Brandt, Herrn Dr. med Stephan A.: Systemphysiologische Untersuchungen zur Bedeutung des frontalen und parietalen Kortex für visuelle Leistungen beim Menschen

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Kapitel 5. Zusammenfassung

In der vorliegenden Habilitationsschrift wird eine Serie systemphysiologischer Untersuchungen zusammengefasst, die sich mit höheren visuellen Funktionen beim Menschen befassen. Sie basieren auf der Erkenntnis, dass visuelle räumliche Information für planvolles Handeln nur dann sinnvoll genutzt werden kann, wenn sie in einem Kurzzeitspeicher manipuliert werden kann, in dem wichtige Zielobjekte durch Aufmerksamkeitszuwendung selektiert werden können, um dann motorischen Prozessen zu Verfügung gestellt zu werden. Dies setzt eine Integration von visuellen, mnestischen, attentionalen und motorischen Verarbeitungsprozessen voraus. Auf Grund von Einzelzellableitungen und Läsionsstudien beim Tier, sowie neurologischen und bildgebenden Untersuchungen beim Menschen vermuten wir, dass diese Gesamtleistung durch ein „multimodulares Netzwerk“ realisiert wird, an dem mindestens drei kortikale Zentren beteiligt sind: Der Posteriore Parietale Kortex (PPC) für die sensorische Repräsentation des extrapersonellen Raumes, der Dorsolaterale Präfrontale Kortex (DLPFC) für die zeitliche und räumliche Organisation der Antwort und das Frontale Augenfeld (FEF) für die Planung und Durchführung zielgerichteter Augenbewegungen.

Die hier vorgelegten Originalarbeiten beschäftigen sich mit den strukturellen und funktionellen Grundlagen entscheidender Teilprozesse, wie der selektiven visuellen Aufmerksamkeit und dem visuo-spatialen Arbeitsgedächtnis. Ausgangspunkt sind dabei kognitionspsychologische Modellvorstellungen über die Integration von Sensorik und Motorik. Mit Hilfe von Augenbewegungsmessungen, Kortexstimulation und funktioneller Kernspintomographie und unter Ausnutzung komplementärer methodischer Ansätze werden die kortikalen Strukturen und physiologischen Mechanismen untersucht, die sich einer rein psychophysischen Betrachtung entziehen.

Es konnte erstmals gezeigt werden, dass Augenbewegungen während der visuellen Vorstellung explorierenden Augenbewegungen bei der Wahrnehmung entsprechen. Dies entspricht der Voraussage, dass Augenbewegungen bei visueller Vorstellung Ausdruck eines konstruktiven Prozesses der aufmerksamkeitsgesteuerten sensomotorischen Integration von Teilbildern und deren Position im Raum sind.


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Dabei sind Augenbewegungen ein quantifizierbarer, physiologischer Parameter, mit dem zeitliche und spatiale Aspekte der visuellen Vorstellung untersucht werden können. Visuelle Vorstellung wurde hier im Rahmen einer Kurzzeitgedächtnisaufgabe untersucht, die sowohl ein visuell-räumliches Arbeitsgedächtnis als auch gerichtete räumliche Aufmerksamkeit voraussetzt. Es wurde vorgeschlagen, dass die visuelle Vorstellung als ein konstruktiver Prozess zu verstehen sei, der unter Beteiligung des Dorsolateralen Präfrontalen Kortex (Arbeitsgedächtnis) und parietaler (Raumwahrnehmung) und temporaler visueller Areale (Objektwahrnehmung) einzelne Teilbilder zu einem Vorstellungsbild zusammensetzt.

In weiteren Studien untersuchten wir zeitliche, strukturelle und behaviorale Aspekte des visuellen Arbeitsgedächtnisses. Wir konnten zeigen, dass das visuelle Arbeitsgedächtnis beim Menschen durch ein Netzwerk kortikaler Areale kontrolliert wird, das unter anderem den PPC und den DLPFC umfasst. Erstmals wurde die selektive Störbarkeit dieser Areale durch transkranielle Kortexstimulation demonstriert. Es zeigte sich überdies, dass innerhalb dieses Netzwerkes die genannten Areale verschiedene kognitive Partialfunktionen wahrnehmen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Gesamtprozesses wichtig sind. Außerdem zeigten Verhaltensexperimente, dass das visuelle Arbeitsgedächtnis beim Menschen selektiv die Wahrnehmungsinhalte repräsentiert, die für aktuelle Entscheidungen relevant sind. Der Zugang verhaltensirrelevanter Informationen zum visuellen Arbeitsgedächtnis wird offenbar durch effiziente aufmerksamkeitsgesteuerte Filtermechanismen verhindert. Hier wurde die enge Verzahnung von Aufmerksamkeit und Arbeitsgedächtnis sichtbar, die beim Patienten mit umschriebenen kortikalen Läsionen zu Störungen führt, bei denen nie die eine Funktion ohne die andere beeinträchtigt zu sein scheint.

Funktionell-kernspintomographische Untersuchungen hatten zum Ziel, die anatomischen Strukturen zu identifizieren, die bei bestimmten Formen der selektiven visuellen Aufmerksamkeit und des attentionalen Folgens („attentive tracking“) relevant sind. Auch hier waren durch tierexperimentelle, sowie neurologische und bildgebende Untersuchungen beim Menschen, Strukturen des fronto-parietalen Netzwerkes als entscheidende Funktionsträger vermutet worden.


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Insbesondere sollte die Rolle des Frontalen Augenfeldes (FEF) und des Posterioren Parietalen Kortex (PPC) in Paradigmen untersucht werden, in denen Augenbewegungen durch Fixation unterdrückt waren. Bei konstanten perzeptuellen Bedingungen konnten so die attentionalen Mechanismen isoliert werden, die bewegte oder statische Zielreize aus irrelevanten Distraktoren auswählen. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass das FEF bei der visuellen Selektion im Rahmen einer visuellen Suchaufgabe mit Merkmalsverknüpfung, sowie auch bei „attentive tracking“ (ohne Augenbewegungen) aktiviert wird. Ferner konnten im PPC drei Subregionen identifiziert werden, die auf Grund differentieller Aktivierungsniveaus vermutlich abgrenzbaren funktionellen Arealen entsprechen. Die Experimente zeigen damit, dass das FEF beim Menschen nicht nur für die Kontrolle von Augenbewegungen, sondern auch für Prozesse der Aufmerksamkeitssteuerung verantwortlich ist, und dass der PPC entgegen bestimmten kognitionspsychologischen Modellvorstellungen eine aktive Rolle bei der visuellen Suche mit Merkmalsverknüpfung spielt.

Im letzten Teil der Arbeit wird der Versuch geschildert, visuelle Kortexareale als Teil eines okzipito-parieto-frontalen Netzwerkverbundes von Arealen darzustellen. Mit artifizieller Reizung des visuellen Kortex durch transkranielle Kortexstimulation und gleichzeitiger fMRT, gelang es uns neben einer lokalen BOLD-Antwort auch Ferneffekte in visuellen und visuo-motorischen Arealen zu induzieren. Die beteiligten anatomischen Strukturen entsprechen genau jenen, für die auf Grund von tierexperimentellen Untersuchungen starke anatomische und funktionell relevante Verbindungen unterstellt werden können. Dies ist ein erster Schritt, um beim Menschen mit nicht-invasiven Methoden zerebrale Konnektivität untersuchen zu können.

Die Erforschung von Struktur- und Funktionsbeziehungen höherer Leistungen des Sehsystems haben eine klinische Relevanz für die topische Diagnostik und Rehabilitation umschriebener Hirnläsionen. Kennt man den Ort der Läsion, so bestimmt das die Auswahl neuropsychologischer Testverfahren, oder sind andererseits die spezifischen Funktionsstörungen bekannt, so weist das auf die beteiligten kortikalen Areale hin.


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Wed Sep 18 16:54:41 2002