Präattentive und bewußte Verarbeitung rektaler Stimuli bei Gesunden und bei Reizdarmpatienten – eine fMRI-StudieDominik Bach1122232.1452.26782.3910111002#63212132.414152.52.6162.7171833.11819630#4743.23.2.13.2.2203.2.33.2.42122233.33.3.13.3.22425262728618#2433.4293.4.1303.4.23132333.4.33435354#354363.4.437383940596#282413#4133.4.4.1414243443.4.54546474844849505152399#535535455527#50156574.15859416#5814.2606162299#408291#409634.36465359#44766349#42767361#455684.4697071598#33872734.57475764.677392#6004.7787980403#56655.15.1.18081825.1.283845.1.3855.1.486-87888990915.269293Literatur Curriculum VitaedeInhaltsverzeichnisHilfeAus der Medizinischen Klinik mit Schwerpunkt Hepatologie und
Gastroenterologie
der Medizinischen Fakultät der Charité – Universitätsmedizin BerlinDISSERTATIONPräattentive und bewußte Verarbeitung rektaler Stimuli<br/>bei Gesunden und bei Reizdarmpatienten – eine fMRI-StudieZur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)vorgelegt der Medizinischen Fakultät der Charité
- Universitätsmedizin Berlinvon
Dominik Bach aus Bonn Prof. Dr. med. Martin Paul Prof. Dr. med. Hubert Mönnikes Prof. Dr. med. Erich Seifritz Prof. Dr. med. Thomas Frieling Datum der Promotion: 1. Juli 2005 Abstract:

Irritable bowel syndrome (IBS) is a functional bowel disease with a prevalence of 10.000 - 20.000/100.000 across cultures. So far, no single physiological or psychological reason has been identified. Nevertheless, reduced rectal pain thresholds represent a sensitive and specific marker. Alterations in cerebral viscerosensory and nociceptive representation have been addressed using neuroimaging studies. Processing of stimuli below conscious perception level seems to differ from consciously perceived stimuli. Thus, we examined sub- and supraliminal rectal perception in 8 patients with IBS and 8 healthy matched control subjects. Perception thresholds were assessed by a tracking paradigm. In an functional magnetic resonance imaging (fMRI) study using a block design, stimuli below, above, or around the subjective perception threshold were presented in pseudo-randomized order. At supraliminal stimulation in healthy controls, results of previous studies were replicated and confirmed a spinothalamic and a vagal pathway of visceral sensory perception and suggested processing in amygdala and hippocampus. At subliminal stimulation in healthy controls, previous results were also replicated showing similar processing in single subject analysis. Results of a group analysis yielded only activity in areas not activated at supraliminal stimulation. IBS patients showed less pronounced activity during subliminal stimulation and much more pronounced activity at liminal stimulation. At supraliminal stimulation, different areas showed active in both groups. In particular, the amygdala-hippocampus complex was more active in patients. Results at liminal and supraliminal stimulation can be interpreted as enhanced attention to around-threshold rectal stimuli and more pronounced emotional processing of conciously perceived stimuli. Results at subliminal stimulation can be understood as weaker activity of perception-suppressing pathways or as methodological artifact.

 irritable bowel syndrome IBS rectal perception subliminal preattentive processing fMRI BOLD Abstract:

Das Reizdarmsyndrom (RDS) ist eine funktionale Darmerkrankung mit einer Prävalenz von 10.000 – 20.000/100.000 in verschiedenen Kulturen. Keine einzelne physiologische oder psychologische Ursache konnte bisher isoliert werden. Ein sensitiver und spezifischer Maker sind herabgesetzte rektale Schmerzschwellen. Veränderungen der cerebralen viszerosensorischen und nozizeptiven Repräsentation sind mit Neuroimaging-Studien untersucht worden. Die Verarbeitung von Reizen unterhalb der Wahrnehmungsschwelle scheint sich von der Verarbeitung bewusster Reize zu unterscheiden. Wir untersuchten daher sub- und supraliminale rektale Wahrnehmung von 8 RDS-Patienten und 8 parallelisierten gesunden Kontrollprobanden. Die Reizschwelle wurde mit Hilfe eines Tracking-Paradigmas bestimmt. In einer funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT)-Studie wurden Reize unter, über und in der Nähe der Wahrnehmungsschwelle in einem pseudorandomisierten Blockdesign präsentiert. Bei supraliminaler Stimulation gesunder Probanden konnten der bekannte spinothalamische und vagale Pfad repliziert werden. Bei subliminaler Stimulation zeigte sich in einer Einzelauswertung eine ähnliche Verarbeitung, damit konnten die Vorergebnisse hier ebenfalls repliziert werden. In der Gruppenauswertung fand sich Aktivierung nur in Arealen, die bei supraliminaler Stimulation nicht aktiv waren. RDS-Patienten zeigten weniger Aktivität bei subliminaler und mehr bei liminaler Stimulation. Bei supraliminaler Stimulation zeigten sich unterschiedliche aktivierte Areale. Insbesondere war der Amygdala-Hippocampus-Komplex bei Patienten stärker aktiviert. Die Ergebnisse bei supraliminaler und liminaler Stimulation können als verstärkte Aufmerksamkeit auf eben wahrnehmbare Darmreize und als verstärkte emotionale Verarbeitung interpretiert werden. Bei der subliminalen Stimulation kann man schwächere Aktivität schmerzunterdrückender Netze annehmen oder von einem methodischen Artefakt ausgehen.

 Reizdarmsyndrom RDS rektale Wahrnehmung subliminal vorbewusste Wahrnehmung fMRT BOLD Inhaltsverzeichnis

  • 1 Fragestellung

  • 2 Einleitung

    • 2.1 Reizdarmsyndrom

    • 2.2 rektale Hypersensitivität

    • 2.3 Neuroimaging rektaler Perzeption

    • 2.4 Vergleich von Gesunden und Reizdarmpatienten

    • 2.5 Auswahl der Areale

    • 2.6 Stimulusauswahl

    • 2.7 Herleitung der Hypothesen

  • 3 Methoden

    • 3.1  Überblick über den Untersuchungsplan

    • 3.2 Probanden

      • 3.2.1  Anwerbung

      • 3.2.2 Ein- und Ausschlußkriterien

      • 3.2.3 Stichprobenzusammensetzung

      • 3.2.4 Stichprobenmerkmale

    • 3.3 Bestimmung der Wahrnehmungsschwellen und rektale Stimulation

      • 3.3.1  Vorüberlegungen

      • 3.3.2 Durchführung

    • 3.4 funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)

      • 3.4.1  Überblick über die Magnetresonanztomographie

      • 3.4.2 BOLD-Technik

      • 3.4.3 Datenaquisition

      • 3.4.4 Datenanalyse

        • 3.4.4.1  (5) 3D-Rekonstruktion der funktionellen Daten

      • 3.4.5 Regions of Interest

  • 4 Ergebnisse

    • 4.1  sekundärer somatosensorischer Cortex (S2, Operculum parietale, BA43 und z.T. BA40)

    • 4.2  Insula (antIn und postIn)

    • 4.3  anteriores Cingulum (BA24, antCG und amCG)

    • 4.4 Frontale Areale: BA 10, BA11, BA46

    • 4.5 Parietalcortex: BA7

    • 4.6  subcorticale temporale Areale: Amygdala und Hippocampus

    • 4.7 Gruppenunterschiede

  • 5 Diskussion

    • 5.1  Hypothesenbezogene Zusammenfassung und Diskussion der Hauptergebnisse

      • 5.1.1  Repräsentation supraliminaler Stimuli bei Gesunden

      • 5.1.2 Repräsentation subliminaler Stimuli bei Gesunden

      • 5.1.3 Repräsentation der Stimuli bei Patienten

      • 5.1.4 Vergleich von Gesunden und IBS-Patienten

    • 5.2 Methodische Überlegungen

  • 6 Zusammenfassung

  • Literatur

  • Curriculum Vitae

Tabellen

  • Tab. 2.3-1: Zusammenfassung von 14 bildgebenden Studien zur zentralen Repräsentation mechanischer Darmreize.

  • Tab. 2.4-1: Zusammenfassung aller Studien, die Gesunde mit Reizdarmpatienten vergleichen.

  • Tab. 3.2-1: Rom-II-Kriterien zur Diagnose eines Reizdarmsyndroms (IBS)

  • Tab. 3.2-2: Persönlichkeitsmerkmale (außer SVF78) der untersuchten Stichprobe.

  • Tab. 3.4-1: Definition der wichtigsten Begriffe bei der Datenaquisition

  • Tab. 3.4-2: Übersicht über die Parameter der verschiedenen MRT-Sequenzen

  • Tab. 3.4-3: rektale Stimulationsprotokoll, bezogen auf die Volumes der funktionellen MRT-Sequenz.

  • Tab. 3.4-4: Bei der Auswertung verwendete Dateinamen und Formate (### entspricht der Probandennummer); BV: BrainVoyager

  • Tab. 3.4-5: Talairach-Koordinaten der Region of Interest BA46

  • Tab. 4-1: Aktivierungen in der Gruppenauswertung (p < .001) bzw. den Einzelauswertungen (p < .01) in den vordefinierten Regions of Interest.

  • Tab. 4.1-1: Signalanstieg im postero-lateralen Thalamus. In der letzten Spalte ist die systeminterne Kodierung aufgeführt.

  • Tab. 4.1-2: Ausreißer im dorsolateralen Thalamus: Thalsupra2.

  • Tab. 4.2-1: Signalanstieg im primären somatosensorischen Cortex.

  • Tab. 4.2-2: Ausreißer in S1. Signalanstieg in % vor und nach Herausrechnen von Ausreißern für die oben markierten bzw. die eliminierten Cluster

  • Tab. 4.2-3: Ausreißer in S1 bei Patienten: S1patlim1 (s. Tab. 4.2-1)

  • Tab. 4.3-1: Signalanstieg im sekundären somatosensorischen Cortex.

  • Tab. 4.4-1: Signalanstieg in der Insula.

  • Tab. 4.5-1: Signalanstieg im anterioren Cingulum.

  • Tab. 4.5-2: Ausreißer im Cingulum.

  • Tab. 4.6-1: Signalanstieg im Präfrontalcortex: BA10.

  • Tab. 4.6-2: Signalanstieg im Präfrontalcortex: BA11.

  • Tab. 4.6-3: Signalanstieg im Präfrontalcortex: BA46.

  • Tab. 4.6-4: Ausreißer in BA10.

  • Tab. 4.7-1: Signalanstieg im Parietalcortex: BA7.

  • Tab. 4.7-2: Ausreißer in BA7.

  • Tab. 4.8-1: Signalanstieg in Amygdala/Hippocampus.

  • Tab. 4.9-1: Stärkere Aktivierung bei gesunden Probanden in den betrachteten RoI.

  • Tab. 4.9-2: Stärkere Aktivierung bei Reizdarmpatienten in den betrachteten RoI.

Bilder

  • Abb. 3.1-1: Untersuchungsablauf

  • Abb. 3.4-1: Abfolge der rektalen Stimuli während der fMRT-Messung

  • Abb. 3.4-2: Schichtführung bei T2-gewichteten Referenzbildern und bei den funktionellen Aufnahmen, dargestellt am sagittalen Scout

  • Abb. 3.4-3: Rotation eines 3D-Datensatzes ins Talairach-Koordinatensystem: links unrotierter Rohdatensatz mit Rotationsebenen, rechts fertig rotierter Datensatz

  • Abb. 3.4-4: In die AC-PC-Linie rotierter und ins Talairach-System eingepaßter 3D-Datensatz

  • Abb. 4.1-1: supraliminale Stimulation bei Gesunden. Bilaterale Aktivierung der dorsolateralen Thalamuskerne, links ausgeprägter als rechts. Coronarer Schnitt bei y = -13.

  • Abb. 4.1-1: supraliminale Stimulation bei Gesunden. Bilaterale Aktivierung des primären somatosensorischen Cortex. Horizontaler Schnitt bei z = 47.

  • Abb. 4.3-1: supraliminale Stimulation bei Gesunden. Bilaterale Aktivierung des parietalen Operculums. Coronarer Schnitt bei y = -12.

  • Abb. 4.4-1: supraliminale Stimulation bei Gesunden. Bilaterale Aktivierung der posterioren Insula. Coronarer Schnitt bei y = -8.

  • Abb. 4.4-2: supraliminale Stimulation bei Patienten. Rechtshemisphärische Aktivierung der posterioren Insula. Coronarer Schnitt bei y = -8

  • Abb. 4.5-1: subliminale Stimulation bei Gesunden. Aktivierung des linken anterioren Cingulums und des Präfrontalcortex. Sagittaler Schnitt bei x = -1.

  • Abb. 4.5-2: supraliminale Stimulation bei Gesunden. Aktivierung des linken amCG. Sagittaler Schnitt bei x = -1.

  • Abb. 4.5-2: supraliminale Stimulation bei Patienten. Aktivierung des linken amCG. Sagittaler Schnitt bei x = -1.

  • Abb. 4.6-1: supraliminale Stimulation bei Gesunden. Bilaterale präfrontale Aktivierung, rot dargestellt auf der Cortexoberfläche.

  • Abb. 4.8-1: Supraliminale Stimulation bei Patienten: rechtsseitige Aktivierung eines Clusters, das sich von der posterioren Amygdala bis in den Hippocampus projiziert.

  • Abb. 4.9-1: supraliminale Stimulation: stärkere Aktivierung bei Patienten als bei Gesunden im Hippocampus. Coronarer Schnitt bei y = -14.