Neuropsychologie (Fach) / V04_MRT3 (Lektion)

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• Ziele der Strukturellen Magnetresonanz- tomographie Läsionslokalisation bei neurologischen Patienten (Schlaganfall, Tumor etc.)  Aufdeckung von Struktur-Funktions-Zusammenhängen bei Patienten und/oder Gesunden Beschreibung struktureller Veränderungen des Gehirns bei Patienten mit psychiatrischen oder neurodegenerativen Erkrankungen  Erforschung der Hirnanatomie bei Gesunden  Untersuchung von Plastizität ==> MORPHOMETRIE
• Anforderungen an die Strukturelle MRT? hohe Auflösung (1 mm3)  Segmentierung von grauer und weißer Substanz, CSF, Knochen etc. 
• Wozu dient Läsionsanalyse bei neurologischen Patienten? dient im Rahmen der Forschung in der kognitiven Neurowissenschaft der Aufdeckung von Hirn-Verhaltens-Zusammenhängen
• Welche Ansätze gibt es bei der Läsionsanalyse? deskriptive Zusammenhänge zwischen Läsion und Verhalten  voxelbasierte Läsionsanalyse 
• deskriptive Zusammenhänge zwischen Läsion und Verhalten: Was ist die verbreitetste Methode für Einzelfälle und in der klinischen Praxis? Identifikation der Läsionslokalisation per visueller Inspektion 
• Darstellung verschiedener Strukturen im Kern-spintomogramm im Vergleich zum Hirngewebe: T1 Bild hell – T2 Bild hell Fettgewebe, subakute / chronische Blutung, 
• Darstellung verschiedener Strukturen im Kern-spintomogramm im Vergleich zum Hirngewebe: T1 Bild dunkel – T2 Bild dunkel Schädelknochen, Luft = schwarz 
• Darstellung verschiedener Strukturen im Kern-spintomogramm im Vergleich zum Hirngewebe: T1 Bild dunkel – T2 Bild hell Liquor, Ödem, bösartiger Tumor, Infarkt, MS-Herd, Zyste, Hygrom 
• Darstellung verschiedener Strukturen im Kern-spintomogramm im Vergleich zum Hirngewebe: T1 Bild dunkel – T2 Bild wie Hirnsubstanz Kopfhaut
• Darstellung verschiedener Strukturen im Kern-spintomogramm im Vergleich zum Hirngewebe: T1 Bild und – T2 Bild wie Hirnsubstanz Meningeom
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• Darstellung verschiedener Strukturen im Kern-spintomogramm im Vergleich zum Hirngewebe: T1 Bild wie Hirnsubstanz – T2 Bild dunkel Eisenablagerungen 
• Darstellung verschiedener Strukturen im Kern-spintomogramm im Vergleich zum Hirngewebe: T1 Bild wie Hirnsubstanz – T2 Bild hell Frische Blutung 
• Arten der voxelbasierten Läsionsanalyse - Läsionsüberlappung  - Subtraktionsanalysen  - statistische Läsionsanalyse 
• Läsionsüberlappung: Was muss zu allererst geschehen? Normalisierung --> 1:1 Korrespondenz verschiedener Gehirne erstellen, indem Gehirne an ein Standardgehirn angepasst werden 
• Was wird bei der Normalisierung (zu Beginn der Läsionsüberlappungsmethode) NICHT berücksichtigt? eventuelle Läsionen werden bei der Normalisierung nicht berücksichtigt
• Vorteile der Läsionsüberlappung –Gehirne von (Gruppen von) Individuen werden vergleichbar (z.B. Patienten vs. Kontrollpersonen)  –Die Gehirne befinden sich ein einem gemeinsamen Koordinatensystem  –Erhöhung der statistischen Power (auch bei fMRT) 
• Nachteile der Läsionsüberlappung: –Verlust eines gewissen Grades an räumlicher Exaktheit auf individueller Ebene 
• Was wird bei der Normalisierung benutzt? Lineare und nicht lineare Transformationen 
• Lineare Transformationen führen zu: Ausgleich größerer Unterschiede in Form und Position
• nicht-lineare Transformationen führen zu: Berücksichtigung kleinerer anatomischer Unterschiede
• Aus welchen Faktoren bestehen lineare Transformationen bzw. wie viele Parameter gibt es insgesamt? –„rigid body transformation“: Verschiebung und Rotation in je drei Richtungen  –Skalierung und Scherung, je drei Parameter  –insgesamt 12 Parameter 
• Normalisierung: Was wird bei der nicht-linearen Transformation gemacht? Warping: kleine unterschiede werden normalisiert 
• Normalisierung: - Y-Achse - Nullpunkt Y-Achse: Verbindung zwischen anteriorer und posteriorer Commissur (AC & PC)  Nullpunkt: AC
• 2 gebräuchliche Koordinatensysteme bei der Normalisierung: Namen Unterscheidung Talairach & Tournoux (1988): basierend auf post-mortem Charakterisierung des Gehirns einer 60-jährigen Frau  Montreal Neurological Institute (MNI)-Gehirn, basierend auf dem „mittleren Gehirn“ von 152 jungen gesunden Probanden  --> Koordinaten unterscheiden sich nur geringfügig und sind ineinander überführbar 
• Wozu wird das Koordinatensystem Montreal Neurological Institute (MNI)-Gehirn, basierend auf dem „mittleren Gehirn“ von 152 jungen gesunden Probanden, verwendet? von der verbreitetsten Software zur Analyse von (f)MRT-Daten, Statistical Parametric Mapping (SPM)
• Probleme der "Überlappung von Läsionen": Was ist das Experiment von Rorden und Karat (2004) und was sind seine Ergebnisse? Läsionsüberlappung genutzt um Hirngebiet, das unilateraler Hemianopsie verursacht, zu analysieren  Ergebnisse spiegeln das Problem wider:  größte Läsionsüberlappung in der Nähe der „Temporo-Parietal Junction (TPJ)“ --> Fehllokalisation Läsionsüberlappung spiegelt z.T. nur die erhöhte Anfälligkeit bestimmter Regionen für Läsionen wider, z.B. aufgrund der Art der Blutversorgung 
• Was ist wichtig, damit bei der Überlappung von Läsionen keine Fehlschlüsse gezogen werden? immer eine klinische Kontrollgruppe wie zb. bei Rorden und Karnath kontrollpatienten mit linksseitiger Hirnschädigung ohne Hemianopsie 
• Welche Hirnareale sind bei der unilateralen Hemianopsie betroffen? primärer visueller Cortex, Radiatio Optica 
• Voxelbasierte statistische Läsionsanalyse heißt auch „voxel-based lesion-symptom mapping“
• voxelbasierte statistische Läsionsanalyse für diskrete Variablen -> große Anzahl von Patienten mit und ohne Verhaltensdefizit (z.B. Hemianopsie)  -> für jedes Voxel wird mit einem Chi-Quadrat-Test ermittelt, ob die Anzahl der Patienten mit Schädigungen in dem Voxel größer ist in der Patientengruppe mit Defizit als in der Patientengruppe ohne Defizit 
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• Voxelbasierte statistische Läsionsanalyse für kontinuierliche Variablen •z.B. Anzahl Auslassungen von Reizen in einem Hemianopsietest, Leistung in einem Gedächtnistest,  etc….  •Bildung von immer neuen Patientengruppen für jedes Voxel (Läsion ja vs. nein)  •Vergleich der Leistungen beider Gruppen mittels T-Test (oder non-parametrischem Verfahren)  •Karte der Voxel mit Farbkodierung der Ergebnisse der Tests  •Problem: Multiple Vergleiche - Korrektur 
• Auswahl der Patienten im Experiment: Voxelbasierte statistische Läsionsanalyse von Suchan und Karat, 2011: -Neglect nach linkshemisphärischer Läsion Patienten  - Screening von 424 Patienten mit linksseitigem Schlaganfall - davon 17, die eine Neglect-Symptomatik hatten  - 32 Patienten ohne Neglect wurden zufällig als „Kontrollpatienten“ gewählt (Matching nach Alter, Händigkeit, Häufigkeit von Aphasie, Hemiparese, Gesichtsfelddefekten)  Insgesamt 33 Patienten hatten Läsionen, die cortikale und subcortikale Areale umfassten 
• Neglect-Tests im Experiment: Voxelbasierte statistische Läsionsanalyse von Suchan und Karat, 2011: -Neglect nach linkshemisphärischer Läsion: AUFGABEN DER PROBANDEN •drei „Ausstreich“-Aufgaben: Teilnehmende sollen Zielreize finden und durchstreichen  –„Letter Cancellation Test“  –„Bells Test“  –„Alberts Test“ (Spalten mit schwarzen Linien) 
• Was ist zusammengefasst der Prozess von Suchan & Karnath, 2011: (Neglect nach linkshemisphärischer Läsion) ? Patienten mit schlaganfall screenen und patienten aussuchen  Neglect-Test  Kopier-Aufgabe
• Wieso spricht man bei Karnath und Nordens Test mit Neglectpatienten von kontinuierlichen Variablen? Ermittlung des mittleren Z-Werts (kontinuierliche Variable)
• Zusammenhang zwischen Läsion und Neglectsymptomatik in welchen Hirnarealen? superior temporal gyrus (STG) pre- und postcenral Gyrus (PreCG u. PoCG) middle temporal gyrus (MTG) white matter (WM) inferior parietal lobule (IPL) 
• Wie ist der Prozess der klassischen Morphometrie? manuelle Bestimmung der Größe einer „Region of Interest“, beispielswese des anterioren cingulären Cortex Orientierung an Landmarken  Ausmessen der Region 
• Was erfordert die klassische Morphometrie? Warum? erfordert detaillierte Anatomiekenntnisse  mehr als ein Vermesser/Beurteiler/Rater  Naivität gegenüber dem Untersuchungsgegenstand und der untersuchten Person  Inter-Rater-Reliabilität sollte größer .85 sein  WEIL: anfällig für Fehler und subjektive Einschätzungen
• Was ist das Dilemma der Normalisierung –Normalisierung „verwischt“ anatomische Unterschiede  –Die Methode zielt aber auf anatomische Unterschiede ab  •keine zu hohe räumliche Auflösung 
• was muss man bei der Voxelbasierten Morphometrie nach der Normalisierung tun? Segmentierung des Gehirns in graue, weiße Substanz und Cerebrospinalflüssigkeit 
• Was spiegeln grauwerte in der voxelbasierten morphometrie wider? Grauwerte spiegeln Neuronendichte wider 
• was ist "Smoothing"? räumliche Glättung der Grauwerte – Berücksichtigung benachbarter Voxel für die Ermittlung des Werts jedes einzelnen Voxels, Radius 6 – 12 mm 
• Inwiefern helfen Grauwerte uns? Spiegeln Neuronendichte wider -> 1) statistischer Vergleich der Grauwerte in jedem Voxel zwischen Gruppen und/oder  2) Korrelation der Neuronendichte mit Verhaltensdaten  3) auch geeignet, um strukturelle Plastizität zu untersuchen 
• Unterschiedliche Zielsetzungen bei VBM-Studien (Voxelbasierte Morphometrie) 1) möglichst „typische“ Patienten bzw. homogene (Sub-)gruppen: Vergleich Patienten vs. Kontrollperson zur Erfassung struktureller Veränderungen im Gehirn, die mit einem Krankheitsbild assoziiert sind – 2) eher inhomogene Gruppe: Korrelation zwischen Neuronendichte in bestimmten Arealen und Verhalten – Patientengruppe mit genügend Varianz  •VBM – Fokus auf grauer Substanz 
• bei welcher Methode nutzt man nicht die graue, sondern die weiße Substanz? Diffusionstensormorphometrie (diffusion tensor imaging - DTI)
• Diffusionstensormorphometrie (diffusion tensor imaging - DTI) Was ermöglicht sie? Was ist ihre Grundlage? ermöglicht die Messung der Lage und Dichte von Axonbündeln in der weißen Hirnsubstanz bei Patienten und Gesunden  Grundlage ist die Diffusion von Wassermolekülen 
• Grundlade der DTI: 1 Punkt mit 3 Unterpunkten (Vorgang, basiert auf, gemessen durch?) Diffusion  –natürlich ablaufender Vorgang, beschreibt den Transport von Substanzen (z.B. Wasser-molekülen) von A nach B  –basiert auf der thermischen Zufallsbewegung der Teilchen und führt zum Konzentrations-ausgleich  –gemessen durch Diffusionsrate D (mm2/s) 
• Diffusion Fakten zum allgemeinen Ablauf Diffusion von Wasser in biologischem Gewebe:innerhalb und außerhalb von Zellen, um Zellen herum und durch sie hindurch -->Zellmembranen behindern jedoch die Diffusion, Zelltod erleichtert sie 
• gleichmäßige Diffusion in alle Richtungen wird ------ genannt isotrop
• ungleichmäßige Diffusion wird als ------- bezeichnet anisotrop

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