verursacht sein. Zur Untersuchung von durch Langzeitlernen oder -training hervorgerufenen Effekten eignen sich insbesondere Musiker. Diese zeigen eine bemerkenswerte Fähigkeit, motorische und sensorische Aspekte zu verarbeiten. Viele der dabei ablaufenden Prozesse sind spezifisch für die Interaktion mit dem jeweiligen Instrument. Ziel der zugrunde liegenden Untersuchung war es, instrumentenspezifische Veränderungen in zerebralen und zerebellären Arealen zu identifizieren. Hierzu wurden zwei Gruppen von Instrumentalisten mittels funktioneller Magnet-resonanztomographie untersucht, die in demographischen Parametern und Instrumentalerfahrung weitgehend homogen waren, sich aber in der Art der Interaktion mit dem jeweiligen Instrument unterschieden. Beide Gruppen (Trompeter als Experimentalgruppe, Pianisten als Kontrollgruppe) führten Aufgaben mit isolierter oder kombinierter Lippen- bzw. Fingerbewegung auf einem Trompetenmodell oder einem Keypad durch. Hierbei wurden Trompeten- bzw. Klaviernoten oder Piktogramme von Händen gezeigt, um die geforderten Fingerbewegungen zu kodieren. Während des isolierten Fingerspiels auf dem Trompetenmodell, also ohne zusätzlichen auditorischen Stimulus, zeigten die Trompeter verstärkte Aktivierung im posterior-superioren Kleinhirn, dem primär sensomotorischen Kortex der dominanten Hemisphäre im Bereich der Lippe und des Körperstamms sowie dem linken primär auditorischen Kortex. Diese Ergebnisse legen die Existenz eines audito-motorischen, moto-motorischen sowie zerebro-zerebellären Regelkreises nahe, der bei kontextspezifischen Fingerbewegungen aktiviert wird. Darüber hinaus entwickelten die Trompeter beim kombinierten Lippen- und Fingerspiel sowie isolierten Lippenspiel eine stärkere bilaterale Aktivierung im Heschl Gyrus, obwohl die Pianisten lauter spielten. Dies unterstreicht die Rolle des primär auditorischen Kortex im Rahmen von durch Langzeittraining ausgebildeten auditorischen Feedbackmechanismen. Beim kombinierten Lippen- und Fingerspiel zeigten beide Gruppen eine Annäherung der primär somatosensorischen Repräsentationsareale der Lippe und Hand in der dominanten Hemisphäre im Vergleich zu den jeweils isolierten Bewegungen. Dies wirft die Frage auf, ob es sich bei dem beschriebenen Effekt um einen für die fokale Dystonie des Lippenansatzes ätiologisch relevanten, wie bisher angenommen, oder im Allgemeinen dem kombinierten Lippen- und Fingerspiel geschuldeten handelt. Eine primäre Ökonomisierung der Lippenmuskelaktivität, der eine sekundäre, mit der Spielerfahrung positiv korrelierende folgt, sowie eine niedrigere Sensibilitätsschwelle der Oberlippe konnten mit Hilfe der zusätzlich durchgeführten peripher physiologischen Messungen bei Trompetern gezeigt werden.
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.
Der Autor untersuchte mit Hilfe der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) die Hypothesen, daß Dissoziation eine Hemisphärielle Asymmetrie und eine Dysfunktion der hemisphärielle Interaktion beinhaltet. Die TMS Untersuchung an 70 rechtshändigen Studenten beinhaltete die Erhebung der motorischen Schwellen und der transkallosalen Leitzeit (TKLZ) als Parameter für den interhemisphären Transfer. Alle Teilnehmer komplettierten das Edinburgh Händigkeitsinventar, den Fragebogen zu Dissoziativen Symptomen (PDS), die Dissociation Experience Scale (DES), den Dissociation Questionnaire (DIS-Q) und die Symptom - Check. - Liste 90 (SCL-90). Hochdissoziative Probanden wiesen eine signifikant höhere rechtshemisphärielle Erregbarkeit auf als niedrigdissoziative und hatten eine signifikant kürzere TKLZ von der linken zur rechten Hemisphäre, Die Ergebnisse lassen vermuten, daß Dissoziation eine kortikale Asymmetrie mit rechtshemisphärieller Dominanz in Ruhe beinhaltet, sowie eine schnelle Unterdrückung der rechten Hemisphäre bei Aktivation. Die Ergebnisse sind mit hoher Wahrscheinlichkeit spezifisch für die Phänomene der Dissoziation - andere Formen der Psychopathologie scheinen nicht zu den Ergebnissen beizutragen. Die Ergebnisse korrespondieren mit den Ergebnissen trauma-assoziierter Zustande.
Ziel dieser Arbeit war es, den prognostischen Wert neonatal abgeleiteter FAEP für das Outcome im korrigierten Alter von 12-15 Monaten bei Früh- und Neugeborenen mit perinatalen Risikofaktoren zu ermitteln. Im Weiteren sollte die Beobachtung "besserer" neonataler FAEP bei Frühgeborenen unter 35 SSW mit späteren Entwicklungsstörungen überprüft werden. Von den 226 untersuchten Kindern zeigten 179 (79,2%) ein normales neuromotorisches Outcome mit 12 Monaten, 31 (13,7%) eine leichte bis mittelschwere ZKS und 16 (7,1%) eine schwere ZKS bis hin zu einer spastischen Bedrohung. Der Chiquadrat-Test zeigt für bestimmte klinische Parameter einen hoch signifikanten Zusammenhang (p<0,001) in Bezug auf die motorische Entwicklung mit 12 Monaten, anhand der Kontingenzkoeffizienten kann man in dieser Gruppe eine Wertung vornehmen: Die Entwicklung eines Hydrozephalus (0,533) hat die größte Aussagekraft auf die spätere motorische Entwicklung, vor dem motorischen Status mit 3 Monaten (0,451), den intracraniellen Hämorrhagien (0,408), dem Microcephalus (0,371), der Schwangerschaftsdauer (0,369), der periventrikulären Leukomalazie (0,337), dem Geburtsgewicht (0,325) und dem Auftreten cerebraler Krampfanfälle (0,287). Für die neuromotorische Prognose mit Hilfe der FAEPs läßt sich bei den reifen Neugeborenen ein grenzwertig signifikanter Zusammenhang (p=0,05) erkennen, bei den Frühgeborenen unter 35 SSW dagegen kann keine Prognose mit Hilfe der FAEPs gemacht werden. Abschließend wurde anhand von matched pairs die Interpeaklatenzen I-III und I-V verglichen. Dabei wurde jedem Kind aus der Gruppe mit pathologischer motorischer Entwicklung (MOT12-2) ein Partner mit gleicher Schwangerschaftsdauer, gleichem Alter bei FAEP-Ableitung und normaler Entwicklung (MOT12=0) zugeordnet. Hierbei trat zwar wiederum ein minimaler Trend zu kürzeren IPL auf, er erreichte jedoch keine statistische Signifikanz.
