Neuro (Subject) / Vorlesung 6 (Lesson)

Bildgebende Verfahren II, Läsionsstudien

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• Block Design: Parahippocampal Place Area (PPA) - Epstein et al. 1998 - Blockweise Präsentation von visuellen Reizen - Scrambled vs. intakt: Kontrolle von Kontrast, Luminanz, etc. - mittere PPA AKtivierung über alle Probanden - stärksters SIgnal für intact scenes, gefolgt von intact houses Beispiel für Kategorie Selektivität - aber: Antworten auf einzelne Reize können im Block Design nicht untersucht werden 
• Event-related Design: Subsequent Memory Methode - Wagner et al., 1998 - es wird fMRT gemessen, während Probanden einzelne Wörter verarbeiten - Aufgabe: Drücke links, wenn das Wort abstrakt ist, rechts wenn das WOrt konkret ist - Überraschender Gedächtnistest nach 20 Minuten - Ergebnisse werden für die fMRT-Analyse separat je nach Erinnerung ausgewertet: Bedingung 1 - erinert, Bedingung 2 - vergessen - Aktivität im medialen TEmporallappen und lateralen präfrontalen Kortex geht mit erfolgreicher Enkodierung einher --> bei visuellem und motorischem Kortex kein Unterschied  --> gutes Beispiel für Event-related Designs
• Reverse Engineering - Region wird gestört --> Auswirkung auf Funktionsfähigkeit des restlichen Systems wird untersucht - Beispiel: Wenn Schädigung einer Hirnregion das Lesen beeinträchtigt, aber nicht das Sprechen oder Sehen, kann man schlussfolgern, dass diese Region zumindest zum Teil auf Vearbeitung von Text spezialisiert ist - Störung der Hirnfunktion kann verursacht werden durch:  x natürlich auftretende Läsionen (Tumor, Neurodegenerative Erkrankung, Schlaganfall) x Willentlich herbeigeführte Schädigung (--> Tiermodell) x Temporäre STörung der Verarbeitugn durch elektro-/magnetische Stimulation (TMS, TDCS)
• Traditionen der Neuropsychologie - Welche Funktionen werden durch Schädigungen der Region X gestört (klassischer neuropsychologischer Ansatz): x Fragen der funktionellen Spezialisierung stehen im Vordergrund x Häufig Bezug zur Bildgebung x eher Gruppenstudien - Kann eine bestimmte Funktion im Vergleich zu anderen Funktionen erhalten bzw. beeinträchtigt sein? (kognitiv neuropsychologischer Ansatz) x Fragen nach den "building blocks" der Kognition, unabhängig von der Lokalisation im Gehirn x eher Einzelfallstudien
• Läsionen - Schlaganfall - Schädel Hirn Trauma (traumatic brain injury) - Tumor (-resektion) - Hypoxie (--> kurzzeitige Sauerstoffunterversorgung) - Neurochirurgie, z.B. bei schwerer Epilepsie
• Einfache Dissoziation - Funktionen sind vollständig unabhängig - Funktionen sind teilweise unabhängig - A ist Teilmenge von B  A kann nicht gleich B sein, sonst müssten beide Prozesse gestört sein
• Aufgaben-Ressourcen Artefakt - beide Aufgaben beanspruchen gleiche Ressourcen, aber eine Aufgabe ist schwieriger -  Defizite in der schwierigeren Aufgabe sind einfacher, früher detektierbar --> entspricht dem Fall dass A Teilmenge von B ist
• Doppelte Dissoziation - 2 Gruppen mit genau komplementärer Störung - Gruppe 1: A gestört, B intakt - Gruppe 2: A intakt, B gestört Funktionen entweder vollständig unabhängig oder teilweise unabhängig können nicht Teilmenge oder A = B sein --> Funktionen A und B sind zumindest teilweise unabhängig weil sie unabhängig voneinander gestört sein können
• Beispiel: Hassabis et al. (2005) - 5 Patienten mit hippokampaler Amnesie, 10 Kontrollen - Hippokampus wichtig für Gedächtnis und Imagination? - Aufgabe: Imagination neuer Erfahrungen/Ereignisse(Zeitreise) - Abb. 1: Berechnet über Detailreichtum der Berichte  + subjektive Ratings der Patienten + Rater --> Patienten signifikant schlechter - Abb 2: Räumliche Kohärenz der Berichte --> Patienten signifikant schlechter - Welche Dissoziation liegt vor? --> GAR KEINE, da kein Vergleich mit Funktion, die noch intakt ist - kein Vergleichstask - keine Dissoziation, z.B. mit semantischen Vorstellungen vergleichen
• Beispiel Doppelte Dissoziation - Cubelli 1991:  x Patient CF: Unvermögen, Vokale zu schreiben x Patient CW: Schreibfehler bei Vokalen--> können aber beide Konsonanten schreiben - Kay und Hanley: Patient zeigt Schreibfehler nur bei Konsonanten, kann Vokale schreiben --> Separate Verarbeitungsmechanismen für Vokale und Konsonanten
• Der Einzelfallansatz - bei gesunden Patienten --> kein problem über Probanden zu mitteln, in geschädigten Patienten ist das mitteln problematisch, da man durch Lösionen automatisch eine heterogene Stichprobe hat, denn keine Läsion entspricht der anderen - Funktionsstörungen müssen in jedem Patienten erfasst und analysiert werden --> keine Garantie, dass 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 - Möglichkeiten der Gruppenbildung bei Läsionsstudien: 1. nach Syndrom (Erkrankung): hilreich, 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 --> eher in Netzwerken als in separaten Modulen denken - Problem der Diskonnektion/Diaschisis: Läsionen beeinflussen evtl. auch weiter entfernte Areale durch Schädigung von Faserverbindungen
• Diskonnektion/Diaschisis 1. Funktionsbeeinträchtigung nur durch Störung der Verbindung, Faserschädigungen können komplett verteilte Netzwerke durcheinander bringen 2. Läsion im Areal A führt zu Funktionsverlust in Areal B z.B. wenn beide Areale zusammenarbeiten um eine kognitive Funktion zu realisieren
• Vorgehen bei Läsionsstudien 1. Strukturelle Bildgebung (CT, MRT): mauelle Lokalisation der Läsion in jedem Patienten 2. Normalisierung der strukturellen Daten in anatomischen Standardraum 3. Analyse der Daten, z.B. Läsionsüberlappungsanalyse, Voxel-based lesion-symptom mapping
• Einzelfallstudien - Identifikation der Läsionslokalisation durch visuelle Inspektion des vorhandenen Bildmaterials - im klinischen Alltag und bei Einzelfällen übilch 
• Strukturelle Bildgebung für Läsionsstudien 1. Ausgangspunkt sind immer die vorhandenen Strukturellen Bilder 2. Läsion wird manuell markiert (lesion tracing), entweder:  x im anatomischen Raum jedes Patienten oder x (fehleranfälliger!!) direkt auf anatomischen Standardgehirn 3. Läsionsbild wird als binäres Bild (Läsion 1 (weiß), Rest 0 (schwarz) gespeichert
• Läsionsüberlappung in Patientengruppen - Wo hat einen Patientengruppe überlappende Hirnschädigungen? - Gehirne müssen in den gleichen Raum gebracht werden --> Transformation der Bilder: Passung auf ein Standardgehirn
• Substraktionsanalysen - Vergleich der Läsionsdaten verschiedener Patientengruppen, z.B. Patienten mit vs. ohne Defizit - Patienten mit/ohne Visual Field Defect (VFD --> Hemianopsie) VFD: Rechtshemisphärische Läsion + Hemianopsie (VFD) no VFD: rechtshemisphärische Läsion + keine Hemianopsie Substraktion VFD - no VFD
• Voxel based lesion symptom mapping - Voraussetzung: realtiv große Patientenstichprobe; ausreichend Varianz in Läsionslokalisation - für jedes Voxel im Gehirn 2 Patientensubgruppen: Läsion in diesem Voxel ja oder nein --> dann rechnet man Gruppenvergleich im Verhalten oder in der Symptomatik - binäre Variable z.B. Chi Quadrat Test - kontinuierliche Variable: z.B. t-Test
• Läsionsstudien im Tiermodell - chirurgische Läsionen: Das Gewebe wird operativ entfernt (Transsektion) oder abgesaugt (Aspiration) - elektrolytische Läsionen: Gewebe wird durch elektrischen Schock abgetötet - CHemische Läsionen: Infusion eines Neurotoxins - Reversible bzw. temporäre Läsionen: z.B. durch temporäre Kühlung oder pharmakologisch (z.B. Tetrodotoxin (TTX), Na+-Kanalblocker)

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