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4  Diskussion

4.1 Visuell-vestibuläre Areale im humanen Kortex

Der Großteil der bisherigen Forschungsarbeiten zur räumlichen Orientierung am Menschen ließ im Gegensatz zu den detaillierten tierexperimentellen Daten nur hypothetische Aussagen über eine multimodale Integration verschiedener sensorischer Afferenzen und eine mögliche kortikale Lokalisationen dieser Prozesse zu. Während die Einzellzellableitungen einerseits, sowie die Tracer-Injektionen andererseits, beim Primaten eine Reihe von visuell-vestibulären Arealen identifizierten (Guldin und Grüsser, 1998), erfolgten Untersuchungen im humanen Kortex mittels funktioneller Bildgebung bisher nur ansatzweise (siehe 1.1.2). Mittels kalorischer Reizung der Vestibularorgane und visueller Bewegungsstimulation unter den oben beschriebenen Versuchsbedingungen der funktionellen Kernspintomografie konnte in dieser Studie der multimodale Charakter verschiedener kortikaler Areale des Menschen aufgezeigt werden, die Signale aus dem visuellen und vestibulären System integrieren. Diese umfassten umschriebene Bereiche des parieto-insulären Kortex, des temporo-parietalen Kortex, des Okzipitallappens, des Sulcus centralis sowie des Cingulums.

Im Folgenden werden die gewonnen Daten zu den bisherigen Forschungsarbeiten in Bezug gesetzt.

4.1.1 Parieto-insulärer Kortex

Bei allen untersuchten Versuchspersonen stellte sich sowohl in der Konjunktionsanalyse mit der rechts- wie auch der linkseitigen vestibulären Stimulation ein Areal (A) dar, das am Übergang des hinteren insulären Kortex zum parietalen Kortex im Bereich des Sulcus lateralis lokalisiert war, wobei bei einzelnen Probanden eine Ausdehnung nach anterior bis an den hinteren Pol des Sulcus circularis insulae beobachtet werden konnte.

Guldin und Grüsser beschrieben in einer Übersichtsarbeit (Guldin und Grüsser, 1998), die Untersuchungen an unterschiedlichen Affenspezies zusammenfasst, ein retro-insuläres, tief im Sulcus lateralis mit minimaler räumlicher Variabilität zwischen verschiedenen Affenspezies lokalisiertes Areal, das vestibuläre Afferenzen erhält und in Tracerinjektionsstudien eine Verbindung zu vestibulären Kerngebieten aufwies. Ca. 50% der Neuronen des als PIVC bezeichneten Areals zeigten bei Einzelzellableitungen beim Makaken (Macaca fascicularis) und Totenkopfaffen (Saimiri Sciureus) eine Antwort auf vestibuläre Reize, die übrigen eine Antwort auf visuelle, optokinetische und somatosensorische Stimulation. Im Vergleich zu anderen [Seite 46↓]multimodalen, als Teil des vestibulären Kortex identifizierten Hirnregionen hatte dieses Areal den größten Anteil vestibulärer Neuronen und wird dementsprechend als Kernregion des vestibulären kortikalen Systems beim Affen aufgefasst. Eine fMRI-Studie am Makaken konnte kürzlich den Einfluss visueller Bewegungsstimulation auf Areale im hinteren Sulcus lateralis reproduzieren (Vanduffel et al., 2001).

Einen Hinweis darauf, dass der hintere insuläre Kortex auch beim Menschen Teil des vestibulären Netzwerkes ist, fanden Brandt und Mitarbeiter (Brandt et al., 1994) bei der Untersuchung von Patienten, die in dieser Region eine Läsion aufwiesen. Es konnte gezeigt werden, dass diese Patienten eine Beeinträchtigung in der Wahrnehmung der subjektiven Vertikale aufwiesen. Üblicherweise kam es zu einer abnormen Kippung der Vertikale, die der Seite der Läsion entgegengerichtet war.

Weitere Evidenz für ein humanes Analog von PIVC erbrachten funktionell bildgebende Studien mit SPECT (Friberg et al., 1985) und PET (Bottini et al., 1994), die bei kalorischer vestibulärer Stimulation einen regionalen Blutflussanstieg, der die hintere Inselregion mit einschloss, nachweisen konnten. Allerdings zeigte sich die Aktivierung nur unscharf lokalisiert. So umfasste die Region des Blutflussanstieges in den PET-Untersuchungen sämtliche anatomischen Strukturen der Insel und Teile des oberen Parietallappens (Abbildung 1-6). Dies ist sicher nur unzureichend mit dem beschränkten räumlichen Auflösungsvermögen der PET zu erklären. Ein wesentlicher Faktor mag die räumliche Glättung und Normierung sein, die im Rahmen der nachfolgenden Gruppenanalyse durchgeführt wurde. Dabei werden die anatomischen und funktionellen Datensätze der Versuchspersonen einem normiertem räumlichen Koordinatensystem angeglichen (Talairach und Tournoux, 1988). Dies bietet die Vorteile, dass ein einheitliches Koordinatensystem eine vereinfachte Lokalisation der aktivierten Areale erlaubt und keine wiederholten Messungen einzelner Probanden zur Erreichung statistischer Signifikanzschwellen nötig sind. Ein anderes Vorgehen wäre vor allem in der strahlenbelastenden Positronenemissionstomografie auch nicht vertretbar. Lokalisiertere Signalanstiege im Bereich der hinteren Insel (Bucher et al., 1997) bzw. im Bereich des parieto-temporalen Übergangs (Lobel et al., 1998) konnten zwei Studien mit einem galvanischen Versuchsparadigma nachweisen, wobei die erstgenannte Studie eine Schmerzstimulation als Kontrollbedingung der schmerzhaften galvanischen Stimulation verwandte. Die Ergebnisse konnte jüngst von der gleichen Arbeitsgruppe reproduziert werden, wobei bemerkenswert ist, dass die Signalanstiege im Bereich der hinteren Insel sich erst in der Einzelprobandenanalyse darstellten, die Gruppenanalyse aber keinen signifikanten Signalanstieg in dieser Region nachwies, da die aktivierten Areale der Einzelprobanden nicht überlappten (Bense et al., 2001).

Als Hinweis auf eine mögliche Multimodalität auch des humanen PIVC können bildgebende Studien gesehen werden, die mit optokinetischen, auditorischen und somatosensorischen [Seite 47↓](vibratorische Stimulation der tiefen Nackenmuskulatur) Paradigmen Signalanstiege im Bereich der hinteren Insel bzw. des temporo-parietalen Übergangs demonstrierten (Bucher et al., 1998; Downar et al., 2000; Bottini et al., 2001). Allerdings zeigten nur wenige Voxel in der hinteren Insel nach optokinetischer Stimulation einen signifikanten Signalanstieg (Abbildung 1-9). Dass auch visuelle Bewegungsstimuli, die nicht zu einer Eigenbewegungswahrnehmung führen, eine Aktivierung im parieto-temporalen Übergang hervorrufen können, demonstrierten Sunaert und Mitarbeiter (1999). Wie bereits in der Einleitung dargestellt, fanden die Autoren neben Aktivierungen im sekundären visuellen Kortex entsprechend den Arealen MT und V3a zahlreiche andere Aktivierungen, auf die im weiteren Verlauf der Diskussion noch eingegangen wird.

In Anbetracht der Analogie bezüglich Lokalisation und Reaktion auf vestibuläre wie visuelle Reize zu den genannten tierexperimentellen Befunden, als auch in Hinblick auf die Ergebnisse der humanen Läsions- und Bildgebungsstudien, können die Aktivierungen im Bereich des Sulcus lateralis als humanes Analog des parieto-insulären vestibulären Kortex (hPIVC) interpretiert werden. Erstmals konnte hier die offensichtliche funktionell-anatomische Varianz dieses Areals am aufgefalteten individuellen Kortex (Abbildung 3-5) und die tatsächliche Antwort auf vestibuläre wie auch visuelle Bewegungsreize entsprechend der von den tierexperimentellen Befunden abgeleiteten Hypothese belegt werden.

4.1.2 Temporallappen

Signifikante BOLD-Signal-Anstiege im rechten oberen Temporallappen (Areal B) fanden sich bei allen Versuchspersonen. Diese lagen im Bereich des oberen temporalen Sulcus und Gyrus. Bei zwei Probanden stellten sich dort zwei Areale dar.

Als temporale Zentren der Bewegungswahrnehmung wurden in der tierexperimentellen Literatur bisher das VPS-Areal (Guldin und Grüsser, 1998), das superior-temporale polysensorische Areal STP (Bruce et al., 1981)und der MT/MST-Komplex beschrieben (Bremmer et al., 1999). Letzterer ist beim Menschen allerdings im temporo-okzipitalen Übergangsbereich lokalisiert (Watson et al., 1993; Dumoulin et al., 2000) und wird unter 4.1.4. diskutiert.

Die Visual posterior Sylvian Area (VPS) liegt im Kortex des Totenkopfaffen posterior von PIVC im temporo-parietalen Übergangsbereich. In etwa 30% der Neuronen konnten vestibuläre Afferenzen nachgewiesen werden – es überwiegen die visuellen. Im Vergleich mit dem PIVC beschrieben Guldin und Grüsser VPS als überwiegend visuelles Areal mit vestibulärem Einfluss (Guldin und Grüsser, 1998). Vanduffel et al. (2001) lokalisierten mittels funktioneller Bildgebung ein visuell-bewegungssensitives Areal im posterioren Sulcus lateralis des Makaken, das von den Autoren in Zusammenhang mit dem Grüsserschen PIVC bzw. VPS-Areal gebracht wurde (Vanduffel et al., 2001).


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Bruce und Mitarbeiter (1981) identifizierten in der gleichen Spezies im anterioren bis mittleren Abschnitt des oberen Temporalsulcus das STP-Areal. Mittels Einzelzellableitungen konnten in visuell erregbaren Neuronen auch elektrophysiologische Antworten auf auditorische Stimuli (21%) und somatosensorische Reize (17%) nachgewiesen werden. Weitere 17% erwiesen sich als trimodal. Aufgrund der besonderen Sensitivität der abgeleiteten Zellen gegenüber visuellen Bewegungsreizen legten die Autoren eine besondere Rolle des STP-Areals bei räumlichen Orientierungsprozessen nahe (Bruce et al., 1981).

Beim Menschen gaben klinische Studien erste Hinweise auf eine Beteiligung temporaler Areale bei der Bewegungswahrnehmung. So führte die intraoperative elektrische Stimulation des Gyrus temporalis superior beim wachen Patienten zu Eigenbewegungsempfinden (Penfield, 1957). Weiterhin konnte eine Manifestation von fokalen epileptischen Anfällen mit Schwindel und Nystagmus beobachtet werden. Als elektrophysiologisches Zentrum wurde dabei der hintere Temporallappen identifiziert (Furman et al., 1990).

Eine frühe funktionelle Studie konnte nach vestibulärer Stimulation einen erhöhten zerebralen Blutfluss in der oberen Temporalregion nachweisen (Friberg et al., 1985). Auch unimodale fMRI-Studien mit vestibulärer oder visueller Stimulation zeigten eine erhöhte Aktivität von Teilen des temporalen Kortex. Sowohl galvanische als auch kalorische vestibuläre Studien beschrieben den Gyrus temporalis superiorals aktiviert (Bense et al., 2001; Suzuki et al., 2001). Bense et al. zeigten weiterhin ein Areal im Gyrus temporalis medius.

In einer fMRI-Studie mit visuellen Bewegungsstimuli offenbarte sich allerdings wieder die Problematik der räumlichen Verzerrung einer Gruppenanalyse (siehe 4.1.1.). So erreichte der Gyrus temporalis superior nur in der individuellen Auswertung das geforderte Signifikanzniveau, während die dortige Aktivität in der Gruppenanalyse durch die anatomischen Normierungsprozesse nicht zur Darstellung kam. Da beide Auswertungen aber parallel durchgeführt wurden, konnte der obere Temporallappen als visuell bewegungssensitives Areal beschrieben werden (Sunaert et al., 1999). Eine weitere in diesem Zusammenhang wichtige visuelle fMRI-Studie wurde von Ahlfors und Mitarbeitern durchgeführt (1999). Hier beschrieben die Autoren ein bewegungssensitives Areal im posterioren Teil des Sulcus temporalis superior (Ahlfors et al., 1999).

Ähnliche Ergebnisse liegen aus den multimodalen fMRI-Experimenten vor. So beschrieben Downar und Mitarbeiter den Gyrus temporalis medius nach auditorischer, somatosensorischer und visueller Stimulation als multimodal (Downar et al., 2000). In Bottinis somatosensorisch-vestibulärem Experiment zeigte sich ein Areal auf dem Gyrus temporalis superior (Bottini et al., 2001).

Die wichtige Rolle des Temporallappens bei der Verarbeitung von multimodalen Bewegungsreizen wird aus den beschriebenen Studien deutlich. In diesem Sinne sollten auch die [Seite 49↓]vorliegenden Daten betrachtet werden. Im Gegensatz zum parieto-insulären Kortexkann aber keine eindeutige Zuordnung der temporalen BOLD-Signal-Anstiege vorgenommen werden. Dagegen spricht zum einen die interindividuelle Variabilität der Areale (siehe Abbildung 3-5), die anatomisch sowohl auf dem oberen temporalen Gyrus als auch im oberen Sulcus lokalisiert werden konnten – bei zwei Probanden erreichten beide Regionen das Signifikanzniveau; zum anderen sind auch die bisherigen Forschungsergebnisse ähnlichen Schwankungen der Lokalisation unterworfen, so dass unklar bleibt, ob es sich bei den temporalen Arealen beim Menschen um anatomisch getrennte Bereiche, im Sinne eines humanen VPS - und STP -Areals, oder um ein großes multimodales Zentrum handelt, von dem bisher nur Teile dargestellt werden konnten. Insbesondere zu Rolle und Lokalisation von VPS sowohl beim Affen als auch beim Menschen liegen bisher wenig Daten vor.

4.1.3 Parietallappen

Im hochparietalen und im posterioren parietalen Kortex der rechten Hemisphäre lag bei den Probanden eine vergleichsweise große interindividuelle anatomische Variabilität vor. Während bei einer Versuchsperson gar keine parietalen BOLD-Signal-Anstiege nachweisbar waren, konnte bei den übrigen Probanden der Kernbereich der Aktivierung (Areal C) in der Übergangszone von Sulcus intraparietalis und Sulcus postcentralis lokalisiert werden.

In tierexperimentellen Studien konnte bisher in drei parietalen Arealen ein Bezug zur Bewegungswahrnehmung oder zu multimodalen räumlichen Koordinationsprozessen nachgewiesen werden. Dabei handelt es sich um die Areale 7 , das laterale intraparietale Areal LIP und Area 2v. Der multimodale Charakter des posterioren parietalen Kortex konnte in verschiedenen Experimenten aufgezeigt werden. Andersen et al. demonstrierten die Abhängigkeit der neuronalen Feuerungsrate parietaler visueller Neuronen von der Blickrichtung (Andersen und Mountcastle, 1983; Andersen et al., 1985). Dabei stellte sich eine funktionelle Segregation der benachbarten Areale 7a und LIP heraus. Obwohl in beiden Arealen eine Konvergenz von visuellen und okulomotorischen Afferenzen festgestellt wurde, ergaben sich Unterschiede sowohl in der Größe als auch der Lokalisation des jeweils zugehörigen rezeptiven Feldes (Andersen et al., 1997). Weiterhin zeigten sich Differenzen in der Konnektivität. Während Verbindungen von Area 7 zu den Vestibulariskernen (Kawano et al., 1980; Faugier-Grimaud und Ventre, 1989) und höheren kognitiven Arealen wie dem Cingulum und dem Gyrus parahippocampalis beobachtet werden konnten, zeigten sich bei LIP Projektionen zu den okulomotorischen Zentren des Hirnstamms und des Kortex (Andersen et al., 1997). Andersen schlug daher für letzteres Areal die Bezeichnung parietales Augenfeld vor (Andersen et al., 1992). Snyder und Mitarbeiter beschrieben ebenfalls diese funktionelle Segregation in ihrer Studie am Makaken. (Snyder et al., 1998). Dabei schlugen sie ein Erklärungsmodell vor, in dem zwischen „körper-bezogenen“ und „umwelt-bezogenen“ [Seite 50↓]Signalen unterschieden wird. Dabei wurde LIP als Teil eines Umwelt Referenzsystems und Area 7a als dem Körper-Referenzsystem zugehörig interpretiert. Dieses Konzept erklärten die Autoren aus der Unterschiedlichkeit von räumlichen Aufmerksamkeitsprozessen, die sowohl die Position des Kopfes in Bezug zur Körperhaltung im Hinblick auf die Kontrolle der Blickrichtung beinhaltet als auch ein umweltbezogenes Referenzsystem für Navigationsleistungen.

Ein weiteres multimodales Areal stellt die Area 2v dar (Büttner und Buettner, 1978; Andersen et al., 1987). Auch hier führten visuelle und vestibuläre Stimuli zu erhöhter neuronaler Aktivität. Die Area 2v konnte im Rhesusaffen am vorderen Ende des intraparietalen Sulcus lokalisiert werden (Akbarian et al., 1994; Fredrickson et al., 1966). Eine vermutete Überlappung mit der Brodmann-Area 2, die man schon früh als Teil des somatosensorischen Systems identifizierte (Powell und Mountcastle, 1959), legte außerdem einen Bezug zu diesem nahe (Fredrickson et al., 1966).

Beim Menschen wurde ein Areal im Bereich des Sulcus intraparietalis als parietales Augenfeld bezeichnet, da dort in einer fMRI-Studie ein erhöhter BOLD-Kontrast bei sakkadischen Augenbewegungen beobachtet wurde (Müri et al., 1996). Darüber hinaus konnte eine weitere kernspintomografische Arbeit mittels einer Konjunktions-Analyse zeigen, dass sowohl endogen als auch exogen bedingte Verschiebungen der räumlichen Aufmerksamkeit mit erhöhter Aktivität in dieser Region einhergehen (Kim et al., 1999).

Dass die Zuordnung von parietalen kortikalen Arealen innerhalb des Sulcus intraparietalis und des Sulcus postcentralis sowohl beim Menschen als auch bei verschiedenen Affenspezies schwierig ist, belegt eine aktuelle Studie (Grefkes et al., 2001). Anhand der humanen somatosensorischen Brodmann Area 2 wurde an postmortal untersuchten Hirnschnitten demonstriert, dass deren genaue Lokalisation im Sulcus postcentralis beträchtlichen Schwankungen unterliegt und auch der Verlauf beider Sulci hoher interindividueller Variabilität unterworfenen ist. Grefkes et al. betonen zwar, dass in neueren tierexperimentellen Arbeiten keine Ausdehnung der Area 2 bis in den Sulcus intraparietalis gefunden wurde, doch auch gegenteilige Ergebnisse werden diskutiert (Powell und Mountcastle, 1959; Vogt und Pandya, 1978).

Daher ist eine genaue Zuordnung des Areals Cproblematisch. Funktionell wäre ein Bezug zu allen tierexperimentell gefundenen Arealen möglich, da in Area 7 und Area 2v jeweils visuelle und vestibuläre Afferenzen nachgewiesen wurden und auch in LIP ein Bezug zum vestibulären System nahe liegt (Andersen et al., 1997). Da aber bisher nur wenig Daten aus humanen Studien vorliegen und darüber hinaus die beschriebenen anatomischen Lokalisationen keine eindeutigen Analogien zur Tierliteratur ermöglichen, können die vorliegenden Daten nur als Bestätigung des multimodalen Charakters des hochparietalen Kortex interpretiert werden.


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4.1.4  Okzipitallappen

Mit geringer interindividueller Variabilität fand sich bei allen Versuchspersonen ein signifikanter BOLD-Kontrast-Anstieg im Bereich der rechtshemisphäriellen Gyri occipitales laterales(Areal D). Diese Lokalisation konnte bei vier der fünf Probanden auch linkshemisphäriell beobachtet werden. Somit liegt neben dem parieto-insulären Kortex ein zweites bilateral analoges Aktivierungsmuster vor.

Aus umfangreichen tierexperimentellen Arbeiten liegen detaillierte Kenntnisse über die kortikalen Pfade der visuellen Reizverarbeitung vor (Maunsell und Van Essen, 1983; DeYoe und Van Essen, 1988) (siehe Abbildung 1-2). Innerhalb des magnozellulären Systems gelegen, wurde den Arealen MT und MST eine wichtige Rolle beim Bewegungsempfinden zugeschrieben (Tanaka und Saito, 1989; Andersen, 1997). Die Bezeichnungen middle temporal (MT) und medial superior temporal area (MST) beziehen sich dabei auf die anatomische Lokalisation der benachbarten Areale im oberen Temporallappen des Makaken. Funktionell geht MT innerhalb des magnozellulären Pfades dem MST-Areal voraus. Unter experimentellen Bedingungen ließ sich eine hohe Sensitivität gegenüber verschiedenen räumlichen Eigenschaften von Bewegung im kontralateralen Gesichtsfeld erkennen. Unter anderem wurde eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung dreidimensionaler Strukturen bewegter Objekte sowie deren Differenzierung vom Hintergrund diskutiert (Andersen, 1997). Das MST-Areal wird dagegen durch Stimuli im bilateralen visuellen Raum erregt (Andersen, 1997). Diese umfassen Rotations-, Expansions- sowie Kontraktionsbewegungen, die jeweils von spezifischen Neuronenpopulationen erfasst werden und sowohl im Rahmen von Objektbewegung als auch beim Eigenbewegungsempfinden auftreten können (Tanaka et al., 1986; Graziano et al., 1994). Weiterhin wurde gezeigt, dass die dorsal gelegene Untereinheit MSTd eine Rolle bei der Kompensation der retinalen Verschiebung im Rahmen von Augenbewegungen spielt (Bradley et al., 1996). Neben der funktionellen Charakterisierung der visuellen Eigenschaften von MST liegen auch Daten vor, die eine Multimodalität des Areals belegen. So konnten Thier und Erickson (1992) im Rhesusaffen eine direkte Beeinflussung visueller MST-Neuronen durch extraretinale Reize demonstrieren. Dabei zeigte sich, dass die Auslösung des vestibulo-okulären Reflexes zu einer erhöhten Entladungsrate führte (Thier und Erickson, 1992). Weitere Evidenz für die visuelle und vestibuläre Sensitivität dieses Areals erbrachten darauf folgende Studien. So konnte am Rhesusaffen demonstriert werden, dass neben einer jeweils unimodal optokinetischen oder vestibulären Stimulation auch die Kombination beider Reize zu spezifischen Veränderungen sowohl in der Entladungsrate als auch in deren Intensität führt (Duffy, 1998).

Ferner konnten Bremmer und Mitarbeiter (1999) während einer vestibulären Stimulation in 55% der untersuchen MST-Neuronen beim Makaken eine erhöhte Aktivität nachweisen, von denen ein [Seite 52↓]Teil auch elektrophysiologische Antworten auf visuelle Eigenbewegungsreize zeigte (Bremmer et al., 1999).

Die Identifikation der visuellen Bewegungsareale im humanen Kortex erfolgte mittels fMRI und PET (Zeki et al., 1991; Watson et al., 1993). Die von Watson et al. beschriebene okzipito-temporale Lokalisation von V5 im Überschneidungsbereich zwischen Sulcus temporalisinferior und Sulcus occipitalis lateralis verdeutlicht die anatomische Diskrepanz zu den weiter anterior und superior gelegenen Arealen der tierexperimentellen Studien (s.o.). Aufgrund der funktionellen Charakterisierung fand jedoch der Terminus MT Eingang in die humanen funktionellen Bildgebungsstudien (Dupont et al., 1994; Tootell et al., 1995), auch wenn dieser weder der Lokalisation noch der notwendigen aber bisher nicht erfolgten Abgrenzung von einem humanen MST-Areal gerecht wird (Tootell et al., 1996). Autoren mehrerer folgender fMRI-Studien bestätigten die Bewegungssensitivität des temporo-okzipitalen Übergangsbereichs gegenüber visuellen Stimuli (O'Craven et al., 1997; Sunaert et al., 1999). In einer aktuellen Arbeit geben Dumoulin und Mitarbeiter die Kreuzung des aufsteigenden Anteils des Sulcus temporalis inferior mit dem Sulcus occipitalis lateralis als sicheren Orientierungspunkt zur genauen Lokalisation des humanen MT-Areals an (Dumoulin et al., 2000).

Während in den frühen Versuchen noch die Lokalisation von V5 bzw. MT/MST im Mittelpunkt des Interesses stand, wandten sich spätere Publikationen vor allem seiner funktionellen Charakterisierung zu. Dabei kamen verschiedene visuelle Stimuli zum Einsatz. So führten sowohl die optokinetische Stimulation als auch die Eigenbewegungsempfinden induzierende Zirkularvektion zur Aktivierung des temporo-okzipitalen Übergangsbereichs (Bucher et al., 1997; Brandt et al., 1998; Dieterich et al., 1998). Weitere fMRI-Studien betonten die wichtige Rolle des Areals bei räumlichen Aufmerksamkeitsprozessen (Gitelman et al., 1999; Kim et al., 1999) und bei imaginierter Bewegung (Goebel et al., 1998).

Die umfangreichen Studien zum visuellen System sowohl beim Tier als auch am Menschen lassen mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Interpretation von Areal D als bewegungssensitiver humaner MT/MST-Komplex zu. Dafür sprechen sowohl die interindividuell stabile Lokalisation im Bereich der anterioren Gyri occipitales laterales als auch die visuell-vestibuläre Stimulierbarkeit. Damit konnte erstmals die zentrale Rolle eines am Menschen bisher nur als rein visuell charakterisierten Areals bei der Verarbeitung vestibulärer Stimuli demonstriert werden.

4.1.5 Sulcus centralis und Sulcus praecentralis

Signifikante BOLD-Kontrast-Anstiege im Bereich des Sulcus centralis und dem benachbarten präzentralen Kortex fanden sich bei allen Versuchspersonen (Areale E,F). Erstere stellten sich allerdings nur bei einer Versuchsperson in beiden Konjunktions-Analysen, letztere nur bei zwei [Seite 53↓]Probanden in beiden Analysen dar. Im Vergleich zu den anderen diskutierten Arealen lag im Bereich des zentralen und präzentralen Sulcus eine relativ hohe interindividuelle anatomische Variabilität vor.

Verbindungen zwischen der im Sulcus centralis gelegenen somatosensorischen Area 3a und dem vestibulären System konnten in verschiedenen Affenspezies nachgewiesen werden. Neben einem Teilbereich dieser Region, in dem Afferenzen der oberen Extremitäten enden (Ödkvist et al., 1974), wurde auch das somatosensorische Projektionsfeld der Hals- und Nackenregion als vestibulär aktivierbar identifiziert (Akbarian et al., 1994). Ein weiteres Experiment zeigte in 40% der untersuchten Area-3a-Neuronen eine Reaktion auf vestibuläre Stimulation (Guldin und Grüsser, 1998).

Direkte Verbindungen zum visuellen System sind bisher nicht bekannt. Allerdings fanden Guldin und Grüsser mittels Tracer-Injektionen im Totenkopfaffen eine dichte kortiko-kortikale Verbindung zwischen Area 3a und PIVC, dessen visuelle Eigenschaften unter 4.1.1. beschrieben sind (Guldin und Grüsser, 1998).

Auch humane Studien gaben bisher wenig Hinweise auf mögliche visuell-vestibuläre Interaktionen im Sulcus centralis oder den benachbarten präzentralen Regionen. In unimodalen Experimenten konnten jedoch Bezüge zu der jeweils untersuchten Modalität aufgezeigt werden. So beschrieben Bottini et al. (1994) die Beteiligung des primären sensorischen Kortex an der Verarbeitung kalorischer vestibulärer Stimuli; doch aufgrund der geringen anatomischen Auflösung der PET-Technik wurde dieser als Teil einer ausgedehnten Aktivierung der hinteren Insel interpretiert und galt somit als Bestandteil des humanen PIVC (Bottini et al., 1994). In der galvanischen Stimulation konnten von Lobel und Mitarbeitern dagegen Aktivierungen im Sulcus centralis und im Sulcus praecentralis gezeigt werden, wobei erstere als humanes 3a-Areal interpretiert wurde (Lobel et al., 1998). Letztere brachten die Autoren als prämotorische vestibuläre Region mit der im Primaten beschriebenen vestibulären Area 6a in Verbindung (Akbarian et al., 1993).

Aktivierungen des humanen somatosensorischen Kortex durch visuelle Reize wurden von Dupont et al. (1994) in einer PET-Studie beschrieben. Als Stimulus diente ein bewegtes Punktmuster. Da jedoch auch hier wie in vielen frühen funktionellen Bildgebungsstudien eine relativ unscharfe anatomische Auflösung vorlag, schlugen die Autoren sowohl eine mögliche Zuordnung zur hochparietalen Area 2v als auch zur vestibulären Area 3a vor (Dupont et al., 1994). Weitere visuelle Studien, die Areale im Bereich des Sulcus centralis beschreiben, liegen bisher nicht vor.

Dieterich und Mitarbeiter (1997) fanden frontale BOLD-Kontrast-Anstiege bei optokinetisch induziertem Nystagmus. Diese wurden gemeinsam mit einem als frontales Augenfeld interpretierten Areal (FEF) im Bereich des Gyrus frontalis superior in Zusammenhang mit der [Seite 54↓]motorischen Planung und Ausführung von sakkadischen Augenbewegungen gebracht (Bucher et al., 1997). Eine ähnlich konzipierte funktionelle Bildgebungsstudie konnte diese Ergebnisse jedoch nicht reproduzieren (Galati et al., 1999). Frontale Areale wurden jedoch von anderen Autoren bei visueller Bewegungsstimulation und räumlichen Orientierungsprozessen beschrieben und als Teil des frontalen Augenfeldes interpretiert (Cornette et al., 1998a; Sunaert et al., 1999). Im Gegensatz zu den Daten von Dieterich et al. sind diese weiter posterior im Grenzbereich zwischen Sulcus frontalis superior und Sulcus praecentralis oder aber innerhalb des Sulcus praecentralis lokalisiert, was im Einklang mit der von Paus et al. beschriebenen Lokalisation des FEF steht (Paus, 1996). Auch durch Läsionsstudien konnte eine Beteiligung präzentraler Areale bei der räumlichen Orientierung nachgewiesen werden. So ließen sich bei Patienten mit partieller Neglectsymptomatik Schäden im präfrontalen Kortex nachweisen (Mesulam, 1981). Mesulam fasste diese Lokalisation als Teil eines hypothetischen Netzwerkes für Orientierung und Aufmerksamkeit auf, das außerdem den posterioren parietalen Kortex und das Cingulum beinhaltet. Neuere funktionelle Bildgebungsstudien zur räumlichen Aufmerksamkeit zeigten ebenfalls BOLD-Kontrast-Anstiege im Sulcus praecentralis(Gitelman et al., 1999; Kim et al., 1999).

Zusammenfassend können die fronto-zentralen Areale E und F als Ausdruck der Konnektivität innerhalb der multimodal erfassten Bewegung aufgefasst werden und den damit verbundenen Teil des somatosensorischen Systems darstellen. Direkte visuelle Beeinflussung der Area 3a wurde bisher nicht nachgewiesen; dennoch scheint aufgrund der tierexperimentell nachgewiesenen Verbindung zu PIVC eine indirekte Aktivierung des Sulcus centralis (Areal E) möglich. Der präzentrale BOLD-Kontrast-Anstieg (Areal F) könnte als Teil des frontalen Augenfeldes Ausdruck der stimulus-induzierten räumlichen Aufmerksamkeits- und Orientierungsprozesse sein.

4.1.6 Cingulum

Mit geringer anatomischer Variabilität fand sich mit Ausnahme eines Probanden bei allen übrigen Versuchpersonen ein multimodal aktivierbares Areal im Bereich des hinteren Sulcus cinguli unterhalb des Lobulus paracentralis (Areal G).

Beim Totenkopfaffen konnten kortiko-kortikale Verbindungen zwischen dem vorderen cingulären Kortex und dem als „innerer vestibulärer Kreis“ bezeichneten System aus PIVC, Area 3a und Area 2 nachgewiesen werden (Guldin et al., 1992). Weiterhin wurden in verschieden Affenspezies direkte Projektionen vom vestibulären Kernkomplex im Hirnstamm zum Cingulum identifiziert (Akbarian et al., 1993). Das wie beim Totenkopfaffen aufgrund histologischer Kriterien als 6c/23c bezeichnete Areal befand sich beim Makaken im Bereich des anterioren Sulcus Cinguli. Weiterhin erbrachten Untersuchungen am Rhesusaffen Hinweise für eine Beteiligung des posterioren cingulären Kortex bei räumlichen Orientierungsprozessen (Olson et al., 1996). Dies basierte auf der Beobachtung, dass die abgeleiteten Neuronen nach dem Einsetzen von Sakkaden [Seite 55↓]eine blickwinkelabhängige Entladungsrate aufwiesen, die als Reflektion der räumlichen Koordinaten des retinalen Bildes interpretiert wurde.

Auch im humanen Kortex wurden die posterioren cingulären Areale aufgrund von Läsionsstudien in Zusammenhang mit räumlicher Orientierung gebracht (Vogt et al., 1992). Die Autoren betonten dabei eine funktionelle Trennung vom vorderem Cingulum, dem vor allem eine Rolle bei verschiedenen höheren kognitiven Funktionen zugeschrieben wurde. Aufgrund der spezifischen zytoarchitektonischen Struktur wurde die Area 23 im Gegensatz zu tierexperimentellen Arbeiten im posterioren Cingulum lokalisiert (Vogt et al., 1995).

Weiterhin wurden aufgrund funktioneller vestibulärer und visueller Bildgebungsstudien Areale im cingulären Kortex beschrieben. Die kalorische Stimulation führte zu einem rCBF-Anstieg im vorderen Cingulum (Bottini et al., 1994). Visuelle Versuchsparadigmen zeigten dagegen BOLD-Kontrast-Anstiege weiter posterior. Diese wurden sowohl bei einfacher Bewegungsstimulation als auch in komplexeren Experimenten beobachtet (Cornette et al., 1998b; Sunaert et al., 1999). So untersuchten Cornette und Mitarbeiter mittels PET die Effekte vom Bewegungsbeginn und Bewegungsumkehrungen visueller Stimuli in Verbindung mit Kontrastmodulationen. Die Autoren deuteten den rCBF-Anstieg im hinteren cingulären Kortex als Reaktion infolge von Bewegungsänderungen.

Andere Autoren interpretierten Areale im anterioren Gyrus cinguli im Verbund mit dem posterioren cingulären Kortex als Teil des bereits erwähnten Netzwerkes für Orientierung und Aufmerksamkeit (siehe 4.1.5) (Mesulam, 1981; Gitelman et al., 1999; Kim et al., 1999). Das Zusammenwirken von posteriorem Cingulum, posteriorem parietalen Kortex sowie dem frontalen Augenfeld koordiniere alle Aspekte der räumlichen Aufmerksamkeit, unabhängig von deren Eingangsmodalität (Mesulam, 1999).

Der BOLD-Kontrast-Anstieg im posterioren cingulären Kortex (Areal G) kann daher im Kontext der bisherigen Arbeiten interpretiert werden. Die verwendeten visuellen und vestibulären Stimuli führten bei den Versuchspersonen zu Eigenbewegungsempfinden (kalorische Spülung) und Objektbewegungswahrnehmung (MT-Stimulus). Beide Reize können unabhängig von ihrer Modalität zunächst als Aktivatoren räumlicher Aufmerksamkeits- und Orientierungsprozesse verstanden werden, die innerhalb des von Mesulam postulierten Netzwerkes mit BOLD-Kontrast-Anstiegen im frontalen Augenfeld und posterioren parietalen Kortex (siehe 4.1.3. und 4.1.5.) einhergehen. Dass die Lokalisation von Areal G im Vergleich zu den meisten der bisherigen funktionellen Bildgebungsstudien bei den Probanden dieser Studie weiter posterior liegt, könnte als Ungenauigkeit der dort durchgeführten normierten Gruppenanalysen gewertet werden. Die postulierte funktionelle Trennung von anteriorem und posteriorem cingulären Kortex (s.o.) und die Lokalisierung der zytoarchitektonischen Area 23 im hinteren Anteil stützt in diesem Zusammenhang die vorliegende Interpretation. Dennoch sollte der unterschiedliche Charakter der [Seite 56↓]funktionellen Bildgebungsstudien und die damit verbundene fragliche Vergleichbarkeit Anlass zu genaueren Untersuchungen des posterioren cingulären Kortex sein.

4.1.7 Rechtshemisphärielle Organisation räumlicher Orientierung

Nur zwei Areale der linken Hemisphäre erfüllten vergleichbare statistische Kriterien wie die der rechten Seite. Dabei handelte es sich um das parieto-insulär gelegene Areal A sowie das Areal D im Bereich des lateralen okzipitalen Gyrus. Im Vergleich zur Gegenseite ist jedoch wie bei Areal A in den Abbildungen 3-3 und 3-4 das deutlich kleinere Ausmaß der linkshemisphäriellen Aktivierungen erkennbar. Dieses Phänomen konnte auch in den übrigen Datensätzen beobachtet werden.

Während in tierexperimentellen Arbeiten eine asymmetrische kortikale Verarbeitung von Bewegungsreizen bisher nicht postuliert wurde, steht die ausgeprägte rechtshemisphärielle Dominanz der vorliegenden Daten im Einklang mit einigen der durchgeführten humanen funktionellen Bildgebungs- und Läsionsstudien. So wurde bei der optokinetischen Stimulation eine gegenüber der linken Hemisphäre verstärkte Aktivierung in der rechten hinteren Insel sowie in anderen als okulomotorisch und bewegungssensitiv beschriebenen Arealen beobachtet, die u.a. den posterioren Parietallappen und den okzipito-temporalen Kortex umfassen (Dieterich et al., 1998).

Der von Gitelman et al. beschriebenen rechtsdominanten Organisation der räumlichen Orientierung liegen sowohl fMRI- und PET-Daten (Gitelman et al., 1999; Kim et al., 1999) als auch klinische Beobachtungen an Patienten mit kortikalen Läsionen und daraus resultierender Neglectsymptomatik zugrunde (Mesulam, 1999). Als Zentren wurden dabei der posteriore Parietallappen, das auf dem Gyrus praecentralis gelegene frontale Augenfeld und das Cingulum beobachtet.

Im Gegensatz hierzu stehen die PET-Daten von Bottini und Mitarbeitern, die nach linker und rechter kalorischer Stimulation mit kaltem Wasser einen jeweils symmetrischen kontralateralen Signalanstieg in analogen Arealen aufzeigten (Bottini et al., 1994). Die unilaterale Stimulation der jeweiligen Seite erfolgte jedoch an verschiedenen Probandenkollektiven. Dabei wurden keine Angaben zur Anzahl rechtsseitig stimulierter Versuchspersonen gemacht, so dass die Interpretation der Daten in Bezug auf Lateralisierung und hemisphärielle Dominanz zurückhaltend beurteilt werden sollte.


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4.2  Räumliche Orientierung

4.2.1 Wahrnehmung von Bewegung

Bei räumlichen Orientierungsprozessen laufen zahlreiche komplexe neuronale Mechanismen ab, die unter anderem gegenüber folgenden Veränderungen sensitiv sind:


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19.10.2004