6. Sitzung - Läsionsstudie

Bildgebung Elektrophysiologie: Korrelation zwischen neuronalen Effekten und Verhalten

Läsionsstudien als „Reverse Engineering“

• Region wird gestört -> Auswirkungen auf Funktionsfähigkeit des restlichen Systems wird untersucht

Störung / Beeinträchtigung der Hirnfunktion kann verursacht werden durch

1. natürlich auftretende Läsionen (Tumor, Schädel-Hirn- Trauma, Schlaganfall, Neurodegenerative Erkrankung...)

2. Willentlich herbeigeführte Läsionen (-> Tiermodell)

3. Temporäre Störung der Verarbeitung durch nicht-invasive

   Neurostimulationsverfahren (non-invasive brain stimulation, z.B. TMS, TDCS)

-> kann stärkere Schlussfolgerungen aus Läsionsstudien ziehen als bei z.B. Bildgebenden Verfahren

=> KLASSISCHER neuropsych. Ansatz: welche Funktionen sind durch Schädigung in Region X gestört? (Eher Gruppenstudien, Fragen der funktionellen Spezialisierung im Vordergrund, häufig Bezug zur Bildgebung)

=> KOGNITIV neuropsych. Ansatz: kann eine best. Funktion im Vgl. zu anderen Funktionen erhalten bzw, beeinträchtigt sein? (Eher Einzelfallstudie, Fragen nach „building Blocks“ der Kognition unabhängig von Lokalisation im Gehirn)

• einfache Dissoziation: Funktion A gestört , Funktion B intakt (Funktionen sind unabhängig voneinander, oder zumindest teilweise unabhängig) A = B kann evtl. sein

-> Verlust einer Fähigkeit,während die andere intakt bleibt

-> Für Absicherung des Beweises der Existenz separater Gedächtnissysteme ist die doppelte Dissoziation nötig

• doppelte Dissoziation: Pat.1: A intakt, B gestört ; Pat.2: A gestört, B intakt (unabhängig oder zumindest teilw. Unabhängig) A = B kann NIEMALS sein (komplementäre Performanzmuster)

-> Funktionen A und B sind zumindest teilweise unabhängig voneinander, da sie unabhängig voneinander gestört sein können

-> ermöglicht den Nachweis der Unabhängigkeit von zwei verschiedenen Dissoziationen

Bsp.:

Während der eine Patient Beeinträchtigungen bei einer Aufgabe A zeigt, aber Aufgabe B problemlos bewältigen kann, zeigt der andere Patient Beeinträchtigungen bei der Aufgabe B, kann aber Aufgabe A problemlos bewältigen. Dies beweist, dass die beiden Aufgaben von zwei voneinander unabhängig funktionierenden Prozessen verarbeitet werden müssen und die in unterschiedlichen Hirnarealen lokalisiert sind.

Einfache Dissoziation

Aufgaben-Ressourcen-Artefakt

• Möglich, dass beide Aufgaben die gleichen Ressourcen beanspruchen, aber eine Aufgabe mehr dieser Ressourcen benötigt.

• Defizite in der schwierigen Aufgabe sind einfacher/früher detektierbar

• Doppelte: brauche mindestens 2 Proband*innen und die haben ein komplementäres Beeinträchtigungsmuster

  -> kann dadurch ausschließen, das Aufgaben-Ressourcen-Artefakt dieses Beeinträchtigungsmuster bei einen der patienten verursacht

  -> Aufgaben-Ressource-Artefakt kann das Muster bei doppelten Dissoziation nicht mehr erklären

• Vor- und Nachteile von EInzelfallstudien werden immer noch kontrovers diskutiert

• In einer nicht Hirngeschädigten Probanden Population: dürfen mitteln

• Gehirngeschädigte Gruppe: Mitteln über Probanden evtl. problematisch

  -> Läsionen bei Patient nicht die gleichen, Einzigartig; dürfen nicht mitteln

  
  

Der Einzelfall-Ansatz

• Funktionsstörungen müssen in jedem einzelnen Patienten erfasst und analysiert werden - keine Garantie das ähnliche Hirnläsionen bei unterschiedlichen Patienten den gleichen kognitiven Effekt haben.

• Widerspricht nicht der Testung mehrerer Patienten, aber „Gruppen-“studien müssen als eine Reihe von Einzelfallstudien aufgefasst werden -> keine Mittelung der Daten

•  Fazit: gut um unterschiedliche kognitive Profile darzustellen, eher schlecht um kognitive Prozesse mit Hirnstrukturen in Verbindung zu bringen.

Möglichkeiten der Gruppenbildung bei Läsionsstudien:

1. ... nach Syndrom (Erkrankung): hilfreich um Korrelate einer bestimmten Erkrankung (z.B. Alzheimer) zu erörtern, nicht hilfreich beim Testen kognitiver Theorien

2. ... nach Symptom (Verhaltensdefizit): kann verschiedene Regionen die einem Verhalten zugrunde liegen identifizieren (im Gegensatz zu 3.)

3. ... nach Läsionsort: zum Testen von Hypothesen die z.B. auf Bildgebungs- oder Tierstudien basieren

Bemerkungen zu Gruppenstudien

• Manche Formen der Hirnschädigung erschweren die Läsionslokalisation (z.B. Tumore, Schwellungen)

• Gefahr, dass eine Funktion genau einem Areal zugeordnet wird -> Neophrenologie

• Regionen können auch andere Funktionen haben bzw. unterstützen -> sinnvoll eher in Netzwerken als in separaten Modulen zu denken

• Problem der Diskonnektion / Diaschisis: Läsionen beeinflussen evtl. auch weiter entfernte Areale durch Schädigung von Faserverbindungen (siehe Bild unten grün lila)

1. Die Fraktionierungs-Annahme: Gehirnläsionen können in selektiver Beeinträchtigung von Komponenten kognitiver Verarbeitung resultieren.

2. Die Modularitäts-Annahme: Das kognitive System ist in weitestgehend voneinander unabhängig arbeitenden Verarbeitungsmodulen organisiert, die bestimmte kognitive Funktionen implementieren.

3. Die Transparenz-Annahme: Das kognitive System funktioniert nach einer Schädigung im Prinzip genau wie vor der Schädigung, mit Ausnahme der Tatsache, dass ein bestimmtes, lokales Defizit vorherrscht und in einem Punkt nach der Schädigung dysfunktional ist (Schwierigkeit: Dyskonnektionssymdrom). Das System muss weitestgehend genauso funktionieren wie vorher.

Vorgehen bei Läsionsstudien

1. Strukturelle Bildgebung (CT, MRT): manuelle Lokalisation der Läsion in jedem Patienten.

2. Normalisierung der strukturellen Daten in anatomischen Standardraum.

3. Analyse der Daten, z.B. Läsionsüberlappungsanalyse, Voxelbased lesion-symptom-manning

• visuelle Inspektion des Bildmaterials zur Identifikation der Läsionslokalisation

  
  

Bilder:

• sehen das diese Gruppe von Frontalhirnpatienten in diesen farblich kodierte Bereichen (farblich kodieren nach Läsionsüberlappung; je roter desto mehr der Patienten haben eine gemeine Läsion)

• so können wir läsionsmuster in dieser Patientengruppe quantifizieren

• 9 Patienten in dem Fall