Neuropsychologie 2. Auflage

Springer-Lehrbuch

H.-O. Karnath P. Thier (Hrsg.)

Neuropsychologie 2., aktualisierte und erweiterte Auflage

Mit 295, zum Teil farbigen Abbildungen und 24 Tabellen

123

Professor Dr. Dr. Hans-Otto Karnath Professor Dr. Peter Thier Zentrum für Neurologie Hertie-Institut für Klinische Hirnforschung Universität Tübingen Hoppe-Seyler-Str. 3 72076 Tübingen

ISBN-10 3-540-28448-6 Springer Medizin Verlag Heidelberg ISBN-13 978-3-540-28448-2 Springer Medizin Verlag Heidelberg Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes.

Springer Medizin Verlag springer.com © Springer Medizin Verlag Heidelberg 2003, 2006 Printed in Italy Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Produkthaftung: Für Angaben über Dosierungsanweisungen und Applikationsformen kann vom Verlag keine Gewähr übernommen werden. Derartige Angaben müssen vom jeweiligen Anwender im Einzelfall anhand anderer Literaturstellen auf ihre Richtigkeit überprüft werden. Planung: Dr. Svenja Wahl Projektmanagement: Michael Barton, Meike Seeker Einbandgestaltung: deblik Berlin SPIN 11015352 Satz: Fotosatz-Service Köhler GmbH, Würzburg Druck: Printer Trento, Trento, Italien Gedruckt auf säurefreiem Papier

2126 – 5 4 3 2 1 0

V

Vorwort zur zweiten Auflage Seit Erscheinen der ersten Auflage haben uns unsere Leser viele sehr hilfreiche Rückmeldungen gegeben, um die Nutzung des Buches zu erleichtern, die angebotenen Informationen verdaulicher zu präsentieren und das Themenspektrum zu erweitern. Die vorliegende Neuauflage stellt den Versuch dar, diese Anregungen umzusetzen und neue, wichtige Entwicklungen in den Neurowissenschaften zu berücksichtigen. Zusammen mit den Autoren haben wir die themenspezifischen Kapitel aktualisiert und durch ein neues Kapitel über die neurobiologischen Grundlagen der Zahlenverarbeitung ergänzt. Darüber hinaus enthält die neue Auflage ein übergreifendes Kapitel, das in die vielfältigen, heute in den kognitiven Neurowissenschaften verwendeten Methoden, wie die funktionelle Bildgebung, die voxel-basierte Läsionsanalyse, morphometrische Verfahren und tierexperimentelle Ansätze einführt. Auch einem weiteren, immer wieder geäußerten Wunsch – der Aufnahme eines Glossars, das die wichtigsten verwendeten Begriffe zusammenfasst und erklärt – konnte entsprochen werden. Unser Ziel war es auch in dieser Auflage, den Lesern einen Überblick über die Grundlagen kognitiver Leistungen und den mit ihnen verbundenen theoretischen Konzepten zu vermitteln, um so ein detailliertes Verständnis neuropsychologischer Störungen und der ihnen zugrundeliegenden Funktionen zu ermöglichen. Wir danken allen Autoren sowie den Mitarbeitern des Springer-Verlags, insbesondere Frau Dr. Wahl, Herrn Barton und Frau Seeker, für die engagierte Zusammenarbeit bei diesem Bemühen und die Bereitschaft, die Verbesserungen und Ergänzungen in dieser Neuauflage zu ermöglichen. Tübingen, im Frühjahr 2005 Hans-Otto Karnath Peter Thier

VII

Vorwort zur ersten Auflage Die experimentelle Psychologie, die Biologie und die Medizin haben sich lange Zeit weitgehend unabhängig voneinander der Erforschung der »höheren Hirnleistungen« bei Mensch und Tier gewidmet. Wie wir unsere Sprache benutzen, um miteinander zu kommunizieren, wie Vergangenes im Gedächtnis gespeichert und dann wieder abgerufen werden kann, wie verschiedenste Wahrnehmungen, Gefühle, Absichten oder Gedanken unser Verhalten beeinflussen und wo genau im Gehirn all dies entsteht und verarbeitet wird, ist aus unterschiedlichsten Blickwinkeln betrachtet und untersucht worden. Die Bandbreite der eingesetzten Methoden reicht von der Registrierung der Antworten einzelner Nervenzellen bis zur Erfassung komplexer Reaktionen von gesunden Versuchspersonen und hirngeschädigten Patienten. In der Vergangenheit waren wesentliche Fortschritte im Verständnis höherer Hirnleistungen immer auch an die Einführung neuer Methoden gebunden. Dies gilt nicht zuletzt für die Einführung der modernen bildgebenden Verfahren, die es uns heute erlauben, die Lage und Ausdehnung von Hirnläsionen mit noch vor wenigen Jahren kaum denkbarer Präzision zu beschreiben. Auch hat die rasante Entwicklung der funktionellen Bildgebung mit der Möglichkeit, unser Gehirn »bei der Arbeit« zu beobachten, das Interesse am Studium kognitiver Funktionen beflügelt. Für ein fundiertes Verständnis höherer Hirnleistungen ist die Verfolgung eines multidisziplinären Ansatzes unabdingbar, der bewährte Methoden wie die sorgfältige Untersuchung des Verhaltens gesunder Versuchspersonen und hirngeschädigter Patienten mit den neuen bildgebenden Methoden und den Möglichkeiten vergleichender und invasiver Ansätze, wie sie das verantwortungsvoll konzipierte Tierexperiment bietet, integriert. Das vorliegende Lehrbuch versucht diese multidisziplinäre Perspektive zu vermitteln. Jeder Buchteil fasst die Erkenntnisse aus der experimentellen Psychologie, der Anatomie und der Neurophysiologie sowie aus der klinischen Neurologie und Neuropsychologie zu den einzelnen Themen zusammen. Wir wünschen uns, dass diese Wahl der Darstellung geeignet ist, gleichermaßen Studenten der Psychologie, der Biologie und der Medizin, aber auch Angehörigen anderer Fach- und Berufsgruppen, die Faszination zu vermitteln, die mit der Erforschung kognitiver Funktionen verbunden ist. Dass dies nicht allein unseren persönlichen Wunsch wiedergibt, sondern ein breites Bedürfnis widerspiegelt, lässt sich an der wachsenden Zahl von Universitäten ablesen, die – was wir sehr begrüßen – zusätzlich zum traditionellen Fächerkanon eine fakultätsübergreifende Graduierten- und Postgraduiertenausbildung für kognitive Neurowissenschaften anbieten. Bewusst verzichtet haben wir in diesem Lehrbuch auf die Darstellung der diagnostischen Verfahren zur Untersuchung neuropsychologischer Störungen sowie deren Behandlungsmöglichkeiten. Zu beiden Themenbereichen existieren bereits eine Reihe hervorragender Lehrbücher. Der Verzicht hat uns die Möglichkeit gegeben, in diesem Lehrbuch den vielfältigen Grundlagen kognitiver Leistungen und den mit ihnen verbundenen theoretischen Konzepten den Raum einzuräumen, der für ein detailliertes Verständnis neuropsychologischer Störungen und der zugrunde liegenden Funktionen unverzichtbar ist. Dass dieses Buch entstehen konnte und dass diese Schwerpunktsetzung möglich wurde, ist der gemeinsamen Anstrengung aller beteiligten Autoren sowie dem Springer-Verlag zu verdanken. Wir wünschen allen Lesern, dass sie die gleiche Freude wie wir selbst bei der Beschäftigung mit diesem so spannenden und faszinierenden Gebiet erfahren mögen. Tübingen, Juli 2002

Hans-Otto Karnath Peter Thier

IX

Inhaltsverzeichnis 1

Die Entwicklung der modernen Neuropsychologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11 1

Klaus Poeck

2

Methoden der kognitiven Neurowissenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Neuronale Implementierung der Objektund Gesichtserkennung . . . . . . . . . . . . . . . .

117

Nikos K. Logothetis

12 7

Visuelle Objektagnosie und Prosopagnosie . .

128

Georg Goldenberg

Christian Büchel, Hans-Otto Karnath, Peter Thier

13

Agnosie von Objektorientierungen . . . . . . . .

139

Hans-Otto Karnath

I

Elemente der visuellen Wahrnehmung

3

Farbwahrnehmung und ihre Störungen . . . .

14 33

Auditive Agnosien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

145

Almut Engelien

Karl R. Gegenfurtner

4

Bewegungssehen, Stereopsis und ihre Störungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

III

Wahrnehmung und Orientierung im Raum

41

15

Thomas Haarmeier

Raumorientierung und kognitive Karten . . . .

153

Hanspeter A. Mallot

5

Neuronale Grundlagen der Merkmalsintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

55

16

Andreas K. Engel

Anatomie und Physiologie des parietalen Kortex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

160

Peter Thier

6

Visuelle Täuschungen . . . . . . . . . . . . . . . . .

66

17

Manfred Fahle

Störungen der visuellen Raumorientierung . .

177

Georg Kerkhoff

7

Visuelle Reizerscheinungen . . . . . . . . . . . . .

84

18

Josef Zihl

8

Zerebrale Blindheit und Gesichtsfeldausfälle

88

Auditives Orientieren im Raum und seine Störungen . . . . . . . . . . . . . . . . . .

185

Jörg Lewald

Josef Zihl

19 9

Blindsehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

97

Petra Stoerig

Erkennen von Objekten, Gesichtern und Geräuschen Funktionelle Prinzipien der Objektund Gesichtserkennung . . . . . . . . . . . . . . . . Heinrich Bülthoff, Alexa I. Ruppertsberg

Die Pusher-Symptomatik . . . . . . . . . . . . . . .

206

Hans-Otto Karnath

21 10

197

Marianne Dieterich

20 II

Vestibuläres System und Störungen der vestibulären Raumorientierung . . . . . . .

Neglect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hans-Otto Karnath

212

Bálint-Holmes-Syndrom . . . . . . . . . . . . . . . .

225

107

22

Hans-Otto Karnath

X

Inhaltsverzeichnis

IV

Aufmerksamkeit

35

Dyslexien und Dysgraphien . . . . . . . . . . . . .

373

Ria De Bleser

23

Funktionen und Modelle der selektiven Aufmerksamkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

239

36

Hermann Müller, Joseph Krummenacher

24

Neuronale Grundlagen von Aufmerksamkeit

Störungen der Aufmerksamkeit . . . . . . . . . .

380

254

Stefan Treue

25

Zerebrale Sprechstörungen . . . . . . . . . . . . . Wolfram Ziegler

261

VII

Zahlenverarbeitung

37

Neurobiologische Grundlagen der Zahlenverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Jon Driver

391

Andreas Nieder

V

Sensomotorik und Handeln

38

Mathematische Leistungen und Akalkulien . .

400

Klaus Willmes

26

Grundlagen zielgerichteter Motorik . . . . . . .

275

Peter Thier

VIII Musikwahrnehmung 27

Psychologische Modelle der Handlungssteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

286

39

Birgit Elsner, Wolfgang Prinz

28

Zielgerichtete Augenbewegungen . . . . . . . .

30

425

Eckart Altenmüller 296

IX

Uwe Ilg, Peter Thier

29

Musikwahrnehmung und Amusien . . . . . . . .

Optische Ataxie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Marie-Therese Perenin

308

Apraxie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

320

40

Gedächtnis Funktionen und Modelle des Gedächtnisses

437

Axel Buchner

41

Georg Goldenberg

Neuroanatomie und Störungen des Gedächtnisses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

448

Hans J. Markowitsch

VI

Sprechen und Sprache

42

Konfabulationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

463

Armin Schnider

31

Neurobiologische Grundlagen des Sprechens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

333

Hermann Ackermann

32

Aufbau und Funktionen der Sprache . . . . . . .

340

X

Frontalhirnfunktionen

43

Die funktionelle Architektur des präfrontalen Kortex . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ria De Bleser

471

Peter Thier

33

Neurobiologische Grundlagen der Sprache . .

346

44

Angela D. Friederici

Funktionen frontaler Strukturen . . . . . . . . . .

479

Markus Ullsperger, D. Yves von Cramon

34

Aphasien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dorothea Weniger

356

45

Manifestationen von Frontalhirnschädigungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Thomas Kammer, Hans-Otto Karnath

489

XI Inhaltsverzeichnis

XI

Beiträge subkortikaler Strukturen zu kognitiven Leistungen

46

Visuelle Wahrnehmung . . . . . . . . . . . . . . . .

503

58

Händigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Monika Pritzel

59

Verhaltensstörungen durch hirnanatomische Asymmetrien? . . . . . . . . . .

Peter Thier

605

610

Lutz Jäncke

47

Exekutive und mnestische Funktionen . . . . .

512

Boris Suchan, Irene Daum

48

Sprache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

521

XV Entwicklung, Funktionsanpassung und Plastizität

Claus-W. Wallesch

60

Perzeptuelles Lernen . . . . . . . . . . . . . . . . . .

617

Manfred Fahle

XII

Affektivität

49

Psychologie der Emotionen . . . . . . . . . . . . .

61 527

Motorisches Lernen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

624

Jürgen Konczak

Alfons O. Hamm

62 50

Physiologie und Anatomie der Emotionen . . .

535

Störungen des emotionalen Erlebens und Verhaltens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

632

Zvi Penner, Jürgen Weissenborn, Angela D. Friederici

Ralph Adolphs

51

Sprachentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

63 545

Kortikale Reorganisation . . . . . . . . . . . . . . .

640

Thomas Elbert, Brigitte Rockstroh

Hermann Ackermann

64 XIII Störungseinsicht 52

Neuronale Grundlagen des Bewusstseins . . .

54

555

XVI Altern und Demenz

Anosognosie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hans-Otto Karnath

565

Verwirrtheitszustände . . . . . . . . . . . . . . . . .

576

Normales kognitives Altern . . . . . . . . . . . . .

667

66

Demenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

678

Friedel M. Reischies

XIV Lateralität Anatomie der kortikalen Verbindungen . . . . .

65

Ulrich Mayr

Claus-W. Wallesch

55

654

Michael Rijntjes, Cornelius Weiller

Henrik Walter

53

Funktionsanpassung im motorischen und im sprachlichen System . . . . . . . . . . . . . . . .

Anhang 583

Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

689

586

Die wichtigsten anatomischen Strukturen des Gehirns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

703

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

707

Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

753

Fahad Sultan, Susanne Gräber

56

Hirnanatomische Asymmetrien . . . . . . . . . . Lutz Jäncke

57

Funktionelle Links-rechts-Asymmetrien . . . . Lutz Jäncke

595

XIII

Mitarbeiterverzeichnis Ackermann, Hermann, Prof. Dr.

De Bleser, Ria, Prof. Dr.

Friederici, Angela D., Prof. Dr.

Neurologische Abteilung, Fachkliniken Hohenurach, Immanuel-Kant-Str. 31, 72574 Bad Urach

Institut für Linguistik/Kognitive Neurolinguistik, Universität Potsdam, Postfach 601553, 14415 Potsdam

Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, Stephanstr. 1a, 04103 Leipzig

Adolphs, Ralph, Prof. Dr.

Dieterich, Marianne, Prof. Dr.

Gegenfurtner, Karl R., Prof. Dr.

Division of Cognitive Neuroscience, Department of Neurology, University of Iowa, 200 Hawkins Drive, Iowa City, IA 52242–1053, USA

Neurologische Universitätsklinik, Langenbeckstr. 1, 55101 Mainz

Justus-Liebig-Universität Gießen, Abteilung Allgemeine Psychologie, Otto-Behaghel-Str. 10, 35394 Gießen

Altenmüller, Eckart, Prof. Dr. Institut für Musikphysiologie und Musiker-Medizin, Hochschule für Musik und Theater Hannover, Hohenzollernstr. 47, 30161 Hannover

Büchel, Christian, Prof. Dr. Institut für Systemische Neurowissenschaften, Haus S10, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf Martinistr. 52, 20246 Hamburg

Buchner, Axel, Prof. Dr. Institut für Experimentelle Psychologie, Heinrich-Heine-Universität, Universitätsstr. 1, 40225 Düsseldorf

Bülthoff, Heinrich H., Prof. Dr. Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Spemannstr. 38, 72076 Tübingen

Driver, Jon, Prof. Dr. Institute of Cognitive Neuroscience, University College London, Alexandra House, 17 Queen Square, London WC1N 3AR, UK

Goldenberg, Georg, Prof. Dr.

Elbert, Thomas, Prof. Dr.

Gräber, Susanne, Dr.

Fachbereich Psychologie, Universität Konstanz, Postfach D25, 78434 Konstanz

Gartenstr. 21, 72074 Tübingen

Elsner, Birgit, Dr. Institut für Psychologie, Universität Heidelberg, Hauptstr. 47–51, 69117 Heidelberg

Engel, Andreas K., Prof. Dr. Institut für Neurophysiologie und Pathophysiologie, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Martinistr. 52, 20246 Hamburg

Engelien, Almut, Dr. Cramon, D. Yves von, Prof. Dr. Max-Planck-Institut für Kognitionsund Neurowissenschaften, Stephanstr. 1a, 04103 Leipzig

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie, Universitätsklinikum Münster, 48129 Münster

Daum, Irene, Prof. Dr.

Fahle, Manfred, Prof. Dr.

Institut für Kognitive Neurowissenschaft, Abt. Neuropsychologie, Ruhr-Universität Bochum, Universitätsstr. 150, 44780 Bochum

Institut für Neurobiologie, Universität Bremen, Argonnenstr. 3, 28211 Bremen

Städtisches Klinikum München GmbH, Abteilung Neuropsychologie, Englschalkingerstr. 77, 81925 München

Haarmeier, Thomas, Priv.-Doz. Dr. Zentrum für Neurologie, Abteilung Allgemeine Neurologie, Hoppe-Seyler-Str. 3, 72076 Tübingen

Hamm, Alfons O., Prof. Dr. Institut für Psychologie, Ernst-MoritzArndt Universität Greifswald, Franz-Mehring-Str. 47, 17487 Greifswald

Ilg, Uwe, Prof. Dr. Hertie-Institut für klinische Hirnforschung, Abt. Kognitive Neurologie, Universität Tübingen, Otfried-Müller-Str. 27, 72076 Tübingen

Jäncke, Lutz, Prof. Dr. Institut für Psychologie, Neuropsychologie, Zürichbergstr. 43, 8044 Zürich, Schweiz

Kammer, Thomas, Dr. Universitätsklinik für Psychiatrie, Psychiatrie III, Universität Ulm, Leimgrubenweg 12–14, 89075 Ulm

XIV

Mitarbeiterverzeichnis

Karnath, Hans-Otto, Prof. Dr. Dr.

Müller, Hermann, Prof. Dr.

Rockstroh, Brigitte, Prof. Dr.

Zentrum für Neurologie, Sektion Neuropsychologie, Universität Tübingen, Hoppe-Seyler-Str. 3, 72076 Tübingen

Allgemeine und Experimentelle Psychologie, LMU München, Leopoldstr. 13, 80802 München

Universität Konstanz, Fachbereich Psychologie, Universitätsstr. 10, 78457 Konstanz

Nieder, Andreas, Dr.

Ruppertsberg, Alexa I., Dr.

Universität des Saarlandes, FR Psychologie, Klinische Neuropsychologie, Postfach 151150, 66041 Saarbrücken

Hertie-Institut für Klinische Hirnforschung, Abt. Kognitive Neurologie, Universität Tübingen, Otfried-Müller-Str. 27, 72076 Tübingen

Department of Optometry, University of Bradford, Bradford, BD7 1DP, UK

Konczak, Jürgen, Prof. Dr.

Penner, Zvi, Priv.-Doz. Dr.

Institut für Sportwissenschaft, Universität Regensburg, Universitätsstr. 31, 93040 Regensburg

Fachbereich Sprachwissenschaft, Universität Konstanz, Postfach D185, 78457 Konstanz

Clinique de Rééducation, Hôpital Cantonal Universitaire, Avenue de Beau-Séjour 26, 1211 Genève, Schweiz

Krummenacher, Joseph, Dr.

Perenin, Marie-Therese, Dr.

Stoerig, Petra, Prof. Dr.

Allgemeine und Experimentelle Psychologie, LMU München, Leopoldstr. 13, 80802 München

INSERM U371 »Cerveau et Vision«, 18 avenue Doyen Lépine, 69675 Bron, Frankreich

Institut für Experimentelle Psychologie, Heinrich-Heine-Universität, Universitätsstr. 1, 40225 Düsseldorf

Lewald, Jörg, Priv.-Doz. Dr.

Poeck, Klaus, Prof. Dr.

Suchan, Boris, Dr.

Fakultät für Psychologie, Ruhr-Universität, 44780 Bochum

Em. Direktor der Neurologischen Universitätsklinik, RWTH Aachen, Pauwelsstr. 30, 52074 Aachen

Institut für Kognitive Neurowissenschaft, Abt. Neuropsychologie, Ruhr-Universität Bochum, Universitätsstr. 150, 44780 Bochum

Kerkhoff, Georg, Prof. Dr.

Schnider, Armin, Prof. Dr.

Logothetis, Nikos K., Prof. Dr. Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Spemannstr. 38, 72076 Tübingen

Prinz, Wolfgang, Prof. Dr. Max-Planck-Institut für Kognitionsund Neurowissenschaften, Stephanstr. 1a, 04103 Leipzig

Mallot, Hanspeter A., Prof. Dr.

Sultan, Fahad, Dr. Hertie-Institut für Klinische Hirnforschung, Abt. Kognitive Neurologie, Otfried-Müller-Str. 27, 72076 Tübingen

Kognitive Neurowissenschaft, Zoologisches Institut, Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle 28, 72076 Tübingen

Pritzel, Monika, Prof. Dr.

Markowitsch, Hans J., Prof. Dr.

Reischies, Friedel M., Prof. Dr.

Universität Bielefeld, Abteilung für Psychologie, Universitätsstr. 25, 33615 Bielefeld

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie, Charité – Campus Benjamin Franklin, Eschenallee 3, 14050 Berlin

Treue, Stefan, Prof. Dr.

Mayr, Ulrich, Prof. Dr.

Rijntjes, Michel, Dr.

Ullsperger, Markus, Dr.

Psychologisches Institut, Universität Bonn, Römerstr. 164, 53117 Bonn

Neurologische Universitätsklinik, Universität Freiburg – Neurozentrum, Breisacher Str. 64, 79106 Freiburg

Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, Stephanstr. 1a, 04103 Leipzig

Fachbereich Psychologie, Universität Koblenz-Landau, Abteilung Landau, Im Fort 7, 76829 Landau

Thier, Peter, Prof. Dr. Zentrum für Neurologie, Abteilung Kognitive Neurologie, Hoppe-Seyler-Str. 3, 72076 Tübingen

Deutsches Primatenzentrum Göttingen, Kellnerweg 4, 37077 Göttingen

XV Mitarbeiterverzeichnis

Wallesch, Claus-W., Prof. Dr.

Ziegler, Wolfram, Priv. Doz. Dr.

Klinik für Neurologie, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Leipzigerstr. 44, 39120 Magdeburg

Städtisches Klinikum München GmbH, Entwicklungsgruppe Klinische Neuropsychologie, Dachauer Str. 164, 80992 München

Walter, Henrik, Prof. Dr. Dr.

Zihl, Josef, Prof. Dr.

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie, Universitätsklinikum Frankfurt, Heinrich-Hoffmann-Str. 10, 60528 Frankfurt a. M.

Institut für Psychologie, Neuropsychologie, LMU München, Leopoldstr. 13, 80802 München

Weiller, Cornelius, Prof. Dr. Neurologische Universitätsklinik, Universität Freiburg – Neurozentrum, Breisacher Str. 64, 79106 Freiburg

Weissenborn, Jürgen, Prof. Dr Institut für Linguistik/Allgemeine Sprachwissenschaft, Universität Potsdam, Postfach 601553, 14415 Potsdam

Weniger, Dorothea, Dr. Neurologische Klinik, Universitätsspital Zürich, Frauenklinikstr. 26, 8091 Zürich, Schweiz

Willmes-von Hinckeldey, Klaus, Prof. Dr. Lehr- und Forschungsgebiet Neuropsychologie, Neurologische Klinik, RWTH Aachen, Pauwelsstr. 30, 52057 Aachen

1

1 Die Entwicklung der modernen Neuropsychologie Klaus Poeck

Der Terminus »Neuropsychologie« wird zu Unrecht dem amerikanischen Psychologen Hebb zugeschrieben, der 1949 einem Buch über die Organisation des Verhaltens den Untertitel gab: eine neuropsychologische Theorie. Die Bezeichnung gewann große Publizität, als im Jahre 1960 eine Sammlung der Schriften von Lashley über Experimente an Ratten und Affen erschien: die Neuropsychologie von Lashley. Dieser war 1937 als Research Professor of Neuropsychology an die Harvard-Universität berufen worden. Tatsächlich aber geht der Terminus auf Sir William Osler zurück, der am 16.04.1913 bei der Eröffnung des Johns Hopkins Hospitals in einem Vortrag den Ausdruck Neuropsychologie verwendete. Lashley studierte zu dieser Zeit als Graduate Student an der Johns Hopkins Universität und dürfte diesen Vortrag gehört haben (Bruce 1985). Heute definieren wir die Neuropsychologie als ein Forschungsgebiet, das die Beziehungen zwischen Gehirnfunktionen und Verhalten mit den Untersuchungs- und Auswertungsmethoden der experimentellen Psychologie untersucht. Die Geschichte der modernen Neuropsychologie beginnt mit der Entwicklung des Konzeptes, dass Persönlichkeitseigenschaften und psychologische Funktionen eine bestimmte Lokalisation im Gehirn haben. Diese ersten Überlegungen hatten die antero-posteriore Dimension, also Stirnhirn vs. rückwärtige Hirnabschnitte und nicht Seitenasymmetrien (linke vs. rechte Hemisphäre) der Hirnorganisation zum Inhalt. In diesem Sinne sind als Pioniere Gall und Spurzheim zu nennen. Sie haben eine Reihe bedeutender neuroanatomischer Entdeckungen gemacht, für die sie aber heute nicht mehr bekannt sind. Sie haben festgestellt, dass die Zellen des Kortex mit subkortikalen Strukturen verbunden sind, sie haben die Pyramidenkreuzung und die Kommissurenverbindungen im Großhirn beschrieben und haben erkannt, dass das Rückenmark, wie das Gehirn, in graue und weiße Substanz untergliedert ist.

Bekannt wurde Gall (. Abb. 1.1) durch eine Lehre, die schon zu seinen Lebzeiten als falsch erkannt wurde. Sie erhielt den Namen Phrenologie und wurde in der Edinburgh Phrenological Society und der Zeitschrift »Phrenological Journal and Miscellany« gepflegt. Gall untersuchte die äußeren Merkmale des Schädels und brachte dessen Vorwölbungen und Vertiefungen mit den seiner Meinung nach wesentlichen Merkmalen von Persönlichkeit und Verhalten in Beziehung. Eine Vorwölbung sollte anzeigen, dass die darunter liegende Hirnwindung besonders gut ausgebildet

. Abb. 1.1. Franz-Josef Gall (1758–1828)

1

2

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Kapitel 1 · Die Entwicklung der modernen Neuropsychologie

sei, eine Vertiefung sollte für Unterentwicklung der darunter liegenden Hirnwindung sprechen. Beide Arten von umschriebenen Varianten des Schädels zeigten für Gall besonders gute oder besonders schlechte Fähigkeiten an. Untersuchungen am Gehirn selbst maßen Gall und Spurzheim keine Bedeutung bei (Gall 1825). Hätten sie statt der Oberflächenmerkmale des Schädels dessen Innenfläche untersucht, so wären sie einer wissenschaftlichen Hirnforschung nahe gewesen. Obwohl die Phrenologie von der Wissenschaft nicht akzeptiert wurde, machte das Postulat, Persönlichkeitseigenschaften hätten eine bestimmte Hirnlokalisation, Gall bei den Herrschenden unbeliebt und führte zu seiner Exkommunikation. Einen modernen Höhepunkt erreichte die Phrenologie in den Lehren von Karl Kleist (1934), der Verhaltenselemente wie »sittliche Wertvorstellungen« mit speziellen anatomischen Orten in der Großhirnrinde in Verbindung brachte. Nach Gall kam Flourens (1842) aufgrund experimenteller Arbeiten an Tiergehirnen zu dem richtigen Ergebnis, das Großhirn sei der Sitz der Intelligenz, das Kleinhirn koordiniere die Motorik und die Medulla oblongata beherberge die Grundprinzipien des Lebens. Innerhalb der Großhirnrinde sah Flourens keine spezielle Lokalisation von Intelligenzfunktionen. Einbußen an Intelligenz seien mit der Menge an zerstörtem Hirngewebe korreliert. Bedenkt man, dass Flourens seine Experimente an Tauben und Hühnern durchführte, die nur einen winzigen Neokortex und ein sehr begrenztes Verhaltensrepertoire haben, muss man ihm großen Respekt zollen. Die erste psychologische Funktion, die im Hinblick auf die Hirnlokalisation eingehend studiert wurde, war das Sprachvermögen. Bouillaud (1925) erklärte, die Sprache habe im linken Frontallappen ihren Sitz. Er begründete das damit, dass differenzierte Bewegungen v. a. mit der rechten Hand ausgeführt werden und postulierte daher, auch Sprachbewegungen würden vom linken Frontallappen gesteuert. Sprech- und Sprachvermögen wurden seinerzeit noch nicht unterschieden. Das Sprachverständnis rechnete man zur Intelligenz. Wenige Jahre später, 1836, stelle der Augenarzt Marc Dax in Montpellier mehr als 40 Fälle vor, bei denen Sprachstörungen nach einer Läsion in der linken Hemisphäre aufgetreten waren. Das Manuskript publizierte er allerdings erst nach Brocas erster Mitteilung (Dax 1865). Am 18.04.1861 legte der Chirurg Pierre Paul Broca (. Abb. 1.2) in der Pariser anthropologischen Gesellschaft den äußeren Gehirnbefund des Patienten Leborgne vor, der

. Abb. 1.2. P. Paul Broca (1824–1880)

rechtsseitig gelähmt war und das Sprachvermögen so weit verloren hatte, dass er nur noch repetitiv die Silbe »tan« sprach, einen, wie wir heute sagen, fortlaufenden Sprachautomatismus. Broca erklärte, Leborgne habe alles verstanden, was zu ihm gesagt wurde. Die Anforderungen an das Sprachverständnis werden in einem Asyl des 19. Jahrhunderts aber sicher nicht groß gewesen sein. Broca war der Auffassung, dass das Zentrum der ischämischen Läsion der Fuß der linken 3. Stirnwindung sei. Tatsächlich hatte der Patient, wie man schon beim Betrachten der Oberfläche des Gehirns erkennen konnte, einen Infarkt im gesamten Versorgungsgebiet der linken A. cerebri media erlitten. Dies konnte Signoret (1980) nachweisen, indem er das Gehirn von Leborgne, das Jahrzehnte lang verschollen gewesen war, in einem Computertomographen untersuchte. Entsprechend hatte der Patient auch nicht die Sprachstörung, die wir heute als Broca-Aphasie bezeichnen, sondern die schwerste Form der globalen Aphasie, die durch fortlaufende Sprachautomatismen, bei fehlendem oder sehr

3 Die Entwicklung der modernen Neuropsychologie

schwer gestörtem Sprachverständnis gekennzeichnet ist (Poeck et al. 1984b). Broca hatte die Sprachstörung seines Patienten als Aphemie bezeichnet. Der Name Aphasie stammt von Trousseau (1864). Weniger bekannt ist, dass Broca den »grand lobe limbique« anatomisch abgrenzte, womit er den Papez-Funktionskreis des limbischen Systems vorwegnahm (Broca 1878). Broca hielt an seiner Behauptung über den Sitz der Sprache (»la circonvolution du language«) anhand von 8 weiteren Fällen hartnäckig fest und blendete die Hirnläsionen aus, die bei seinen Patienten außerhalb des Fußes der linken 3. Stirnwindung vorlagen. Er wurde dafür von Pierre Marie wiederholt heftig angegriffen (»Die 3. linke Stirnwindung spielt nicht die geringste Rolle für die Sprachfunktionen«). Marie (1906) betonte die Rolle der Insel (»quadrilatère«) für das expressive Sprachvermögen, eine Behauptung, die später von Ojeman und Whitaker (1978) in elektrischen Stimulationsversuchen bestätigt wurde. Marie wandte sich gegen die Einteilung der Aphasien nach Untergruppen (»l’aphasie est une«). Dennoch setzte sich in den 70er und 80er Jahren des 20. Jahrhunderts eine klinische Klassifikation der Aphasien durch. Man beschrieb 4 sog. Standardsyndrome (Broca-, Wernicke-, amnestische und globale Aphasie) und Nichtstandardsyndrome (die Leitungs- und die transkortikalen Aphasien). Die Standardsyndrome werden fast nur nach Infarkten im Territorium bestimmter Hirnarterien beobachtet. Eine nähere Analyse (Poeck 1983b) zeigte, dass die Struktur dieser Syndrome nicht psychologisch oder linguistisch kohärent ist, sondern auch nichtlinguistische Epiphänomene aufweist. Man muss diese Syndrome als Artefakte ansehen, deren Bestandteile sich nicht wechselseitig bedingen, sondern durch die Anatomie der zerebralen Gefäßversorgung zustandekommen. Es sind aber nützliche Artefakte, weil in Gruppenuntersuchungen Patienten, die eine ähnliche Symptomatik haben, damit klassifiziert werden können. Der Name Carl Wernicke (. Abb. 1.3) ist im Bewusstsein der Neuropsychologie hauptsächlich an die Beschreibung der später nach ihm benannten Aphasieform geknüpft (Wernicke 1874). Ebenso wichtig ist, dass Wernicke als Erster das Konzept der Leitungsstörungen entwickelte: Eine psychologische Störung trete nicht nur dann auf, wenn ein bestimmtes Hirnrindenareal geschädigt sei, sondern ebenso dann, wenn die zu- und abführenden Bahnen eine Läsion aufweisen. Dies demonstrierte er am Beispiel der Leitungsaphasie, für die er eine Läsion des Fasciculus arcuatus postu-

. Abb. 1.3. Carl Wernicke (1848–1905)

lierte, der die Hörregion mit der motorischen Sprachregion verbindet. In gleicher Weise hatte Dejerine (1892) die reine, also ohne Agraphie auftretende Alexie bei linksseitigem Okzipitallappeninfarkt durch eine Läsion des rückwärtigen Balkens erklärt, welche die Faserverbindung zwischen der intakten rechten Sehregion und dem linken Gyrus angularis unterbrochen und dadurch visuell-sprachliche Assoziationen unmöglich gemacht hatte. Auch die visuelle »Objektagnosie« wurde so als Benennungsstörung für visuell, nicht aber taktil wahrgenommene Objekte erklärt. Eine ähnliche hodologische (griech. »hodos« = Weg) Auffassung vertrat in England Henry Charlton Bastian, ein sehr origineller klinischer Forscher, der 2 Jahre vor Wernicke die »sensorische Aphasie« sowie die Worttaubheit und Wortblindheit, d. h. die reine Alexie beschrieben hatte (Bastian 1869). Er entwickelte auch den bemerkenswert modernen Gedanken, dass »Zentren« nicht topographisch unterscheidbare Areale im Gehirn seien, sondern distinkte Zell- und Fasermechanismen (!), die in einer mehr oder

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Kapitel 1 · Die Entwicklung der modernen Neuropsychologie

weniger diffusen und untereinander verwobenen Art existierten (Bastian 1880). Damit hatte er die heutigen Auffassungen über Netzwerkorganisation vorweggenommen. Auf der Grundlage der Leitungstheorie beschrieb Liepmann (1905) die motorischen Apraxien, die er als »Aphasie der Extremitätenmuskeln« bezeichnete und führte für die falschen oder veränderten Bewegungen der Apraktiker, analog zur Aphasielehre, den Terminus Parapraxien ein. Eine isolierte Apraxie der linken Hand konnte er durch eine Läsion im mittleren Balken mit Unterbrechung der Kommissurenfasern zwischen den beiden motorischen Assoziationsfeldern erklären. Die Funktionen der neokortikalen Kommissuren wurden im Tierexperiment an der »Split-brain«-Präparation und auch am Menschen nach Durchtrennung des Balkens zur Behandlung medikamentös therapierefraktärer Epilepsie durch Sperry (1982) und auch Gazzaniga (1995) eingehend studiert. Die Leitungstheorie umfassend zur Erklärung neuropsychologischer Störungen heranzuziehen war das große Verdienst von Norman Geschwind, nachdem er einen Patienten mit Agraphie nur der linken Hand beobachtet hatte (Geschwind u. Kaplan 1962). Die Arbeiten über Diskonnektionssyndrome beim Menschen und im Tierexperiment (Geschwind 1965) leiteten eine Richtung in der Neuropsychologie ein, in der die Anatomie wieder in ihr Recht eingesetzt wurde, in bewusstem Gegensatz zu holistischen Auffassungen wie sie von Goldstein und von Henry Head vertreten worden waren. Geschwind interpretierte viele neuropsychologische Syndrome als Folge einer Unterbrechung im Signalaustauch zwischen zwei Assoziationsfeldern. Gegen diese Interpretation ist der Einwand erhoben worden, es könne nicht sein, dass »Gedanken auf vorgeschriebenen Bahnen durch das Gehirn wandern« (Scheller, s. Poeck 1968). Das hat Geschwind nie behauptet, und für bestimmte Syndrome ist seine Theorie auch heute noch gültig. Nach dem Zweiten Weltkrieg erlebte die Neuropsychologie in Europa einen lebhaften Aufschwung. Sie verdankte diesen vor allem der Einrichtung des »Internationalen Neuropsychologischen Symposions«, einem Zusammenschluss von Neurowissenschaftlern aus verschiedenen Disziplinen, die sich seit 1950 in der immer gleichen Juniwoche fast jährlich an wechselnden Orten in Europa trafen und mehrere Tage lang sehr intensiv Themen aus der klinischen und tierexperimentellen Hirnforschung diskutierten. Der Vater dieses Symposions war Henry Hécaen, Paris, unterstützt von bedeutenden Forschern wie Oliver Zangwill, O. Pötzl, R.C. Oldfield, Hans Hoff, Klaus Conrad und Richard Jung.

. Abb. 1.4. Henry Hécaen (1912–1983)

Hécaen (. Abb. 1.4) war ein bewundernswerter Integrator. Er verfasste viele Monographien über den »state of the art« der Hirnforschung (z. B. Hécaen u. Ajuriaguerra 1949) und begründete 1963 die Zeitschrift »Neuropsychologia«, das erste internationale Forum für die junge Wissenschaft. Ein regelmäßiger Teilnehmer an den Symposien war Hans-Lukas Teuber, einer der bedeutendsten Forscher in der Neuropsychologie. Aus Deutschland vertrieben, hatte er nach dem Zweiten Weltkrieg an der New York University ein neuropsychologisches Laboratorium aufgebaut, in dem er mit hervorragenden Wissenschaftlern wie Josephine Semmes, Lila Ghent, Rita Rudel, Sidney Weinstein und Stan Battersby die Folgen von Hirnverletzungen auf die somatische Sensibilität, auf zentrale visuelle Funktionen, auf räumliche Orientierung und auf allgemeine Funktionen wie Problemlösen untersuchte. In der Gruppe wurde das Konzept der doppelten Dissoziation von Funktionen nach Hirnverletzungen entwickelt, und im Zusammenhang da-

5 Die Entwicklung der modernen Neuropsychologie

mit erweiterte das Team die Kenntnisse von der funktionellen Asymmetrie der Hirnhemisphären (Teuber 1969). Teuber förderte sehr großzügig jüngere Kollegen in Europa und auch in Deutschland, besonders nachdem er die Leitung des Department of Psychology in Cambridge, Mass., übernommen hatte. Einen ähnlich großen Einfluss, besonders auf jüngere Kollegen in Italien und Deutschland, übte der Psychologe Arthur Benton aus, Professor für Neurologie und Psychologie in Iowa City. Benton war ein strenger Methodiker und ein kreativer Forscher. Seine Arbeiten über räumlichkonstruktive Leistungen, über nichtaphasische Beeinträchtigungen bei Patienten mit linksseitiger Hirnschädigung, über Rechts-links-Störung und Fingerlokalisation (Benton 1959) verband er jeweils mit der Entwicklung von validen Tests. Benton spielte eine Vaterrolle für zwei Gruppen, in Mailand und in Aachen, die sich Ende der 60er Jahre formierten, um neuropsychologisch zu arbeiten. In der Mailänder Gruppe um De Renzi und Vignolo wurde 1964 »Cortex« gegründet, die zweite internationale Zeitschrift für Neuropsychologie, die ebenfalls großen internationalen Erfolg hatte. Die Aktivitäten der Gruppe erstreckten sich vor allem auf Untersuchungen zur Apraxie und zum visuellen Erkennen. Sie führten zur Gründung von weiteren Zentren in Rom, in Padua und in mehreren anderen Städten Italiens. Die Aachener Gruppe war aus der Zusammenarbeit des Neurologen Poeck mit dem Psychologen Orgass hervorgegangen. In wenigen Jahren erweiterte sie sich um die Psychologen Hartje, Sturm und Willmes, die Linguisten Huber, Stachowiak und De Bleser und Logopäden, von denen hier Luisa Springer genannt wird. Aus der Gruppe gingen viele klinische und neurolinguistische Arbeiten über Aphasie hervor. Der Aachener Aphasietest (Huber et al. 1983) wurde in mehrere Sprachen übertragen. Im Laufe ihrer Arbeiten vollzog sich in der Gruppe, wie auch in anderen Gruppen in Mailand, in Großbritannien und in den USA eine Hinwendung von der Beschreibung und Diagnostik zur linguistisch orientierten Therapie aphasischer Sprachstörungen, die sich als sehr fruchtbar erwies. Auch für andere neuropsychologische Störungen (z. B. Beeinträchtigungen der Aufmerksamkeit) wurden an vielen Orten wissenschaftlich fundierte Therapieverfahren entwickelt. Bentons Nachfolger in der Leitung des Laboratoriums in Iowa wurde der Neurologe Antonio Damasio. Dieser hatte zunächst, gemeinsam mit seiner Frau Hanna, einer erstklassigen Neuroradiologin, anhand von CT- und MRTBefunden die Hirnlokalisation von neuropsychologischen

Syndromen erforscht (Damasio u. Damasio 1989). Anfang der 90er Jahre wandte er sich der Erforschung von Phänomenen des Bewusstseins zu. Dabei ging er von Krankengeschichten und Untersuchungen dieser Patienten mit der Positronenemissionstomographie und der funktionellen Kernspintomographie aus (s. Infobox »Funktionelle Bildgebung«). Seine Beobachtungen führten ihn zu einer Theorie, die das Bewusstsein eng an Emotionen und Gefühle knüpft (Damasio 1999). Damasio zielte mit seinen Interpretationen auf eine philosophisch-anthropologische Theorie des Bewusstseins, die auf neuroanatomisch lokalisierbare Funktionen und Funktionsstörungen gegründet ist. Die individuelle Nomenklatur macht das Verständnis und den Vergleich mit den Ergebnissen und Theorien anderer Autoren allerdings schwierig. Die moderne Neuropsychologie hatte damit begonnen, dass die anekdotische Beschreibung von Einzelfällen, deren Untersuchung mit nicht standardisierten Verfahren und die Interpretation der so erhobenen Befunde anhand der individuellen Erfahrungen und Meinungen des Untersuchers als ungenügend angesehen wurde. Die experimentelle Psychologie hatte seit Binet Methoden zur Erfassung und Auswertung von Gruppendaten entwickelt. Diese Kenntnisse und Vorgehensweisen beherrschten nach dem Zweiten Weltkrieg generell die internationale neuropsychologische Forschung. Die neu gewonnene Objektivität wurde aber damit bezahlt, dass durch diesen Zugang nur falsche vs. korrekte Lösungen erfasst wurden. Mechanismen und Prozesse dagegen und Veränderungen der Leistungen waren nicht leicht, jedenfalls nicht ohne sehr großen Untersuchungsaufwand, zu erkennen. Als Reaktion auf diese Begrenztheit der Aussagen führten kognitive Psychologen und Psycholinguisten wieder Einzelfalluntersuchungen ein, in denen pathologische Veränderungen von Prozessen im Detail analysiert wurden, allerdings um den Preis einer nur begrenzten Vergleichbarkeit der einzelnen Patienten. Außerhalb des (auch in Europa) angloamerikanisch orientierten Hauptstroms neuropsychologischer Arbeit hatte in Russland Luria während des Zweiten Weltkrieges und danach eine Forschungsrichtung begründet, die letztlich zu einer neuropsychologischen Therapie führen sollte (Luria 1980). Luria studierte Prozesse der Erholung nach akuter Hirnverletzung und entwickelte die Theorie, dass Traumen bestimmte Funktionen nicht zerstörten, sondern hemmten und dass gehemmte Funktionen wiederhergestellt werden können. Dabei laufe ein charakteristisches Erholungsmuster ab. Luria experimentierte mit Pharmaka, mit Übungen und mit »restorativer Psychotherapie«. Resti-

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Kapitel 1 · Die Entwicklung der modernen Neuropsychologie

tution psychologischer Funktionen nach Hirnverletzung fasste er als das Ergebnis von Reorganisation mit Hilfe von neuronalen Strukturen auf, die von dem Trauma nicht betroffen gewesen waren (Luria et al. 1969). Damit hat Luria eine Forschungsrichtung vorweggenommen, die in der jüngeren Zeit eine große Rolle spielt, die Entwicklung wissenschaftlich fundierter Therapieverfahren: 4 Welche Prozesse liegen der spontanen Rückbildung von Funktionsstörungen zugrunde? 4 Wie kann man rational begründet und überprüfbar die Rückbildung fördern? 4 Welche Hirnstrukturen sind an der Rückbildung, an Restitution und Substitution beteiligt? In dieser Forschung werden heute auch moderne, bildgebende Verfahren (7 Kap. 2) eingesetzt. Es ist zu erwarten, dass die Therapieforschung wieder auf die Grundlagenforschung zurückwirken wird.

7

2 Methoden der kognitiven Neurowissenschaften Christian Büchel, Hans-Otto Karnath und Peter Thier

2.1

Funktionelle Bildgebung

2.1.1 2.1.2

Positronenemissionstomographie (PET) – 8 Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) – 8

–7

2.2

Strukturelle Bildgebung

2.2.1 2.2.2 2.2.3

Läsionsanalyse – 14 Voxel-basierte Morphometrie – 18 Diffusionstensor-Morphometrie – 20

ten eingesetzten Methoden gewissen Moden. Diese führen manchmal sogar zur »Betriebsblindheit«, bei der die mit einer bestimmten Untersuchungsmethode arbeitenden Wissenschaftler ihr Hauptaugenmerk lediglich auf Studien und Ergebnisse legen, die mit derselben Methode erhoben wurden (Fellows et al. 2005). Tatsächlich aber hat jede der verschiedenen Techniken ihre ganz spezifischen Stärken und Schwächen, die sich gegenseitig ergänzen und nicht ersetzen. Erst das Gesamtkonzert der Beiträge aus verschiedenen methodischen Richtungen erlaubt es, langsam ein verlässliches Bild der unterschiedlichen Hirnfunktionen des Menschen zu entwerfen. Dieses Kapitel soll eine Einführung geben.

– 14

2.3

Elektrophysiologische Verfahren

2.3.1 2.3.2 2.3.3

Elektroenzephalographie (EEG) – 22 Magnetenzephalographie (MEG) – 23 Techniken der EEG- und MEG-Datenanalyse – 24

– 22

2.4

Stimulationsverfahren

2.4.1 2.4.2

Transkranielle Magnetstimulation (TMS) – 25 Stimulation und Ableitung mit Elektroden im Rahmen neurochirurgischer Eingriffe – 25

– 25

2.5

Tierexperimentelle Ansätze – 26

2.5.1 2.5.2

Ableitung von Aktionspotentialen – 27 Mikrostimulation und experimentelle Läsionen – 28

)) Das Spektrum der in den kognitiven Neurowissenschaften eingesetzten Verfahren hat sich in den letzten Jahren enorm erweitert. Es reicht von Methoden der funktionellen Bildgebung, der Läsionsanalyse und morphometrischen Verfahren, über elektrophysiologische Techniken wie der Magnetenzephalographie bis hin zur Mikrostimulation und Ableitung von Aktionspotentialen im Tierexperiment. Diese unterschiedlichen Techniken werden mit dem Ziel eingesetzt, die Strukturen und Aktivitäten des Gehirns zu messen und dadurch seine verschiedenen Funktionen zu verstehen. Dies geschieht in dem Bemühen, zu neuen theoretischen Konzepten des menschlichen Verhaltens und Denkens zu gelangen. Wie in jeder Wissenschaft, so unterliegen auch die in den kognitiven Neurowissenschaf6

2.1

Funktionelle Bildgebung

Die in diesem Abschnitt vorgestellten Verfahren der Positronenemissionstomographie (PET) und der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) messen neuronale Aktivität nur indirekt über Stoffwechselveränderungen, sind also metabolische bildgebende Verfahren. Diese Stoffwechselveränderungen in der Nachbarschaft aktivierter Neuronenpopulationen führen im gesunden Gehirn zu einem Anstieg des regionalen zerebralen Blutflusses (rCBF). Es ist diese »hämodynamische Antwort«, die indirekt mit der neuronalen Aktivität zusammenhängt, die bei der PET und fMRT gemessen werden. Beide Verfahren haben ihre Vor- und Nachteile. Der hohe Aufwand und die Strahlenbelastung rechtfertigen derzeit die Anwendung der PET für einfache Messungen des regionalen zerebralen Blutflusses (rCBF) mit H215O im Rahmen einer kognitiven Aufgabe nicht. Die Hauptanwendung der PET liegt auf der Bildgebung mit speziellen Liganden, die direkte Neurotransmitter-Wechselwirkungen sichtbar machen können, wie z. B. die Dopaminausschüttung bei komplexen kognitiven Aufgaben (Koepp et al. 1998). Insbesondere die Strahlenbelastung bei der PET begrenzt die Wiederholbarkeit von Untersuchungen. Die funktionelle Kernspintomo-

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8

2

Kapitel 2 · Methoden der kognitiven Neurowissenschaften

graphie ist dagegen beliebig wiederholbar. Mit demselben Gerät kann eine Vielzahl von weiteren Daten des gleichen Probanden gewonnen werden (anatomische Strukturen, diffusionsgewichtete Bilder etc.). Weiterhin bietet die fMRT die Möglichkeit, bei entsprechendem Design die Daten ereigniskorreliert auszuwerten, so dass auch einzelne Versuchsdurchgänge (ereigniskorrelierte fMRT) analysierbar sind. Diese Technik verbessert die zeitliche Auflösung und erlaubt es, Stimuli in randomisierter Reihenfolge zu präsentieren.

2.1.1 Positronenemissionstomographie

(PET) Aktivierungsstudien mit PET benutzen instabile Radioisotope, die in einem Zyklotron vor Ort hergestellt werden. Die mit Isotopen markierten Liganden sind natürlich vorkommende Moleküle, die sich entsprechend bekannter Modelle wie die physiologischen Substanzen im Körper verteilen und im untersuchten Organ unter Freisetzung eines Positrons zerfallen. Das Positron trifft schnell auf sein Antiteilchen, das Elektron, und beide zerfallen unter Aussendung von 2 Photonen (Gammaquanten), die sich in einem Winkel von 180° voneinander mit Lichtgeschwindigkeit entfernen. Ringförmig angeordnete Detektoren ermöglichen den Rückschluss auf den Ort des Zerfalls. Computertomographische Rekonstruktionsverfahren ermöglichen eine schichtweise bildliche Darstellung der Verteilungsmuster (. Abb. 2.1a). Die Messung des Blutflusses (rCBF) erfolgt mit 15O- markiertem Wasser (H2O). 15O hat eine kurze Halbwertszeit von ca. 2 min und erlaubt so wiederholte Messungen des Blutflusses in einer Sitzung. Zufällige Koinzidenzen bestimmen bei der PET die technisch möglichen Obergrenzen, um das Signal-Rausch-

Verhältnis durch die Applikation größerer Mengen des Radiopharmakons zu verbessern. Eine Alternative ist die Dosisfraktionierung. Anstatt eine Studie mit einer großen Menge Radioaktivität durchzuführen, werden verschiedene Studien im gleichen physiologischen Zustand wiederholt, wobei jeweils nur ein Teil der Gesamtradioaktivität injiziert wird. Die resultierenden Bilder werden dann gemittelt. Die Aufnahmezeit einer einzelnen Messung dauert zwischen 40 und 120 s und begrenzt damit die zeitliche Auflösung der PET. Typischerweise werden 6–12, in Einzelfällen 18 Wiederholungsdurchgänge während einer Sitzung durchgeführt. Zwischen den Durchgängen muss gewartet werden, um die Hintergrundaktivität sinken zu lassen. Bei H215O wartet man i. Allg. 8–12 min entsprechend 4–6 Halbwertszeiten, so dass eine Gesamtuntersuchungsdauer von etwa 2 h resultiert.

2.1.2 Funktionelle Magnetresonanz-

tomographie (fMRT) Die am weitesten verbreitete Methode zur Messung der Hirnaktivität beruht auf dem sog. BOLD-Kontrast (7 Unter der Lupe »BOLD-Kontrast«). Durch gleichzeitige Messung des BOLD-Signals mittels fMRT und der elektrischen Ableitung von lokalen Feldpotentialen im visuellen Kortex beim Primaten konnte der direkte Beweis erbracht werden, dass das BOLD-Signal sehr stark mit den lokalen Feldpotentialen neuronaler Aktivität korreliert ist (Logothetis et al. 2001). Obwohl das BOLD-Signal durch die hämodynamische Latenz zeitlich verspätet (ca. 5 s) gegenüber den lokalen Feldpotentialen auftritt, zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung beider Signale. Auch wenn der Mechanismus des BOLD-Effekts eng an die Oxygenierung gebunden ist, so sind bei weitem nicht alle Details der MR-Signaländerung bei der funktionel-

Unter der Lupe

BOLD-Kontrast (Blood Oxygenation Level Dependent Contrast) Der BOLD-Kontrast (Kwong et al. 1992) kommt dadurch zustande, dass die Blutversorgung eines Hirngebietes sich unter Aktivität lokal ändert. Kurz nach der durch den Zellstoffwechsel verursachten Erhöhung der deoxygenierten Hämoglobin-(deoxyHb-)Konzentration stellt sich eine Erhöhung von Blutfluss (rCBF) und Blutanteil im Volumen (rCBV) ein; dies führt zu einer gegenüber dem Ruhezu-

stand verringerten Konzentration von paramagnetischem deoxyHb im Kapillarbett und in venösen Blutgefäßen (Frahm et al. 1994). Die damit verbundene Verlängerung der T2*-Relaxationszeit schlägt sich in einer Erhöhung des MR-Signals nieder, die bei einer Feldstärke von 1,5 Tesla im Bereich von wenigen Prozent liegt. Die fMRT ermöglicht die räumliche Lokalisation der aktivierten Areale mit einer Auflösung im Millimeterbereich.

9 2.1 · Funktionelle Bildgebung

Atomkern

Positron bewegt sich vom Entstehungsort weg, verliert dabei Energie

511 keV

Auslöschung

Auslöschung

b 511 keV

80

Detektoren

60

Ja

Koinzidenz?

Bildintensität

2s

23 s

40 linke Hemisphäre rechte Hemisphäre

20

0

-20 0

50

100

150

200

250

a

c

. Abb. 2.1. a Prinzip der PET. Ein Positron zerfällt unter Aussendung von 2 Gammaquanten, die von ringartig angeordneten Koinzidenzdetektoren aufgezeichnet werden. Daraus kann dann der Ursprung des Positrons, d. h. der aktivierte Teil des Gehirns bestimmt werden; keV=Kiloelektronvolt. b Echoplanare funktionelle MR-Aufnahme. Im Bereich des orbitofrontalen und des inferotemporalen Kortex zeigen

sich Auslöschungsphänomene (Pfeile). c Zeitliche Auflösung des BOLD-Signals. 2 kurz hintereinander im rechten bzw linken Gesichtsfeld dargebotene Reize führen zu unterscheidbaren BOLD-Antworten im rechten und linken visuellen Kortex. Die Latenz zwischen beiden Kurven beträgt nur wenige Hundert Millisekunden (Menon et al. 1998)

len Bildgebung geklärt. Insbesondere BOLD-Signaländerungen unter pathologischen Bedingungen wie im Randbereich von Angiomen oder Tumoren und bei Gefäßerkrankungen sind schwer einzuordnen (Ojemann et al. 1998). Aus verschiedenen Gründen sind fMRT-Experimente auf schnelle Bildgebungsverfahren angewiesen. Erstens soll für neurowissenschaftliche Fragestellungen in der Regel die

Aktivität des ganzen Gehirns zu einem möglichst genau definierten Zeitpunkt erfasst werden. Zweitens liefert eine Kernspinresonanzmessung an Protonen grundsätzlich ein niedriges Signal-Rausch-Verhältnis. Die Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses durch Mittelung über viele Messungen erhöht die Gesamtmesszeit wesentlich. Die Belastbarkeit von Testpersonen und v. a. Patienten setzt aber der Untersuchungszeit eine obere Schranke. Je länger die

Bildanzahl (100 ms/Bild)

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Kapitel 2 · Methoden der kognitiven Neurowissenschaften

Untersuchungszeit ist, desto größer ist außerdem die Wahrscheinlichkeit für Kopfbewegungen, die das Signal verfälschen können. In funktionellen Studien müssen daher schnelle Bildgebungssequenzen eingesetzt werden, z. B. die »Fast-Low-Angle-SHot-«FLASH-Sequenz (Haase et al. 1986) oder die Echo-Planar-Imaging-(EPI-)Sequenz (Mansfield u. Maudsley 1977). Wegen ihrer Schnelligkeit und ihrer starken T2*-Empfindlichkeit hat sich EPI als Standardsequenz für fMRT durchgesetzt. EPI erlaubt die Aufnahme des ganzen Gehirns innerhalb von 1–2 s. Im Vergleich zu langsameren Techniken hat EPI eine etwas schlechtere räumliche Auflösung und ist empfindlich gegenüber Magnetfeldinhomogenitäten im Gehirn, die zu Auslöschungen und räumlichen Verzerrungen führen (. Abb. 2.1b). Insbesondere Regionen des basalen Temporallappens und des orbitofrontalen Kortex können deshalb mit EPI nur bedingt untersucht werden.

Ereigniskorrelierte fMRT (efMRT) Obwohl die hämodynamische Antwort eine Zeitkonstante im Bereich von Sekunden hat, ist die Kopplung an das auslösende Ereignis (die neuronale Aktivität) sehr präzise und erlaubt Aussagen über zeitliche Unterschiede zwischen Aktivierungen. Menon et al. (1998) demonstrierten dieses Chronometrie genannte Verfahren, indem sie visuelle Stimuli im rechten und linken Gesichtsfeld im Abstand von 500 ms darboten. Die im rechten bzw. linken okzipitalen Kortex gemessenen hämodynamischen Antworten zeigten sehr präzise diese Latenz von 500 ms (. Abb. 2.1c). Die beschriebene hohe zeitliche Auflösung der fMRT lässt sich allerdings nur mit der sog. »single trial« oder »event-related fMRI« erzielen. Diese ereigniskorrelierte fMRT (efMRT) ist ein den evozierten Potentialen in der Elektrophysiologie (EEG, MEG) analoges Verfahren. Einzelne Stimuli werden wiederholt präsentiert und die gemessenen Signale zeitlich in Bezug zu diesen Reizen gesetzt. Auf Hochfeldsystemen ist es durch die hohe Messempfindlichkeit möglich, mit Wiederholungszeiten im Bereich von 100 ms zu arbeiten. Dieses feine Abtastraster erlaubt es, die hämodynamische Antwort individuell auf einen bestimmten Stimulus zu messen (Menon et al. 1998) (. Abb. 2.1c). ! Die ereigniskorrelierte fMRT (efMRT) erlaubt, die BOLDAntworten individuell auf einen bestimmten Stimulus hin zu messen. Stimuli werden zu definierten Zeitpunkten präsentiert und die Daten werden danach in Bezug auf diesen Zeitpunkt analysiert.

Neben der verbesserten zeitlichen Auflösung hat die efMRT noch den Vorteil, dass verschiedene Stimuli, die im konventionellen geblockten Design in verschiedenen Blöcken präsentiert werden müssten, einzeln, und wichtiger noch, randomisiert präsentieren werden können (Buckner et al. 1996). Dadurch wird die Entstehung eines für geblockte Experimente typischen »cognitive set« wirksam unterdrückt. Stimuli aus verschiedenen Bedingungen können randomisiert präsentiert und getrennt voneinander ausgewertet werden. Zu keinem Zeitpunkt des Experiments kann der Proband vorhersagen, welche Art von Reiz als nächstes präsentiert wird. efMRT ist zudem unempfindlicher gegenüber Bewegungsartefakten. Kommt es bei einer Aufgabe (z. B. einer Handbewegung) zu einer Bewegung des Kopfes, können die damit verbundenen Signaländerungen im Bild fälschlich als Aktivierung interpretiert werden. Bei efMRT können diese künstlichen Aktivierungen von echten, durch neuronale Aktivität getriggerten Antworten getrennt werden, denn jede echte Aktivitätsänderung kann erst mit der Latenz der hämodynamischen Antwort von ungefähr 2 s eintreten. Die efMRT hat allerdings auch Nachteile. So ist die Sensitivität bei der geblockten fMRT mit Blocklängen von ca. 20 s deutlich höher als die Sensitivität eines efMRT Designs (Friston et al. 1999).

Design von fMRT-Studien Traditionell bedienten sich fMRT-Aktivierungsstudien des Prinzips der »kognitiven Subtraktion«, um einzelne Elemente kognitiver Verarbeitung zu isolieren. Aktivierungen durch hierarchisch aufeinander folgende Funktionen werden statistisch miteinander verglichen. Das Aktivierungsmuster bei Durchführung einer Aufgabe A wird mit dem Aktivierungsmuster bei Durchführung einer (Kontroll-)Aufgabe B verglichen. Ein solcher Vergleich wird unter der Annahme unternommen, dass jede Stufe in der kognitiven Hierarchie alle Funktionen der vorhergehenden Ebene umfasst und dass es zu keiner Interaktion zwischen den einzelnen Komponenten kommt. Diese Annahme erscheint jedoch sehr fragwürdig (Friston et al. 1996). Interaktionen zwischen kognitiven Komponenten kommen auf allen Ebenen der Hierarchie vor. Um diese Interaktionen erfassen zu können benötigt man ein faktorielles Design (7 Fallbeispiel »Das ›faktorielle Design‹ bei fMRT-Studien«). Ein faktorielles Design ist auch nötig, um den Effekt eines Pharmakons (Verum vs. Plazebo) auf eine Aktivierung (Aufgabe vs. Kontrolle) zu untersuchen oder wenn Patienten mit gesunden Probanden verglichen werden (Büchel et al. 1998b).

11 2.1 · Funktionelle Bildgebung

Fallbeispiel Das »faktorielle Design« bei fMRT-Studien Ein faktorielles Design benutzt z. B. eine Studie von Rose et al. (2005), die die Wechselwirkung zwischen visueller Objektwahrnehmung und Arbeitsgedächtnisbelastung untersucht hat. In dieser Studie sollte untersucht werden, inwieweit die Belastung (»load«) durch eine Arbeitsgedächtnisaufgabe, die der Proband bewusst durchführen musste, die Verarbeitung von im Hintergrund präsentierten Bildern moduliert. Die Basis dieser Studie ist die Theorie des »perceptual load«, d. h. der Idee, dass einer Hintergrundaufgabe nur soviele Ressourcen zur Verfügung gestellt werden, wie eine Vordergrundaufgabe nicht benutzt. In der Studie wurde die Hypothese getestet, dass die Objektverarbeitung unter einer aufwendigeren 2-Back-Aufgabe stärker (d. h. negativ) beeinflusst wird als unter einer einfachen 1-Back-Aufgabe. Um die Objektwahrnehmung zu testen, wurden die Bilder im Hintergrund in verschiedenen Sichtbarkeitsstufen präsentiert, d. h. 0, 25, 50, 75 und 100% Rauschen. Daraus ergibt sich ein 2-faktorielles Design mit den Faktoren Arbeitsgedächtnisbelastung (2 Faktorenstufen: 1-back und 2-back) und dem Faktor Bildsichtbarkeit (5 Faktorenstufen: 0, 25, 50, 75 und 100% Rauschen). Durch die Kombination aller Faktorenstufen der beiden Faktoren ergeben sich insgesamt 10 verschiedene Bedingungen. Den Haupteffekt der Arbeitsgedächtnisbelastung erhält man nun, indem man alle Bedingungen mit 1-Back- mit denen mit 2-Back-Arbeitsgedächtnisbelastung vergleicht,

Eine weitere Alternative sind einfache Korrelationsdesigns, bei denen BOLD-Signaländerungen mit externen Variablen korreliert werden. Diese Variablen können einerseits im Experiment vorgegeben sein (z. B. Bildsichtbarkeit wie in dem dargestellten Fallbeispiel »Das ›faktorielle Design‹ bei fMRT-Studien«) oder aber vom Probanden während der Untersuchung generiert werden (z. B. individuelle Erinnerungsleistung oder Schmerzwahrnehmung (Büchel et al. 2002). Diese Technik erlaubt es, zerebrale Antworten auf eine bestimmte Reizklasse genauer zu charakterisieren, als dies mit einem kategorischen Design möglich ist. Weiterhin kommen parametrische Designs ohne Kontrollbedingung aus, da lediglich die Korrelation zwischen dem Parameter und dem gemessenen BOLD-Signal interessiert. Neben der einfachen Aussage, ob Signaländerungen mit dem interessierenden Parameter in manchen Teilen des Gehirns korreliert sind, erlaubt es diese Technik auch, verschiedene Gehirnregionen anhand ihres Antwortprofils zu unterscheiden.

d. h. fragt, wo im Gehirn signifikant mehr BOLD-Signal unter der 2-Back- im Vergleich zur 1-Back-Aufgabe auftritt. Dieser Haupteffekt zeigte sich v. a. in großen Teilen des parietalen und des dorsolateralen präfrontalen Kortex (. Abb. 2.2a). Die Analyse des Faktors Bildsichtbarkeit ist aufwendiger, da hier mehr als 2 Faktorstufen auftreten. In diesem Fall ist der positive Haupteffekt der Bildsichtbarkeit durch die Regression zwischen der Bildsichtbarkeit und dem BOLDSignal gegeben. Das heißt, ein Areal, das einen Haupteffekt Bildsichtbarkeit aufweist, sollte für 0% Sichtbarkeit wenig bis kein Signal enthalten, bei 25 und 50% etwas mehr und dann schließlich noch mehr Signal bei 75 und 100%. Dieses Verhalten zeigten insbesondere Areale im Bereich des ventralen visuellen Systems, d. h. dem »lateral occipital complex (LOC)« (Malach et al. 1995) (. Abb. 2.2b). Die eigentliche Frage der Studie war jedoch, inwieweit erhöhte Arbeitsgedächtnisbelastung, die inzidentelle Verarbeitung der Bildstimuli im Hintergrund beeinträchtigt. Diese Analyse identifiziert Areale, die mit verbesserter Bildsichtbarkeit einen Anstieg des BOLD-Signals zeigen, wo dieser Anstieg jedoch unter 2-back flacher verläuft als unter 1-back. BOLD-Signalveränderungen, die dieser Interaktion entsprechen, wurden auch im LOC gefunden. Sie werden als Zeichen dafür gewertet, dass dort Objektverarbeitung durch eine Arbeitsgedächtnisbelastung verschlechtert wird (. Abb. 2.2b).

Datenanalyse Vieles des im Folgenden Angeführten wird in nahezu gleicher Weise beim PET und fMRT eingesetzt. Eines der Hauptprobleme, das sich aus der hohen Sensitivität und Auflösung der modernen Verfahren ergibt, ist die artifizielle Bewegung, die zu einer unterschiedlichen Positionierung der verschiedenen Bilder eines Patienten oder Probanden im Raum führt. Diese Bewegungen führen bei PET lediglich zu einer Unschärfe des Bildes, beim fMRT jedoch zu Signalveränderungen insbesondere im Bereich von kontrastreichen Übergängen, z. B. im Bereich der Ventrikel oder im Randbereich des Gehirns. Ein weiteres Problem sind physiologische Bewegungen. Das Gehirn bewegt sich innerhalb der Schädelkalotte mit jedem Herzschlag und bei jedem Atemzug, wobei die zentralen Strukturen im Hirnstamm und um die Ventrikel herum am meisten betroffen sind. Abhilfe ist hier durch ultraschnelle Bildgebungssequenzen und durch EKG-Triggerung möglich. Nach Ak-

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Kapitel 2 · Methoden der kognitiven Neurowissenschaften

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quisition der Daten wird versucht, durch eine Reihe von Bildverarbeitungsalgorithmen das Ausmaß der Bewegungen zwischen den einzelnen Durchgängen zu schätzen und zu korrigieren. Um die Bilder verschiedener Probanden miteinander zu vergleichen, ist eine Transformation in einen standardisierten anatomischen Raum erforderlich. Der zur Zeit am meisten genutzte Referenzraum basiert auf dem stereotaktischen Atlas von Talairach u. Tournoux (1988), bei dem die Interkommissurallinie als Referenzlinie festgelegt ist. Im Rahmen einer internationalen Initiative hat man sich auf ein vom Montreal Neurological Institute bereitgestelltes Referenzgehirn geeinigt (Mittelwert aus 305 individuellen Gehirnen). Für die räumliche Transformation in diesen Referenzraum gibt es eine Reihe von Algorithmen, die PEToder fMRT-Bilder räumlich auf dieses Standardhirn normalisieren können. Hieran schließt sich meist eine räumliche Glättung an, um verbleibende interindividuelle Unterschiede auszugleichen. Auch in der Zeitdomäne schließen sich mehrere Filteroperationen an, wobei sowohl hochfrequentes Rauschen – hauptsächlich durch das Gerät bedingt – wie auch niederfrequente Drifts entfernt werden. ! Um die fMRT- oder PET-Bilder verschiedener Probanden miteinander vergleichen zu können, ist eine Transformation in einen standardisierten anatomischen Raum erforderlich. Der zur Zeit am meisten genutzte Referenzraum basiert auf dem stereotaktischen Atlas von Talairach u. Tournoux (1988).

b . Abb. 2.2. a Aktivierung bei einer Arbeitsgedächtnisaufgabe (AG). Starke Aktivierung des parietalen und frontalen Kortex bei einer schwierigen (2-back) im Vergleich zu einer leichten (1-back) Arbeitsgedächtnisaufgabe. Bei 2-back müssen immer 2 Buchstaben im AG bereit gehalten werden, bei 1-back lediglich einer. b Aktivierung im lateral okzipitalen Komplex (LOC). Betrachtet man die rote und blaue Linie gemeinsam, so zeigt sich, dass die Aktivität des LOC von der Sichtbarkeit der präsentierten Objekte abhängt (X-Achse). Weiterhin ist ersichtlich, dass der Anstieg unter der einfachen Arbeitsgedächtnisaufgabe (1-back) steiler erfolgt (blau) als unter der schwierigeren Aufgabe. Dies legt nahe, dass beide Prozesse miteinander interferieren

Im Allgemeinen sind alle Bildgebungsmodalitäten korrelative Verfahren, d. h. man versucht, einen Zusammenhang zwischen dem Verhalten des Probanden (z. B. Lösen einer Aufgabe) und der Gehirnaktivität darzustellen. Intuitiv lassen sich alle diese Analysen mittels (multipler) linearer Regression darstellen. Bei einem einfachen Experiment mit Aktivierungs- und Kontrollaufgabe lässt sich dieser Regressionsansatz auf eine Subtraktionsanalyse reduzieren (dies entspricht einem einfachen Mittelwertsvergleich d. h. t-test, einem Sonderfall der linearen Regression). In einem komplizierteren Experiment, in dem etwa die Gehirnaktivität in Relation zur Sichtbarkeit von Bildern bestimmt werden soll, lässt sich dies nur über die Regressionsanalyse erklären. ! Im Allgemeinen sind die Verfahren der funktionellen Bildgebung korrelative Verfahren, d. h. man versucht, einen Zusammenhang zwischen dem Verhalten des Probanden (z. B. Lösen einer Aufgabe) und der Gehirnaktivität darzustellen.

13 2.1 · Funktionelle Bildgebung

Obwohl multivariate Analysen in der Auswertung von funktionellen Bildgebungsdaten Anwendung finden, wird hauptsächlich univariat getestet, d. h. jeder Bildpunkt (Voxel) wird einzeln untersucht. Dadurch ergibt sich das Problem multipler Vergleiche, für die korrigiert werden muss. Da ein Bildpunkt nicht von seinen Nachbarn unabhängig ist, wäre eine Korrektur nach Bonferroni zu konservativ; alternativ dazu macht man sich Erkenntnisse zu Eigenschaften der »Gaussian Random Fields« zu Nutze um korrigierte p-Werte zu erhalten. Derzeit wird die Validität neuerer Verfahren wie der »False Discovery Rate« (FDR) untersucht.

Kopplung Da mittels der fMRT die Gehirnaktivität in feiner Auflösung über die Zeit gemessen wird, kann Aktivität in einzelnen Voxeln auch als Zeitreihe dargestellt werden. Es ist somit möglich, die Gehirnaktivität durch Zeitreihenanalysen zu untersuchen. Eine einfache Möglichkeit ist, die Kopplung zweier Areale durch die Korrelation ihrer Zeitreihen zu beschreiben. Interessanter ist es aber, diese Korrelation in Abhängigkeit von einer kognitiven Aufgabe zu betrachten, d. h. kontextsensitive Kopplung zu untersuchen. So kann man sich vorstellen, dass die Kopplung zwischen einem frühen visuellen Areal, z. B. dem primär visuellen Kortex (Area V1) und einem späteren visuellen Areal, z. B. Area MT (ein nachgeschaltetes bewegungssensitives Hirnareal), davon abhängt, ob ein visueller Bewegungsstimulus beachtet oder nicht beachtet wird. In der einfachsten Variante lassen sich solche Kopplungsanalysen im Rahmen einer Analyse mit einem Standard-Softwarepaket durch-

führen (Büchel u. Friston 1997). So ist es z. B. möglich, den Einfluss einer Region auf andere Gehirnregionen abhängig von einer kognitiven Variable, wie z. B. Aufmerksamkeit, mittels einer sog. psychophysiologischen Interaktion (7 Unter der Lupe »Psychophysiologische Interaktionsanalyse in der fMRT«) zu testen (Friston et al. 1997). Andere Verfahren zur Schätzung von Kopplung zwischen Gehirnarealen sind die Strukturgleichungsmodelle sowie klassische Zeitreihenanalysen aus dem Bereich der autoregressiven Modelle. Eine erst kürzlich eingeführte Methode stellt das »Dynamic Causal Modelling« (DCM) dar (Friston et al. 2003). Anders als bei den etablierten Verfahren wird hier die Kopplung zwischen Gehirnarealen nicht auf der Basis der hämodynamischen Zeitreihe (BOLD-Signal) geschätzt, sondern es wird versucht, die Kopplung zwischen Arealen auf der neuronalen Ebene zu schätzen. Zu diesem Zweck wird ein Modell erstellt, das die beteiligten Gehirnareale enthält. Weiterhin muss festgelegt werden, inwieweit diese Gehirnareale miteinander in Verbindung stehen. Da aus vielen Voruntersuchungen die Funktion bekannt ist, wie sich neuronale Aktivität in das BOLD-Signal übersetzen lässt, ist es nun möglich vorherzusagen, welche BOLD-Antworten die einzelnen Areale generieren würden. Die Parameter, d. h. die Verbindungsgewichte zwischen den verschiedenen Arealen, sollen nun geschätzt werden. In einem Optimierungsschritt wird nun versucht, diese Verbindungsgewichte so »einzustellen«, dass die vom Modell generierte BOLD-Antwort der durch die fMRT beobachteten BOLD-Antwort möglichst gut entspricht. Als großer

Unter der Lupe

Psychophysiologische Interaktionsanalyse in der fMRT Für diese Analyse wird in einem ersten Schritt aus einer Standardanalyse die Aktivitätszeitreihe in einer Quellregion identifiziert. Diese Zeitreihe wird dann in einer neuen Analyse als Regressor verwendet. Zusätzlich wird eine psychologische Variable definiert, die einen Einfluss auf die Kopplung zwischen der Quellregion und anderen Regionen haben soll. Diese psychologische Variable wird dummy-codiert, d. h. z. B. »-1« für nicht vorhanden und »+1« für vorhanden. Um zu testen, inwieweit die Kopplung zwischen der Quellregion und anderen Regionen von der psychologischen Variablen abhängt, muss zusätzlich ein Interaktionsterm erstellt werden. Dieser Interaktionsterm stellt das Produkt aus psychologi-

schem und physiologischen Regressor dar. Alle drei Regressoren werden dann in einem neuen allgemeinen linearen Modell getestet. Insgesamt hat dieses Modell drei Regressoren: 5 die Zeitreihe der Quellregionen (physiologische Variable), 5 die psychologische Variable (den dummy-codierten Vektor), die anzeigt, ob eine Bedingung aktiv war oder nicht, sowie 5 den Interaktionsterm, d. h. das Produkt aus psychologischer und physiologischer Variable. Regionen, in denen sich Varianz durch diesen Interaktionsregressor erklären lässt, sind dann die, die mit der Quellregion eine erhöhte Kopplung eingehen, wenn die psychologische Variable – z. B. Aufmerksamkeit – präsent ist.

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Kapitel 2 · Methoden der kognitiven Neurowissenschaften

Vorteil dieser Methodik wird angesehen, dass ein ähnlicher Ansatz nicht nur für die fMRT möglich ist, sondern dass andere Modalitäten, die die neuronale Aktivität messen, z. B. EEG, in dieses Modell integriert werden können.

2.2

Strukturelle Bildgebung

2.2.1 Läsionsanalyse Lange Zeit war die Analyse der Läsionen von Patienten mit Schlaganfällen oder anderen Hirnschädigungen die einzige Methode, etwas über die Lokalisation kognitiver Funktionen im menschlichen Gehirn zu erfahren. Die rasante Entwicklung funktionell bildgebender Verfahren (fMRT, PET) hat es in neuerer Zeit ermöglicht, die Repräsentation kognitiver Funktionen auch an gesunden Versuchspersonen zu studieren. Durch die neuen Techniken und die im Vergleich zur Läsionsanalyse sehr viel schnellere Durchführung von Experimenten mag daher der Eindruck entstanden sein, dass die Analyse von Läsionslokalisationen bei hirngeschädigten Patienten eine überholte Methode aus einer vergangenen Ära der Hirnforschung sei. Dies ist jedoch keineswegs der Fall. Dies soll an folgendem Beispiel verdeutlicht werden (für eine ausführliche Diskussion s. Rorden u. Karnath 2004). Viele fMRT-Studien zur Repräsentation der Sprachfunktionen des Menschen haben gezeigt, dass ein weitverzweigtes Netzwerk nicht nur linkshemisphärischer, sondern auch rechtshemisphärischer Areale aktiviert wird, wenn gesunde Versuchspersonen Sprachaufgaben durchführen (7 Kap. 33 und 34). Die fMRT zeigt uns also mit hoher räumlicher Genauigkeit all diejenigen Areale, die bei der Ausführung einer bestimmten kognitiven Funktion (in diesem Beispiel der Sprache) beteiligt sind. Doch welche Bedeutung haben die verschiedenen aktivierten Areale für die jeweilige Funktion? Tatsächlich entfernen die Neurochirurgen bei ihrer täglichen Arbeit Regionen in der rechten Hemisphäre (z. B. bei der Behandlung von Tumorerkrankungen), die sich bei der Durchführung von Sprachaufgaben in der fMRT aktiviert finden. Demgegenüber meiden sie solche Aktivierungsareale in der linken Hemisphäre. Die Neurochirurgen handeln so, weil sie wissen, dass bei der Resektion sprachassoziierter fMRT-Aktivierungsherde der rechten Hemisphäre keine Störungen der Sprachfunktionen zu befürchten sind, während die Verletzung solcher Herde der linken Hemisphäre zu schweren Sprachstörungen (sog. Aphasien; 7 Kap. 34) führt. Offensichtlich kann die fMRT nicht un-

terscheiden, welche Bedeutung die bei einer bestimmten Aufgabe aktivierten Hirnareale für die jeweils untersuchte kognitive Funktion (hier der Sprache) haben. Welche aktivierten Areale sind für die Funktion die entscheidenden, unverzichtbaren Areale und welche sind nur gleichzeitig mit diesen aktiviert, haben aber möglicherweise eine ganz andere Funktion? Während die fMRT diese Frage nicht sicher zu beantworten vermag, ist dies gerade die Stärke der Läsionsanalyse. So wissen wir seit Brocas (Broca 1861) erster Untersuchung der Auswirkungen von Hirnschädigungen auf die Sprachfunktionen (damals durch die Sektion der Gehirne von Verstorbenen), dass die perisylvischen Regionen der linken – und nicht der rechten – Hemisphäre entscheidend für die Sprache des Menschen sind. Läsionsanalysen zeigen uns also, welche Gehirnareale unverzichtbar für die Durchführung einer bestimmten Funktion sind, und erlauben so Rückschlüsse über den Ort, an dem diese Funktion im Gehirn des Menschen repräsentiert ist. Exkurs »The absence of evidence is not evidence of absence …« Nicht nur die Interpretation der Bedeutung von fMRTAktivierungsherden ist sehr schwierig (7 Text), auch stellt die Interpretation von »nicht aktivierten« Arealen das vielleicht noch größere Problem der fMRT dar. Die Ergebnisse der fMRT resultieren aus einem statistischen Vergleich zwischen einer Experimental- und einer Kontrollbedingung. Die fMRT kann daher keine Regionen »entdecken«, die kontinuierlich in beiden Bedingungen aktiv sind. Diese Regionen mögen für die jeweils untersuchte kognitive Funktion von großer Bedeutung sein, aber solange der Blutfluss bei Durchführung der Experimentalbedingung nicht signifikant gegenüber der Kontrollbedingung ansteigt, werden diese Regionen durch die Methode nicht erfasst. Kurz gesagt: »The absence of evidence is not evidence of absence« (Rorden u. Karnath 2004).

Überlappung individueller Läsionslokalisationen Aber nicht nur die fMRT, auch die Läsionsanalyse hat ihre ganz spezifischen Schwächen. Im Gegensatz zur räumlich hochauflösenden fMRT weisen Schlaganfallpatienten z. B. häufig große Schädigungsareale auf. Diese stören nicht nur die interessierende Funktion, sondern umfassen darüber hinaus weitere Areale, in denen ganz andere Funktionen

15 2.2 · Strukturelle Bildgebung

repräsentiert sind. So zeigen Patienten nach einem linkshemisphärischen Schlaganfall häufig nicht nur Störungen der Sprache, sondern auch eine Lähmung der rechten Körperseite, einen Ausfall der Sehfähigkeit im rechten Gesichtshalbfeld etc. Um nun über eine Läsionsanalyse diejenigen Bereiche im menschlichen Gehirn zu identifizieren, die entscheidend für die interessierende Funktion (in unserem Beispiel die Sprache), nicht aber für die Motorik oder die Sehfähigkeit von Bedeutung sind, ist die Untersuchung einer großen Gruppe von Patienten erforderlich, die ähnliche Störungen der Sprachfunktionen aufweisen. Dies benötigt viel Zeit. Die von jedem Patienten mittels Kernspin- oder Computertomographie gewonnen Aufnahmen des Gehirns werden in ein gemeinsames räumliches Bezugssystem überführt (z. B. mittels SPM in Kombination mit der »Cost-functionmasking«-Methode; Brett et al. 2001). Die individuellen Läsionen jedes Einzelnen der Gruppe können nun übereinandergelegt und so die für die Funktion kritische Hirnregion identifiziert werden. Für die Anfertigung solcher Überlappungsbilder steht z. B. das MRIcro-Softwarepaket (Rorden u. Brett 2000) zur Verfügung, das eine sehr genaue Lokalisation der Läsionsüberlappung ermöglicht (. Abb. 2.3 und 2.4, die mit MRIcro angefertigt wurden) und darüber hinaus kostenlos zu erhalten ist (http://www.mricro.com).

Seit Brocas erster Läsionsanalyse (Broca 1861) glaubten viele Wissenschaftler, dass es zur Identifizierung kognitiver

Funktionen im menschlichen Gehirn ausreichend sei, allein diejenigen Patienten zu untersuchen, die nach einer Hirnschädigung eine Störung der interessierenden Funktion aufweisen. Der gemeinsame Überlappungsbereich der individuellen Läsionen einer Gruppe von Patienten mit gleicher Störung wurde als derjenige Bereich des Gehirns angesehen, der maßgeblich für die untersuchte kognitive Funktion verantwortlich ist. Tatsächlich ist dies jedoch nicht der Fall, obwohl dieses Vorgehen – leider auch heute noch – in vielen wissenschaftlichen Studien und Lehrbüchern weit verbreitet ist. Für eine Läsionsanalyse ist es nicht ausreichend, nur diejenigen Patienten zu untersuchen, die nach einer Hirnschädigung eine Störung der interessierenden Funktion aufweisen. Ebenso erforderlich ist es, eine Kontrollgruppe von Patienten zu erheben, die ebenfalls eine Hirnschädigung erlitten haben, aber die interessierende Störung nicht zeigen. Welche Fehler sich in die Interpretation von Läsionsanalysen einschleichen, wenn keine Kontrollgruppe berücksichtigt wird, soll in dem folgenden Beispiel illustriert werden. Nehmen wir an, uns interessiere die (natürlich lange beantwortete) Frage, wo im menschlichen Gehirn die Sehfunktion, also der primäre visuelle Kortex (Brodmann Area [BA] 17/V1), lokalisiert ist. Um diese Frage zu beantworten, könnte man z. B. eine Gruppe von Patienten untersuchen, die nach Hirnschädigung einer Hemsiphäre einen halbseitigen Ausfall des Gesichtsfeldes (eine sog. Hemianosie; 7 Kap. 8) erlitten haben. Tatsächlich haben Karnath et al.

. Abb. 2.3. Um den primären visuellen Kortex des Menschen (BA 17/ V1) darzustellen, wurden die kernspin- und computertomographischen Daten von 36 Schlaganfallpatienten mit halbseitigen Gesichtsfeldverlusten (Hemianopsie) analysiert. Die individuellen Läsionslokalisationen der 36 Patienten wurden mit Hilfe des Softwarepaketes MRIcro (Rorden u. Brett 2000) übereinandergelegt, um diejenigen Areale zu identifizieren, deren Schädigung typischerweise zu einer Hemianopsie führt. Das Farbspektrum der Läsionsüberlappung reprä-

sentiert für jedes Voxel die Anzahl der Patienten, die in diesem Voxel eine Hirnschädigung aufweisen (violett, n=1; rot, n=Maximum). Das Maximum der Überlagerung fand sich in der Übergangsregion zwischen temporalem und parietalem Kortex sowie der daruntergelegenen weißen Substanz. Die alleinige Überlagerung der Hirnschädigungen von 36 Patienten mit Hemianopsie führt uns also zu der (falschen) Schlussfolgerung, dass der primäre visuelle Kortex des Menschen in der temporoparietalen Übergangsregion des Kortex lokalisiert ist

Unerlässlich auch bei Läsionsanalysen: Die Untersuchung von Kontrollgruppen

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Kapitel 2 · Methoden der kognitiven Neurowissenschaften

dies an einer großen Gruppe von 36 neurologischen Patienten mit Hemianopsie getan (. Abb. 2.3). Das Ergebnis erstaunt alle, die bereits wissen, wo BA 17/V1 im menschlichen Gehirn lokalisiert ist. Ganz anders als erwartet ergab die Überlagerung der Läsionen der 36 Patienten kein Maximum im okzipitalen, sondern eines im temporo-parietalen Kortex (. Abb. 2.3). Aus diesem Ergebnis wäre also zu folgern, dass der visuelle Kortex des Menschen im Übergangsbereich zwischen dem temporalen und dem parietalen Kortex liegt (. Abb. 2.3). Welchen Fehler haben wir in unserem Experiment gemacht? Der Fehler ist schlicht, dass wir bislang keine Kontrollgruppe berücksichtigt haben. Natürlich führen Hirnschädigungen ganz unabhängig von der jeweils untersuchten kognitiven Funktion allein durch den Verlauf der Blutgefäße des Gehirns zu einer bestimmten Lokalisation der Hirnschädigung. Um herauszufinden, welche Areale nun »durch Zufall (z. B. aufgrund des Verlaufs der hirnversorgenden Arterien) mitbetroffen« sind und welche tatsächlich entscheidend für den Funktionsausfall sind, ist die Untersuchung von Kontrollpatienten erfolderlich, die ebenfalls eine Hirnschädigung, aber keine Störung der interessierenden Funktion erlitten haben. In unserem Beispiel war das bei 104 Patienten der Fall (. Abb. 2.4a). Diese wurden in demselben Zeitraum wie die 36 Patienten mit halbseitigem Gesichtsfeldausfall in die Klinik eingeliefert. Erst durch den Vergleich der beiden Gruppen erhalten wir die tatsächliche (die »wahre«) Lokalisation des primären visuellen Kortex des Menschen (. Abb. 2.4b,c). Für diesen Vergleich stehen uns zwei Methoden zur Verfügung, die voxelbasierte Subtraktionsanalyse und die voxelbasierte statistische Analyse.

Methoden der voxelbasierten Analyse von Läsionslokalisationen Subtraktionsanalyse. Ein Vergleich der Läsionslokalisatio-

nen von Patienten, die eine interessierende Störung zeigen, mit denen, die sie nicht zeigen, kann durch eine Subtraktionsanalyse erfolgen (. Abb. 2.4b). Unter Verwendung z. B. des Softwarepakets MRIcro wird für jedes Voxel der Prozentsatz an Patienten, die in der Gruppe ohne die interessierende Störung eine Schädigung dieses Voxels aufweisen, subtrahiert von dem Prozentsatz an Patienten, die in der Gruppe mit der interessierenden Störung eine Schädigung dieses Voxels aufweisen. Das Ergebnis wird farbkodiert dargestellt und zeigt diejenigen Voxel bzw. Hirnregionen, die typischerweise bei den Patienten mit dem Defizit (in unserem Beispiel: Hemianopsie) geschädigt waren und

gleichzeitig bei den hirngeschädigten Patienten ohne diese Störung typischerweise nicht betroffen waren. . Abbildung 2.4b gibt das Ergebnis der Subtraktion der beiden Gruppen aus . Abb. 2.4a mit und ohne Hemianopsie wieder. Wir erhalten jetzt einen guten Eindruck über die tatsächliche anatomische Lage von V1 im menschlichen Gehirn. Wir können erkennen, dass beim Auftreten von Hemianopsie (im Kontrast zu Hirnschädigungen ohne Hemianopsie) typischerweise der okzipitale Kortex und die subkortikal gelegene afferente Projektionsbahn zum visuellen Kortex, die Radiatio optica, geschädigt sind. . Abb. 2.4a-c. Die korrekte Lokalisation des primären visuellen Kor- 7 tex des Menschen erhält man erst durch einen Vergleich des Überlagerungsbildes der Patientengruppe mit Hemianopsie mit dem Überlagerungsbild einer Kontrollgruppe von Patienten, die ebenfalls eine Hirnschädigung, aber keine Hemianopsie erlitten haben. a Die Läsionsüberlappung der in Abb. 2.3 dargestellten Gruppe von 36 Patienten mit halbseitigem Gesichtsfelddefekt sowie einer Gruppe von 104 Patienten, die in demselben Untersuchungszeitraum in die Klinik eingeliefert wurden, die ebenfalls eine Hirnschädigung, aber keine Hemianopsie erlitten haben. Das Farbspektrum der Läsionsüberlappung repräsentiert für jedes Voxel die Anzahl der Patienten, die in diesem Voxel eine Hirnschädigung aufweisen (violett, n=1; rot, n=Maximum). b Vergleich der beiden Patientengruppen durch Subtraktionsanalyse. Dargestellt ist das Ergebnis der Subtraktion des Überlappungsbildes der Gruppe von 36 Patienten mit Hemianopsie minus dem Überlagerungsbild der Gruppe von 104 Patienten ohne Hemianopsie. In dem Ergebnisbild ist die Häufigkeit (in Prozent) der überlappenden Läsionen nach Subtraktion farbkodiert dargestellt. Das Farbspektrum der Überlappung repräsentiert für jedes Voxel die Häufigkeit der Läsion dieses Voxels in der einen Gruppe (hier: Hemianopsie) nach Subtraktion der Häufigkeit in der andere Gruppe (hier: keine Hemianopsie) in Farbstufen zu jeweils 20%. Diese reichen von dunkelrot (Differenz= 1–20%) bis gelb-weiß (Differenz=81–100%). Die verschiedenen Farben von dunkelblau (Differenz=1–20%) bis hellblau (Differenz=81–100%) markieren Regionen, die nach Subtraktion häufiger bei den Kontrollpatienten als bei den Patienten mit Hemianopsie geschädigt waren. Die Subtraktionsanalyse zeigt nun (richtigerweise), dass beim Auftreten von Hemianopsie (im Kontrast zu Hirnschädigungen ohne Hemianopsie) typischerweise der okzipitale Kortex und die subkortikal gelegene afferente Projektionsbahn zum visuellen Kortex, die Radiatio optica, geschädigt ist. c Direkter Vergleich derselben beiden Patientengruppen mit und ohne Hemianopsie durch voxelbasiere statistische Läsionsanalyse (VAL). Pro Voxel wird geprüft, ob sich die Häufigkeit der Schädigung dieses Voxels statistisch signifikant zwischen den beiden Gruppen unterscheidet. Dargestellt sind alle Voxel, die signifikant häufiger (p500 ms) und eine »kontrollierte« Funktionsweise gekennzeichnet ist. Besonders effektive exogene Triggerreize sind transiente Luminanzänderungen, wobei plötzliche Reiz-Onsets wirksamer sind als Reiz-Offsets. Eine Reihe von Untersuchungen hat sich mit der Frage beschäftigt, auf welche Weise die beiden Mechanismen der Aufmerksamkeitsorientierung funktionieren: »automatisch« bzw. willentlich »kontrolliert«. Diese Untersuchungen zeigten, dass exogene Orientierung, im Gegensatz zu endogener Orientierung, unabhängig von einer Zweitaufgabe ablaufen und selbst durch örtlich nichtinformative Hinweisreize ausgelöst werden kann (Jonides 1980). Weiterhin kann endogene Orientierung auf valide Cues hin durch exogen die Aufmerksamkeit anziehende Triggerreize unterbrochen werden (Müller u. Rabbitt 1989). Dabei hängt die Unterbrechung von der Cue-Validität ab: Der Unterbrechungseffekt ist bei sehr hoher Validität reduziert (Yantis u. Jonides 1990). Dieses Befundmuster legt es nahe, dass die exogene Aufmerksamkeitsorientierung »top-down« modulierbar und somit nur »partiell« automatisch ist, während die endogene Orientierung kontrolliert abläuft.

245 23.2 · Selektive visuelle Aufmerksamkeit

! Die Aufmerksamkeitsorientierung auf einen Cue hin kann entweder reizgesteuert (automatisch) oder willentlich gesteuert (kontrolliert) erfolgen.

Ortsbasierte Aufmerksamkeit und sakkadische Augenbewegungen Obwohl die Aufmerksamkeitsausrichtung an einen bestimmten Ort verdeckt (»covert«), d. h. ohne offenbare (»overt«) Augenbewegung erfolgen kann, besteht ein enger Zusammenhang zwischen verdeckter Orientierung der Aufmerksamkeit und sakkadischen Augenbewegungen. So ist die Richtung der Aufmerksamkeit an die Richtung einer Augenbewegung gekoppelt, und einer Augenbewegung an die Position eines peripheren Cues geht eine Ablösung (»disengagement«) der Aufmerksamkeit vom Fixationsstimulus und eine Verlagerung auf den neuen Stimulus in der Peripherie voraus. Dabei kann in einem Zeitfenster von 50–100 ms vor einer Sakkade nur das Objekt am Sakkadenziel diskriminiert werden. Die Ablösung der Aufmerksamkeit wird dadurch beschleunigt, dass der Stimulus am Fixationsort vor dem Einsetzen des peripheren Sakkadenziels ausgelöscht wird. (Hierdurch entsteht eine Zeitlücke zwischen dem fixierten und dem zu fixierenden Stimulus, was auch als »Gap«-Paradigma bezeichnet wird.) Dies führt zur Generierung von »Express«-Sakkaden, d. h. Sakkaden mit sehr kurzer Latenz.

»Inhibition of Return« (IOR): Hemmung der Reorientierung der Aufmerksamkeit an einen vorher aufgemerkten Ort Ein weiterer, zuerst mittels des Posner’schen CueingParadigmas demonstrierter Effekt besteht darin, dass sich die RZ auf ein Target an einer durch einen peripheren Cue indizierten Position verlangsamt (gegenüber der RZ auf ein Target an einer nichtindizierten Position), wenn die Zeitverzögerung (SOA) zwischen Hinweis- und Zielreiz länger als etwa 300 ms ist (Posner u. Cohen 1984). Das heißt, der frühe »Erleichterungs«-Effekt für die indizierte Position (SOAs < 300 ms) verkehrt sich in einen späten Inhibitionseffekt (SOAs > 300 ms), der als Ausdruck der Hemmung der Reorientierung der Aufmerksamkeit an einen kurz vorher aufgemerkten Ort interpretiert wird. Die Vorstellung ist dabei die, dass das (unmittelbare) Ausbleiben des Zielreizes an der indizierten Position zunächst zu einer Verlagerung der Aufmerksamkeit von der indizierten auf eine andere Position (z. B. den Fixationsort) führt, so dass, wenn der Zielreiz schließlich an der indizierten Position erscheint, eine Reorientierung der Aufmerksamkeit

auf diese Position erforderlich ist. Die erschwerte Reorientierung auf die indizierte (d. h. vorher aufgemerkte) Position wird dann im Sinne einer inhibitorischen Markierung dieser Position für erneute Aufmerksamkeitsverlagerungen intepretiert. IOR kann somit als ein Bias in der (gedächtnisbasierten) Steuerung der ortsbezogenen Aufmerksamkeit verstanden werden, der darauf hinwirkt, dass neue Orte im visuellen Feld abgesucht werden. Weitere Untersuchungen zum IOR-Effekt haben gezeigt, dass die Inhibition Orte bzw. Objekte in der Umwelt betrifft, deren Koordinaten unabhängig von Kopf- und Augenbewegungen sind. Außerdem steht IOR in engem Zusammenhang mit sakkadischen Augenbewegungen. ! Die Steuerung der Aufmerksamkeitsorientierung involviert eine Tendenz, die Aufmerksamkeit nicht auf einen unmittelbar vorher aufgemerkten Ort zurückzuverlagern (»inhibition of return«).

23.2.2

Objektbezogene visuelle Aufmerksamkeit

Neuere Theorien der selektiven visuellen Aufmerksamkeit gehen davon aus, dass die Aufmerksamkeit nicht auf einen abstrakten Ort im visuellen Feld gerichtet wird, sondern auf ein Objekt an einem bestimmten Ort. So werden in Posners Cueing-Paradigma die möglichen Zielreizorte z. B. durch Kästchen markiert, innerhalb derer ein Target erscheinen kann, so dass die Aufmerksamkeit auf das indizierte Kästchen ausgerichtet wird. Mit anderen Worten, die visuelle Selektion ist nicht ortsbasiert, sondern vielmehr objektbasiert. Eine einflussreiche Demonstration von objektbasierter Selektion stammt von Duncan (1984). Er bot seinen Versuchspersonen kurzzeitig 2 überlappende Objekte dar: ein vertikal orientiertes Rechteck, das entweder groß oder klein (d. h. vertikal mehr oder weniger elongiert) war und entweder in der linken oder der rechten Seite eine kleine Lücke hatte, und eine (das Rechteck durchziehende) Linie, die entweder aus punkt- oder aus strichartigen Elementen bestand und entweder eine leichte Links- oder eine leichte Rechtsneigung aufwies. Jedes der beiden Objekte war also durch 2 unabhängige Attribute gekennzeichnet: Rechteck – Größe und Lückenseite; Linie – Textur und Neigung. Die Versuchspersonen hatten die Aufgabe, entweder ein Attribut eines der Objekte zu beurteilen (z. B. Größe des Rechtecks) oder duale Urteile zu fällen, die sich entweder nur auf ein Objekt bezogen (z. B. Größe des Rechtecks und Lückenseite) oder die sich auf beide Objekte bezogen (z. B. Größe

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Kapitel 23 · Funktionen und Modelle der selektiven Aufmerksamkeit

des Rechtecks und Textur der Linie). Duncan fand, dass duale Urteile, die sich auf ein Objekt bezogen, so genau ausfielen wie Einzelurteile für dieses Objekt. Dagegen war die Genauigkeit von dualen Urteilen, von denen sich eines auf das eine und das andere auf das andere Objekt bezog, reduziert, obwohl beide Objekte am selben Ort (überlappend) dargeboten wurden und kleiner als 1° Sehwinkel (der nach Eriksen u. Eriksen, 1974, engsten Einstellung der Aufmerksamkeit) waren. Duncan schloss daraus, dass die entscheidende attentionale Limitation nicht in der ortsbezogenen Aufmerksamkeit liegt, sondern vielmehr darin, dass man nur auf ein Objekt zu einem gegebenen Zeitpunkt aufmerken kann. Diese objektbezogene Aufmerksamkeit macht dann die Attribute des entsprechenden Objekts der weiteren Verarbeitung zugänglich. Weitere Belege für die Objektbezogenheit der visuellen Aufmerksamkeit wurden u. a. von Baylis u. Driver (1993) erbracht. Baylis u. Driver fanden, dass vergleichende Urteile der relativen Höhe von Knickpunkten in der Grenzkontur von separaten (Flankierer-)Objekten langsamer erfolgten als entsprechende Vergleichsurteile innerhalb eines (zentralen) Objektes, obwohl die kritischen Grenzkonturen und damit die Distanzen zwischen den zu vergleichenden Punkten in beiden Fällen exakt gleich waren. Baylis u. Driver folgerten daraus, dass nur ein Objekt zu einer Zeit für perzeptive Urteilsprozesse repräsentiert werden kann. ! Objektbezogenen Theorien der Aufmerksamkeit zufolge wird die Aufmerksamkeit nicht auf Orte im Feld ausgerichtet, sondern auf Objekte an diesen Orten. Dies heißt, die Verarbeitung ist objektlimitiert in dem Sinne, dass (selbst bei sich überlappenden Objekten an einem Ort) nur ein Objekt zu einer gegebenen Zeit verarbeitet werden kann.

Eine wichtige Frage dabei ist, welche Art von Objektrepräsentation der objektzentrierten visuellen Selektion zugrunde liegt: eine Repräsentation im Sinne von Marrs (1982) Vorstellung einer räumlich invarianten »3D-Modell«-Repräsentation oder eine »Primal-sketch«-Repräsentation, die aus einer Struktur von gruppierten lokalen Elementen besteht und somit ortsabhängig ist (»grouped spatial array«). Diese Frage wurde von Kramer et al. (1997) untersucht, die zeigen konnten, dass die initiale Objektselektion auf einer Repräsentation im Sinne einer Struktur von gruppierten Elementen basiert. Folglich ist die objektbasierte visuelle Selektion wesentlich ortsbezogen, d. h., sie findet in einem räumlichen Medium statt. Es lässt sich also ein Primat der ortsbezogenen Aufmerksamkeit konstatieren. Dabei ist freilich die

Konzeption von »Ort« komplexer als in den klassischen Ansätzen zur ortsbasierten Aufmerksamkeit (7 oben die Lichtkegel- und Gummilinsenmodelle; . Abb. 23.1) antizipert. Vielmehr kann die Aufmerksamkeit auf komplexe Objektstrukturen gerichtet (bzw. diesen flexibel angepasst) werden.

23.3

Visuelle Suche

23.3.1

Parallele und serielle Suche

Ein weiteres wichtiges Paradigma in der Aufmerksamkeitsforschung, das sich als ein »Testfeld« für konkurrierende Theorien der selektiven Aufmerksamkeit erwiesen hat, ist das Paradigma der visuellen Suche (»visual search«, . Abb. 23.2). Dabei wird der Versuchsperson ein Suchdisplay dargeboten, das neben einer variablen Anzahl von Distraktorstimuli einen Zielreiz enthalten kann. Die Gesamtzahl der Stimuli im Suchdisplay wird als Displaygröße (»display size«) bezeichnet. Das Target ist entweder anwesend oder abwesend; die Aufgabe der Versuchsperson besteht darin, möglichst rasch eine positive (Target anwesend) bzw. negative (Target abwesend) Entscheidung zu treffen.Die dafür benötigten Zeiten können als Funktion der Displaygröße n dargestellt werden (Such-RZ-Funktion), wobei sich die resultierenden Suchfunktionen in der Regel durch folgende (lineare) Gleichung beschreiben lassen: RZ = a + b n; dabei ist a die Basis-RZ, d. h. der y-Achsenabschnitt der Suchfunktion, und b die Suchrate, d. h. die Steigung der Funktion (gemessen in Zeiteinheiten pro Displayitem). Aufgrund der in verschiedenen Suchexperimenten erhaltenen Suchfunktionen hat man eine Unterscheidung zwischen zwei Modi der visuellen Suche vorgeschlagen: parallele und serielle Suche. Steigt die Suchfunktion nur wenig mit zunehmender Displaygröße an, so geht man davon aus, dass alle Items im Display simultan abgesucht werden, d. h. die Suche verläuft »parallel«. Dagegen nimmt man bei linear ansteigenden Suchfunktionen an, dass die einzelnen Displayitems sukzessive abgesucht werden, d. h. die Suche verläuft »seriell«. Produziert ein Suchexperiment ein 2:1Steigungsverhältnis zwischen der negativen und der positiven Suchfunktion, so lässt sich aufgrund einer Reihe von Annahmen schließen, dass in negativen Durchgängen alle Displayitems erschöpfend abgesucht wurden (»exhaustive« Suche), während in positiven Durchgängen die Suche beendet wurde, sobald das Target entdeckt wurde (»selbstabbrechende« Suche). Damit ist freilich noch nicht erklärt, warum manche Suchen parallel und manche seriell erfolgen.

247 23.3 · Visuelle Suche

a

c

b

d

. Abb. 23.2a–d. Das Paradigma der visuellen Suche. Parallele Suche (a, b): Einfache Merkmalssuche nach einem schwarzen Target unter weißen Distraktoren (a) und resultierende flache Funktionen der Suchreaktionszeit in Abhängigkeit von der Displaygröße (b). Serielle Suche

(c, d): Merkmalskonjunktionssuche nach einem schwarzen horizontalen Target unter schwarzen vertikalen und weißen horizontalen und vertikalen Distraktoren (c) und resultierende linear ansteigende Suchfunktionen (d)

! Das Paradigma der visuellen Suche liefert Hinweise darauf, welche visuellen Verarbeitungsprozesse Aufmerksamkeit benötigen und seriell erledigt werden und welche Prozesse präattentiv, auf einer parallelen Verarbeitungsstufe ablaufen.

Distraktoren unterschied (parallele Suche) oder durch eine Kombination von Merkmalen (serielle Suche). Es wird angenommen, dass sich jeder Stimulus als eine Kombination aus basalen Merkmalen beschreiben lässt, wobei »ähnliche« Merkmale Dimensionen bilden; z. B. sind rot, grün, blau etc. Merkmale der Dimension Farbe; andere Dimensionen sind Orientierung, Größe, Tiefe, Bewegung etc. Man geht davon aus, dass Merkmalsdimensionen modulare Systeme sind, die aus spezialisierten, z. B. einen bestimmten Farbwert kodierenden, Merkmalsdetektoren bestehen. Eine weitere Annahme ist, dass ähnliche Merkmalsdetektoren topographisch, in »Merkmalskarten«, organisiert sind. Dabei entsprechen bestimmte Orte in den Karten bestimmten Stimulusorten im visuellen Feld, so dass die Möglichkeit besteht, korrespondierende Orte in den verschiedenen Karten einander zuzuordnen. Diese stark vereinfachten Vor-

23.3.2

Merkmals-Integrations-Theorie der visuellen Aufmerksamkeit (»feature integration theory of visual attention«)

Evidenz für parallele bzw. für serielle Suche ergab sich in Suchexperimenten, in denen sich das Target entweder durch ein einfaches »Merkmal« (»feature«) in einer gegebenen »Merkmalsdimension« (»feature dimension«) von den

23

248

5

Kapitel 23 · Funktionen und Modelle der selektiven Aufmerksamkeit

stellungen leiten sich aus der Neurophysiologie der visuellen Wahrnehmung her (z. B. Zeki 1993). Daraus ergibt sich dann das sog. Problem der Bindung (»binding problem«): Wie werden die separat kodierten Objektmerkmale später zu einer wahrnehmungsmäßig kohärenten Objektrepräsentation verbunden? Die einflussreiche Merkmals-Integrations-Theorie (MIT) der visuellen Aufmerksamkeit von Treisman (Treisman u. Gelade 1980) stellt einen wichtigen Versuch dar, diese Frage zu beantworten. Die Hauptevidenz für diese Theorie stammt aus visuellen Suchexperimenten, in denen sich das Target von den Distraktoren entweder durch ein einfaches Merkmal unterschied (»simple feature search«), z. B. Suche nach einem schwarzen Target unter weißen Distraktoren, oder durch eine Kombination von Merkmalen (»feature conjunction search«), z. B. Suche nach einem nach einem schwarzen horizontalen Target unter schwarzen vertikalen und weißen horizontalen und vertikalen Distraktoren. Bei der einfachen Merkmalssuche waren die Suchfunktionen flach (das Target scheint aus dem Display herauszuspringen – »popout«), woraus Treisman schloss, dass die Targetentdeckung auf parallelen, präattentiven Suchprozessen beruht. Dagegen stiegen die Suchfunktionen bei der Merkmalskonjunktionssuche linear an (mit einem Steigungsverhältnis von 2:1 zwischen den negativen und den positiven Funktionen), was als Indiz für serielle, attentionale Suche gewertet wurde. Das heißt, bei der Konjunktionssuche müssen die einzelnen Displayitems sukzessive mit fokaler Aufmerksamkeit abgetastet werden, wodurch die separat kodierten Merkmale des inspizierten Items in ein kohärentes Objekt integriert werden und in der Folge mit einer Targetbeschreibung (im Objektgedächtnis) abgeglichen werden können. Dabei wird die Zuweisung von fokaler Aufmerksamkeit an ein Objekt als ortsbezogen konzipiert: Die Aufmerksamkeit wird auf einen Ort in der Hauptkarte der Orte (»master map of locations«) gerichtet, wodurch der Output der verschiedenen Merkmalsdetektoren an dem entsprechenden Ort verfügbar wird. Der MIT zufolge besteht der »bottleneck« also in einem seriell arbeitenden, d. h. Aufmerksamkeit erfordernden, Bindungsstadium: Bindung kann nur für ein Objekt zu einer gegebenen Zeit erfolgen. Als einen weiteren Beleg für diese Theorie werden sog. »illusionäre Konjunktionen« (Treisman u. Schmidt 1982) angeführt, d. h. der Befund, dass die Merkmale nichtaufgemerkter Objekte (bei kurzzeitiger Displaydarbietung) falsche Bindungen eingehen können; ein Beispiel wäre die Bindung der Form von Objekt A mit der Farbe von Objekt B (die Halluzination nichtvorhandener Merkmale ist dage-

gen eher selten). Mit anderen Worten: Nur die Zuweisung fokaler Aufmerksamkeit garantiert korrekte Merkmalsintegration. ! Der Merkmalsintegrationstheorie von Treisman zufolge können zwar die einzelnen Attribute von Objekten im visuellen Feld parallel registriert werden, ihre Bindung in kohärente Objektrepräsentationen erfolgt aber durch die serielle Allokation von Aufmerksamkeit.

Nach der ursprünglichen Formulierung der MIT kam es zu einer Reihe von Befunden in visuellen Suchexperimenten, die sich nicht durch eine simple Dichotomie von parallelpräattentiver und seriell-attentionaler Suche erklären ließen. Insbesondere zeigte sich, dass die Steigungen der Suchfunktionen von absolut »flach« bis sehr »steil« variieren konnten, wobei die Ähnlichkeit des Targets zu den Distraktoren (sowie die Ähnlichkeit der Distraktoren untereinander) eine besondere Rolle spielt. Eine Reihe von Alternativen wurde vorgeschlagen, um diese Befunde zu erklären, insbesondere die Ähnlichkeitstheorie (»similarity theory«; Duncan u. Humphreys 1989) sowie die auf der MIT aufbauenden Modelle der gesteuerten Suche (»guided search«, GS; z. B. Wolfe 1994) und der Dimensions-Gewichtung (»dimensional weighting«; Müller et al. 1995). Wie in der MIT wird auch im GS-Modell davon ausgegangen, dass auf der ersten Verarbeitungsstufe in einer parallelen Weise die einzelnen Merkmale aller sich in einem visuellen Feld befindenden Objekte extrahiert werden. Im Rahmen der MIT signalisieren diese merkmalsbasierten Repräsentationen das Vorhandensein eines bestimmten Merkmals an einem bestimmten Ort im visuellen Feld. Im GS-Modell hingegen bilden die merkmalsbasierten Aktivierungen innerhalb einer visuellen Dimension, wie Orientierung, Farbe, Bewegung etc., die Grundlage für die Berechnung sog. »Salienzsignale«, die dimensionsspezifisch das Vorhandensein sich auffällig von den Nachbarobjekten unterscheidender Merkmale an bestimmten Orten des Feldes signalisieren. Je unterschiedlicher dabei ein Item im Vergleich zu den anderen Items ist (z. B. in der Farbe), desto größer ist seine (Farb-)Salienz. Die dimensionsspezifischen Aktivierungen werden anschließend auf der zweiten Stufe der Verarbeitung ortsspezifisch über die verschiedenen Dimensionen integriert und steuern über diese Stufe die Zuweisung fokaler Aufmerksamkeit an die insgesamt auffälligsten Objekte. Diese erhalten dadurch Zugang zu höheren kognitiven Prozessen, wie Objekterkennung und Objekt-Reaktions-Zuordnung.

249 23.4 · Zeitliche Faktoren der Selektion: Visuelle Markierung

Auch im GS-Modell wird angenommen, dass die Prozesse der ersten Stufe parallel und automatisch ablaufen, d. h. dass sie unabhängig von limitierten Ressourcen und nicht durch kognitive, im speziellen attentionale Einstellungsprozesse modulierbar sind. Einige dieser Annahmen bezüglich der frühen Verarbeitungsstufen werden in aktuellen Arbeiten modifiziert und fanden Eingang in einen alternativen Ansatz der visuellen Suche, dem sog. Dimensions-Gewichtungs-Modell (»dimension weighting model«; Müller et al. 1995). So wird die Suchleistung (d. h. die RZ) durch die dimensionsbasierte Definition des Zielreizes moduliert. Ein signifikanter Anstieg der RZ wurde beobachtet, wenn sich die den Zielreiz definierende Dimension in zwei aufeinander folgenden Versuchsdurchgängen veränderte (z. B. von Farbe nach Orientierung). Dieser Befund wurde durch ressourcenlimitierte Prozesse auf der ersten Verarbeitungsstufe erklärt. Eine limitierte Ressource, attentionales »Gewicht«, wird von den dimensionsbasierten Mechanismen benötigt, um Salienzsignale zu berechnen. Das dabei generierte Muster der Ressourcenverteilung bleibt über Versuchsdurchgänge hinweg in Form eines dimensionalen »Gedächtnisses« erhalten. Dies manifestiert sich bei einem Wechsel der Dimension in verlängerten RZ, da in diesem Fall die Ressource zwischen dimensionsbasierten Verarbeitungsmechanismen verschoben werden muss. Weiter wurde u. a. gezeigt, dass die Effekte dimensionsbasierter Gewichtung nicht vollständig stimulusgetrieben sind, sondern dass sie vielmehr auch »top-down« moduliert werden können. Bei Darbietung eines symbolischen (sprachlichen) Cues vor jedem Suchdisplay führten valide Hinweisreize zu dimensionsbasierten RZ-Vorteilen, unabhängig davon, ob der Cue dimensions- (z. B. »Farbe«) oder merkmalsspezifischer Natur (z. B. »rot«) war. Darüber hinaus reduzierten valide Cues die Kosten, wenn sich die zielreizdefinierende Dimension vom vorherigen zum aktuellen Durchgang änderte. Allerdings kann die »Top-down«-Modulation die stimulusgetriebenen (»bottom-up«) Wechseleffekte nicht vollständig überschreiben (Müller et al. 2003). Neben Fragen der spezifischen Rolle von Top-downund Bottom-up-Prozessen, Mechanismen der ähnlichkeitsbasierten visuellen Gruppierung bei der Steuerung des Suchprozesses, sowie dem Problem, ob die Aufmerksamkeit die Objektbindung beeinflusst oder nur die Selektion präattentiv gebundener Objekte, rücken zunehmend auch Fragen zum Zusammenhang von Aufmerksamkeit und Bewusstsein sowie der Bedeutung rekurrenter Verarbeitung im vorliegenden Kontext in das Zentrum des Forschungsinteresses (z. B. Hochstein u. Ahissar 2002; Lamme 2003).

! Aktuelle Forschungsfragen sind, welche Rolle Topdown- und Bottom-up-Prozesse sowie Prozesse der ähnlichkeitsbasierten Gruppierung bei der Steuerung der Aufmerksamkeit spielen und ob die Aufmerksamkeit die Objektbindung beeinflusst oder nur die Selektion präattentiv gebundener Objekte, sowie der Zusammenhang von Aufmerksamkeit, Bewusstsein und rekurrenter Verarbeitung.

23.4

Zeitliche Faktoren der Selektion: Visuelle Markierung

Neuere Untersuchungen zeigen, dass neben Prozessen der räumlichen Selektion auch solche der Selektion in der Zeit existieren. In bestimmten Situationen, etwa wenn ein Zielreiz an verschiedenen Orten einer visuellen Szene erscheinen kann oder wenn die Merkmale eines zu identifizierenden Objekts nicht von Vornherein bekannt sind, könnte die Zielreiz-Entdeckung durch die Ausrichtung fokaler Aufmerksamkeit auf einen bestimmten (Nicht-Zielreiz-)Ort beeinträchtigt werden. Zeitliche Selektion arbeitet durch einen Mechanismus der »visuellen Markierung« (»visual marking«) alter, d. h. zu einem bestimmten Zeitpunkt schon vorhandener, relativ zu neu erscheinender Objekte (bzw. Objektorte) in einem visuellen Feld. Dabei wird ein aktiver Verarbeitungsbias gegen die alten Objekte eingesetzt, der die Wahrscheinlichkeit, dass die Selektion durch alte Objekte beeinflusst wird, herabsetzt und damit die Wahrscheinlichkeit der Determination der Selektion durch neue Objekte erhöht.

Passive vs. aktive Priorisierung Zwei passive Mechanismen sind hauptsächlich für die Priorisierung neuer Objekte verantwortlich: »inhibition of return« (IOR, 7 oben) und die »Aufmerksamkeits-Kaperung« (»attentional capture«, AK). Mit AufmerksamkeitsKaperung wird das Phänomen bezeichnet, dass ein neues Objekt, das innerhalb einer Anordnung alter Objekte präsentiert wird, die Aufmerksamkeit auf sich zieht, selbst wenn die alten Objekte gleichzeitig mit dem Beginn der Darbietung des neuen Objekts eine ihrer Eigenschaften verändern. Allerdings sind diese passiven automatischen Mechanismen bestimmten Limitationen unterworfen: IOR erstreckt sich auf nur 4 bis 5 der zuletzt fokal beachteten Objekte, und maximal 4 Objekte können simultan für die prioritäre Zuweisung von Aufmerksamkeit vorgemerkt werden.

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250

5

Kapitel 23 · Funktionen und Modelle der selektiven Aufmerksamkeit

Hinweise auf eine aktive Priorisierung wurden von Watson u. Humphreys (1997) berichtet. Diese Autoren verwendeten eine Konjunktionssuchaufgabe, in der ein Set von Distraktoren (alte Items) für 1000 ms vor einem zweiten Distraktorset dargeboten wurde. In Zielreiz-anwesendDurchgängen wurden die Zielreize immer zusammen mit dem Set neuer Distraktoren dargeboten. In dieser »Vorschau«-(»preview«-)Bedingung war die Sucheffizienz so hoch wie in einer Vergleichsbedingung, in der nur das zweite Item-Set präsentiert worden war; dagegen war die Effizienz signifikant höher als in einer BaselineBedingung, in der in einer klassischen Konjunktionssuche alle Items (d. h. die beiden Sets) gleichzeitig dargeboten wurden. Diese Verbesserung der Suchleistung wird als Vorschau-Vorteil bezeichnet und ist ein Hauptcharakteristikum der visuellen Markierung. Weitere Charakteristika sind, dass der Vorschau-Vorteil nicht einfach auf einer Differenz basaler Merkmale zwischen alten und neuen Items basiert; dass er sowohl bei stationären als auch bei sich bewegenden Stimuli auftritt; und dass er bei bis zu 30 alten und 15 neuen Stimuli auftritt und daher nicht den Kapazitätslimitationen von IOR und AK unterworfen ist. Der Vorschau-Vorteil wird reduziert, wenn Beobachter während der Vorschau-Periode eine (auditive oder visuelle) Zusatzaufgabe auszuführen haben (Humphreys et al. 2002). Können die alten Stimuli jedoch vor der Darbietung der Zusatzaufgabe enkodiert werden, wirkt sich nur eine visuelle Zusatzaufgabe negativ aus. Um eine optimale Verarbeitung der neuen Stimuli zu erreichen, müssen also aktive Prozesse einsetzen, während die alten Stimuli (allein) präsentiert werden. Zusätzlich legen die unterschiedlichen Effekte auditiver und visueller Zusatzaufgaben separate Prozesse der Enkodierung und der Aufrechterhaltung einer Repräsentation (der alten Stimuli) nahe. Visuelle Markierung beinhaltet einen Prozess, der die alten Items eines Suchdisplays, die möglicherweise als »Gruppe« repräsentiert werden, als Gesamtheit von der Verarbeitung ausschließt, wenn neue Items im Display auftauchen. Diese Vorstellung wird gestützt durch Untersuchungen, in denen Beobachter in einer Vorschau-Aufgabe in einer Reihe von Versuchsdurchgängen die Anwesenheit eines weißen Lichtpunktes (d. h. eines »Probe«-Stimulus) entdecken mussten, der zusammen mit den neuen Items dargeboten wurde. Wurde der Probe-Stimulus am Ort eines der alten Objekte präsentiert, so war die Entdeckungslatenz im Vergleich zur Darbietung am Ort eines der neuen Objekte signifikant verlangsamt (Watson u. Humphreys 2000).

! Prozesse der Selektion in der Zeit umfassen sowohl passive als auch aktive Effekte. Beim passiven Mechanismus der Aufmerksamkeitskaperung zieht ein neu dargebotenes Objekt die Aufmerksamkeit auf sich, selbst wenn sich ein Merkmal alter Objekte gleichzeitig mit dem Beginn der Darbietung des neuen Objekts verändert. Aktive Priorisierung findet sich in der Vorschau-Bedingung bei Konjunktionssuchen, bei denen alte Items visuell markiert und von der Verarbeitung ausgeschlossen werden, wenn neue Items in einem Suchdisplay auftauchen.

23.5

Limitationen der selektiven visuellen Aufmerksamkeit

Die Bedeutung von Aufmerksamkeitsprozessen zeigt sich in einer Reihe von Limitationen der visuellen Verarbeitung, die dann beobachtet werden, wenn Mechanismen der räumlichen oder zeitlichen selektiven Aufmerksamkeit überlastet sind. Diese Limitationen werden als durch »Unaufmerksamkeit verursachte Blindheit« oder »Unaufmerksamkeitsblindheit« (»inattentional blindness«), »Veränderungsblindheit« (»change blindness«) und »Aufmerksamkeitsblinzeln« (»attentional blink«) bezeichnet .

Unaufmerksamkeitsblindheit Müssen Beobachter eine schwierige Diskriminationsaufgabe, für die räumliche Aufmerksamkeit erforderlich ist (z. B. Bericht darüber, welcher von zwei gering unterschiedlichen Armen eines Kreuzes der längere ist), unter hohem Zeitdruck ausführen, so sind sie nicht in der Lage, alle Merkmale eines unerwartet dargebotenen zusätzlichen Objekts (in einem Wiedererkennenstest) korrekt zu berichten (Unaufmerksamkeitsbedingung). Untersucht wurden dabei Merkmale wie die Form oder die Farbe sowie der Darbietungsort und die Anzahl zusätzlich dargebotener Objekte. Wird das zusätzliche Objekt jedoch erwartet (Bedingung geteilter Aufmerksamkeit), bzw. liegt die primäre Aufgabe in der Verarbeitung des unerwarteten Objekts (volle Aufmerksamkeit), so steigt die Wiedererkennensleistung an bzw. können die Merkmale korrekt berichtet werden. Es wird davon ausgegangen, dass die selektive räumliche Aufmerksamkeit (fast) ausschließlich auf das Objekt ausgerichtet wird, das Gegenstand der Diskriminationsaufgabe ist. Nicht erwartete Objekte können dann nur durch Prozesse verarbeitet werden, die keine Aufmerksamkeit erfordern. Aus dem genannten Grund wird auch von einer »attentionalen

251 23.5 · Limitationen der selektiven visuellen Aufmerksamkeit

Blindheit« für diese Objekte, oder verkürzend von »Unaufmerksamkeitsblindheit«, gesprochen (Mack u. Rock 1998). Interessant ist, dass verschiedene Objektmerkmale mit unterschiedlich hoher Wahrscheinlichkeit berichtet werden. Präsentationsort und Farbe eines unerwarteten Objekts werden sowohl in der inattentionalen als auch in der Bedingung mit geteilter Aufmerksamkeit mit relativ hoher Wahrscheinlichkeit (>70%) korrekt berichtet; Anzahl und Form zusätzlicher Objekte dagegen werden in der geteilten Aufmerksamkeitsbedingung nur mit einer Wahrscheinlichkeit von rund 50% (aber deutlich über dem Rateniveau) erkannt.

Veränderungsblindheit Selbst ausgeprägte Veränderungen eines Objekts oder Objektmerkmals werden oft übersehen, wenn der Fokus der Aufmerksamkeit (während der Veränderung) nicht auf den sich verändernden Teil des visuellen Feldes ausgerichtet ist (Veränderungsblindheit oder »change blindness«). Diese Voraussetzung ist insbesondere dann gegeben, wenn für die Entscheidung über eine mögliche Veränderung Blicksprünge zwischen zwei Bildern erforderlich sind, die an unterschiedlichen Orten gleichzeitig dargebotenen werden (Rensink et al. 1995). Veränderungen werden jedoch auch in zwei Bildern übersehen, die nacheinander an derselben Position dargeboten werden, wenn entweder zwischen den zwei Bildern kurzzeitig ein leeres (weißes) Bild präsentiert wird oder wenn zusätzlich zur Veränderung plötzlich ein ablenkender Stimulus (ein sog. »mudsplash«) dargeboten wird (Rensink et al. 1997).

»Aufmerksamkeitsblinzeln« Mit Aufmerksamkeitsblinzeln (»attentional blink«) wird ein transientes Defizit der zeitlichen selektiven visuellen Aufmerksamkeit im Sinne einer eingeschränkten Fähigkeit zur Verarbeitung sequentiell dargebotener Stimuli bezeichnet. Zwei zu identifizierende visuelle Zielreize werden in einen Strom von zu ignorierenden Reizen eingebettet (z. B. 2 Buchstaben als Zielreize unter 10 Distraktor-Ziffern), wobei die Stimuli immer an derselben Position und mit einer Frequenz von rund 10 Objekten pro Sekunde präsentiert werden. Werden dabei die beiden Zielreize nacheinander innerhalb von weniger als 300–500 ms dargeboten, so sind Beobachter oft nicht in der Lage, den zweiten der beiden Zielreize korrekt zu identifizieren, obwohl der erste Zielreiz fast immer identifiziert wird. Liegt die Präsentation der beiden Zielreize dagegen um mehr als 500 ms auseinander, so kann der zweite Zielreiz nahezu perfekt identifiziert wer-

den. Eine notwendige Voraussetzung für das Auftreten von Aufmerksamkeitsblinzeln ist neben dem Zeitabstand der Präsentation des zweiten relativ zum ersten Zielreiz ( /58/) von Einer- und Zehnerzahl wie dem Deutschen muss es eine spezifische Übertragungsregel für zweistellige Zahlen geben, welche häufiger fehlerbehaftet ausgeführt wird (vgl. Blanken et al. 1997; Inversionsfehler bei Aphasie). Bei Alzheimer-Demenz wird auch eine fehlerhafte Integration von Elementen des Quellkodes in den Zielkode (z. B. /3436/ -> /3tausendvierhundert36/) als Folge einer Dysfunktion kognitiver Kontrollmechanismen beobachtet (Kessler u. Kalbe 1996). Della Sala et al. (2000) zeigten je-

. Abb. 38.1. Fehler einer Aphasikerin beim Transkodieren der arabischen Zahl »12450« in das entsprechende geschriebene Zahlwort; erst auf Hinweis durch die Untersucherin wurden die arabischen Zahlen ersetzt. (Nach Graf et al. 2003)

doch, dass diese Fehlerart keine hohe Spezifität besitzt. Man kann diesen Fehlertypus auch bei Patienten mit einer Aphasie nach einem Hirninsult beobachten (. Abb. 38.1).

38.1.2

Das Ein-Routen-Modell von McCloskey

Mit dem Modell von McCloskey et al. (1985) ist ein erster erfolgreicher Versuch unternommen worden, die Charakterisierung verschiedener Störungen der Rechenfähigkeit nach Hirnschädigung (Akalkulie) und die normale Verarbeitung in einem kognitiv neuropsychologischen Modell vorzunehmen. Die normalen Verarbeitungsschritte und -komponenten werden beschrieben und die Muster von Leistungsdefiziten anhand von (lokalen) Schädigungen einzelner oder mehrerer Komponenten des Modells charakterisiert. Ziel war es, ein möglichst einfaches Modell zu entwerfen, welches jedoch möglichst viele Störungsmuster erfassen kann. Das Modell ist in . Abb. 38.2 dargestellt. ! Akalkulie bezeichnet eine Störung der Rechenfähigkeit nach einer erworbenen Hirnschädigung.

Die Autoren unterscheiden primär zwischen einem System zur Verarbeitung von Zahlen und einem für das Rechnen. Für das Verstehen und Produzieren von arabischen Zahlen und (gehörten oder geschriebenen) Zahlwörtern werden getrennte funktionell autonome Subsysteme angenommen. Innerhalb der Verstehens- und Produktionssysteme werden lexikalische und syntaktische Verarbeitungskomponenten unterschieden. Eine lexikalische Komponente ist erforderlich, um die einzelnen Ziffern (genauer: ihre Repräsentationen in den Ein- und Ausgabekomponenten) bzw. Bestandteile von Zahlwörtern zu verstehen oder für die Produktion wieder zusammenzufügen und vorübergehend zu speichern. Syntaktische Prozesse regeln die Verarbeitung von

38

404

Kapitel 38 · Mathematische Leistungen und Akalkulien

. Abb. 38.2. Modulares Ein-Routen-Modell der Zahlenverarbeitung und mentalen Arithmetik. (Nach McCloskey et al. 1985)

38

Relationen zwischen den einzelnen lexikalischen Elementen, damit Zahlen als ganze verstanden bzw. geäußert werden können. Innerhalb des verbalen lexikalischen Verarbeitungssystems werden phonologische Prozesse für gesprochene und graphematische Prozesse für zu schreibende Zahlwörter unterschieden. Das Aussprechen z. B. des Zahlwortes »sechs« erfordert den Abruf einer phonologischen Repräsentation aus dem phonologischen Ausgabelexikon, die dann über einen Ausgabespeicher (»response buffer«) zusammengefügt und dann geäußert wird. Entsprechend muss für ein zu schreibendes Zahlwort eine graphematische Repräsentation aktiviert und dann für die Umsetzung in eine Schreibbewegung assembliert werden. Charakteristisch für das Modell ist die Annahme einer einzigen internen semantischen Repräsentation von Zah-

len, in die jeder Input überführt werden muss und auf die nachfolgende kognitive Prozesse wie der Abruf von Rechenfakten aus einem semantischen Speicher oder von erlernten Rechenprozeduren für mentale Arithmetik zugreifen (»Single-route« Modell). Die interne semantische Repräsentation wird als Kombination aus einer diskreten Repräsentation für Quantitäten und einer für den Stellenwert modelliert: 5032 -> {5}10EXP3, {3}10EXP1, {2}10EXP0. Beispielsweise erfolgt die lautsprachliche Produktion eines Zahlwortes folgendermaßen: Nach Anstoß durch die abstrakte Repräsentation wird ein wortsyntaktischer Rahmen generiert und die Leerstellen dieses Rahmens werden mit bestimmten abstrakten lexikalischen Elementen unter Beachtung bestimmter Regeln für diese abstrakte lexikalischsemantische Repräsentation gefüllt. Dann wird eine phonologische Repräsentation aufgerufen.

405 38.1 · Modelle der mentalen Zahlenverarbeitung

a

c

b

d

. Abb. 38.3a-d. Verschiedenartige Probleme aphasischer Patienten beim Rechnen. a Zwei Fehler beim Subtrahieren: typische Fehler beim Zehnerborgen; c Anwendung einer Strategie bei Problemen mit den Rechenfaktenabruf beim kleinen Einmaleins: Aufaddieren in der Multiplikationsreihe mit 8; b Unsicherheiten bei 0×687 und Rechnen wie bei Überträgen in der Addition; bei 4×7=28 wurde korrekt »8« notiert und »2« »gemerkt« einschließlich Notierung dieser Ziffern klein in d

neben der Ziffer »8«; fälschliche Addition dieser »2« mit der Zehnerzahl des ersten Operanden (statt später mit nachfolgendem Zwischenergebnis) und Multiplikation des Zwischenresultats mit »4«, also [(2+8)×4=40] usw. d Subtraktionsergebnisse eines Patienten mit weitgehendem Verlust der Fähigkeit zum exakten Rechnen und Angabe einer approximativen Lösung.

In dem Modell wird weiterhin angenommen, dass es spezifische kognitive Prozesse für das Rechnen gibt, insbesondere für das Verstehen von Rechenzeichen und die entsprechenden Wörter, den Abruf von arithmetischem Faktenwissen wie dem kleinen Einmaleins sowie kognitive Rechenprozeduren. Beispielsweise würde in der schriftlich vorgegebenen Multiplikationsaufgabe »64×59« das Lesen des Multiplikationszeichens eine gelernte Multiplikationsroutine aufrufen. Zuerst wird die interne Repräsentation der Zahlen 4 und 9 von dem Faktenspeicher als Input genommen und zusammen mit der Repräsentation des arithmetischen Operators zur Produktion der abstrakten Repräsentation des Ergebnisses {3}EXP1, {6}EXP0 führen. Die Multiplikationsroutine veranlasst dann die schriftliche Ausgabe der Einerzahl 6 als arabische Ziffer. Dann wird das zweite Teilprodukt gebildet, eine Additionsroutine für die Teilprodukte aufgerufen und die Ergebnisse an die Komponenten für die Ausgabe weitergegeben. Über den Abruf von Rechenfakten gibt es eine Vielzahl von Modellvorstellungen (7 Abschn. 38.2). Die Arbeitsgruppe um McCloskey an der Johns Hopkins Universität in Baltimore hat eine Fülle von Einzelfallstudien vorgelegt, in denen Patienten mit isolierten, (doppelt) dissoziierten Stö-

rungen einzelner Verarbeitungskomponenten beschrieben werden, die alle mit dem Modell aus . Abb. 38.2 erklärbar sind (Caramazza u. McCloskey 1987; McCloskey et al. 1991; Sokol et al. 1991). Der arithmetische Faktenabruf aus dem Langzeitgedächtnis kann bereits bei einfachen Additionsund Subtraktionsaufgaben (im Zahlenraum unter 20), bei einfachen Multiplikationen (kleines Einmaleins) und bei einfachen Divisionen beeinträchtigt und/oder zeitlich sehr verzögert sein. Bei mehrschrittigen Rechenoperationen treten inkorrekte oder unvollständige Anwendungen von Lösungsalgorithmen auf. Beim Rechnen mit zwei- und mehrstelligen Zahlen sind häufige Fehlertypen das Nichtbeachten von Zehnerübergängen bei schriftlichen Additionen, das Nichtbeachten oder fehlerhafte Ausführen des »Zehnerborgens« bei schriftlichen Subtraktionen oder die fehlerhafte Berechnung von Zwischenergebnissen wie z.B. Nichtbeachtung der Regel, nur die Einerziffer eines Zwischenergebnisses zu notieren, die Zehnerziffer zu merken und erst im folgenden Schritt zu verrechnen (. Abb. 38.3). Von Claros Salinas u. Willmes (2000) sind charakteristische weitere Störungen beim Transkodieren beschrieben, die ihre Ursache in einer reduzierten Merkspanne, räumlichkonstruktiven Störungen oder Hemianopsien und visuellem Neglect haben.

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Kapitel 38 · Mathematische Leistungen und Akalkulien

An verschiedenen Aspekten des Modells ist Kritik geübt worden. Deloche u. Seron (1987) haben sehr differenziert Transkodierungsalgorithmen (im Sinne eines Produktionsmodells) für eine asemantische Überführung einer Zahlennotation in eine andere beschrieben (7 oben sowie Noël u. Seron 1993). Weddell u. Davidoff (1991) argumentieren ebenfalls für die zusätzliche Einführung asemantischer Transkodierungswege analog zu der »äußeren Route« im Logogenmodell anhand eines Einzelfalls, dessen Probleme in Rechenaufgaben eine selektive Störung der semantischen Repräsentation für die Zahlen 7 und 9 nahe legten. Cipolotti u. Butterworth (1995) haben in ihrem »Multiple-route«-Modell getrennte semantische und asemantische Transkodierungswege postuliert, die je nach Aufgabenstellung eingesetzt werden und sich gegenseitig hemmen: In Rechenaufgaben ist der Zugriff zu semantischen Repräsentationen erforderlich, nicht aber beim Transkodieren wie dem Schreiben nach Diktat oder dem lauten Lesen von (arabischen) Zahlen. Transkodierungsprozesse können also trotz gestörter semantischer Repräsentationen erhalten sein (vgl. Cohen et al. 1994). Umgekehrt berichten Cipolotti und Butterworth – im Sinne einer doppelten Dissoziation – von einem Patienten mit einer degenerativen Hirnschädigung, der sehr schlecht Zahlen lesen und schreiben, aber vergleichsweise gut mündlich und schriftlich rechnen konnte. Es kam sogar wiederholt vor, dass der Patient dieselbe Zahl, die er nicht lesen oder schreiben konnte, als Ergebnis einer (Kopf)rechenaufgabe korrekt äußern konnte. Ein weiterer Einzelfall, der im Widerspruch zu dem Ein-Routen-Modell von McCloskey steht, wird von GarciaOrza et al. (2003) berichtet. Dieser Schlaganfallpatient JS konnte arabische Zahlen nicht laut lesen; er war aber gut in der Lage, arabische Zahlen zu verstehen und verbale Antworten auf Rechenaufgaben zu geben. Beispielsweise las er die einfache Multiplikationsaufgabe »7×3« als »vier mal fünf«, konnte aber die richtige Lösung mündlich äußern und sie als arabische Zahl »21« schreiben. Vorwiegend aufgrund experimenteller Untersuchungen an Probanden haben Campbell (1994) und Mitarbeiter (Campbell u. Clark in Campbell 1992) argumentiert, dass es keine abstrakte interne Repräsentation für Zahlen gibt, sondern dass diverse untereinander verbundene notationsabhängige Repräsentationen von Zahlen und Rechenproblemen koexistieren (sog. »Encoding-complex« Hypothese), so dass im gesamten Verarbeitungsweg von der Enkodierung über den Abruf aus einem Gedächtnisspeicher und die Antwort ein Einfluss der Notation erhalten bleibt. Die-

ses Problem von Modularität vs. Interaktivität hat allgemeine Bedeutung für die Art der mentalen Repräsentation von semantischem Wissen. Noël u. Seron (1993) nehmen in der »Preferred entry code« Hypothese sogar weitergehend an, dass es interindividuelle Unterschiede darin gibt, in welche interne, aber nicht amodale Repräsentation alle externen Notationen überführt werden, bevor auf arithmetisches Wissen zugegriffen wird. Grafman (1988) schlägt in einer Überblicksarbeit ein umfassenderes Rahmenmodell vor, welches (Arbeits)gedächtnisspeicher, Aufmerksamkeitsund Kontrollprozesse mit berücksichtigt.

38.1.3

Das »Triple-Code«-Modell von Dehaene

In dem viel beachteten »Triple-Code«-Modell von Dehaene (1992) werden 3 Arten von internen mentalen Repräsentationen für Zahlen angenommen, die wechselseitig ineinander überführbar sind: 1. Ein auditiv-verbaler Code, in den gehörte und gelesene Zahlwörter transformiert sowie von dem aus gesprochene und geschriebene Zahlwörter geäußert werden, enthält präphonologische Wortformen ohne numerische Bedeutung. Auf diese Repräsentation wird beim Abruf von arithmetischem Faktenwissen und beim fortlaufenden Zählen zurückgegriffen. 2. Ein visuell-arabischer Kode (visuelle Zahlform), in den gelesene arabische Zahlen transformiert sowie von dem aus arabische Zahlen geschrieben werden, enthält Anordnungen von Symbolen ebenfalls ohne numerische Bedeutung. Auf diesen Kode wird bei Rechenaufgaben mit mehrstelligen Zahlen oder z. B. bei einer geforderten Paritätsentscheidung (gerade/ungerade Zahl) zugegriffen. 3. Von zentraler Bedeutung ist der analoge Größenkode, der zwar nicht als abstrakte semantische Repräsentation wie in dem Modell von McCloskey konzipiert ist, aber eine semantische Funktion hat. Die numerische Größe einer Zahl wird als Aktivierungsverteilung über einem mentalen, orientierten Zahlenstrahl (mit logarithmischer Skalierung) repräsentiert. Dieser Kode wird aktiviert, wenn die Anzahl einer Menge von Objekten schnell zu erfassen, Zahlen hinsichtlich ihrer Größe zu vergleichen, numerische Nähe festzustellen, approximative Berechnungen auszuführen oder die ungefähre Richtigkeit von Rechnungen zu kontrollieren ist.

407 38.1 · Modelle der mentalen Zahlenverarbeitung

! Das »Triple-Code«-Modell von Dehaene (1992) nimmt 3 Arten von internen mentalen Repräsentationen für Zahlen an, die wechselseitig ineinander überführbar sind: einen auditiv-verbalen Kode, einen visuellarabischen Kode (visuelle Zahlform) sowie einen analogen Größenkode.

Belege für die Angemessenheit einer mentalen Größenrepräsentation werden einerseits aus drei wiederholt replizierten Effekten in Reaktionszeitexperimenten abgeleitet (Überblick bei Dehaene 1992; siehe aber Nuerk et al. 2001). ! Der Distanzeffekt besagt, dass zwei (ganze, positive, ein- oder zweistellige) Zahlen (oder Zahlwörter) um so leichter/schneller hinsichtlich ihrer Größe zu vergleichen sind, je größer ihre Differenz ist.

Derselbe Effekt stellt sich ein, wenn eine einzelne präsentierte Zahl mit einer fest vereinbarten Standardzahl zu vergleichen ist. Der Effekt ist untersucht und nachgewiesen für ein- und zweistellige Zahlen. Die Abnahme der RZ erfolgt linear mit dem Logarithmus der Distanz (Dehaene et al. 1990) Wie in einer »mentalen« Psychophysik gilt zudem: ! Der Problemgrößeneffekt: Dieselbe Distanz zwischen zwei Zahlen führt bei zunehmend größeren Zahlen zu schlechteren Leistungen (längere RZ, mehr Fehler). ! Der SNARC-Effekt (Spatial-Numerical Association of Response Codes) beinhaltet, dass bei (einstelligen) Zahlen die Entscheidung über die Parität einer Zahl für die relativ kleineren Zahlen schneller mit der linken Hand und für die relativ größeren Zahlen schneller mit der rechten Hand erfolgt, wenn es also eine Kongruenz zwischen mentaler Repräsentation der Reaktionstastenzuordnung und der Lokalisierung der mentalen Repräsentation der Zahl auf einem gerichteten mentalen Zahlenstrahl (sog. »mental number line«) gibt (Dehaene et al. 1993).

Dieser SNARC-Effekt tritt für verschiedene Zahlennotationen auf, selbst dann, wenn nicht über eine numerischsemantische Eigenschaft der Zahlen sondern über eine sog. »oberflächliche« Eigenschaft wie die Klapp-Symmetrie der präsentierten Ziffer oder das Vorhandensein eines bestimmten Lautes in dem zu einer arabischen Zahl gehörende Zahlwort (sog. »phoneme-monitoring«) zu entscheiden ist (Fias et al. 1996). Letztere Befunde deuten darauf hin, dass bei Präsentation einer arabischen Zahl »automatisch«

eine Aktivierung einer semantischen(Größen)repräsentation erfolgt, selbst wenn sie zur Aufgabenlösung nichts beiträgt. Diese semantische Repräsentation schein sogar involviert zu sein, wenn über die physikalische Identität zweier einstelliger Zahlen entschieden werden soll; zwei Zahlen werden um so schneller als physikalisch nicht identisch beurteilt, je größer ihre numerische Distanz ist (Dehaene u. Akhavein 1995). Zum SNARC-Effekt hat es in den letzten Jahren eine Fülle von experimentellen Untersuchungen gegeben, da dieser Effekt als ein wichtiger Indikator für den Zusammenhang zwischen mentaler Repräsentation von numerischer Größe und von Raum angesehen wird (Nuerk et al. 2005). Selbst willentliche Augenbewegungen zeigen räumliche Aspekte der kognitiven Repräsentation von Zahlen (Fischer et al. 2004). Probanden wurden zentral am Monitor einzelne einstellige Zahlen gezeigt. Je nach Instruktion mussten sie bei ungeraden/geraden Zahlen so schnell wie möglich nach links/rechts (oder mit umgekehrter Zuordnung) blicken. Es zeigte sich ein deutlicher SNARC-Effekt für die Blicklatenzen mit kürzeren Zeiten bei numerisch kleineren Zahlen und Blicken nach links sowie kürzeren Zeiten nach rechts bei numerisch größeren Zahlen. Andererseits ermöglicht der SNARC-Effekt auch den Nachweis, dass Zahlwörter nur dann semantisch hinsichtlich der bezeichneten numerischen Größe verarbeitet werden, wenn die Aufgabenstellung dies erfordert. So ergab sich im Unterschied zu dem zuvor erwähnten SNARC-Effekt beim »phonememonitoring« bei präsentierten arabischen Ziffern kein solcher Effekt, wenn stattdessen visuell präsentierte Zahlwörter darauf hin beurteilt werden sollten, ob das zugehörige gesprochene Zahlwort den Laut /e/ enthält (Fias 2001). Aufgrund des Distanzeffekts wurde postuliert, dass der mentale Zahlenstrahl analog und holistisch sei, d. h. zweistellige Zahlen werden bei der semantischen Verarbeitung nicht in Zehner- und Einerstellen separiert, sondern ganzheitlich in ihrer Größe behandelt. Dehaene et al. (1990) überprüften die Annahme des Holismus in RZ-Experimenten beim Vergleich einer zweistelligen Zahl mit einer sog. Standardzahl (z. B. »55« oder »65«). Bei zweistelligen Zahlen hat die Einerstelle einen Einfluss auf den Größenvergleich, wenn die Zehnerziffer allein den Vergleich erlauben würde (z. B. Entscheidung für »41« deutlich schneller als für »49«). Mit zunehmender Entfernung des Vergleichsreizes vom Standard nahm die RZ logarithmisch sogar innerhalb der Dekaden ab, so dass eine ganzheitliche Verarbeitung zweistelliger Zahlen postuliert wird (»holistic processing-model«). Vor dem Größen-

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Kapitel 38 · Mathematische Leistungen und Akalkulien

vergleich werden Einer- und Zehnerinformation in einen einheitlichen Größenkode im Sinne eines mentalen Zahlenstrahls überführt, der keine Information über Einer und Zehner mehr enthält. Die Befunde lassen sich nicht bestätigen, wenn man die Aufgabenstellung so modifiziert, dass jeweils zwei simultan dargebotene zweistellige Zahlen zu vergleichen sind und damit Einer- und Zehnerdistanzen frei variieren können unter systematischer Variation der so. »Kompatibilität« der beiden Zahlen (Nuerk et al. 2001). Dann zeigt sich, dass neben der Distanz der beiden Zahlen auch separat Einer- und Zehnerzahl verarbeitet werden. Der Kompatibilitätseffekt stellt sich ein, wenn man bei den präsentierten zweistelligen Zahlenpaaren kompatible Paare, bei denen der Vergleich von Zehner- und Einerstelle zu demselben Ergebnis hinsichtlich der Größenrelation führt (z. B. 42_57, da 4 < 5 und 2 < 7), inkompatiblen Zahlenpaaren mit unterschiedlichem Ausgang des Größenvergleichs (z. B. 37_52, da 3 < 5 aber 7 > 2) gegenüberstellt. Wenn nur die analoge Größe der beiden zweistelligen Zahlen gegenüber der Identität der Zehner und Einerstellen eine Rolle spielte, sollte sich kein Kompatibilitätseffekt zeigen, wenn man andere relevante Eigenschaften wie z. B. absolute und logarithmische Distanz konstant hält. Für arabische Zahlen und Zahlwörter gilt, dass inkompatible Zahlenpaare langsamer und mit mehr Fehlern verglichen werden als kompatible Paare. Der Kompatibilitätseffekt wurde auch umso größer, je größer die Inkompatibilität in der Einerstelle war (z. B. 38_51 mit einer inkompatiblen Einerdistanz von 7 verglichen mit 43_62 und einer inkompatiblen Einerdistanz von 1). Bei der Modellierung des Größenvergleichs und der semantischen Repräsentation von zwei/mehrstelligen Zahlen müssen somit zumindest zusätzliche Größenrepräsentationen für Zehner und Einer angenommen werden. Es gibt ausführlich untersuchte Einzelfälle, deren Leistungs- und Fehlermuster über eine (besser) erhaltene mentale Größenrepräsentation erklärbar sind. Dehaene u. Cohen (1991) berichten beispielsweise über einen Patienten NAU mit schwersten Beeinträchtigungen im Umgang mit Zahlen und beim Rechnen. So gelang etwa die exakte Lösung nur bei sehr einfachen visuell angebotenen Additionsaufgaben. Die falschen Lösungen waren aber durchgängig nicht grob abweichend. In sog. Verifikationsaufgaben, bei denen über die Korrektheit einer Addition entschieden werden sollte, wurden von dem Patienten richtige und leicht abweichende Lösungen deutlich häufiger als richtig akzeptiert als stark abweichende Lösungen. Durchgängig gelangen alle die Aufgabenstellungen deutlich besser, in denen nicht eine exakte Lösung erforderlich ist, son-

dern eine Abschätzung ausreicht, wie beim Größenvergleich zweier arabischer Zahlen, beim Abschätzen von Punktmengen oder beim Platzieren einer zweistelligen arabischen Zahl auf einem (vertikal angeordneten) Zahlenstrahl von 0-100.

38.2

Modelle der mentalen Arithmetik

! Das Gebiet der kognitiven oder mentalen Arithmetik beschäftigt sich damit, welche kognitiven Prozesse, Gedächtnisrepräsentationen und mentalen Komponenten bei der Ausführung einfacher Arithmetikaufgaben beteiligt sind.

Wie in der Einleitung skizziert, ist das Ausführen von Rechenaufgaben ein komplexer Prozess, der die Beteiligung verschiedener kognitiver Mechanismen einschließt und zu dessen (mentaler) Ausführung kognitive Ressourcen wie Aufmerksamkeits-, Arbeitsgedächtnis- und Problemlöseprozesse erforderlich sind. ! Es gibt zwei Arten von Wissen über Arithmetik: deklaratives Faktenwissen wie das »kleine Einmaleins« und Wissen über die Ausführung von Rechenprozeduren sowie (in unterschiedlichem Umfang) Verständnis für arithmetische Konzepte.

Kognitionspsychologische Modelle der mentalen Arithmetik enthalten deshalb sowohl deklaratives (aus dem Gedächtnis abrufbare Rechenfakten wie »vier mal sieben ist achtundzwanzig«) wie prozedurales Wissen (aus dem Gedächtnis abrufbare Algorithmen und regelbasierte Strategien). Zunehmend häufiger wird auch untersucht, inwieweit prozedurale Fertigkeiten ausreichend sind oder erst in Wechselwirkung mit einem Verständnis und Wissen über arithmetische und algebraische Prinzipien zu über das alltägliche Wissen hinausgehenden Fertigkeiten führen. Insbesondere die Rolle der fortschreitenden Formalisierung und Abstrahierung sowohl als Instrument und Objekt kognitiven Problemlösens werden thematisiert (z. B. Sloboda u. Rogers 1987). Die kognitionspsychologische Untersuchung z. B. des Verständnisses algebraischer Formeln und Gleichungen beinhaltet exemplarisch die grundlegenden Problemstellen moderner kognitionspsychologischer Forschung. Es geht einerseits um die Anzahl und Art der mentalen Repräsentationen einschließlich deren systemischer Verknüpfung sowie andererseits um die Be-

409 38.2 · Modelle der mentalen Arithmetik

ziehungen zwischen Kenntnissen über die grundlegenden Prinzipien und Gesetzmäßigkeiten sowie Kenntnissen über prozedurale Fertigkeiten. Gegenüber anderen Bereichen menschlicher intellektueller Kompetenzen handelt es sich in der Mathematik vorwiegend um abstrakte Formen des Wissens mit einer engen Bindung an eine formale Sprache. Einfache Beispiele mentaler Arithmetik wie die Grundrechenarten werden als wichtige Anwendungen der ACT-R Produktionssystem-Theorie (»atomic components of thought«; Anderson u. Lebiere 1998) vorgestellt. Mit ACT-R kann man z.B. die empirisch beobachteten Häufigkeitsverteilungen von Rechenfehlern beim Multiplizieren im Kopf generieren (»Split« Effekt: größere Wahrscheinlichkeit für kleine Abweichungen von der richtigen Lösung), den Problemgrößeneffekt (7 Unter der Lupe »Modelle zur Erklärung des Problemgrößeneffektes«) auch in seiner quantitativen Ausprägung modellieren und die größere Häufigkeit von »Tafelfehlern« (»within-table error« als falsches Ergebnis

wird eine Zahl aus derselben Zeile, z. B. 7×8-> 48 der Multiplikationstabelle oder einer anderen Zeile, z. B. 7×8-> 54, meist in der Nähe der richtigen Lösung generiert) gegenüber »Nichttafelfehlern« (»out-of-table error«). In den letzten drei Jahrzehnten sind verschiedene Modellvorstellungen zum Verarbeiten von Aufgaben in den vier Grundrechenarten – besonders von Addition und Multiplikation – vorgestellt worden. Dies geschah unter Verwendung der RZ-Methodik und der von Sternberg (1969) entwickelten additiven-Faktorenlogik zur Analyse auf unabhängige sequentielle Verarbeitungsschritte (Überblick bei Ashcraft 1992). ! Das wichtigste zu erklärende Phänomen ist der Problemgrößeneffekt: mit wachsender Größe der Operanden und damit der Lösungszahl steigen die RZ und die Fehlerzahl sowohl in Produktionsaufgaben (a+b=?) wie in Verifikationsaufgaben (a+b=c, wahr oder falsch?).

Unter der Lupe

Modelle zur Erklärung des Problemgrößeneffekts Das früheste Modell stammt von Groen und Parkman (MIN-Modell): die RZ ist eine lineare Funktion des kleineren der beiden Operanden a und b. Das Regressionsgewicht von ca. 20 ms der RZ auf den MIN-Wert wird als benötigte Zeit für das Heraufsetzen eines internen Zählers um eine Einheit interpretiert. Für einen mentalen Zählvorgang ist das zu wenig Zeit, so dass ein direkter Gedächtnisabruf für die meisten Aufgaben plausibler ist. Eine weitere Besonderheit bilden Aufgaben mit identischen Operanden (sog. »ties«) und überproportional kurzen RZ sowie der Gebrauch von Regeln und Heuristiken als zusätzliche oder alternative Lösungsmöglichkeiten. Besonders für richtige Lösungen in Additionsverifikationsaufgaben erwies sich eine nichtlineare Funktion, die quadrierte Summe der Operanden (SUM²-Modell), als bester Prädiktor der RZ, was weder mit Zählmodellen noch mit einem direkten Gedächtnisabruf kompatibel ist. Vielmehr muss die in einem netzwerkartigen Gedächtnisspeicher abgelegte Information für den Abruf aktiviert werden, und die RZ spiegelt die systematische Organisation des Langzeitspeichers wider. Eine Modellklasse bilden Tafelsuch-Modelle, in denen die Lösung von der Länge der Weges in einer sym-

metrischen Zweiwegtafel in City-Block-Metrik vom Startpunkt (0, 0) bis zum Ergebniseintrag abhängt, also von der Summe der Operanden. Die bessere Anpassung des SUM²Prädiktors ist durch eine Zunahme der hypothetischen Distanzen mit wachsender Operandengröße zu erklären. Einen noch besseren Prädiktor ergibt das Produkt der Operanden (Produktmodell), welches von einer konstanten flächenbezogenen Aktivierungsausbreitungsrate von (0, 0) zur richtigen Summe ausgeht. In Nichttafelmodellen wie dem Distribution-vonAktivierungen-(DA-)Modell, werden Assoziationen unterschiedlicher Stärke zu verschiedenen möglichen Lösungen angenommen. Je weniger flach die Aktivierungsverteilung um den Modalwert für die richtige Lösung für ein Problem ist, desto kürzer fällt die RZ aus. Bei DA-Modellen fällt es schwer zu spezifizieren, von welchen, auch individuellen Einflussfaktoren die Form der Aktivierungsverteilung abhängt. Mit einem Tafelsuchmodell sind konsistente Fehler als zeilen- oder spaltenweise geschwächte Such- und Aktivierungsprozesse gut zu erklären. Irreguläre Fehlermuster können eher auftreten, wenn Operanden und Ergebnis ohne weitgehende. Es gibt zudem konnektionistische (MATHNET) und sog. Netzwerk-Interferenz-Modellierungen (Überblick in Campbell 1992).

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Kapitel 38 · Mathematische Leistungen und Akalkulien

Neben der Suche nach geeigneten Modellen hat sich das Forschungsinteresse auch auf folgende Fragen gerichtet: 1. Gibt es eine einzige interne mentale Zahlenrepräsentation, oder findet sich stets eine Interaktion mit der Zahlennotation und/oder der Art und Modalität der Aufgabenstellung, wie in dem »Encoding-complex«-Modell postuliert (Campbell, 1994)? 2. Gibt es individuelle Unterschiede in der Wahl der internen Repräsentation, in die Zahlen zur Weiterverarbeitung überführt werden, wie in dem »Preferred-entrycode« Modell von Noël u. Seron (1992)? 3. Gibt es gemeinsame Gedächtnisprozesse und Transfereffekte zwischen verschiedenen Grundrechenarten oder Aufgaben mit vertauschter Operandenanordnung (wie z. B. für Multiplikation und Division, sog. »common representations framework«, Campbell 1997) oder sind diese voneinander unabhängig (»independent representations framework«), wie im »Identical elements«(IE)-Modell (Rickard u. Bourne 1996) behauptet wird? Für jedes Zahlentripel in Multiplikation und Division (z. B. 4, 7, 28) wird die Speicherung von drei unabhängigen Gedächtniseinträgen bestehend aus dem jeweiligen Problem und einer gerichteten Verbindung zum Ergebnis hin angenommen (z. B. (4, 7, ×) -> 28, 28 : 7 -> 4; 28 : 7 -> 4). Eine sehr aktuelle revidierte Version des IE-Modells, die beide Positionen annähert (Rickard 2005), nimmt zusätzlich eine umgekehrte Assoziation für die Multiplikation an, in der eine Faktorisierung (z. B. 28 -> (4, 7)) gespeichert wird. Allerdings wird für letztere Assoziation eine geringere Verbin-

Dorsolater orsolater präfrontaler Kortex

Inferior parietaler Kortex

dungsstärke angenommen sowie eine geringere Nutzung bei geübten Kopfrechnern. 4. Gibt es Einflüsse der unterschiedlichen sprachlichen Struktur von Zahlwörtern bei bilingualen Probanden? 5. Welche Rolle spielen phonologische Schleife und zentrale Exekutive des Arbeitsgedächtnisses?

38.3

Neurofunktionale Modelle und Ergebnisse der funktionellen Bildgebung

Für die kognitive Neuropsychologie besonders interessant ist der Versuch von Dehaene u. Cohen (1995), eine anatomische Einbettung ihres rein psychologischen Triple-Code Modells zu liefern; diese ist in der Version von Dehaene (1997) in . Abb. 38.4 dargestellt. ! Die visuelle Identifizierung von Zahlwörtern und arabischen Zahlen erfolgt durch die Aktivierung eines visuell-arabischen Kodes (visuelle Zahlform) oder einer visuellen Wortform im inferioren okzipitotemporalen Kortex, linkshemisphärisch für beide Notationen und rechtshemisphärisch für arabische Zahlen. Prozeduren zur Identifikation und Produktion von gesprochenen Zahlwörtern sowie die Repräsentation der Zahlwortsyntax werden in den klassischen perisylvischen Sprachregionen der linken Hemisphäre postuliert. Die (semantische) analoge 6

Inferior parietaler Kortex

Dorsolater orsolater präfrontaler Kortex

Perisylvische Gebiete

Inferior okzipito-temporaler Kortex

. Abb. 38.4. Anatomisch-funktionales Modell der Zahlenverarbeitung. (Nach Dehaene u. Cohen in der Version von Dehaene 1997)

411 38.3 · Neurofunktionale Modelle und Ergebnisse der funktionellen Bildgebung

Repräsentationen von Quantitäten und die Vergleichsprozedur für Größenvergleiche ist bilateral im inferior parietalen Kortex ‘angesiedelt’ mit einer (noch ungeklärten) funktionalen Dominanz der rechten oder Hemisphäre im Falle von arabischen Zahlen und Zahlwörtern (s. auch Dehaene u. Cohen 1997).

Dehaene (1997) spricht sogar von einem aus der Phylogenese stammenden »number sense«, den er beim Menschen im intraparietalen Sulcus postuliert (Dehaene et al. 1998). Der Abruf von einfachem arithmetischem Faktenwissen aus dem semantischen Gedächtnis erfolgt über Anteile der Sprachregion durch Aktivierung einer (phonologischen) kortikosubkortikalen Schleife unter Einschluss von Basalganglien und Thalamus, die für die Speicherung und Reproduktion automatisierter verbal-motorischer Sequenzen zuständig ist: Die Sequenz »drei mal fünf« aktiviert das Wort »fünfzehn« in kortikalen Sprachregionen. Komplexere mentale Berechnungen erfordern den Einschluss linkshemisphärischer parietaler Strukturen mit visuo-spatialen und sprachlichen Repräsentationen sowie den dorsolateralen präfrontalen Kortex zur Auswahl von Bearbeitungsstrategien und zur Planung und Sequenzierung von Zwischenschritten. Weiterhin werden zwischen den drei internen Kodes bidirektionale Verbindungen angenommen. In der linken Hemisphäre besteht eine asemantische Verbindung zwischen visueller Zahlform und Sprachsystem und eine semantische Verbindung unter Einschluss der quantitativen Größenrepräsentation; in der rechten Hemisphäre gibt es lediglich eine Verbindung zwischen visueller Zahlform und Größenrepräsentation. Eine direkte interhemisphärische Verbindung wird nur für die visuelle Wort- und Zahlform sowie die Größenrepräsentation angenommen. Es gibt aber keine direkte Verbindung zwischen der visuellen Zahlform in der rechten Hemisphäre und den linkshemisphärischen Sprachregionen. Dehaene u. Cohen (1995) führen verschiedene Belege für die Angemessenheit ihres Modells an: Split-brain-Patienten können wichtige Informationen zur hemisphärenspezifischen Repräsentation und Verarbeitungskapazität liefern. Vornehmlich Untersuchungen der Arbeitsgruppe um Gazzaniga haben viele der Modellannahmen stützen können (Überblick bei Seymour et al. 1994): Unter gesichtsfeldabhängiger kurzfristiger Stimuluspräsentation können in jeder der beiden Hemisphären arabische Zahlen identifiziert werden, es kann über die Gleichheit zweier Ziffern entschieden und die größere von

zwei (einstelligen) Zahlen ausgewählt werden. Nur in der linken Hemisphäre können hingegen einfache Grundrechenaufgaben korrekt gelöst werden und in den meisten Fällen nur ins rechte visuelle Halbfeld projizierte arabische Zahlen schnell und direkt benannt werden. Es gibt allerdings auch die Strategie, still oder laut von eins an (mit Unterstützung der linken sprachdominanten Hemisphäre), die Zahlenreihe hoch zu zählen und erst bei einer Entsprechung zwischen dem über sog. »cross-cueing« nach rechts transferierten Zahlwort und der in der rechten Hemisphäre bereit gehaltenen arabischen Zahl mit dem Zählen einzuhalten. Eine vergleichbare Strategie des Benennens durch Abzählen findet man häufig bei aphasischen Patienten mit ausgedehnten linkshemisphärischen Läsionen. Einer der ersten Belege für die Angemessenheit der Aussagen des Triple-Code-Modells lieferte der Patient NAU (Dehaene u. Cohen 1991), der nach einer ausgedehnten Läsion im hinteren Versorgungsgebiet der linken mittleren Hirnarterie (Arteria cerebri media) mit lediglich kleinen erhaltenen kortikalen Arealen im okzipitalen, superior parietalen und anterioren temporalen Kortex noch arabische Ziffern korrekt identifizieren und ein- und zweistellige arabische Zahlen hinsichtlich ihrer Größe vergleichen konnte. NAU war auch in der Lage, approximativ Quantitäten einzuschätzen und grob falsche einfache Rechnungen in den Grundrechenarten (z. B. 1+3=9?) zu erkennen. NAU konnte dagegen bis auf die schon beschriebene Strategie des Hochzählens weder arabische Zahlen benennen noch selbst einfachste Additions-, Subtraktions- oder Multiplikationsaufgaben »im Kopf« rechnen. Auch eine Entscheidung über die Parität einer einstelligen Zahl war nicht möglich, was dafür spricht, dass die im Modell angenommene visuelle Zahlform der linken Hemisphäre aktiviert wird, um die abgespeicherte Information über die Parität dieser Zahl abzurufen. Obiges Leistungsmuster des Patienten ist ein gewichtiger Hinweis darauf, dass nicht Restfähigkeiten der linken Hemisphäre sondern ein intaktes System zur Verarbeitung quantitativer (approximativer) numerischer Information in der rechten Hemisphäre (in inferior parietalen Arealen) für die Leistungen verantwortlich ist. Weitere Einzelfallstudien vorwiegend bei Patienten mit Läsionen der (linken) sprachdominanten Hemisphäre ohne und mit Einsatz funktionell bildgebender Verfahren werden im Abschnitt 35.4 behandelt. Auch wenn (bis auf den seltenen Fall einer gekreuzten Aphasie) Beeinträchtigungen in der Zahlenverarbeitung und im Rechnen selbst bisher nicht berichtet worden sind, bedeutet das nicht, dass die rechte Hemisphäre bei normaler Verarbeitung nicht

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Kapitel 38 · Mathematische Leistungen und Akalkulien

beteiligt wäre. Genauso gut denkbar - und im Modell von Dehaene und Cohen angenommen - ist die Möglichkeit einer redundanten Repräsentation bestimmter Zahlenverarbeitungsprozesse. Eine andere Art der Prüfung von Modellaussagen kann mit Hilfe funktionell bildgebender Verfahren durchgeführt werden. In den letzten Jahren hat für den Bereich der numerischen Kognition die Anzahl und Differenziertheit solcher Studien stark zugenommen. Elektrophysiologische Studien mit Einzelzellableitungen bei Makakenaffen (7 Kap. 37; Nieder u. Miller 2004) und die Stimulation definierter Hirnareale mit Hilfe der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) sind hinzugekommen. Untersuchungen mit der Positronenemissionstomographie (PET) sind weitgehend abgelöst worden durch die funktionelle Kernspintomographie (fMRT) bei zunehmender Verwendung ereigniskorrelierter Untersuchungsdesigns an leistungsfähigeren Tomographen sowie EEG-Untersuchungen mit Registrierung ereigniskorrelierter Potentiale (EKP) zur genaueren Differenzierung der topographischen und zeitlichen Aspekte der Hirnaktivitäten bei vorwiegend elementaren Aufgabenstellungen zur Zahlenverarbeitung (Größenvergleiche ein- und zweistelliger Zahlen, Paritätsentscheidung) und zum Rechnen (exakte und approximative Aufgaben zu den Grundrechenarten, serielle Subtraktion). Auffallend ist in den meisten Studien, dass selbst bei einfachen Anforderungen ein ganzes Netzwerk von Hirnarealen aktiviert ist, sodass es einer sehr genauen Aufgabenanalyse hinsichtlich beteiligter Teilprozesse und Verarbeitungskomponenten bedarf, um durch gezielten Vergleich verschiedener Itemmengen oder eine parametrische Variation von Eigenschaften der Zahlenstimuli (z. B. numerische Distanz, Kompatibilität) verschiedene Komponenten und Teilnetze der Verarbeitung identifizieren zu können. Bevor einzelne ausgewählte Bildgebungsstudien dargestellt werden, soll zur Orientierung ein Überblick über die Ausdifferenzierung der Modellvorstellungen gegeben werden. Die Darstellung orientiert sich am Triple-CodeModell, das allein umfassender explizite Aussagen zur funktionell-anatomischen Entsprechung zwischen Teilfunktionen des Zahlenverarbeitung und des Rechnens und beteiligten Hirnstrukturen macht. Dabei zeichnet sich noch nicht in allen Aspekten ein konsistentes Ergebnismuster ab. Als inzwischen gesichert wird aber angesehen, dass parietale Aktivierungen nicht allein den Einfluss eines quantitativen numerischen Größensystems indizieren. Dehaene et al. (2003) stellen aufgrund einer Metaanalyse der publi-

zierten Aktivierungsstudien fest, dass insbesondere die Vorstellungen über die Rolle des (inferioren) Parietalhirns ausdifferenziert werden müssen. So erstreckt sich das perisylvische Sprachnetzwerk bis in den inferioren Parietallappen, und die posterioren Anteile des superioren Parietalhirns sind stark mit visuellen Aufmerksamkeitsprozessen verknüpft, die wiederum zur visuellen Verarbeitung von Zahlen beitragen. Es ist also erforderlich, die parietalen Aktivierungen bei Aufgabestellungen zur Zahlenverarbeitung und zum Rechnen danach zu unterscheiden, ob sie mit der semantischen Größenrepräsentation und/oder mit nicht spezifischen sprachlichen oder visuellen, aufmerksamkeitsbezogenen Routinen befasst sind. Erst seit kurzem wird beachtet, dass die für die Repräsentation abstrakter numerischer Quantität vermuteten parietalen Regionen auch generell räumliche Repräsentationen unterstützen und bei der Verarbeitung zeitlicher Ordnung relevant sind. Walsh (2003) hat diese Überlegungen in seiner ATOM-Theorie (A Theory of Magnitude) skizziert. Erste präzisere Überlegungen stammen aus der Arbeitgruppe um Dehaene zur Differenzierung kortikaler Areale im Bereich des IPS in Homologie zu entsprechenden Arealen bei Makaken (Hubbard et al. 2005). Insbesondere das laterale (LIP), das anteriore (AIP) und das ventrale (VIP) intraparietale Areal wurden zusätzlich in Verbindung mit numerischer Kognition gebracht. Dabei entspricht VIP beim Menschen gut dem bereits erwähnten HIPS. Parietale Regionen, die räumliche Transformationen unterstützen, werden als geeignete Kandidaten für arithmetische Transformationen und andere räumliche Aspekte numerischer Kognition angesehen, und zwar besonders solche Areale, die Raum unabhängig von der Modalität und den beteiligten Effektoren (Arme, Beine) kodieren. Zudem sollten Mechanismen der räumlichen Aufmerksamkeitsverschiebung, die sich auf das LIP-Areal stützen, auch für Verschiebungen der Aufmerksamkeit auf verschiedene Abschnitte des mentalen Zahlenstrahls geeignet sein ebenso wie für Verschiebungen der Aufmerksamkeit hin zu verschiedenen Konstituenten einer Rechenaufgabe. Das weiter anterior gelegene Areal AIP, das bei Greifbewegungen der Finger aktiv ist, lässt sich leicht auf den Einsatz der Finger in der individuellen Entwicklung von mentalen Zahlenrepräsentationen und zur Unterstützung von elementaren Rechenprozessen beziehen. Nachfolgend soll eine kleinere Auswahl an Studien unter Einsatz funktionell bildgebender Studien dargestellt werden, die eine Bedeutung für die Ausdifferenzierung der Vorstellungen über Aktivierungsmuster hatten.

413 38.3 · Neurofunktionale Modelle und Ergebnisse der funktionellen Bildgebung

Unter der Lupe

Funktionell-anatomische Modellvorstellungen zur Zahlenverarbeitung und zum Rechnen Viel Beachtung hat die Ausdifferenzierung parietaler Aktivierungen in 3 funktionell und anatomisch distinkte aber koexistierende Teilsysteme (. Abb. 38.5) gefunden (Dehaene et al. 2003): 1. Ein bilaterales System in und um den horizontalen Anteil des intraparietalen Sulcus (HIPS) zeigt konsistent Aktivierungen bei vielen verschiedenen Aufgabenstellungen, die den Zugriff auf eine nonverbale semantische Repräsentation numerischer Quantität mit räumlichen Eigenschaften (im Sinne eines mentalen Zahlenstrahls) erfordern etwa im Vergleich zu einfachem leisem Lesen visuell präsentierter Zahlen. Beispiele für solche Aufgaben sind (1) Abschätzen des approximativen vs. Berechnen des exakten Ergebnisses in Additionsaufgaben, (2) Subtraktion vs. Multiplikation, wobei das kleine Einmaleins in sprachlichem Format im deklarativen Gedächtnis auswendig beherrscht wird, (3) numerischer Größenvergleich vs. Lesen derselben Zahlen mit häufig relativ stärkerer rechtshemisphärischer Aktivierung. Spezifität dieser HIPS-Aktivierungen wurde aus bilateral stärkeren Aktivierungen für Zahlenstimuli im Vergleich zu anderen Stimulusklassen abgeleitet (kleiner/größer als fünf? vs. wilder/weniger wild als ein Hund? bzw. gerade/ ungerade? vs. Säugetier/Vogel?) und parametrischen Studien, in denen ebenfalls ein Problemgrößeneffekt im Sinne stärkerer und länger anhaltender Aktivierung bei größeren Zahlen auftrat sowie ein Distanzeffekt im Sinne stärkerer Aktivierungen bei kleinerer numerischer Distanz. Diese letzteren Effekte waren unabhängig von der Zahlennotation, so dass die abstrakte numerische Größe ausschlaggebend zu sein scheint. Einen weiteren Beleg bilden Studien zum sog.

In einer PET-Studie untersuchten Dehaene et al. (1996) Hirnaktivierungen bei visuell präsentierten Paaren von Zahlen, die entweder mental multipliziert werden sollten mit stiller mentaler Nennung des Resultats oder für die wiederum still die größere der beiden Zahlen zu nennen war. Verglichen wurden diese beiden sog. »Aktivierungsbedingungen« mit einer sog. »Ruhe«- oder »Kontrollbedingung«, in der die Probanden sich bei geschlossenen Augen ent-

»unconscious priming« (Naccache u. Dehaene 2001), bei denen ein dem eigentlichen Zahlen-Zielreiz vorausgehender, unbemerkter, kurzzeitig dargebotener Zahlenreiz etwa in einer Größenvergleichsaufgabe dargeboten wird. Waren Zielreiz und Prime identisch, so kam es – selbst bei unterschiedlicher Notation – zu einer relativ schwächeren bilateralen IPS-Aktivierung, was auf eine spezifische Verarbeitung des Prime-Stimulus hinweist. 2. Der linksseitige Gyrus angularis (GA), weiter nach posterior und unterhalb des HIPS gelegen, ist stärker aktiviert, wenn in der Aufgabenstellung stärker sprachliche Verarbeitung zur Lösung erforderlich ist, insbesondere immer beim erforderlichen Abruf von Faktenwissen über Zahlen im sprachlichen Gedächtnis. Der GA ist bei exakten im Vergleich zu approximativen mentalen Kopfrechenaufgaben stärker aktiviert wie auch bei den Rechenoperationen (insbesondere Multiplikation), die einen direkten Zugriff auf gespeichertes verbal kodiertes Wissen erfordern. 3. Weiterhin ist eine posterior zum HIPS sowie superior und medial zum AG bilateral im posterioren superioren Parietallappen (PSPL) gelegene Region bei numerischen Größenvergleichen, beim Ausführen von zwei vs. einer mentalen Operation mit Zahlen und bei der Auswahl von einer von zwei Lösungsalternativen für eine Addition stärker aktiviert. Es handelt sich dabei nicht um eine für Zahlenverarbeitung spezifische Region. Vielmehr ist sie in einer Vielzahl von Aufgabenstellungen aktiv, die eine räumliche Ausrichtung der Aufmerksamkeit erfordern. Die zuvor geschilderten Aufgaben mit Zahlen erfordern ebenfalls eine verdeckte mentale Ausrichtung und Selektion, die sich nicht auf den Außenraum, sondern auf eine innere räumliche Repräsentation des Zahlenraums bezieht.

spannen sollten. Gemeinsam sind beiden aktiven Bedingungen bilaterale Aktivierungen im lateralen okzipitalen Kortex und im präzentralen Gyrus sowie im supplementärmotorischen Areal (SMA), die verantwortlich sind für die Stimulusidentifikation und (mentale) Antwortselektion. Obwohl wegen der sehr einfachen Anforderung eines Größenvergleichs zwischen 2 einstelligen Zahlen nur recht schwach ausgeprägt, kam es zu Aktivierungen im rechten

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414

Kapitel 38 · Mathematische Leistungen und Akalkulien

SC links

rechts IPS

von oben

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. Abb. 38.5. Visualisierung der drei von Dehaene et al. (2003) postulierten parietalen Netzwerke, die in die Zahlenverarbeitung und die mentale Arithmetik involviert sind. Angegeben sind die in einer Metaanalyse relevanter Aktivierungsstudien sich ergebenden Aktivierungs-

»Zentren«; rot: bilaterales horizontales Segment des intraparietalen Sulcus (HIPS), grün: linker Gyrus angularis (GA), blau: bilaterales Segment im superioren posterioren parietalen Lobulus (PSPL). SC, Sulcus centralis; IPS, intraparietaler Sulcus. (Nach Dehaene et al. 2003)

und linken inferior parietalen Kortex. Der mentale Größenvergleich scheint sich auf eine mentale Größenrepräsentation zu stützen, die (redundant) in rechts- und links inferior parietalen Arealen »angesiedelt« ist. Diese Interpretation wird gestützt durch die Ergebnisse einer EKPStudie (7 »Unter der Lupe« in 7 Kap. 33, S. 348) von Dehaene (1996) zum Größenvergleich der Zahlen 1, 4, 6, 9 (als arabische Zahl und als Zahlwort) mit der Standardzahl 5. Auch hier zeigte sich, etwa 200 ms nach Beginn der Stimulusdarbietung, eine verstärkte, rechts betonte Amplitudenerhöhung des EEG-Signals über parietalen Elektroden, die für beide Notationen gleichermaßen auftrat und bei kleiner Distanz zur Standardzahl größer ausfiel. Auch bei der Multiplikationsaufgabe gab es ausgeprägte bilaterale inferior parietale Aktivierungen ohne Beteiligung des Gyrus angularis. Eine plausible Interpretation ist, dass für alle Aufgaben mit Zahlen auf eine amodale numerische Größenrepräsentation zurückgegriffen wird oder dass bei den Aufgaben, für die ein direkter Abruf aus dem verbalen Langzeitgedächtnis nicht gelingt, eine Umkodierung in

eine Größenrepräsentation erforderlich ist. Auch für die Multiplikation gibt es eine EKP-Studie (Kiefer u. Dehaene 1997), die zeigt, dass sowohl bei visueller Präsentation arabischer Zahlen wie bei auditiver Präsentation der Zahlwörter bei einfachen Multiplikationsproblemen nur ein Effekt für den linken inferioren Parietalkortex vorlag, bei schwereren Aufgaben aber für beide inferioren Parietalkortizes. Die zusätzlichen Aktivierungen im linken Gyrus fusiformis und lingualis zeigen vermutlich die Identifizierung der Buchstaben und Ziffern und die Weiterleitung dieser Information an Areale an, die für die Sprachproduktion und den Abruf von Rechenfakten zuständig sind. Die zusätzliche Aktivierung von Basalganglienstrukturen (linker Nucleus lentiformis) deutet auf deren Rolle im Abruf von überlernten Rechenfakten. Mehrere nachfolgende Studien haben sich besonders mit der unterschiedlichen Rolle, die rechte und linke parietale Regionen spielen könnten, beschäftigt. Chochon et al. (1999) haben in einer mit funktioneller Kernspintomographie (fMRT) durchgeführten Studie Größenvergleich,

415 38.3 · Neurofunktionale Modelle und Ergebnisse der funktionellen Bildgebung

Multiplikation und Subtraktion untersucht. Beim Größenvergleich gab es ein Überwiegen der rechts inferior parietalen Aktivierung, während für das Multiplizieren links inferior parietale Aktivierungen überwogen. Probanden scheinen die numerische Größenrepräsentation zu nutzen, um die Plausibilität der verbal mediierten Rechnungen zu überwachen; die wichtigste Aufgabe des linken inferioren Parietalhirns scheint es aber nach Meinung der Autoren zu sein, die Verbindung zwischen Größenrepräsentation und sprachlicher Repräsentation für eine Weiterverarbeitung in sprachlichen Arealen der linken Hemisphäre zu stiften. Im Unterschied zur Multiplikation mit einem Abruf gespeicherten Faktenwissens werden für die Ausführung von Subtraktionen sowohl die mentale Manipulation von quantitativer numerischer Information wie die interne Benennung der sich ergebenden numerischen Größe benötigt. Die Annahme einer strategischen Rolle des linken inferioren Parietalhirns wird auch gestützt durch die Tatsache, dass nur nach Läsionen des linken Parietalhirns klinisch schwere Rechenstörungen beobachtet werden. Eine weitere Differenzierung parietaler Strukturen stammt aus einer fMRT-Studie mit einem sog. ereigniskorrelierten Studiendesign, mit dem die Aktivierungen auf Stimuli unterschiedlicher Klassen separiert werden können, auch wenn sie in zufälliger Abfolge gemischt präsentiert werden (Pinel et al. 1999). In derselben Größenvergleichsaufgabe wie zuvor in der EKP-Studie ergab sich, dass bei den Vergleichzahlen 4 und 6 nahe an der Standardzahl 5 eine stärkere Aktivierung links inferior parietal auftrat und umgekehrt bei den weiter entfernten Zahlen 1 und 9 die Aktivierung im rechten intraparietalen Sulcus stärker ausgeprägt war. Bei einem Vergleich der Aktivierungsmuster für Additionsaufgaben mit Identifizierung der exakt richtigen Lösung aus 2 Lösungsalternativen gegenüber einer approximativen Lösung mit Identifizierung der plausibleren von 2 falschen Lösungen (Stanescu-Cosson et al. 2000) ergaben sich erneut deutliche Hinweise auf 2 verschiedene Netzwerke für die Zahlenverarbeitung. Hoch überlernte Additionen mit kleinen Zahlen stützen sich stärker auf links lateralisierte Regionen mit verbaler Zahlenkodierung. Approximative Berechnungen und exakte Berechnungen für größere Zahlen führten zu Aktivierungen in intraparietalen Regionen bilateral, welche eine semantische Repräsentation numerischer Quantitäten zu unterstützen scheinen und weniger Rechenprozesse selbst. Neuere funktionell bildgebende Studien haben auf unterschiedliche Weise untersucht, wie spezifisch parietale

Aktivierungen für eine semantische Verarbeitung numerischer Größeninformation sind. Die Arbeitsgruppe um Fias ist in einer PET-Studie der Frage nachgegangen, ob die quantitative Verarbeitung nichtsymbolischer Stimuli dieselben IPS-Areale aktiviert wie symbolische Stimuli (Fias et al. 2003). Dazu mussten Probanden paarweise dargebotene Winkel, Linien oder zweistellige Zahlen (Bereich 30–70) hinsichtlich ihrer Größe vergleichen und durch einen Tastendruck einer rechten/linken Taste anzeigen, welcher der beiden paarweise Stimuli rechts oder links jeweils größer war. Um den unspezifischen Einfluss von Input- und Output-Prozessen und Funktionen zu kontollieren, wurden in einer jeweils einer Kontrollbedingung je Stimulusmaterial dieselben Stimuli angeboten. In diesem Fall mussten die Probanden darauf achten, welcher der beiden Stimuli jeweils plötzlich an Lichtstärke verlor und das ebenfalls durch einen Tastendruck wie zuvor für den quantitativen Vergleich anzeigen. Die beiden Bedingungen je Material unterschieden sich somit ganz vorwiegend nur in der quantitativen Vergleichskomponente, so dass bei entsprechender Gegenüberstellung zwischen Größenvergleichs- und Kontrollbedingung nur wenige signifikante Aktivierungen erhalten bleiben sollten. In einer sog. »Conjunction«-Analyse wurde festgestellt, welche Hirnareale in ähnlicher Weise von allen drei Größenvergleichsaufgaben (nichtsymbolisch und symbolisch) – jeweils kontrastiert mit der Kontrollbedingung – aktiviert waren. Gemeinsam war allen drei linearen Kontrasten ein Areal im eher posterioren linken HIPS, das als neuronales Korrelat einer abstrakten Größenrepräsentation angesehen wurde. Ein weiteres Areal im linken HIPS anterior zu dem vorher gefundenen Bereich war bereits leicht bei der Abdunkelungsdetektion aktiviert, so dass diesem Areal keine spezifische, quantitative Größenvergleichrepräsentation zugeordnet wird. Vielmehr wird es als ein Areal angesehen, das genereller bei Vergleichen aktiviert zu finden ist und mit seinem Aktivierungsmaximum nahe an Regionen liegt, die bei der Unterstützung räumlicher und nichträumlicher visueller Aufmerksamkeitsprozesse vorgekommen sind. Diese Aktivierung war besonders stark beim numerischen Größenvergleich der zweistelligen Zahlen. Dies wird von den Autoren so interpretiert, dass beim Größenvergleich der zweistelligen Zahlen die positionsbezogene Struktur der beiden Ziffern analysiert und verarbeitet werden muss mit Hinwendung und Entzug von Aufmerksamkeit. Mit einer anderen Aufgabenstellung, in der jeweils die eine kleinere Anzahl von visuellen Objekten (nichtsymbolische Kodierung einer Anzahl) und arabische Zahlen selbst

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416

38

Kapitel 38 · Mathematische Leistungen und Akalkulien

hinsichtlich der numerischen Größe verglichen werden sollte (Shuman u. Kanwisher 2004) konnte eine einheitliche für Zahlen spezifische parietale Region nicht identifiziert werden. Pinel et al. (2004) verwendeten einstellige arabische Zahlen für einen numerischen Größenvergleich, die physikalische Größe von Buchstaben für einen physikalischen Größenvergleich sowie deren Helligkeit. Es gab Belege sowohl für verteilte als auch für sich überlagernde Repräsentationen. ! Die bisherigen funktionell bildgebenden Studien unter Verwendung elementarer Zähl-, Größenvergleichsund Grundrechenaufgaben stützen Kernaussagen des anatomisch-funktionalen Triple-Code-Modells von Dehaene u. Cohen und seine Erweiterung bezüglich der Ausdifferenzierung parietaler Funktionen und Hirnareale. Inferior-parietale Hirnareale in beiden Hemisphären im und um den intraparietalen Sulcus herum sind involviert, wenn auf die semantische Repräsentation numerischer Größe zur Aufgabenlösung zurückgegriffen werden muss, wie das bei Größenvergleichen, approximativen Berechnungen oder Rechnungen mit größeren Zahlen der Fall zu sein scheint. Verbal mediierte Rechenprozesse wie bei den Grundrechenarten nutzen ein linkshemisphärisches Netz mit einer zentralen, auch durch Läsionsstudien gestützten Rolle für das linke inferiore Parietalhirn und dort insbesondere für den Gyrus angularis bei exakten Berechnungen sowie temporale (Sprach)areale.

38.4

Akalkulie – Störungen der Rechenfähigkeit

Die kognitive Neuropsychologie zu Störungen der Zahlenverarbeitung und des Rechnens beginnt mit einer detaillierten Einzelfallstudie des 61-jährigen Arztes DRC, der nach einer linkshemisphärischen parietookzipital gelegenen Blutung in einer orientierenden klinischen Untersuchung bei der Aufforderung, im Kopf »5+7« zu rechnen, nach langem Zögern »ungefähr dreizehn« antwortete (Warrington 1982). Anschließende ausführliche klinische und experimentelle Untersuchungen belegten eindrücklich, dass der Patient eine selektive Beeinträchtigung des arithmetischen Faktenwissens hatte. Er beklagte, dass das Addieren und Subtrahieren selbst kleiner Zahlen nicht mehr »automatisch« gelinge. Er behilft sich - wie ein Kind - durch Abzählen vorwärts oder rückwärts. Unter Zeitbe-

schränkung weiß er schnell eine ungefähre Lösung und kommentiert häufiger, dass es sich bei dem Ergebnis um eine gerade bzw. ungerade Zahl handeln müsse. Andererseits war das semantische Wissen über Zahlen weitgehend intakt: Patient DRC konnte Zahlen hinsichtlich ihrer Größe miteinander vergleichen, Punktmengen adäquat abschätzen oder angeben, wie viele Personen etwa in einen Londoner Bus passen. In ihrer Interpretation betont Elisabeth Warrington den gestörten Zugriff zum exakten arithmetischen Faktenwissen im semantischen Gedächtnis bei ansonsten erhaltenem semantischem Wissen über Zahlen. Solche selektiven Beeinträchtigungen wie auch andere Störungsmuster im Umgang mit Zahlen und beim Rechnen sind besser zu verstehen, seit es explizite Verarbeitungsmodelle – wie die in 7 Abschn. 38.1 vorgestellten – und eine Einbeziehung von Forschungsergebnissen mit funktionell bildgebenden Verfahren (7 Abschn. 38.3) gibt. Exemplarisch sollen einige Beispiele aus der inzwischen beträchtlichen Zahl von modellorientierten Einzelfallstudien knapp dargestellt werden. Einen Überblick über die klinische Symptomatik geben Claros Salinas und Willmes (2000; Definitionen und klinische Klassifikationen finden sich in . Tabelle 38.2). Cohen u. Dehaene (1996) berichten über eine Patientin mit einer Läsion der hinteren Hälfte des Corpus callosum als Folge eines Infarktes. Wurden arabische Zahlen (oder Zahlwörter) gesichtsfeldabhängig nur in das rechte Halbfeld projiziert, konnte die Patientin sie benennen, ihre numerische Größe beurteilen und mit ihnen rechnen. Bei Präsentation im linken Halbfeld war es der Patientin möglich, Gleich-ungleich- Entscheidungen über 2 Ziffern zu treffen und die größere der beiden Zahlen auszuwählen. Damit ist belegt, dass die rechte Hemisphäre Ziffern identifizieren und sie mit ihrer numerischen Quantität assoziieren kann. Aufgaben, die einen interhemisphärischen Transfer in einem visuellen Format über den hinteren Teil des Corpus callosum erfordern, waren dagegen nicht besser als auf Rateniveau zu lösen wie etwa der Vergleich zweier visuell präsentierter Ziffern, von denen je eine in je eines der visuellen Felder projiziert wurde. Beim Identitätsvergleich einer arabischen Ziffer im einen Halbfeld mit einer Menge von Punkten im anderen war die Leistung signifikant besser, da der interhemisphärische Transfer von Größeninformation über ein weiter vorne gelegenes Segment des Corpus callosum erfolgt, welches von der Läsion nicht entscheidend betroffen war. Das laute Lesen oder die Addition von ins linke Halbfeld projizierten Zah-

417 38.4 · Akalkulie – Störungen der Rechenfähigkeit

. Tabelle 38.2. Definitionen und klinische Klassifikationen von Akalkulie

Autoren

Beschreibung und Klassifikation

Henschen (1919)

Prägung des Begriffs und Etablierung als eigenständiges Syndrom

Berger (1926)

Sekundär: Akalkulie bei Störungen der Aufmerksamkeit, des Kurz- oder Langzeitgedächtnisses, der Sprache oder des Lesens Primär (»rein«): Nicht zurückführbar auf obige Ursachen

Hecaen et al. (1961)

1) Alexie und Agraphie für Ziffern und Zahlen; mit und ohne entsprechenden Störungen für Buchstaben und Wörter (vorwiegend links temporoparietale Läsionen) 2) Räumliche Akalkulie; Störungen der räumlichen Organisation von geschriebenen Ziffern in schriftlichen Aufgaben mit mehrstelligen Zahlen sowie Neglect für Ziffern am linken oder rechten Ende mehrstelliger Zahlen oder Zifferninversionen (vorwiegend rechtsparietale Läsionen) 3) Anarithmétie (anarithmetria); eigentliche Störung im Ausführen von Rechenoperationen (links- oder rechtshemisphärische retrorolandische Läsionen)

Grafman (1988)

Weitere Differenzierung echter, primärer Rechenstörungen: 1) Probleme mit dem Erinnern oder Abrufen von mathematischem Faktenwissen 2) Probleme im mathematischen Denken und Verstehen der den Rechenoperationen zugrunde liegenden Konzepte

len war ebenfalls stark beeinträchtigt, so dass nur die linke Hemisphäre der Patienten über ein vollständiges Rechensystem verfügt, das auch Zahlen in verbaler Form sinnvoll verarbeiten kann. Ein anderes Anwendungsbeispiel für das Modell stellen Patienten mit einer medial gelegenen okzipitotemporalen Läsion dar, welche die Bildung einer visuellen Zahlform in der linken Hemisphäre verhindert und damit eine Diskonnektion von Sprachsystem und direktem visuellem Input bewirkt. Patienten mit einer daraus sich ergebenden reinen Alexie können arabische Zahlen nicht laut lesen, aber korrekte Größenvergleiche für dieselben Zahlen ausführen. Weiterhin können sie selbst einfache visuell präsentierte Additionen zweier arabischer Zahlen nicht ausführen, da das Sprachsystem keine direkte Information über die Identität der visuellen Operanden erhält. Dieselben Additionsaufgaben sind aber bei auditiver Präsentation ohne Probleme zu lösen. Schließlich wurde in einer viel beachteten Studie an drei Patienten mit schweren chronischen Aphasien von Varley et al. (2005) gezeigt, dass trotz schwerer rezeptiver und expressiver sprachlich syntaktischer Probleme (Agrammatismus) die drei Patienten mit ausgedehnten Läsionen im Versorgungsbereich der mittleren Hirnarterie unter Einschluss perisylvischer temporaler, parietaler und frontaler Kortexareale syntaktische Prinzipien wie Rekursivität und den Umgang mit Klammerausdrücken (z. B. 50 – ((4 + 7) × 4) ), die eine Abweichung von einer linearen Abarbeitung von links

nach rechts erfordern, beim Rechnen beachten konnten. Bei sonstigen sprachlichen Äußerungen und Anforderungen standen den Patienten diese Operationen im rein sprachlichen Kontext nicht oder nur sehr stark eingeschränkt zur Verfügung. ! Detaillierte, oft an einem Verarbeitungsmodell orientierte Einzelfallstudien bei Patienten haben die Modellbildung zur Zahlenverarbeitung und zum Rechnen vorangebracht bzw. Belege zur Stützung zentraler Modellaussagen geliefert. Entsprechend dem angenommenen modularen Aufbau von Verarbeitungskomponenten und Subsystemen in vielen Modellen konnten verschiedene selektive Beeinträchtigungen oder Verschonungen im Umgang mit Zahlen, mit den Rechenzeichen oder mit den wichtigsten Rechenoperationen wiederholt nachgewiesen werden anhand von charakteristischen Fehler(muster)n und Kennwerten von RZ-Verteilungen. Besonders wichtig sind: 1. der Nachweis getrennter Instanzen für approximative und exakte Berechnungen in der rechten bzw. linken Hirnhälfte, die Fähigkeiten der rechten Hemisphäre zum Größenvergleich und gleich/ ungleich Entscheidungen für arabische Zahlen bei gleichzeitiger Alexie für dieselben Zahlen, 2. die Unterscheidung zwischen dem schnellen Abruf von arithmetischem Faktenwissen und der 6

38

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Kapitel 38 · Mathematische Leistungen und Akalkulien

Unter der Lupe

Einzelfälle mit interessanten Störungsmustern der Rechenfähigkeit

38

Aufgrund von Störungen der Multiplikation einstelliger Zahlen bei einem Patienten mit epileptischen Anfällen als Folge eines Tumors durch direkte präoperative kortikale Stimulation schlossen Whalen et al. (1997) auf eine wichtige Rolle links parietaler Strukturen für den Abruf von gespeicherten Rechenfakten. Hittmair-Delazer et al. (1994) berichteten über einen Patienten mit einer Blutung im Bereich der linken Basalganglien, der große Probleme im Abruf von einfachen Rechenfakten hatte, aber über ein recht großes konzeptuelles Wissen über Zahlen verfügte, so dass er häufig mit recht komplexen Strategien mühsam die Aufgaben des kleinen Einmaleins lösen konnte. Cohen et al. (1994) berichteten über einen Fall mit Tiefendyslexie für arabische Zahlen, der diese besser lesen oder zumindest korrekt identifizieren konnte, wenn sie eine Bedeutung im deklarativen oder episodischen Gedächtnis (7 Kap. 41) hatten wie »504« als Typenbezeichnung für einen Peugeot oder »1789« als Jahr des Sturms auf die Bastille. In ähnlicher Weise konnten Delazer u. Girelli (1997) zeigen, dass korrekte semantische Information, die vor dem Lesen einer arabischen Zahl gegeben wird, die Leseleistung für arabische Zahlen bei einem Patienten mit Aphasie und Dyslexie verbessern konnte. So erleichterte das Lesen des Wortes »Alfa Romeo« das nachfolgende Lesen der Zahl »164«, wiederum eine Typenbezeichnung, nicht aber das Lesen eines anderes Wortes.

3.

4. 5.

6. 6

Verfügbarkeit über Rechenprozeduren und konzeptuelles Wissen über Zahlen, die selektive Beeinträchtigung einzelner oder mehrerer Grundrechenarten mit unterschiedlich möglichem Rückgriff auf hoch überlerntes Wissen wie beim kleinen Einmaleins, die selektive Beeinträchtigung in der Verarbeitung der Rechenzeichen, die Differenzierung zwischen vorwiegend lexikalischen oder syntaktischen Fehlern beim Lesen von arabischen Zahlen und die unterschiedliche Verarbeitungsmöglichkeit, dieselbe Zahl als arabische Zahlen zu lesen bzw.

McCloskey et al. (1986) berichteten über den Fall eines aphasischen Patienten, der etwa die Aufgabe, schriftlich präsentierte Zahlenpaare wie 6 vs. 7 oder 405034 vs. 400534 auf ihre Größe hin zu vergleichen, fehlerfrei löste, während seine Reaktionen bei der analogen Aufgabe für Zahlwortpaare deutlich fehlerhaft waren und auf eine Dissoziation der rezeptiven Verarbeitung von arabischen Zahlzeichen vs. Zahlwörtern hinwiesen. Die Leistungen desselben Patienten dissoziierten weiter bei Anforderungen, Zahlwörter auf auditive Vorgabe phonologisch zu verarbeiten bzw. Zahlwörter in schriftlicher Darbietung graphematisch zu verarbeiten. Während die letztere Aufgabenstellung nur deutlich fehlerhaft bearbeitet wurde, gelang es dem Patienten ohne Schwierigkeiten, bei gehörten Zahlwortpaaren zu entscheiden, welches Zahlwort den höheren Wert repräsentiert. Auf eine Dissoziation lexikalischer und syntaktischer Zahlenverarbeitung wiesen für McCloskey u. Caramazza (in Deloche u. Seron 1987) die spezifischen Fehlermuster eines Patienten A.T. hin. Bei der Aufgabe, schriftlich dargebotene Zahlen wie z.B. 5900 laut zu lesen, unterliefen dem Patienten A.T. Fehler des lexikalischen Abrufs, während die syntaktische Struktur erhalten blieb: 5900 -> »nine thousand nine hundred«. Eine syntaktische Fehlverarbeitung liegt dagegen vor, falls die lexikalischen Einheiten für sich nicht abweichend abgerufen, aber inkorrekt verknüpft werden: 5900 -> »five thousand ninety« Selektive Störungen der Verarbeitung von Rechenzeichen ohne Vorliegen einer Aphasie oder eine generellere Störung des Erkennens visueller Symbole sind nur selten berichtet worden (Ferro u. Botelho 1980).

sie als Ergebnis einer Kopfrechenaufgabe zu nennen, 7. die klare Trennung von syntaktischen Mechanismen in Mathematik und Sprache.

In den letzten Jahren sind erste Studien zur Trainierbarkeit mathematischer Fertigkeiten bei gesunden Probanden auch unter Einschluss funktionell bildgebender Verfahren ausgeführt sowie die Therapierbarkeit von Zahlenverarbeitungs- und Rechenstörungen an Einzelfällen ebenfalls mit fMRT-Einsatz studiert worden. Nachfolgend werden exemplarisch Ergebnisse solcher Studien dargestellt. Delazer et al. (2003) ließen Probanden intensiv eine Teilmenge an Multiplikationsaufgaben des kleinen Einmaleins

419 38.4 · Akalkulie – Störungen der Rechenfähigkeit

trainieren; anschließend verglichen sie die Hirnaktivierungen bei gelernten Fakten mit nicht gelernten Fakten. Es ergaben sich stärkere Aktivierungen für nicht trainierte Multiplikationsaufgaben im linken IPS, im linken inferiorparietalen Bereich sowie links inferior frontal, links perisylvisch und im linken Gyrus lingualis. Dagegen fanden sich für die trainierten Items signifikant stärkere Aktivierungen vor allem links im Gyrus angularis, im inferioren temporalen Gyrus und im cingulären Gyrus. Bei nicht trainierten Multiplikationsaufgaben scheinen somit die numerische Größenrepräsentation (IPS-Aktivierung) sowie strategische und Arbeitsgedächtnisprozesse (frontale Aktivierungen) eine größere Rolle zu spielen, während die

trainierten Aufgaben häufiger über einen direkten Faktenabruf, der sich v. a. auf den Gyrus angularis stützt, gelöst werden. Diese Befunde werden nicht durch das TripleCode-Modell gestützt, da ein Faktenabruf eher vermehrt posterior inferior parietal im Gyrus angularis stattzufinden scheint als in perisylvischen Arealen, die für nichttrainierte Items stärker aktiviert waren. Bisher ist nur eine detaillierte Akalkulie-Einzelfallstudie publiziert worden, die systematisch fMRT einbezieht (7 »Fallbeispiel«). Sie zeigt gut, wie eine modellbezogene funktionell-anatomischer Erklärung für ein Störungsmuster verbunden mit Wissen über fMRT-Aktivierungsmuster aus Zahlenverarbeitungs- und Rechenstudien zu einer rati-

Fallbeispiel Cohen et al. (2000) berichten von einer 55-jährigen rechtshändigen Schlaganfall-Patientin (ATH) mit chronischer Aphasie sowie Alexie mit Agraphie. Die strukturelle MRT-Untersuchung zeigte eine Läsion in Bereichen klassischer perisylvischer Sprachareale, die superioren temporalen Gyrus, Teile des mittleren temporalen Gyrus, des Gyrus supramarginalis und die vordere Hälfte des Gyrus angularis betrafen. Ausgespart waren vom IPS mediale und posterior laterale Anteile. Ausgehend vom Modell von Dehaene und Cohen kann man annehmen, dass die Patientin in allen weitgehend an Sprache gebundenen Aufgaben zur Zahlenverarbeitung und zum Rechnen deutliche Beeinträchtigungen zeigen sollte, nicht aber in Aufgaben, die sich auf eine nichtverbale quantitative Größenrepräsentation stützen. Die klinisch-neuropsychologische Untersuchung von Zahlenverarbeitungsund Rechenfertigkeiten ergab eine Kombination aus Alexie und Agraphie für Zahlen sowie auch eine Rechenstörung im engeren Sinn schon bei einfachen Grundrechenaufgaben. Obwohl die Patientin in allen Aufgaben mit Zahlen in gesprochener oder geschriebener Form beeinträchtigt war, konnte sie zwei arabische Zahlen hinsichtlich der Größe vergleichen sowie weitere Aufgaben, die quantitatives Zahlenwissen erfordern, viel besser lösen. Diese vermutete Leistungsdissoziation wurde durch ausführliche experimentelle Aufgabenstellungen auch mit Zeitmessung am PC analysiert. ATH zeigte vorwiegend Störungen, wenn Zahlen in einem sprachlichen Format kodiert werden mussten. Beim Rechnen gab es wenige Fehler bei Subtraktion und

6

Addition, aber viele Fehler bei der Multiplikation, selbst wenn nicht nur die Aufgabenstellung, sondern auch die Lösung als arabische Zahl vorlag. Diese Leistungsdissoziation (Deloche u. Willmes 2000) ist kompatibel mit der Modellvorstellung, dass Multiplikationsaufgaben stärker anhand gespeicherter verbaler Assoziationen zwischen Aufgabenstellung und Ergebnis »automatisch« gelöst werden, während für Subtraktionen (und in schwächerem Ausmaß für Additionen) eher numerische Quantitäten auf einem mentalen Zahlenstrahl manipuliert werden und/oder nach der Modellrevision von 2003 exakte Berechnungen sich auf den linken Gyrus angularis stützen, von dem bei der Patientin nur der vordere Anteil links in die Läsion einbezogen war. Ausgehend von diesem Störungsmuster wurde in einer fMRT-Studie ein Vergleich von Verifikationsaufgaben zu Subtraktion und Multiplikation unternommen. Nach dem Triple-Code-Modell und der Hypothese über drei parietale Netze der Zahlenverarbeitung ist aufgrund der Verhaltensdaten zu erwarten, dass bei der Patientin intraparietale Regionen im Unterschied zu den betroffenen Spracharealen bilateral aktiviert sind. Beim Vergleich beider Rechenbedingungen zusammen gegen eine Ruhebedingung wurden weitgehend alle im Triple-Code Modell postulierten Areale bei visueller Stimuluspräsentation außerhalb der Läsion aktiviert: IPS bilateral mit umgebenden parietalen Arealen, dorsolateraler präfrontaler Kortex bilateral und anteriores Cingulum (Kontroll- und Entscheidungsprozesse) sowie inferiore temporale Regionen bilateral (visuelle Zahlform) und inferior frontale Areale bilateral. Besonders interessant ist, dass es links um die

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Kapitel 38 · Mathematische Leistungen und Akalkulien

Hirnschädigung herum (d. h. periläsional) parietale Aktivierungen gab sowie in der rechten gesunden Hemisphäre ausgedehnte inferior parietale Aktivierungen (lateraler IPS und IPL bis weit nach anterior). Die Aktivierungen im rechten IPS waren von ihrer Lage her gut vergleichbar mit den im Modell postulierten HIPSAktivierungen. Zudem gab es ein kleines Aktivierungsareal im linken Gyrus angularis, das vermutlich bei sprachbasierten arithmetischen Operationen aktiv ist. Beim direkten Vergleich der beiden Rechenoperationen war bei der Subtraktion nur der vermutlich die Größenrepräsentation unterstützende rechte IPS-Anteil signifikant stärker aktiviert und bei der Multiplikation eine einzige posterior parietal gelegene Region. Cohen et al. interpretieren die bilateralen intraparietalen Aktivierungen als Beleg dafür, dass die Patientin ein bilaterales Netzwerk von Hirnarealen zur Verifikation von Rechenaufgaben einsetzt. Die rechtsparietalen Aktivierungen in Verbindung mit der großen linksperisylvischen Läsion unter Einschluss von Teilen des inferioren Parietalkortex deuten darauf hin, dass sie für die sich auf quantitative mentale Prozesse stützende Subtraktion eine wesentliche Rolle spielen. Umgekehrt zeigt die erhaltene Fähigkeit zum Größenvergleich, dass die Läsion nicht entscheidend für Rechenstörungen aus semantischen, wohl aber aus sprachlichen Gründen zu sein scheint.

onalen Planung einer fMRT-Studie beim einzelnen Patienten mit einer Akalkulie im Sinne einer Dissoziation zwischen an Sprache bzw. an eine quantitative Größenrepräsentation gebundene Funktionen führen und bei einer plausiblen Interpretation des gefundenen Aktivierungsmusters hilfreich sein kann.

38.5

Entwicklung numerischer Fähigkeiten

Einige Aspekte des Rechnens sind nicht an eine formale Schulbildung gebunden, wie Abzählen (Gallistel u. Gelman 1992) oder das Abschätzen von Anzahlen oder Größen, und gelten, wie das schnelle Abschätzen (»subitizing«) von kleinen Anzahlen von bis zu 5 Objekten, als wahrscheinlich angeboren (Carey 1998). Wynn (1998) wie auch Dehaene

Ein sehr viel beachteter unabhängiger empirischer Beleg für das parietale Netzwerk im posterioren superioren parietalen Kortex stammt von Zorzi et al. (2002). Sie fanden, dass Neglectpatienten in der sog. »Zahlenbisektionsaufgabe« für einstellige Zahlen (»Was ist die numerische Mitte zwischen 1 und 9?«) tendenziell räumlich auf dem Zahlenstrahl weiter links liegende Zahlen (hier 2, 3 und 4) weniger gut beachteten und bei fehlerhaften Lösungen ganz überwiegend Zahlen aus der rechten Hälfte des Bisektionsintervalls nannten (im Beispiel also 6, 7, oder 8). Die Befunde sind also ähnlich wie bei der bekannten Halbierungsaufgabe für Linien, bei der man eine konkrete Linie (im Unterschied zu einem mental repräsentieren Zahlenintervall) in der Mitte teilen muss. Auch wenn es bei der Zahlenbisektionsaufgabe keine expliziten räumlichen Informationen gibt, scheint dennoch die mentale räumliche Anordnung von Zahlen auf einem vorgestellten Zahlenstrahl offenbar eine wichtige Rolle in der Zahlenbisektionsaufgabe bei Patienten mit halbseitiger Vernachlässigung zu spielen. Diese Verbindung zwischen der räumlichen Repräsentation von Zahlen und räumlicher Aufmerksamkeit ist möglicherweise in der gemeinsamen Kodierung beider Repräsentationen im superior-parietalen Bereich begründet. Dort wird vermutlich die räumliche Orientierung des mentalen Zahlenstrahls von links nach rechts kodiert und beim Abruf von semantischer Größe auch verdeckte räumliche Aufmerksamkeit auf den mentalen Zahlenstrahl gelenkt.

(1997) postulieren einen angeborenen spezialisierten mentalen Mechanismus (im inferioren Parietalhirn) für die Repräsentation von (kleinen) Anzahlen (z. B. nach dem sog. Akkumulator-Modell) und das Rechnen mit ihnen (Dehaene et al. 1998) und verwerfen die Gegenposition, welche allgemeinere Mechanismen zur Konstruktion von temporären Repräsentationen visueller Objekte als Grundlage postuliert. ! Das kindliche Zählwissen entwickelt sich in mehreren Schritten nach fünf Prinzipien: genau ein Wort wird jedem gezählten Objekt zugeordnet (Prinzip der 1zu-1 Entsprechung). Die Abfolge muss invariant über verschiedene gezählte Mengen sein (Prinzip der festen Abfolge). Das letzte geäußerte Zahlwort gibt die Anzahl an Objekten in der gezählten Menge wieder 6

421 38.5 · Entwicklung numerischer Fähigkeiten

(KardinalitätsPrinzip). Unterschiedlichste Objekte können zu einer Menge zusammengefasst und gezählt werden (AbstraktionsPrinzip). Elemente in einer Menge können in beliebiger Reihenfolge abgezählt werden (Abfolgeirrelevanzprinzip) (Gallistel u. Gelman 1992).

Durch Beobachtung erschließen Kinder aber auch oft irrelevante Aspekte des Zählens wie: Man beginnt stets an einem Ende einer Reihe von Objekten; man zeigt auf jedes zu zählende Objekt nur einmal; man zählt von links nach rechts. Letztere Prinzipien werden häufig noch bei 5-Jährigen als relevant angesehen. Die Entwicklung der Rechenfertigkeiten ist gekennzeichnet durch eine Veränderung in den eingesetzten Prozeduren und Strategien beim Lösen rechnerischer Probleme und Fortschritten im konzeptuellen Verständnis über das Rechnen.

! Initial zählen Kinder beim Addieren die Summanden einzeln ab mit Einsatz der Finger und/oder verbal. Die 2 wichtigsten Strategien sind, mit dem Zahlwort des größeren Summanden zu beginnen und dann so viele Zahlen, wie der kleinere Summand angibt, weiter zu zählen (Minimumstrategie) oder bei Summanden – beginnend bei 1 – hoch zu zählen (Summenstrategie). Dabei geht die Summenstrategie meist der Minimumstrategie voraus. Das häufige Zählen führt zur Bildung von Assoziationen zwischen Zählproblem und Antwort im Langzeitgedächtnis, welche wiederum bei hinreichender Festigung zum direkten Abruft arithmetischen Faktenwissens führen. Dabei zeigen die Kinder die Summanden mit den Fingern und nennen sofort die Lösung ohne abzuzählen (Fingerstrategie), sie zerlegen Aufgaben in einfachere Teilaufgaben (Dekompositionsstrategie, z. B. 5+6–>5+5=10+1=11) oder sie nennen direkt die Antwort (Strategie des direkten Abrufs).

Unter der Lupe

Rechenkünstler Mit dem Begriff »Rechenkünstler« werden gemeinhin Menschen bezeichnet, die außergewöhnlich schnell und präzise komplexe Berechnungen im Kopf ausführen können (z. B. Zahlen zur 9. Potenz erheben, die 5. Wurzel ziehen, den Quotienten von 2 Primzahlen auf 60 Nachkommastellen berechnen); sie geben die Möglichkeit, Eigenschaften bereichsspezifisches Expertentums zu studieren. Charakteristisch für einen vor kurzem untersuchten Fall (Pesenti et al. 1999) waren die große Effizienz seiner Speicher- und Abrufprozesse des bereichsspezifischen Langzeitgedächtnisses sowohl für einfache Rechenfakten wie z. B. für Potenzen mehrstelliger Zahlen. Zusätzlich verfügte der Rechenkünstler über ein sehr gutes bereichsspezifisches Kurzzeitgedächtnis (Zahlenmerkspanne von 11 vorwärts und 12 rückwärts; üblich sind 7 vorwärts und 6 rückwärts), das zusammen mit seiner Intuition und seinem sehr breiten Wissen über Rechenalgorithmen diese komplexen Rechnungen ermöglicht. Intensives Üben fördert eine Automatisierung der Abfolge von algorithmischen Rechenschritten, was ebenfalls zu einer Entlastung der kurzfristigen Auslastung des Arbeitsgedächtnisses bei komplexen Berechnungen führt. Für die Modellierung

von Reaktionszeiteffekten ist besonders interessant, dass bei den komplexen Rechnungen kein Problemgrößen- oder Schwierigkeitseffekt zu finden ist, obwohl er bei einfachen Rechenfakten im Vergleich zu Personen mit üblichen Rechenfertigkeiten in abgeschwächter Form weiterhin besteht. Das deutet darauf hin, dass üblicherweise multiple Strategien sowie Unterschiede im Lernen und in der Häufigkeit des Übens für die einzelnen Rechenprobleme vorliegen, so dass die Größe der beteiligten Zahlen allein nicht als wichtigste Einflussvariable angesehen werden kann. Weitere Stützung für die obige Sichtweise von Expertenwissen stammt aus einer PET-Untersuchung dieses Rechenkünstlers (Pesenti et al. 2001). Aufgabenspezifisch fand sich – im Unterschied zu einer Gruppe von Kontrollpersonen - eine Rekrutierung zusätzlicher Hirnregionen, die nach aktuellem Wissensstand an episodischen Gedächtnisprozessen beteiligt sind. Experten scheinen bereichsspezifisch eine Art »Langzeit-Arbeitsgedächtnis« zu entwickeln, mit dem Hinweisreize im Arbeitsgedächtnis zu einem effizienten Abruf von durch intensives Training hochstrukturierter, bereichsspezifischer Information im episodischen Langzeitgedächtnis führen.

38

422

Kapitel 38 · Mathematische Leistungen und Akalkulien

Die Funktionsfähigkeit und Entwicklung des (verbalen) Arbeitsgedächtnisses (insbesondere von phonologischer Schleife und zentraler Exekutive, sowie die Schnelligkeit

und Genauigkeit des Abrufs aus dem Langzeitgedächtnis sind ebenfalls bedeutsam für die Entwicklung von Zählund Rechenfertigkeiten.

Zusammenfassung

38

Zahlen mit ihren unterschiedlichen symbolischen Notationssystemen, unter anderem als Zahlwörter, mit begrenztem Lexikon und einfachen syntaktischen Kombinationsregeln sind beispielhaft geeignet zur Erforschung von Anzahl und Art mentaler Repräsentationen. Relevante Bereiche des Rechnens wie Abzählen, Abschätzen von Größenrelationen und Anzahlen sind nicht an eine mehrjährige Schulbildung gebunden; mentale Mechanismen der internen Repräsentation und Manipulation kleiner Anzahlen (sog. »number sense«) sich auch bei Vögeln und Säugetieren, insbesondere bei Primaten, sowie bei Säuglingen finden. Modelle der Zahlenverarbeitung und des Rechnens unterscheiden sich in der Anzahl und Art der postulierten mentalen Repräsentationen. Die Ein- bzw. Mehr-Routen- Modelle von Deloche u. Seron sowie McCloskey et al. bzw. Dehaene u. Cohen haben einen wichtigen Einfluss gehabt, auch wenn sie alle problematische Aspekte und Aussagen enthalten, die nicht mit experimentellen Befunden aus Reaktionszeitexperimenten oder Störungsmustern aus Einzelfallstudien an Patienten kompatibel sein müssen. Dennoch liefern insbesondere doppelt dissoziierte, selektive Beeinträchtigungen der Rechenfähigkeit bei Patienten mit Hirnschädigungen neben oft replizierten Reaktionszeituntersuchungen gesunder

Probanden wichtige Argumente für die Angemessenheit der vorgeschlagenen Modelle. Eine Sonderstellung nimmt das Triple-Code-Modell von Dehaene u. Cohen ein, welches das einzige bisher ausgearbeitete anatomisch-funktionale Modell der Zahlenverarbeitung darstellt und welches neben einer internen visuellen Zahlform sowie einer sprachlichen Repräsentation von Zahlwörtern die zentrale Rolle einer quantitativen mentalen Größenrepräsentation (sog. mentaler Zahlenstrahl) als entscheidende semantische Repräsentation herausarbeitet. Dabei spielt die Annahme einer quantitativen numerischen Größenrepräsentation in bilateralen inferior parietalen Regionen in und um den intraparietalen Sulcus herum eine herausragende Rolle. Ergebnisse aus neueren Arbeiten unter Verwendung funktionell bildgebender Methoden wie PET, fMRT und ereigniskorrelierte EEG-Analysen bei gesunden Personen und Patienten stützen diese Hypothese eines eigenen bilateralen Netzwerkes von parietalen Hirnregionen zur Verarbeitung von Größenvergleichen und approximativen Rechnungen. Sprachlich vermittelte Rechenaufgaben und andere Operationen mit Zahlen werden dagegen links-hemisphärisch im inferioren parietalen und temporalen Kortex verarbeitet, also denjenigen Arealen, die an (lexikalisch-)semantischen Verarbeitungsprozessen beteiligt sind.

VII I Musikwahrnehmung 39

Musikwahrnehmung und Amusien – 425 Eckart Altenmüller

425

39 Musikwahrnehmung und Amusien Eckart Altenmüller

39.1 39.2

Musik als komplexe auditive Gestalt – 425 Anatomische und neurophysiologische Grundlagen der Musikwahrnehmung – 427

39.2.1 Einhören und Gehörbildung: die Plastizität des auditiven Systems beim Musikhören – 427 39.2.2 Die funktionelle Neuroanatomie der Musikwahrnehmung – 430

39.3

Amusien – 432

39.3.1 Neuroanatomische Befunde bei amusischen Störungen – 433

)) »Und ich fragte mich, ob nicht … die Musik das einzige Beispiel dessen sei, was – hätte es keine Erfindung der Sprache, Bildung von Wörtern, Analyse der Ideen gegeben – die mystische Gemeinschaft der Seelen hätte werden können. Sie ist wie eine Möglichkeit, der nicht weiter stattgegeben wurde; die Menschheit hat andere Wege eingeschlagen, die der gesprochenen und geschriebenen Sprache. Aber diese Rückkehr zum Nichtanalysierbaren war so berauschend, dass mir beim Verlassen des Paradieses die Berührung mit mehr oder weniger klugen Menschen außerordentlich banal erschien«. (Marcel Proust, »Auf der Suche nach der verlorenen Zeit«, S. 3096–7).

In diesem Zitat wird das Wesen der Musik meisterhaft beschrieben. Als einzige Spezies besitzt Homo sapiens zwei lautliche Kommunikationssysteme, nämlich Sprache und Musik. Während sprachliche Kommunikation durch die Möglichkeit der Informationsübermittlung zweifellos einen evolutionären Vorteil mit sich brachte, ist bis heute umstritten, warum sich Musik als weiteres Kommunikationssystem erhielt oder entwickelte. Anthropologische Theorien betonen den Gemeinschaft stiftenden Aspekt der Musik. Früher dienten Wiegenlieder, Arbeitslieder (»Spinnerlieder«, »Erntelieder«) oder Kriegslieder (Marschmusik) diesem Zweck, heute wird der soziale Aspekt des Musizierens und Musikhörens eher in der Identifikation und der gegenseitigen Abgrenzung unterschiedlicher Jugendkulturen deutlich. Musikausübung und Musikwahrnehmung dienen danach als Mittel zur Organisation des 6

Gemeinschaftsleben und stärken die Bindung einer Gruppe bei Auseinandersetzungen mit anderen Gruppen. Ein zweiter Aspekt, den Proust anspricht, ist Musik als Mittel, um intensive Emotionen zu erzeugen. Die »Gänsehaut« beim Hören bestimmter Musikstücke als vegetative Begleitreaktion der Aktivierung des limbischen Systems kennen die meisten Menschen. Derartige starke emotionale Reaktionen sind nicht nur von einer Aktivierung der neuronalen Korrelate des Belohnungssystems mit Ausschüttung von Endorphinen begleitet, sondern wirken sich auch positiv auf den Immunhaushalt des Körpers aus. Die dominante Rolle von Musik in unserem Alltag zeigt sich darin, dass in Umfragen Musizieren oder Musikhören am häufigsten als Hobby genannt wird. Musik wird nach Familie, Freundschaft und Gesundheit als wichtiger Grundwert angesehen und rangiert vor Sport, Religion und Reisen.

! Musik ist die bewusst gestaltete, zeitlich strukturierte Ordnung von akustischen Ereignissen in sozialen Kontexten. Musik ist daher neben Sprache ein zweites menschspezifisches, innerartliches lautliches Kommunikationssystem, das soziale Bindung herstellt und Emotionen erzeugt.

39.1

Musik als komplexe auditive Gestalt

Musik ist ein komplex zusammengesetzter auditiver Reiz. Grundelemente der Musik sind einzelne Klänge, die durch Tonhöhe, Tonfarbe (Chroma), Klangfarbe (Timbre), Tondauer und Lautstärke charakterisiert werden können. Unter Tonfarbe, auch »Tonigkeit« oder »Chroma« genannt, versteht man eine gewisse Toneigenheit, die unabhängig von der Oktavlage z. B. allen »fis«-Tönen gemeinsam ist. Demgegenüber besteht die Klangfarbe aus den Einschwingvorgängen und den Obertongewichtungen, die den charakteristischen Klang beispielsweise einer Violine ausmachen. Wird eine Serie von Klängen nacheinander gespielt, entstehen auditive Gestalten, die zunächst im auditiven Kurzzeitgedächtnis extrahiert werden, als Muster im auditiven Ar-

39

426

Kapitel 39 · Musikwahrnehmung und Amusien

beitsgedächtnis über die Zeit integriert werden und schließlich im Langzeitgedächtnis abgespeichert werden können (7 Abschn. 41.3). Das musikalische Langzeitgedächtnis kann als mental repräsentierte »Musikbibliothek« aufgefasst werden. Neu gehörte Musik wird mit abgespeicherten Mustern verglichen und auf Vertrautheit und musikalischen Sinngehalt geprüft. Musik kann als musikalische Imagination aus dieser »Musikbibliothek« abgerufen werden und vor dem »inneren Ohr« erklingen.

39

! Ähnlich wie für Sprache legen wir ein musikalisches Lexikon, eine mentale »Musikbibliothek« an. Wir können so aus dem Gedächtnis Musik als mentales Erinnerungsbild abrufen.

Die Struktur musikalischer Muster kann durch mehrere Parameter beschrieben werden. Dazu gehören 4 die Melodiestruktur, 4 die Zeitstruktur, 4 die vertikale harmonische Struktur (Akkorde) und 4 die dynamische Struktur. Diese Parameter bilden die Grundlage für ein übergeordnetes Regelwerk von Beziehungen untereinander. So unterliegen die für die klassische westliche Musik typischen sich in der Zeit entfaltenden Akkordfolgen Regeln, die manche Autoren als »musikalische Syntax« bezeichnen (vgl. Koelsch 2005). Die Melodiestruktur ist eine sich in der Zeit entfaltende Komponente. Melodiestrukturen enthalten die einzelnen Intervalle als zeitliche Abfolge von diskreten Tonschritten, Konturen als Aufwärts- und Abwärtsbewegungen von Tonfolgen und schließlich Perioden als größere, mehrere Sekunden andauernde Melodieeinheiten. Eine Periode gehorcht Symmetrieregeln und Harmoniegesetzen und besteht in der Terminologie der Musiktheorie aus »Vordersatz« und »Nachsatz«. Perioden erzeugen meist ein Gefühl der Spannung und Entspannung. Diese verschiedenen Wahrnehmungseinheiten der Melodiestruktur setzen unterschiedlich lange Integration auditiver Ereignisse über die Zeit voraus. Somit ist auch das auditive Arbeitsgedächtnis in unterschiedlichem Ausmaß an dieser Wahrnehmungsleistung beteiligt. Kognitionstheoretisch wird Intervall bezogenes Hören mit Segmentierung kleiner Wahrnehmungseinheiten als lokaler, Kontur bezogenes Hören dagegen als globaler Verarbeitungsmodus aufgefasst (Lehrdal und Jackendoff 1983). Die zeitliche Organisation von Musik erfolgt durch ihre Zeitstruktur. Die wichtigsten musikalischen Zeitstrukturen

sind Rhythmen und Metren. Rhythmus ist definiert durch die zeitlichen Verhältnisse dreier aufeinanderfolgender Ereignisse. Metrum ist die einer Gruppe von aufeinanderfolgenden Tönen zu Grunde liegende gleichmäßige Pulsation. Auch die Wahrnehmung von Rhythmus und Metrum setzt eine über die Zeit integrierende Speicherung akustischer Ereignisse und das Erkennen einer Ordnung voraus. Die Wahrnehmung von Metrum beruht dabei auf dem Erkennen einer Periodizität. Analog zur Verarbeitung von Melodien kann bei Zeitstrukturen die Verarbeitung von Rhythmen als lokaler, die von Metren als globaler Verarbeitungsmodus aufgefasst werden. Als harmonische Struktur wird die harmonische Organisation einzelner Klänge bezeichnet. Harmonische Strukturen können als Klangfarbe oder als Akkordstruktur beschrieben werden. Die Empfindung einer bestimmten Klangfarbe wird durch das spezifischen Obertonspektrum eines Klanges und durch die bei der Tonerzeugung entstehenden Geräusche erzeugt. Wahrnehmung von Akkordstrukturen beruht auf der Erkennung von Schwingungsverhältnissen. Einfache Schwingungsverhältnissse (z. B. Oktave: 2:1, Quinte: 3:2, Quarte: 4:3) werden in der Regel als konsonant oder als harmonisch empfunden, komplexe Schwingungsverhältnisse (z. B. kleine Sekunde 16:15) als dissonant. Diese Empfindungen sind subjektiv, interkulturell verschieden und waren über die Jahrhunderte einem Wechsel unterworfen. So wurde in der abendländischen Musik beispielsweise die Quarte noch im 16. Jahrhundert von einigen Musiktheoretikern als dissonant klassifiziert. Die Wahrnehmung von Klangfarben und Akkordstrukturen setzt schnelle auditorische Analysevorgänge im Bereich von wenigen Millisekunden voraus. Die dynamische Struktur bezeichnet als vertikale Dynamik die Lautstärkenverhältnisse innerhalb eines Klanges, als horizontale Dynamik die Lautstärkenverhältnisse innerhalb einer Gruppe aufeinanderfolgender Klänge. Vertikale Dynamik ermöglicht durch Hervorheben und Zurücktreten bestimmter Stimmen die Abstufung eines Klangraums in Vordergrund und Hintergrund. Horizontale Dynamik vermittelte ganz wesentlich die affektive Qualität eines Musikstücks (Übersicht bei Sloboda 1985). ! Musikwahrnehmung beruht auf einem komplexen Zusammenspiel der Verarbeitung von Melodie-, Zeit-, Harmonie- und dynamischen Strukturen. Die Analysevorgänge können unterschiedliche Zeitabschnitte umfassen und benötigen ein leistungsfähiges audito6

427 39.2 · Anatomische und neurophysiologische Grundlagen der Musikwahrnehmung

risches Arbeitsgedächtnis. Lokale Verarbeitung von Melodiestrukturen beruht auf der Analyse einzelner Intervalle, globale Verarbeitung auf der Analyse von Konturen. Lokale Verarbeitung von Zeitstrukturen beruht auf der Analyse von Rhythmen, globale auf der von Metren.

39.2

Anatomische und neurophysiologische Grundlagen der Musikwahrnehmung

Die anatomischen und neurophysiologischen Grundlagen der Musikwahrnehmung konnten bisher nur unvollständig aufgeklärt werden. Während die neuronalen Korrelate der frühen Verarbeitungsschritte der Musikwahrnehmung, z. B. der Tonhöhen- oder Klangfarbenempfindung, recht gut erforscht sind, besteht hinsichtlich der neurobiologischen Grundlagen der Verarbeitung komplexer musikalischer Strukturen weiterhin eine verwirrende Variabilität der Befunde. Dies weist auf individuell angelegte und weit verzweigte neuronale Netzwerke als Grundlage der Musikwahrnehmung hin. Seit längerem ist bekannt, dass der Grad der musikalischen Ausbildung die Hirnlateralisation beim Musikhören beeinflusst: Berufsmusiker zeigen bei analytischen Musikaufgaben stärkere linkshemisphärische, Laien stärkere rechtshemisphärische Aktivierung (Altenmüller 1986). In 7 Abschn. 39.2.1 werden zunächst weitere Faktoren dargestellt, die Einfluss auf die neuronalen Korrelate der Musikwahrnehmung haben. In 7 Abschn. 39.2.2 wird dann das derzeitige Wissen zur funktionellen Anatomie der Musikverarbeitung zusammengefasst.

39.2.1

Einhören und Gehörbildung: die Plastizität des auditiven Systems beim Musikhören

Die Veränderbarkeit der Musikwahrnehmung durch Anpassung und Übung wird im Sprachgebrauch der Musiker durch Begriffe wie »Einhören« oder »Gehörbildung« verdeutlicht. Die Plastizität der Musikwahrnehmung – und generell der auditiven Mustererkennung – mag mit der besonders starken Divergenz der aufsteigenden auditorischen Bahnen zusammenhängen. Den 2-mal ca. 3.500 inneren Haarzellen im Innenohr stehen ungefähr 100 Milliarden zentrale Neurone gegenüber. Das bedeutet, dass pro Sinneszelle auf der Basilarmembran des Innenohres etwa 14

Millionen Nervenzellen zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stehen. Wie Gerhard Roth ausführt, muss das menschliche Gehirn einen ungeheuren Aufwand treiben, um aus der extrem spärlichen Information, die vom Innenohr kommt, all die ungeheuren Details der auditorischen Wahrnehmung zu erzeugen, die etwa beim Sprachverstehen oder bei der Musikwahrnehmung vorliegen. Je »dürftiger« aber ein von der Peripherie kommendes Signal ist, desto mehr Aufwand müssen die Gehirnzentren treiben, um diesen Signalen eine eindeutige Bedeutung zuzuweisen. Diese Bedeutungszuweisung ist dann hochgradig erfahrungsabhängig (Roth 1995, S. 111–112). ! Der Prozess des Musikhörens ist ein strukturierender, Bedeutung generierender Vorgang, als dessen Resultat erfahrungsabhängig komplexe auditive Muster als Musik wahrgenommen werden.

Übungsinduzierte auditive Plastizität Die Anpassung an akustische Bedingungen kann bereits nach sehr kurzer Zeit eine Veränderung der auditiven Mustererkennung bewirken. Nach wenigen Stunden Training ist dies auch mit objektiven Methoden nachweisbar. Pantev et al. (1999) zeigten, dass durch künstliche Elimination eines bestimmten Frequenzbandes beim Musikhören schon nach drei Stunden eine Verringerung der neuronalen Antwort des primären und sekundären auditorischen Kortex selektiv in diesem Frequenzbereich entstand. Umgekehrt führt intensives musikalisches Training zu einer Vergrößerung rezeptiver Felder in primären und sekundären auditiven Regionen (Pantev et al. 1998). Dabei sind diese Veränderungen spezifisch für die jeweiligen Instrumente und musikalischen Erfordernisse. Trompeter beispielsweise besitzen nur für Trompetenklänge, nicht aber für Geigenklänge vergrößerte rezeptive Felder (Pantev et al. 2001). Dirigenten zeigen im Vergleich zu Pianisten eine stärkere Reaktion auditiver Neurone bei Aufgaben, die eine präzise Ortslokalisation von Klangquellen erfordern (Münte et al. 2001). Eben diese Fertigkeit wird im Alltag eines Dirigenten ständig geübt. Auch in Verhaltensexperimenten wird deutlich, dass Musikwahrnehmung spezifisch für die jeweiligen Erfordernisse des Instruments trainiert wird: Geiger beispielsweise sind aufgrund der freien Wahl der Tonhöhen auf der Geige auf eine sehr präzise Tonhöhenwahrnehmung angewiesen und besitzen daher ein besseres Unterscheidungsvermögen für Tonhöhen als Pianisten (Hofmann et al. 1997). Die speziellen Hörfertigkeiten von Musikern spiegeln sich auch in neuroanatomischen

39

428

Kapitel 39 · Musikwahrnehmung und Amusien

Anpassungen wider (7 Abschn. 39.2.2, Übersicht dazu auch bei Münte et al. 2002). ! Musikhören unterliegt ständigen plastischen Lernvorgängen. Bereits nach wenigen Stunden auditiven Trainings lassen sich Veränderungen rezeptiver Felder in den auditiven Arealen nachweisen. Diese Veränderungen sind hoch spezifisch für die geübte Hörfertigkeit.

Absolutes Gehör

39

Absolutes Gehör bezeichnet die Fähigkeit, Tonhöhen ohne einen zuvor gehörten und benannten Referenzton korrekt zu benennen. Die kategoriale Zuordnung der Tonhöhe erfolgt sehr rasch, gelingt auch bei Sinustönen und wird nur bei extrem hohen oder tiefen Tönen unsicher. Manche Absoluthörer neigen dazu, die Oktavposition von Tönen zu verwechseln (sog. Oktav- oder Chromafehler). Als Gegensatz des absoluten Gehörs wird das weitaus häufigere relative Gehör gesehen. Absolutes Gehör kann als eine besondere Form der übungsbedingten Anpassung des auditiven Systems angesehen werden. Voraussetzung für den Erwerb eines absoluten Gehörs ist frühes musikalisches Training. Die sensitive Periode scheint zwischen dem Kleinkindalter und etwa 9 Jahren zu liegen. Ab dem Alter von 12 Jahren kann das absolute Gehör nicht mehr erworben werden. Dieses frühe Training ist eine notwendige, aber nicht hinreichende Bedingung, um absolutes Gehör zu erwerben, da viele Kinder trotz frühen Trainings Relativhörer bleiben. Offenbar spielt eine genetische Disposition eine Rolle. So zeigen Zwillingsstudien, dass absolutes Gehör mit einer Konkordanz von 8–15% auftritt, auch wenn die Zwillinge getrennt aufwachsen (Überblick bei Zatorre 2003). Für die genetische Komponente spricht auch, dass absolutes Gehör in Japan, China, Korea und Vietnam weitaus häufiger auftritt als bei kaukasischen Volksgruppen. Dabei ist es nur von untergeordneter Bedeutung, ob es sich bei den Landessprachen um tonale Sprachen handelt, bei denen Tonhöhen semantische Qualitäten zugewiesen werden, wie dies im Chinesischen der Fall ist. So sind Japanisch und Koreanisch keine tonalen Sprachen, und auch bei englischsprachig aufgewachsenen Chinesen findet sich ein höherer Anteil von Absoluthörern. Absoluthörer weisen als neuroanatomische Besonderheit eine verstärkte Asymmetrie des Schläfenlappens mit relativ größerem linksseitigen Planum temporale im hinteren Anteil der oberen Temporalhirnwindung auf (Schlaug et al. 1995, 7 Kap. 56). Dies wird als Ausdruck einer mor-

phologischen Anpassung des Nervensystems auf frühes Training gewertet. Passend dazu fand sich in neurophysiologischen Messungen im Bereich der linken oberen Temporalhirnwindung bei Absoluthörern im Vergleich zu Relativhörern eine Verlagerung der rezeptiven Felder für komplexe Töne und für Geräusche nach hinten (Hirata et al. 1999). In funktionellen Aktivierungsstudien mit der PET-Methode konnte gezeigt werden, dass Absoluthörer bei der Identifikation von Tonhöhen im linken dorsolateralen präfrontalen Kortex ein Aktivitätsmaximum zeigten, das bei Relativhörern fehlte. Wurden Relativhörer aber trainiert, bestimmte Klänge mit willkürlich ausgesuchten Ziffern zu assoziieren, dann zeigte sich bei ihnen genau das gleiche Aktivierungsmaximum. Dies spricht dafür, dass die konditionierte Assoziation eines Klanges mit einem Namen in dieser Region erfolgt (Bermudez u. Zatorre 2005). ! Absolutes Gehör bezeichnet die Fähigkeit, Tonhöhen ohne einen zuvor gehörten und benannten Referenzton korrekt zu benennen. Frühes musikalisches Training vor dem Alter von 9 Jahren scheint die Ausbildung des absoluten Gehörs zu fördern. Darüber hinaus ist eine genetische Komponente für den Erwerb des absoluten Gehörs von Bedeutung.

Effekte von Gehörbildung An Musikhochschulen wird das Fach Gehörbildung angeboten. In diesem Unterricht werden auditive Diskriminationsfähigkeit, Mustererkennung und die Fertigkeit, musikalische Strukturen zu kategorisieren und zu benennen, trainiert. Gehörbildung und musikalisches Lernen im Allgemeinen bedeutet den Erwerb zusätzlicher mentaler Repräsentationen von Musik. Folgendes Beispiel mag dies verdeutlichen: Während ungeübte Hörer eine unbekannte Orchestermusik in der Regel ausschließlich ganzheitlich auditiv erleben, verfügen geschulte Hörer über multiple Repräsentationen. Sie erkennen Instrumente, Strukturen und Stilmerkmale des Stückes, können sie benennen und z. B. als Notenbild visuell repräsentieren. Spielen die Hörer selbst ein Instrument, wird zusätzlich eine kinästhetisch-sensomotorische Repräsentation der Musik aktiviert. Besonders eindrucksvoll können diese zusätzlichen mentalen Repräsentationen bei Berufsmusikern dargestellt werden. So zeigen Pianisten im funktionellen Kernspintomogramm beim Hören von Klaviermusik und beim Sehen von pianistischen Bewegungen eine starke Aktivierung der primären motorischen Handareale ohne messbare Muskelkontraktionen

429 39.2 · Anatomische und neurophysiologische Grundlagen der Musikwahrnehmung

. Abb. 39.1. Vereinfachtes Modell der Beziehung zwischen Komplexität auditorischer Information und Ausdehnung der beteiligten neuronalen Netzwerke. Im Gegensatz zum ungeübtem Hörer verfügen Musiker über multiple Repräsentationen von Musik. Das Kreuz »P« links verdeutlicht die Plastizität des primären (A1), sekundären (A2), und assoziativen auditiven Kortex. Das rechts eingezeichnete Kreuz »L.B.« verdeutlicht die Rolle der auditiven »Lernbiographie«, durch die individuell unterschiedliche mentale Repräsentationen von Musik

entstehen. Diese können abwechselnd aktiviert werden. Geübte Hörer können musikalische Strukturen vereinfachen (Pfeil nach links unten) oder komplizieren (Pfeil nach rechts oben). Die lokalisatorischen Angaben auf der y-Achse sind nicht wörtlich zu verstehen, sondern sollen die zunehmende Ausdehnung der neuronalen Netzwerke andeuten. Die z-Achse »Akkulturation« verdeutlicht, dass mentale Repräsentationen von Musik auch vom jeweiligen kulturellen Rahmen abhängen.

(Bangert et al. 2006; Haslinger et al. 2005). Diese unbewusst ablaufenden motorischen Korepräsentationen von Klängen oder Bewegungsbildern können als Spiegelneuronsystem gedeutet werden (7 Kap. 61). Darüber hinaus gelingt es geübten Musikern aber, zusätzlich zu diesen auditiven, visuellen, sensomotorischen und symbolischen Repräsentationen Musik durchaus wie ungeübte Hörer ganzheitlich wahrzunehmen und unterschiedlichen Wahrnehmungsweisen abwechselnd, teilweise auch parallel zu aktivieren.

Wissen erworben wurde. So scheint überwiegend prozedurales musikalisches Handlungslernen durch Musizieren ohne verbale Intervention eher auf rechtsfrontotemporalen Netzwerken zu beruhen, Erwerb von explizitem Faktenwissen »über« Musik aber eher auf linksfrontotemporalen Strukturen (Altenmüller et al. 1997).

! Jahrelange Gehörbildung und Instrumentalunterricht führen zum Erwerb zusätzlicher mentaler Repräsentationen von Musik.

Die verschiedenen mentalen Repräsentationen musikalischer Strukturen werden in unterschiedlichen neuronalen Netzwerken abgelegt (. Abb. 39.1). Ein weiterer Faktor, der Struktur und Lokalisation der beteiligten neuronalen Netzwerke beeinflusst, ist die Art und Weise, wie musikalisches

! Die neuroanatomischen Substrate des Musikhörens sind stark erfahrungsabhängig und repräsentieren eher die Art und Weise, wie wir gelernt haben, Musik zu hören, als feststehende »Musikzentren«. Sie spiegeln also die individuellen Hörbiographien wider.

Anatomische Besonderheiten der Musikergehirne Intensive Gehörbildung und jahrelanges Üben auf dem Instrument führen zu plastischen Anpassungen des ZNS, die sich mit den neuen Methoden der Morphometrie im

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430

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Kapitel 39 · Musikwahrnehmung und Amusien

MRT sehr gut abbilden lassen. Langjährige Übung der Feinmotorik führt bei Pianisten und Geigern zu einer Größenzunahme der sensomotorischen Handregionen, insbesondere der nicht dominanten Hand. Diese Unterschiede sind besonders bei denjenigen Instrumentalisten deutlich, die vor dem Alter von 7 Jahren mit dem Instrumentalspiel begonnen hatten. Neue Untersuchungen mit der »Voxelbasierten Morphometrie« (VBM) (7 Kap. 2) zeigen, dass nicht nur die anatomische Größe des motorischen Kortex bei Musikern zunimmt, sondern auch die Dichte der Neuronen (Gaser u. Schlaug 2003), und dass letztere Veränderungen auch noch entstehen, wenn erst im Erwachsenenalter begonnen wird zu üben. Auch das Broca-Areal, das Kleinhirn, und der primäre auditive Kortex besitzen bei Musikern eine größere neuronale Dichte. Die absolute Größe der primären Hörrinde korreliert sehr gut mit Hörfertigkeiten, die v. a. auditives Arbeitsgedächtnis erfordern (Schneider et al. 2002). Derartige übungsabhängige plastische Anpassungen des Nervensystems betreffen auch die Faserstruktur. So ist der Balken bei Musikern im Vergleich zu Nichtmusikern kräftiger ausgeprägt. Mit Hilfe der Faserdarstellung (Diffusion Tensor Imaging/DTI; 7 Kap. 2) konnte unlängst gezeigt werden, dass diese Größenzunahme v. a. diejenigen Anteile des Balkens betrifft, die die auditiven Kortizes beider Hemisphären verbinden. Auch die Pyramidenbahn vom primär motorischen Kortex zu den Vorderhornregionen des Rückenmarks ist bei Pianisten stärker ausgeprägt als bei einer Kontrollpopulation (Bengtsson et al. 2005).

39.2.2

Die funktionelle Neuroanatomie der Musikwahrnehmung

Die funktionelle Neuroanatomie der Musikwahrnehmung ist durch Vielfalt und Widersprüchlichkeit der Befunde gekennzeichnet. Die Vielfalt entsteht zum einem durch die Komplexität von Musik, denn die verschiedenen Teilaspekte werden in unterschiedlichen, teilweise überlappenden neuronalen Netzwerken verarbeitet. Andererseits sind diese neuronalen Substrate, – wie oben erläutert, – stark erfahrungsabhängig. Als Faustregel gilt, dass frühe Verarbeitungsstufen der Musikwahrnehmung, z. B. Tonhöhen- und Lautstärkediskrimination noch interindividuell recht konstant in primären und sekundären auditiven Arealen beider Hemisphären stattfinden. Spätere Verarbeitungsstufen und komplexere Mustererkennungsprozesse, wie die Wahrnehmung von Melodien und von Zeitstrukturen sind jedoch

nicht mehr auf interindividuell konstante, eng umgrenzte neuronale Netzwerke zurückzuführen.

Frühe Verarbeitungsstufen der Musikwahrnehmung Wie bei jeder auditiven Verarbeitung wird auch beim Musikhören zunächst die aufsteigende Hörbahn von den beiden Cochleae bis zur primären Hörrinde (A1) in den beiden Heschl’schen Querwindungen (Brodman Areal 41) durchlaufen (. Abb. 18.3 und 7 Unter der Lupe »Anatomische Grundlagen« in Kap. 14). Im primären auditorischen Kortex reagieren viele Neurone nicht nur auf reine Sinustöne, sondern auch auf komplexe akustische Reize. Bereits auf dieser Stufe besteht eine Spezialisierung beider Hirnhemisphären. So erfolgt die Verarbeitung sehr rascher Zeitstrukturen (z. B. die Stimmeinsatzzeiten bei der Artikulation von Konsonanten; 7 Abschn. 31.1) eher in der linksseitigen, die Verarbeitung von Spektren und Klangfarben eher in der rechtsseitigen Area 41 (Zatorre 2000). Lautstärkediskrimination beruht überwiegend auf sekundären auditiven Arealen (A2) der rechten oberen Temporalhirnwindung. Sie umgeben den primären Hörkortex halbkreisförmig (Belin et al. 1998).

Tonhöhendiskrimination und Melodiewahrnehmung Musikalische Laien zeigen beim Vergleich unterschiedlicher Tonhöhen Aktivierungen im rechten dorsolateralen präfrontalen Kortex und in der oberen Temporalhirnwindung. Dabei scheint die rechte präfrontale Region eher der vergleichenden Bewertung zu dienen, während die temporale Aktivierung die Tätigkeit des auditiven Arbeitsgedächtnisses widerspiegelt (Zatorre et al. 1994). Wird der Schwierigkeitsgrad der Aufgabe gesteigert, indem zwischen die zu vergleichenden Töne zunehmend längere Störreize eingefügt werden, so werden die mittleren und unteren Temporalhirnwindungen mit einbezogen (Holcomb et al. 1998). Offensichtlich sind dort neuronale Netzwerke für komplex strukturierte oder länger im Gedächtnis zu haltende musikalische Strukturen lokalisiert. Bei Berufsmusikern sind linkshemisphärische Netzwerke in stärkerem Ausmaß an Tonhöhenunterscheidung oder Akkordwahrnehmung beteiligt (Altenmüller 1986; Beisteiner et al. 1994). Die Wahrnehmung von Melodien aktiviert zusätzlich zu primären und sekundären auditiven Arealen die rechten, in geringerem Ausmaß auch die linken anterioren und posterioren auditiven Assoziationsareale der oberen Temporalhirnwindung (Griffiths et al. 1998). Die Verarbeitung der

431 39.2 · Anatomische und neurophysiologische Grundlagen der Musikwahrnehmung

musikalisch-harmonischen Regeln, der musikalischen Syntax, erfolgt in spezialisierten neuronalen Netzwerken des unteren frontolateralen Kortex, die auf der linken Hemisphäre zur Broca-Area gehören (Brodmann-Area 44). Bei Regelverletzungen z. B. durch einen unerwarteten Akkord in einer konventionellen Akkordfolge entstehen Aktivitätsmaxima in diesem Anteil der linken Hemisphäre und im rechtshemisphärischen Broca-Analogon. Darüber hinaus sind auch beidseitig Anteile des hinteren oberen Temporalkortex aktiviert (Übersicht bei Koelsch 2005). Eine Aktivierung der sprachrelevanten Broca-Area (Brodmann Area 44) findet sich bei vielen musikbezogenen Aufgaben, z. B. wenn Pianisten Fingerbewegungen auf einer stummen Tastatur ausführen, aber auch bei anderen regelbezogenen symbolischen Bewegungsfolgen, etwa beim affektiven Gestikulieren oder bei der Ausführung von Zeichensprache. Es ist daher davon auszugehen, dass diese Region grundsätzlich auf Regeln beruhende komplexe Verhaltensweisen sowohl wahrnehmungsseitig wie auch ausführungsseitig verarbeitet.

Aktivierung rechtsfrontotemporaler Regionen einher (Altenmüller et al. 2002). Eine starke Beteiligung des limbischen Systems konnte mit der PET-Methode gezeigt werden: Bei konsonant klingender und angenehm empfundener Musik kam es bilateral im orbitofrontalen Kortex, im Bereich des medialen Gyrus cinguli sowie rechtsfrontopolar zur Aktivierung. Dissonante, als unangenehm empfundene Musik führte dagegen zu Aktivierung im rechten Gyrus parahippocampalis (Zatorre 2000). Noch eindrucksvoller sind die Befunde, wenn die Probanden Musik anhören, die starke Emotionen mit »Gänsehautgefühl« auslöst. Die Aktivierungen während der Gänsehauterlebnisse umfassen Bereiche des Mittelhirns, des Nucleus accumbens sowie des orbitofrontalen Kortex; gehemmt wird dagegen die Aktivität der Amygdala. Dieses Erregungsmuster entspricht der Aktivierung des Motivations- und Selbstbelohnungssystems, Strukturen die auch aktiv sind, wenn Probanden Kokain einnehmen oder in sexuelle Erregung geraten (Blood u. Zatorre 2001).

Verarbeitung musikalischer Zeitstrukturen

! Auf frühen auditiven Verarbeitungsstufen existiert eine Hemisphärenbevorzugung mit Zeitverarbeitung links-, spektraler Verarbeitung rechtstemporal. Bei musikalischen Laien beruhen Tonhöhen- und Melodiewahrnehmung auf bilateralen, jedoch rechtshemisphärisch überwiegenden frontotemporalen Netzwerken. Die Verarbeitung von Zeitstrukturen aktiviert zusätzlich zu auditiven Arealen prämotorisch frontale und parietale Areale sowie das Kleinhirn. Durch Musik 6

Bei der Verarbeitung einfacher rhythmischer Beziehungen (Verhältnis der Dauern 1:2:4 oder 1:2:3) werden linkshemisphärische prämotorische und parietale Areale aktiviert, bei komplexen (1:2,5:3,5) Zeitverhältnissen dagegen rechtshemisphärische prämotorische und frontale Regionen (Sakai et al. 1999). Beide Bedingungen führen darüber hinaus zur Aktivierung des Zerebellums. Dies passt gut zur Auffassung, dass dem Kleinhirn die Rolle eines »Zeitgebers« zukommt (7 Kap. 46). Die parietale Aktivierung kann mit auditiven Aufmerksamkeitsprozessen in Zusammenhang gebracht werden. So wurde in mehreren Hirnaktivierungsstudien nachgewiesen, dass gezielte auditive Aufmerksamkeit zur Aktivierung eines frontozentralen-parietalen Netzwerks führt (z. B. Belin et al. 1998). Andere Ergebnisse erhält man, wenn man geübte Hörer untersucht: So zeigen Musikstudenten bei der Diskrimination von Rhythmen oder Metren die höchsten kortikalen Aktivierungen rechtsfrontotemporal (Altenmüller et al. 2000).

. Tabelle 39.1. Übersicht über die relative Hemisphärenlateralisation unterschiedlicher musikalischer Teilleistungen

Linke Hemisphäre

Rechte Hemisphäre

Artikulation

++++

+

Klangfarben

++

+++

Dynamik

++

+++

Tonhöhe

++

+++

Verarbeitung der durch Musik induzierten Emotionen

Intervalle

+++

++

Konturen

++

+++

Erst in den letzten Jahren wurde begonnen, mit funktioneller Bildgebung (PET, fMRT, MEG) die Neurophysiologie der durch Musik induzierten Emotionen zu erforschen. Wenn Jugendliche Musik als »schön« empfinden, kommt es zu einer stärkeren Aktivierung linksfrontotemporaler Netzwerke. Negativ bewertete Musik geht mit einer stärkeren

Perioden

Abhängig von Ausbildung

Rhythmen

+++

++

Metren

++

+++

Gedächtnis

+?

++++?

Emotionen

positiv

negativ

39

432

Kapitel 39 · Musikwahrnehmung und Amusien

erzeugte Emotionen werden in spezifischen Anteilen des limbischen Systems verarbeitet. Emotionale Valenzurteile korrelieren bei positiver Bewertung mit einer Mehraktivierung linksfrontotemporal, bei negativer Bewertung rechtsfrontotemporal. Glückszustände beim Musikhören mit »Gänsehauterlebnissen« führen zur Aktivierung des limbischen Selbstbelohnungssystems. In . Tabelle 39.1 wird die relative Hemisphärenlateralisation musikalischer Teilleistungen, soweit es bekannt ist, zusammengefasst.

39

39.3

Amusien

! Unter Amusien versteht man Störungen der Musikverarbeitung. Rezeptive Amusie bezeichnet eine Störung der Musikwahrnehmung, expressive Amusie eine Störung der musikalischen Produktion.

Der Begriff der Amusie wurde 1871 erstmals verwendet und 1877 von Kußmaul aufgegriffen. Früher teilweise synonym gebrauchte Bezeichnungen sind »musikalische Ag-

nosie«, »Instrumentalapraxie« oder »Dysmusie«. Häufig betreffen Amusien nur bestimmte Aspekte der Musikverarbeitung, etwa die Wahrnehmung von Rhythmen oder von Melodien. Eine Untergliederung der Amusien in missverständliche Begriffe wie »Arhythmie« als Bezeichnung für Störungen der Rhythmuswahrnehmung oder »Amelodie« für Störungen der Melodiewahrnehmung sollte vermieden werden. Die häufigsten Ursachen von Amusien sind umschriebene Hirnläsionen nach Schlaganfällen. In den letzten Jahren wurde durch systematische Untersuchungen das Krankheitsbild der genetisch mitbedingten kongenitalen Amusie charakterisiert. Dabei handelt es sich um eine Teilleistungsschwäche, die bevorzugt die Tonhöhenwahrnehmung betrifft und weniger mit Defiziten der Rhythmuswahrnehmung einhergeht (Peretz et al. 2002). Nach Schätzungen leiden ca. 4% der Menschen an einer kongenitalen Amusie. Für eine genetische Ursache spricht die familiäre Häufung und erhöhte Konkordanzraten bei eineiigen gegenüber zweieiigen Zwillingen. Im klinischen Alltag werden Amusien häufig übersehen, obwohl bei ca. 70% der Schlaganfallpatienten amusische Defizite vorliegen (Schuppert et al. 2000). Die hohe Dun-

Fallbeispiel KD ist ein pensionierter Lehrer und begeisterter Musikliebhaber, ohne jemals selbst ein Instrument erlernt zu haben. Er besucht regelmäßig Konzerte und hört vor allem klassische Musik und Jazz im Radio. Als er eines Morgens ein leichtes Hängen des linken Mundwinkels und eine Ungeschicklichkeit der linken Hand beim Rasieren bemerkte, suchte er den Hausarzt auf, der ihn sofort in die neurologische Klinik einwies. Dort klangen die motorischen Störungen im Laufe des Tages ab. Die Untersuchungen ergaben eine leichte Reflexbetonung links und ein Absinken des linken Armes im Halteversuch. Sprachstörungen bestanden nicht. Eine computertomographische Untersuchung am ersten Tag war unauffällig, die Dopplersonographie zeigte mehrere große Plaques in der rechten Arteria carotis communis. Nach 4 Tagen wurde KD entlassen. Zwei Tage nach der Entlassung besuchte er mit seiner Frau ein Abonnentenkonzert, bei dem ein von ihm besonders geschätztes Trompetenkonzert von Joseph Haydn gespielt wurde. Doch für ihn völlig unverständlich lies ihn diese Musik völlig kalt. Die Musik kam ihm »flach« vor. Er konnte auch nicht mehr sicher den Klang der Trompete aus der begleitenden Streichermusik heraushören, obwohl er

die Bewegungen des Trompeters an seinem Instrument sehr gut erkannte. Überhaupt hatte er den Eindruck, als seien die Klänge der verschiedenen Instrumente zu einem Brei vermischt. Eine unerfreuliche Erfahrung. Am anderen Tag suchte er den Ohrenarzt auf, der jedoch eine altersentsprechend sogar überdurchschnittliche Hörfähigkeit attestierte. Er stellte sich dann in unserem Institut vor. Wir untersuchten seine Fähigkeit, Klangfarben zu erkennen, Tonhöhen, Intervalle, Melodiekonturen, Rhythmen und Metren zu unterscheiden. Außerdem wurde das musikalische Langzeitgedächtnis überprüft: Wir baten ihn, Musikstücke aus seiner Plattensammlung mitzubringen, und testeten seine Erkennensleistung. Alle Testwerte wurden mit Werten einer kleinen Normgruppe verglichen, die an etwa gleichaltrigen, musikalisch ebenfalls interessierten, aber nicht aktiv musizierenden Männern mit abgeschlossenem Hochschulstudium erhoben wurden. Es zeigte sich, dass bei KD selektiv nur die Klangfarbenerkennung beeinträchtigt war. Eine daraufhin durchgeführte Kernspintomographie ergab den Befund einer etwa 3 cm großen ischämischen Läsion rechtstemporal, die die vorderen Anteile des oberen und mittleren Gyrus temporalis und eines kleinen Teiles der Inselregion mit einschloss (publiziert in Kohlmetz et al. 2003)

433 39.3 · Amusien

kelziffer ist dadurch bedingt, dass musikalische Leistungen meist nicht abgefragt werden. Darüber hinaus werden Einbußen musikalischer Fertigkeiten von den betroffen Patienten während des Klinikaufenthalts häufig nicht bemerkt, zumal in der Regel gravierendere Defizite im Vordergrund stehen. Ausnahmen bilden Berufsmusiker, die sehr viel sensibler auf Veränderungen ihrer musikalischen Fertigkeiten reagieren. Es ist darum nicht erstaunlich, dass seit dem Beginn der Amusieforschung 1870 die weitaus meisten Fallberichte Berufsmusiker betreffen. Eine weitere Schwierigkeit liegt darin, dass – im Gegensatz zu vielen anderen als Kulturleistungen etablierten kognitiven Fertigkeiten – das Leistungsniveau im musikalischen Bereich in der Bevölkerung sehr unterschiedlich ist. So kann z. B. die Beherrschung einfacher Grammatikregeln, ein bestimmter Wortschatz oder die Kenntnis der Grundrechenarten in Deutschland vorausgesetzt werden. Ein vergleichbares Standardniveau musikalischer Leistungen gibt es nicht. Dadurch wird die Zusammenstellung einer Normgruppe für die Testung erheblich erschwert. Auch aus diesem Grunde konnte sich bislang kein Amusietest in der neuropsychologischen Praxis durchsetzen. Allerdings haben unlängst Schuppert u. Altenmüller (2001) ein Testverfahren entwickelt, das zur Erfassung rezeptiver Amusien geeignet scheint und an einer ausreichend großen Population von musikalischen Laien validiert wurde. Alternativ kann die im Internet von Isabell Peretz et al. entwickelte kostenlos zur Verfügung gestellte »Montreal Battery of Evaluation of Amusia (MBEA)« herangezogen werden (Web-Site: www. brams.umontreal.ca/peretz/english/amnusiaBattery/ MBEA_home.html). ! Amusische Defizite treten bei ca. 70% der Schlaganfallpatienten auf und sind damit häufiger als Aphasien. Am Krankenbett werden sie meist übersehen, da musikalische Leistungen häufig nicht abgefragt und von den Patienten in der Regel nicht spontan bemerkt werden. Auch ohne Hirnschädigung kommen bei ca. 4% der Bevölkerung amusische Störungen v. a. der Tonhöhen- und Melodiewahrnehmung vor. Hier wird als Ursache eine genetisch mitbedingte Teilleistungsstörung angenommen.

39.3.1

Neuroanatomische Befunde bei amusischen Störungen

Eine eindeutige Zuordnung bestimmter amusischer Störungen zu definierten Läsionen ist nicht möglich. Eine

komplette Amusie mit Ausfall aller rezeptiven und expressiven Leistungen setzt immer eine ausgedehnte bilaterale Läsion der Temporallappen mit Einbeziehung der beiden vorderen Temporalpole voraus. Zahlreiche Fallstudien sind zu Störungen einzelner Aspekte der Musikwahrnehmung und Musikproduktion nach Hirnläsionen veröffentlicht worden. Bei den Betroffenen handelte es sich in der Regel um Berufs- oder Amateurmusiker. Eine Übersicht und kritische Würdigung dieser Einzelfälle würde den Rahmen dieses Kapitels sprengen, eine Zusammenfassung und Systematisierung der Befunde ist wegen der Heterogenität der Krankheitsbilder und der Läsionsorte jedoch auch nicht möglich. Diese große Variabilität ergibt sich einerseits aus den neurobiologischen Grundlagen der Musikverarbeitung, andererseits aus dem Einsatz unterschiedlicher, in der Regel nicht vergleichbarer Testverfahren. Aber auch systematische Untersuchungen an größeren Gruppen von Patienten mit vergleichbarem Testmaterial zeigen durchaus heterogene Ergebnisse. Oepen et al. (1989) fanden mit dem Wertheim-Botez-Test (Jellinek 1933; Wertheim u. Botez 1961) bei 25 von 34 Schlaganfallpatienten (74%) amusische Störungen. Linkshemisphärische Läsionen führten bei 17 von 22 Patienten, rechtshemisphärische Läsionen bei 8 von 12 zu amusischen Defiziten. Bei 13 der 22 Patienten mit linkshemisphärischen Läsionen waren amusische Störungen mit Aphasie gekoppelt. Diese Patienten zeigten besonders ausgeprägte Störungen der Verarbeitung von Rhythmen. Musikalisch vorgebildete Patienten zeigten eine Tendenz zur relativ größeren Störungshäufigkeit nach linkshemisphärischen Läsionen. Amusien fanden sich nicht nur nach Läsionen, die Teile des Temporallappens mit einschlossen, sondern auch nach frontalen, zentralen und parietalen Schlaganfällen. Isabell Peretz untersuchte Schlaganfallpatienten mit dem MBEA-Test, der im Wesentlichen unserem oben dargestellten Test entspricht. Sie fand, dass Patienten nach Schädigung der linken Hirnhälfte häufiger Schwierigkeiten hatten, Melodien zu unterscheiden, in denen einzelne Intervalle variiert waren (lokale Hörweise), während Patienten nach rechtshirnigen Läsion eher bei der Unterscheidung von Konturen (globale Hörweise) eine schlechtere Leistung zeigten (Peretz 1990). Diese klare Dichotomie konnten wir nicht bestätigen: Bei 20 Patienten bestand ein ganz heterogenes Ausfallsmuster nach Schlaganfällen der linken oder der rechten Hemisphäre (Schuppert et al. 2000). Ähnlich wie in der Studie von Oepen et al. (1989) zeigten etwa 70% der Patienten rezeptive amusische Störungen und 6 der 12 links-

39

434

39

Kapitel 39 · Musikwahrnehmung und Amusien

hemisphärisch geschädigten Patienten litten zusätzlich unter einer Aphasie. Beim Studium der individuellen Ausfallmuster ergaben sich Hinweise auf eine hemisphärenspezifische hierarchische Organisation der Musikwahrnehmung. So scheint die intakte Verarbeitung von Metrum und Konturen in der rechten Hemisphäre die Voraussetzung für die erfolgreiche Verarbeitung von Intervallen und Rhythmen mit der linken Hemisphäre zu bilden. Zwei Besonderheiten unterschieden diese Studie von allen zuvor publizierten Untersuchungen zur Amusie: 1. Jedem Patient war eine Kontrollperson zugeordnet, die nach Geschlecht, Händigkeit, Alter und vor allem nach musikalischer Vorbildung dem korrespondierendem Patienten glich. Dadurch wurde die Spezifität des Testes ohne Einbuße an Sensitivität erhöht. 2. Der Zeitraum der Untersuchung war auf ein enges Zeitsegment von 5–10 Tagen nach der Läsion festgelegt. Der Untersuchungszeitpunkt ist mit Sicherheit von Bedeutung, da plastische Reorganisation rasch stattfinden kann. So hatten sich 4 von 10 Patienten in einer Nachuntersuchung nach einem Jahr in mindestens einem der zuvor als »amusisch« klassifizierten Teilbereiche wieder auf Normalniveau erholt (Schuppert et al. 2003). Systematische Untersuchungen zu expressiven musikalischen Fertigkeiten werden derzeit durch uns durchgeführt. Bei 33 Schlaganfallpatienten wurde zusätzlich zu dem rezeptiven Amusietest von Schuppert u. Altenmüller (2001) die Fähigkeit untersucht, Rhythmen nachzuklopfen oder Melodien auf einem Glockenspiel nachzuspielen. Die Testergebnisse wurden auf Band aufgenommen, mit Aufnahmen von Kontrollpersonen gemischt und von 3 Experten

anschließend »blind« bewertet. Vier wesentliche Ergebnisse sind bemerkenswert:

1. Die expressiven Tests mit Nachspielen von Rhythmen und Melodien sind sensitiver als die rezeptiven Tests; die Patienten zeigten hier die größten Leistungseinbrüche. 2. Das Erkennen bekannter Volkslieder ist die stabilste Leistung nach Schlaganfällen – hier zeigten sich die geringsten Unterschiede zu den Kontrollprobanden. 3. Es ergeben sich auch bei den expressiven Störungen keine eindeutigen Hinweise auf eine Hemisphärenbevorzugung. 4. Entscheidend für das Ausmaß einer Einbuße im expressiven Bereich ist die musikalische Vorbildung. Bereits eine kurze musikalische Ausbildung in der Kindheit, z. B. ein Jahr Blockflötenunterricht, verringert das Ausmaß der expressiven amusischen Defizite signifikant. Man kann spekulieren, ob in diesen Fällen früh erworbene zusätzliche mentale Repräsentationen von Musik reaktiviert werden können. ! Komplette Amusien mit Ausfall aller musikalischen Leistungen beobachtet man nur nach ausgedehnten bilateralen Temporallappenläsionen. Die amusischen Defizite nach einseitigen Hemisphärenläsionen sind heterogen und bilden sich oft rasch zurück. Expressive Amusien sind häufiger als rezeptive Amusien. Frühe musikalische Ausbildung scheint den Ausprägungsgrad einer expressiven Amusie im späteren Lebensalter deutlich zu verringern. Das Krankheitsbild der kongenitalen Amusie wird auf eine genetisch mitbedingte Entwicklungsstörung, bevorzugt der Tonhöhen- und Melodiewahrnehmung, zurückgeführt.

Zusammenfassung Musik ist neben Sprache ein zweites menschspezifisches, innerartliches lautliches Kommunikationssystem. Musik kann als komplexe auditive Gestalt verstanden werden, die Emotionen erzeugt und soziale Bindung verstärkt. Musikwahrnehmung beruht auf dem Zusammenspiel der Verarbeitung von Melodie-, Zeit-, und Harmoniestrukturen. Die funktionelle Neuroanatomie dieser Leistungen ist individuell variabel, da stark von Erfahrung geprägt. Die neuronalen Substrate der Musikwahrnehmung spiegeln die individuellen mentalen Repräsentationsweisen für Musik wider. Professionelle Musiker besitzen andere mentale Repräsentationen von Musik als Laien. Unter einer Amusie wird eine Störung der Musikverarbeitung verstanden. Ein

völliger Ausfall der Musikwahrnehmung wird nur nach ausgedehnten beidseitigen Temporallappenläsionen beobachtet. Defizite in einzelnen Bereichen der Musikwahrnehmung und Musikproduktion finden sich bei ca. 70% der Schlaganfallpatienten. Amusien sind somit deutlich häufiger als Sprachstörungen. Eine systematische Zuordnung bestimmter Ausfallsmuster zu Läsionsorten gelingt nicht, da von individuell angelegten, weit verzweigten neuronalen Netzwerken als Grundlage der Musikwahrnehmung und -produktion auszugehen ist. Bei ca. 4% der Menschen findet sich eine kongenitale Amusie mit Störungen der Tonhöhen- und Melodiewahrnehmung. Als Ursache wird eine genetisch bedingte Teilleistungsstörung angenommen.

IX Gedächtnis 40

Funktionen und Modelle des Gedächtnisses – 437 Axel Buchner

41

Neuroanatomie und Störungen des Gedächtnisses – 448 Hans J. Markowitsch

42

Konfabulationen Armin Schnider

– 463

437

40 Funktionen und Modelle des Gedächtnisses Axel Buchner

40.1

Langzeitgedächtnis – 438

40.1.1 Systemorientierte Perspektive auf das Langzeitgedächtnis – 438 40.1.2 Prozessorientierte Perspektive auf das Langzeitgedächtnis – 441

40.2

Arbeitsgedächtnis – 445

40.2.1 Phonologisches und visuelles Subsystem – 445 40.2.2 Zentrale Exekutive – 446

40.3

Sensorisches Gedächtnis

– 446

)) »Life lost in limbo, dissolving« – so charakterisiert Oliver Sacks (1985, S. 28) in belletristischem Pathos die Situation eines Marinesoldaten, dessen Autobiographie etwa 3 Jahrzehnte vor seiner amnestischen Erkrankung stehen geblieben zu sein schien. Aus diesen 3 Jahrzehnten erinnert der ehemalige Soldat weder persönliche Ereignisse (z. B. sein Ausscheiden aus der Armee) noch allgemeine Sachverhalte, die sich in dieser Zeitspanne ergeben haben (z. B. die technische Möglichkeit des Mondflugs). Auch an aktuelle Ereignisse und Fakten kann er sich schon nach kurzer Zeit nicht mehr erinnern. Der Blick in den Spiegel irritiert ihn sehr, weil das Aussehen seines Gesichts in krassem Gegensatz zu seinem subjektiv erlebten Alter steht. Andererseits kann er einer Konversation mühelos folgen. Er versteht sein Gegenüber und kann sinnvoll antworten. Dazu muss er Informationen mindestens kurzzeitig gut behalten können. In der Tat sind seine kurzfristigen Behaltensleistungen unauffällig.

Für die Gedächtnisforschung können solche Dissoziationen Hinweise auf verschiedenartig funktionierende Gedächtnissysteme liefern, vor allem dann, wenn sich auch der »umgekehrte« Fall findet, was bei kurz- und langfristigen Behaltensleistungen tatsächlich beobachtet worden ist. Patienten mit bestimmten linkshemisphärischen Hirnschädigungen leiden an einem sehr stark eingeschränkten verbalen Kurzzeitgedächtnis, verfügen aber über ein völlig nor-

males Langzeitgedächtnis und auch ansonsten normale intellektuelle Fähigkeiten (Warrington u. Shallice 1969). Insgesamt ergibt sich also eine doppelte Dissoziation von kurz- und langfristigen Behaltensleistungen. Sie passt gut zu dem, was man heute in Anlehnung an eine zentrale gedächtnistheoretische Arbeit von Atkinson und Shiffrin (1968) als das modale Gedächtnismodell bezeichnet. Details dieses ursprünglich mathematisch formulierten Modells haben sich zwar als empirisch nicht angemessen erwiesen, doch der Modellrahmen ist nach wie vor nützlich. . Abbildung 40.1 illustriert in vereinfachter Form eine aktualisierte Variante des modalen Modells, das wir hier als übergeordnetes Modell verwenden wollen. In . Abb. 40.1 findet sich neben dem Langzeit- und Arbeitsgedächtnis ein weiteres Gedächtnissystem, das sog. sensorische Gedächtnis, dessen Komponenten auch als sensorische Register bezeichnet werden. In diesen Komponenten wird Information reizspezifisch für nur einige hundert Millisekunden bereitgehalten. Sie bilden gleichsam die Brücke zwischen Wahrnehmung und dem, was eher einer konventionellen Vorstellung von Gedächtnis entspricht. Wir werden am Ende dieses Kapitels kurz darauf zu sprechen kommen. Die Unterscheidung von Langzeit-, Arbeits- und sensorischem Gedächtnis ist natürlich noch recht grob. Daher sollte es uns nicht wundern, dass innerhalb dieser Kategorien weitere Unterformen von Gedächtnis unterschieden worden sind. Hierbei wollen wir 3 Ebenen trennen: 4 Auf einer ersten deskriptiven Ebene kann uns niemand hindern, prinzipiell beliebige Formen von Gedächtnis zu unterscheiden. Beispielsweise könnten wir ein vom sonstigen Langzeitgedächtnis verschiedenes Namengedächtnis postulieren und dann gegenüber einer Person, deren Name uns zum wiederholten Mal nicht einfällt, behaupten, dieses Namengedächtnis bereite uns leider gewisse Probleme, das übrige (selbstverständlich das »eigentliche«) Gedächtnis funktioniere aber blendend. 4 Interessanter – aber auch schwieriger – wird es für die Gedächtnisforschung dann, wenn auf einer zweiten, funktionalen Ebene mit wissenschaftlichen Methoden

40

438

Kapitel 40 · Funktionen und Modelle des Gedächtnisses

. Abb. 40.1. Schematische Darstellung des modalen Gedächtnismodells

40

die Annahme erhärtet werden soll, dass die zunächst nur deskriptiv unterschiedenen Gedächtnisse tatsächlich verschiedene Arten von Informationen auf unterschiedliche Weise verarbeiten. Für die Unterscheidung zwischen Langzeit- und Arbeitsgedächtnis gilt funktionale Verschiedenheit unter anderem wegen der weiter oben erwähnten doppelten Dissoziation von kurz- und langfristigen Behaltensleistungen als hinreichend gut belegt. 4 Schließlich können wir natürlich fragen, welchen Hirnstrukturen auf neuronaler Ebene die funktional verschiedenen Gedächtnissysteme möglicherweise zugeordnet werden können. Wir konzentrieren uns in diesem Kapitel vor allem auf die deskriptive und die funktionale Ebene. Die neuronale Ebene wird im anschließenden Kap. 41 ausführlicher behandelt.

40.1

Langzeitgedächtnis

Beginnen wir damit, woran die meisten Menschen beim Thema Gedächtnis zuerst denken, nämlich mit dem Langzeitgedächtnis. In der Forschung zu diesem Thema finden sich 2 Herangehensweisen, die wir hier betrachten wollen. Zum einen kann man Gedächtnis, wie wir andeutungsweise

schon gesehen haben, als eine Menge von verschiedenen Systemen betrachten, die es zu identifizieren gilt. Zum anderen können Gedächtnisprozesse den primären Untersuchungsgegenstand bilden. Die beiden Herangehensweisen ergänzen sich.

40.1.1

Systemorientierte Perspektive auf das Langzeitgedächtnis

Deklaratives Gedächtnis Von Tulving (1972) stammt die Unterscheidung zwischen episodischem und semantischem Langzeitgedächtnis. Dem episodischen Gedächtnis werden Erinnerungen an bestimmte persönlich erfahrene Ereignisse und deren räumliche sowie zeitliche Einbettung zugeordnet. Eine Urlaubserinnerung (»Der Aufstieg auf den Ätna«) ist ein gutes Beispiel dafür, was Tulving mit episodischem Gedächtnis gemeint hat. Wir können berichten, wann und wo das Ereignis stattgefunden hat. Das semantische Gedächtnis dagegen bezieht sich auf Sachwissen ohne zeitlich-räumliche Einbettung: Wir wissen, dass der Ätna ein Vulkan ist, aber wir wissen nicht mehr, wann und wo wir das erfahren haben. Schacter u. Tulving (1994) ordnen die beiden Gedächtnisformen unterschiedlichen Hirnarealen zu. Semantisches Gedächtnis soll von Strukturen im medialen Temporallap-

439 40.1 · Langzeitgedächtnis

pen, episodisches dagegen von Teilen des präfrontalen Kortex abhängen. Andere wie etwa Fuster (1995) bezweifeln ausdrücklich, dass die Trennung zwischen episodischem und semantischem Gedächtnis mehr sei als eine zwar auf den ersten Blick einleuchtende, aber letztlich bloß deskriptive Unterscheidung von zwei Formen eines Gedächtnisses. Squire (z.B. Squire u. Knowlton 1999) behält zwar auf deskriptiver Ebene die Unterscheidung von episodischem und semantischem Gedächtnis bei, rechnet aber beide Gedächtnisformen dem sog. »deklarativen« Gedächtnis zu (der Begriff »deklarativ« soll andeuten, dass wir Erinnerungen an Fakten und Ereignisse normalerweise in sprachlicher Form mitteilen können, weshalb man hier auch oft von bewussten Erinnerungen spricht). Als für das deklarative Gedächtnis wichtig gelten Strukturen innerhalb des medialen Temporallappens, vor allem der Hippocampus, der entorhinale Kortex, der parahippocampale Kortex und der perirhinale Kortex. Angesichts dieser divergierenden Positionen sollten wir uns fragen, welche empirischen Evidenzen dafür sprechen, semantisches und episodisches Gedächtnis als funktional verschiedene Gedächtnissysteme zu betrachten. Tulving selbst (z.B. Tulving 1999) präferiert die Trennung von episodischem und semantischem System vor allem aus 3 Gründen. Probleme beim Erinnern autobiographischer Ereignisse.

Tulvings Erfahrung nach haben amnestische Patienten massive Probleme beim Erinnern autobiographischer Ereignisse, sind aber ansonsten relativ unauffällig. Sie können lesen, schreiben, Probleme lösen und so weiter – ihr dafür benötigtes semantisches Wissen scheint also nicht beeinträchtigt. Das könnte man im Sinne einer Dissoziation zwischen episodischem und semantischem Gedächtnis werten. Problematisch ist aber, dass viele der typischerweise gemessenen und als unbeeinträchtigt klassifizierten semantischen Wissensbestände – beispielsweise die Kenntnis und korrekte Verwendung von Objektnamen wie »Feuerzeug« – oft weit vor der amnestischen Erkrankung erworben wurden. Solche »älteren« Gedächtnisinhalte gehen bei einer amnestischen Erkrankung allgemein mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit verloren. Hinzu kommt, dass man sich semantisches Wissen insofern als redundanter repräsentiert vorstellen kann, als Fakten (»Der Ätna ist ein Vulkan«) als Komponenten vieler verschiedener Episoden vorkommen können (Urlaubserinnerungen, Fernsehsendungen etc.). Redundantere Repräsentationen von Fakten sollten natürlich in geringerem Umfang von Hirnschädigungen betrof-

fen sein als weniger redundant repräsentierte Einzelepisoden. Aus dieser Sicht würde es nicht überraschen, wenn amnestische Patienten tatsächlich stärkere Einbußen beim Erinnern von Episoden als von Fakten zeigen würden. Dennoch findet man zumindest bei Patienten mit Schädigungen des medialen Temporallappens, dass massive Gedächtnisprobleme sowohl bei neuen Ereignissen als auch bei neuen Fakten auftreten. Höchstens bei Patienten mit zusätzlicher starker Schädigung im Bereich des Frontallappens können sich Hinweise auf einen stärkeren Verlust von episodischen als von semantischen Gedächtnisleistungen finden (Squire u. Zola 1998). Wesentlich überzeugender wäre natürlich die zusätzliche Demonstration, dass auch bei gestörtem semantischen Gedächtnis das episodische Gedächtnis intakt sein kann. Methodische Probleme. Ein weiteres Argument von Tulving ist methodischer Art. Episodische Erinnerungsleistungen korrelieren oft nicht mit Leistungen in Aufgaben, die Tulving dem semantischen Gedächtnis zuordnet. Wenn diese Typen von Erinnerungsleistungen unkorreliert sind, so die Idee, dann sollten ihnen auch unabhängige Gedächtnisstrukturen zugrunde liegen. Dieses Argument wird oft genannt, aber es ist methodisch äußerst fragwürdig. Wir können hier nicht auf Details des Problems eingehen, aber soviel sei erwähnt: Die Eigenschaften der verwendeten Gedächtnismaße lassen kaum etwas anderes zu als die gegenseitige stochastische Unabhängigkeit, sodass sich eine inhaltliche Interpretation solcher »Unabhängigkeitsbefunde« schlicht verbietet. Unterschiedliche Hirnaktivität. Die stärkste Evidenz zu-

gunsten einer Trennung von episodischem und semantischem Gedächtnis stammt aus Untersuchungen mit bildgebenden Verfahren. Der Abruf semantischer Information geht demnach mit höherer Aktivität im linken als im rechten präfrontalen Kortex einher, der Abruf episodischer Information dagegen mit dem umgekehrten Aktivationsmuster. Allerdings kann bei solchen Befunden die unterschiedliche Aufgabenschwierigkeit zwischen episodischen und semantischen Gedächtnisaufgaben ein Problem sein (Wiggs et al. 1999). Als Zwischenbilanz können wir daher festhalten: ! Auf deskriptiver Ebene ist die Unterscheidung zwischen episodischem und semantischem Gedächtnis einleuchtend, aber wir wissen noch zu wenig, um mit 6

40

440

Kapitel 40 · Funktionen und Modelle des Gedächtnisses

hinreichender Sicherheit sagen zu können, dass diese Unterscheidung auch auf funktionaler Ebene sinnvoll ist.

Nondeklaratives Gedächtnis Klar ist dagegen, dass in unserem Gedächtnis wesentlich mehr Erfahrungen gespeichert sind, als wir uns zu einem gegebenen Zeitpunkt bewusst machen können. Auch solche Erfahrungen beeinflussen unser Erleben und Verhalten. Schon Ebbinghaus (1885/1966, S. 3) gab sich überzeugt:

a

»Der größere Teil des Erfahrenen bleibt dem Bewusstsein verborgen und entfaltet doch eine bedeutende und seine Fortexistenz dokumentierende Wirkung.«

40

Weil sie nicht berichtet werden können, werden solche Erfahrungsnachwirkungen auch als nondeklarativ bezeichnet. In diese Kategorie gehört eine Vielzahl von heterogen anmutenden Phänomenen. Manche beziehen sich auf Nachwirkungen der Verarbeitung einzelner Objekte oder Ereignisse und werden oft unter dem Etikett »Priming« behandelt (man könnte Priming mit Bahnung übersetzen, aber in der Regel wird einfach das englische Original verwendet). Gemeint ist damit die schnellere und/oder genauere Verarbeitung als Konsequenz einer vorangegangenen Verarbeitung der Objekte oder Ereignisse. Ein einfaches Beispiel wäre das sog. Identitäts-Priming in einer Wortidentifikationsaufgabe: Zuvor gelesene Wörter werden später unter schwierigen Wahrnehmungsbedingungen – etwa einer nur wenige Millisekunden dauernden Präsentation – besser identifiziert als neue Wörter (Jacoby u. Witherspoon 1982), und zwar auch dann, wenn unbemerkt bleibt, dass die Wörter aus der vorangegangenen Phase des Experiments stammen. Beides gilt auch für amnestische Patienten (Cermak et al. 1985). Auch einfaches assoziatives Wissen wird dem nondeklarativen Gedächtnis zugeordnet. Der Erwerb solchen Wissens wird oft in sog. Sequenzlernaufgaben untersucht. Bei einer typischen Variante dieser Aufgabe (. Abb. 40.2) erscheinen Punkte in systematischer Abfolge an bestimmten Positionen auf einem Bildschirm. Die Systematik wird der Person, die die Aufgabe bearbeitet, nicht bekannt gemacht. Sie soll lediglich auf jeden Punkt möglichst schnell durch Drücken derjenigen Taste reagieren, die der entsprechenden Position zugeordnet ist (es gibt also so viele Tasten wie es Positionen gibt, an denen Punkte erscheinen können). Sequenzlernen gilt als demonstriert, wenn die Antwortzeiten kürzer sind bei systematischer als bei einer anschließenden

b . Abb. 40.2a, b. Schematische Darstellung der Sequenzlernaufgabe (a) und des idealisierten Ergebnisses, wenn die Systematik gelernt wurde (b). Die Systematik in der Ereignisabfolge wird meist dadurch realisiert, dass eine kurze Sequenz von Positionen kontinuierlich wiederholt wird. Wenn die Zahlen 1 bis 4 die 4 möglichen Bildschirmpositionen aus dem oberen Teil der Graphik beschreiben (die Zahlen sind hier nur zu Illustrationszwecken eingezeichnet), dann kann eine Sequenzabfolge, die aus 6 Ereignissen zusammengesetzt ist, beispielsweise als 1–4-2–3-2–4-1–4-2–3-2–4 … dargestellt werden

zufälligen Ereignisabfolge (ein prototypisches Ergebnismuster ist in . Abb. 40.2 eingetragen). Amnestische Patienten können dieses assoziative Wissen genauso gut erwerben wie gesunde Personen (Nissen u. Bullemer 1987). Andere Phänomene, die dem deklarativen Gedächtnis zugeordnet werden, sind noch komplexer und beziehen sich auf kognitive und motorische Fertigkeiten. So werden etwa Passagen mit spiegelverkehrtem Text noch mehr als 1 Jahr nach dem erstmaligen Lesen schneller gelesen als neue Textpassagen (Kolers 1976).

Explizite und implizite Messung von Erfahrungsnachwirkungen Gemeinsam ist allen Phänomenen, die dem nondeklarativen Gedächtnis zugeordnet werden, dass die Messung der Erfahrungsnachwirkungen normalerweise implizit erfolgt. Was das bedeutet, kann man sich am besten am Kontrast zu den sog. expliziten Gedächtnistests klar machen. Beim

441 40.1 · Langzeitgedächtnis

Wiedererkennen etwa sollen aus einer Liste von alten und neuen Objekten diejenigen ausgewählt werden, die man aus einer bestimmten Lernepisode kennt. Beim freien Reproduzieren sollen diejenigen Objekte genannt werden, mit denen man in einer bestimmten Lernepisode konfrontiert war. Bei impliziten Gedächtnisprüfungen – etwa der Identifikationsleistung in der Wortidentifikationsaufgabe, bei den Reaktionszeiten in der Sequenzlernaufgabe – entfällt dieser Bezug auf die Lernphase. Statt dessen drückt sich die Nachwirkung einer bestimmten Lernerfahrung in einer fehlerfreieren (Wortidentifikationsaufgabe) oder schnelleren (Sequenzlernaufgabe) Verarbeitung aus. Eine Erinnerung an die Lernphase ist hier offenkundig nicht notwendig.

40.1.2

Prozessorientierte Perspektive auf das Langzeitgedächtnis

Für die Gedächtnisforschung besonders interessant wurden implizite Prüfverfahren durch den Befund, dass amnestische Patienten oft eine mit gesunden Personen vergleichbare Leistung zeigten, wenn Erfahrungsnachwirkungen implizit gemessen wurden. Bei expliziten Verfahren dagegen zeigte sich die für Amnesie charakteristische drastisch schlechtere Gedächtnisleistung. Einige Beispiele für diese Dissoziation zwischen explizit und implizit gemessenen Gedächtnisleistungen haben wir bei der Betrachtung des nondeklarativen Gedächtnisses kennengelernt. Wichtig ist, dass diese Dissoziationen oft im Sinne einer Unterscheidung zwischen nondeklarativem und deklarativem Gedächtnissystem interpretiert worden sind. ! Während bei amnestischen Patienten das deklarative – mit expliziten Verfahren erfasste – Gedächtnissystem beeinträchtigt ist, scheint ihr nondeklaratives – mit impliziten Verfahren erfasstes – Gedächtnissystem nicht beeinträchtigt.

Transferangemessene Verarbeitung Leider ist die empirische Situation aber nicht ganz so einfach, wie die schlichte Dichotomie zwischen einem deklarativen und einem nondeklarativen Gedächtnissystem es nahelegt. Eine Arbeit von Blaxton (1989) bringt das Problem auf den Punkt. Sie zeigt, dass Dissoziationen zwischen impliziten Prüfverfahren, die nondeklaratives Gedächtnis messen sollen, und expliziten Verfahren, die deklaratives

Gedächtnis messen sollen, keineswegs zwangsläufig auftreten. Vielmehr ist entscheidend, welche Verarbeitungsprozesse in der Lern- und der Testsituation gefordert sind. Zur Illustration betrachten wir Experiment 1 von Blaxton (1989). Hier sollten die Personen in der Lernphase unter anderem Wörter ohne Kontext einfach lesen (xxx-Verrat) oder auf der Basis eines bedeutungsverwandten Wortes generieren (Spionage-V_____). Im ersten Fall liegt damit der Schwerpunkt der Verarbeitung auf perzeptuellen Prozessen des Lesens, im zweiten auf bedeutungsbezogenen Prozessen der Wissensgenerierung. Kommen wir zur Testphase: Zwei explizite Prüfverfahren waren die Reproduktion mit graphemischen Hinweisen und die Reproduktion mit semantischen Hinweisen. Beim ersten Verfahren liegt der Schwerpunkt bei perzeptuellen, auf die Wortform gerichteten Prozessen (»Erinnere das Wort aus der Lernphase, das so ähnlich aussieht wie Vertrag.«), beim zweiten auf bedeutungsbezogenen Prozessen (»Erinnere das Wort aus der Lernphase, das so etwas ähnliches bedeutet wie Untreue.«). Zwei implizite Prüfverfahren waren ein Wortfragmenttest und ein Wissenstest. Bei beiden Tests besteht die korrekte Antwort aus einem Wort, das in der Lernphase vorkam, aber das wird der getesteten Person nicht mitgeteilt. Wie bei der Reproduktion mit graphemischen Hinweisen liegt beim Wortfragmenttest der Schwerpunkt bei perzeptuellen, auf die Wortform gerichteten Prozessen (»Ergänze das Fragment _er__t zu einem korrekten deutschen Wort.«). Wie bei der Reproduktion mit semantischen Hinweisen liegt beim Wissenstest der Verarbeitungsschwerpunkt bei bedeutungsbezogenen Prozessen (»Wofür wurde das Ehepaar Guillaume im Dezember 1975 zu langjährigen Haftstrafen verurteilt?«). Im Sinne der einfachen Unterteilung von Gedächtnis in ein deklaratives und ein nondeklaratives System sollten jeweils die beiden expliziten (deklaratives Gedächtnis messenden) und die beiden impliziten (nondeklaratives Gedächtnis messenden) Verfahren gleichsinnig auf die Variation der Lernbedingung reagieren. Das war aber nicht der Fall, wie ein Blick auf . Abb. 40.3 zeigt. Vielmehr führte die Lernaufgabe, die vor allem perzeptuelle Prozesse implizierte, zu einem besseren Ergebnis bei den Tests mit einer starken perzeptuellen Komponente. Bei der Generieraufgabe, die vor allem bedeutungsbezogene Prozesse impliziert, war es genau umgekehrt. Nicht auf die Gedächtnissysteme kam es also in dieser Untersuchung an, sondern darauf, wie angemessen die Prozesse der Lernphase für die Aufgabe während der Testphase waren.

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442

Kapitel 40 · Funktionen und Modelle des Gedächtnisses

lappens (Hippocampus, entorhinaler Kortex, parahippocampaler Kortex, perirhinaler Kortex). Bei vielen amnestischen Patienten sind diese Strukturen nicht mehr funktionstüchtig. Leistungen, die dem nondeklarativen System zugeordnet werden können, sind dagegen nicht vom medialen Temporallappen abhängig und bei amnestischen Patienten weniger oder gar nicht beeinträchtigt. Diese zeigen oft fast normale Leistungen in impliziten Prüfverfahren. Eine Prozessperspektive macht dagegen darauf aufmerksam, dass die Frage der Beteiligung hippocampaler Strukturen an Erinnerungsvorgängen nur ein (wenn auch ein wichtiger) Zugang zu einer ersten Ebene der Analyse von Erinnerungsvorgängen ist. Auf feinerem Auflösungsniveau spielen noch ganz andere Faktoren eine Rolle. Anders formuliert: Die Prozessperspektive macht auf Phänomene aufmerksam, die aus der Systemperspektive nicht naheliegen. Wir wollen daher aus der Prozessperspektive noch einige weitere Gedächtnisphänomene betrachten.

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Kontext und Enkodierspezifität

. Abb. 40.3. Ergebnisse aus Experiment 1 von Blaxton (1989), in dem die Bedeutung transferangemessener Verarbeitung bei Gedächtnisleistungen demonstriert wurde

! Die Leistung in einem (impliziten oder expliziten) Gedächtnistest ist umso besser, je mehr beim Test dieselben Verarbeitungsprozesse eingesetzt werden können wie in der Lernphase. Dies ist die Kernaussage des Ansatzes der transferangemessenen Verarbeitung.

Innerhalb dieses Ansatzes analysiert man Erinnerungsleistungen in Bezug auf Gedächtnisprozesse und nicht hinsichtlich der beteiligten Gedächtnissysteme. Das Beispiel der Untersuchung von Blaxton (1989) zeigt, wie eine systemorientierte Gedächtnisforschung und eine prozessorientierte Gedächtnisforschung sich durch die divergierenden theoretischen Perspektiven ergänzen können: Der Systemansatz liefert eine plausible Erklärung für Defizite bei expliziten Prüfverfahren etwa bei amnestischen Patienten. Explizite Prüfverfahren erfassen deklarative Gedächtnisleistungen, und diese sind, wie weiter oben schon erwähnt, abhängig von Strukturen des medialen Temporal-

Sinnvollerweise widmen wir uns zuerst einem Konzept, das mit dem Ansatz der transferangemessenen Verarbeitung eng verwandt ist. Ausgangspunkt ist die Überlegung, dass Lernen stets in einem konkreten Kontext erfolgt – etwa in einem bestimmten Zimmer. Dieser Kontext wird zu einem gewissen Grad zusammen mit der »eigentlich interessierenden« Information im Gedächtnis gespeichert und kann später für den Abruf genutzt werden. ! Das Prinzip der Enkodierspezifität besagt, dass die Erinnerungsleistung besser ist, wenn Lern- und Testkontext möglichst gut übereinstimmen, weil dann der Testkontext als Abrufhilfe für das Gelernte dienen kann.

Betrachten wir ein praktisches Beispiel: Soll man Tauchinstruktionen an Land oder unter Wasser geben? Jedenfalls dann, wenn Taucher eine Liste mit Wörtern am Strand oder unter Wasser lernen, sind die Reproduktionsleistungen deutlich besser, wenn Lern- und Testumgebung übereinstimmen, als wenn diese nicht übereinstimmen (Godden u. Baddeley 1975). . Abbildung 40.4 illustriert den ziemlich deutlichen Kontexteffekt. Interessanterweise finden sich Kontexteffekte auch dann, wenn man den inneren Zustand der Lernenden als Kontext betrachtet. Personen, denen während der Lernphase (normalerweise kleine Mengen) Drogen (z. B. Alkohol) verabreicht worden waren, erinnerten mehr, wenn Sie

443 40.1 · Langzeitgedächtnis

! Ziemlich regelmäßig findet sich ein klarer Vorteil verteilten Lernens. Beim Erwerb von Faktenwissen zeigt er sich normalerweise in der Menge, die langfristig erinnert werden kann, und nicht in der Geschwindigkeit, mit der gelernt wird. Beim Erwerb motorischer Fertigkeiten profitiert oft schon der Lernprozess von verteiltem Lernen und läuft effizienter ab.

. Abb. 40.4. Ergebnisse der Untersuchung von Godden u. Baddeley (1975) zur Rolle der Übereinstimmung von Lern- und Abrufkontext

Ein besonders beeindruckendes Beispiel für den Effekt verteilten Lernens auf die Behaltensleistung von Fakten berichten Bahrick und Phelps (1987). Stattliche 8 Jahre nach dem ursprünglichen Erlernen von englisch-spanischen Wortpaaren war die Gedächtnisleistung nach verteiltem Lernen bis zu 2,5-mal höher als nach massiertem Lernen.

Konsolidierung auch beim Test diesen Drogen ausgesetzt waren (Eich 1980). Faszinierend ist, dass es genügen kann, sich den Lernkontext gut vorzustellen: Personen, die sich nach einem Kontextwechsel den Laborraum, in dem sie gelernt hatten, einfach vorstellen sollen, zeigen fast genauso gute Erinnerungsleistungen wie Personen, die im Laborraum selbst reproduzieren (Smith 1979). Das ist von großer praktischer Bedeutung. Denken wir etwa an Zeugenaussagen. Zeugen können sich nämlich besser an einen Tathergang erinnern, wenn Sie sich den externen Kontext (wo sie sich genau befanden, die damals herrschenden Beleuchtungsverhältnisse etc.) und ihren Zustand (Irritation, Ängstlichkeit etc.) noch einmal vergegenwärtigen, bevor sie zum Tathergang befragt werden (Malpass u. Devine 1981).

Verteiltes versus massiertes Lernen Zuverlässiges Erinnern setzt intensives Lernen voraus, doch was bringt mehr: Massierter Drill oder verteiltes Lernen mit Pausen? Soll man z.B. 3 Stunden ununterbrochen lernen oder 6-mal eine halbe Stunde mit einem Tag Pause dazwischen? Viele Leute scheinen zu glauben, Drill sei besser, doch bereits das gerade besprochene Prinzip der Enkodierspezifität sollte uns skeptisch stimmen: Wenn der interne und externe Kontext zwischen verschiedenen Lerngelegenheiten variiert, was bei verteiltem Lernen eher der Fall ist als bei massiertem, dann sollten mit den Elementen der verschiedenen Lernkontexte auf lange Sicht mehr verschiedene »Abrufhilfen« für das Gelernte zur Verfügung stehen.

Wie das Prinzip der Enkodierspezifität sagt auch das Konzept der Konsolidierung einen Vorteil von verteiltem gegenüber massiertem Lernen vorher. Bereits Müller u. Pilzecker (1900) beobachteten ein »Nachklingen« gerade beachteter Inhalte und vertraten die Auffassung, dies gehe auf eine Perseverationstendenz zurück und damit auf nach der Lernsituation fortdauernde physiologische Vorgänge, die zu einer Verstärkung und Konsolidierung der erworbenen Gedächtnisspur führen. Hebb (1949) postulierte einen entsprechenden Mechanismus auf biologischer Ebene. Demnach soll perseverierende Aktivität von Neuronenverbänden zu bestimmten Veränderungen in den beteiligten Zellen sowie ihren synaptischen Verbindungen und dadurch zu permanenten Gedächtnisspuren führen. Möglicherweise spielt der Hippocampus (vgl. die Ausführungen zum deklarativen Gedächtnis) eine wesentliche Rolle bei einem solchen Konsolidierungsprozess. Als Teil des limbischen Systems im medialen Temporallappen erhält der Hippocampus afferente Bahnen von vielen neokortikalen Arealen. Für alle diese Bahnen scheinen wiederum reziproke Bahnen ausgehend vom Hippocampus zu existieren. Somit könnten hippocampale Strukturen Informationen »zusammenbinden«, die über viele kortikale Areale verteilt repräsentiert sind (Fuster 1995). Die Annahme über die Funktion des Hippocampus bei Konsolidierungsprozessen wird gestützt durch Befunde wie die von Zola-Morgan u. Squire (1990), wonach hippocampale Läsionen bei Affen zum Verschwinden einer visuellen Diskriminationsleistung führte, die innerhalb einer bestimmten Periode (in dieser Untersuchung: 4 Wochen) vor der Operation gelernt worden war. Noch früher erworbene Leistungen schienen nicht betroffen zu sein. Möglicherweise

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Kapitel 40 · Funktionen und Modelle des Gedächtnisses

repräsentierten diese 4 Wochen also das Zeitfenster, innerhalb dessen der Hippocampus bei der Konsolidierung des für diese Diskriminationsaufgabe relevanten Gedächtnisinhaltes eine Rolle spielt.

Vergessen Bisher haben wir nur von Lernen und Verhalten gesprochen, doch wenn wir von Gedächtnis reden, dann müssen wir auch die Kehrseite der Medaille betrachten, das Vergessen also. ! Vergessen im Langzeitgedächtnis geht vor allem auf Inter ferenzprozesse zurück. Wir unterscheiden proaktive und retroaktive Interferenz.

40

Nehmen wir als Beispiel die typischerweise 4-stelligen Nummern, die man bei der Verwendung einer EC-Karte an Geldautomaten benötigt. Nach einer Weile sind die meisten Menschen in der Lage, diese Nummern ziemlich zuverlässig zu reproduzieren. Probleme treten auf, wenn sich eine Nummer ändert, etwa weil man eine neue Karte bekommen hat. Zum einen kann es vorkommen, dass die neue Nummer zunächst nur sehr schlecht erinnert wird, wenn sie gebraucht wird, weil der betreffenden Person immer die alte einfällt. Das nennt man proaktive Interferenz. Retroaktive Interferenz dagegen tritt auf, wenn einer Person bei dem Versuch, die alte Nummer zu erinnern, die neue einfällt. Beide Formen von Interferenz werden im Labor mit der sog. Paarassoziationsaufgabe untersucht. Das Prinzip der Aufgabe ist in . Abb. 40.5 illustriert.

Frappierende Beispiele für retroaktive Interferenz stammen aus der Zeugenaussagenforschung. Betrachten wir als Beispiel eine Untersuchung von Loftus et al. (1978), bei der zunächst der Hergang eines Verkehrsunfalls zu sehen war. Danach mussten alle Personen Fragen zum Unfallhergang beantworten. In einer Frage ging es darum, ob ein anderer Wagen das spätere Unfallfahrzeug passiert habe, während dieses (a) am Stoppschild oder (b) am Vorfahrt-achtenSchild stand. Das genannte Schild konnte mit dem tatsächlich gesehenen übereinstimmen oder nicht. Der Effekt dieser vergleichsweise subtilen Manipulation war deutlich: Stimmten gesehener und in der Frage suggerierter Schildertyp nicht überein, dann nahmen die falschen Erinnerungen an die Unfallszene drastisch zu. Dabei scheint es, als würden die meisten Personen den Unterschied zwischen der suggerierten Falschinformation in der Nachbefragung und dem, was sie tatsächlich gesehen haben, gar nicht bemerken. Der suggestive Einfluss der sog. Nachinformation kann aber noch weiter gehen. Werden Personen zu zwei Autos gefragt, die »ineinander krachten«, dann glauben mehr Personen, sie hätten an der Unfallstelle zerbrochenes Glas gesehen als dann, wenn die Autos nur »kollidierten« – und das, obwohl in der Unfallszene überhaupt kein zerbrochenes Glas zu sehen war (Loftus u. Palmer 1974)! Solche Befunde illustrieren, dass Erinnern nicht mit einem einfachen Abruf von Information aus dem Gedächtnis gleichgesetzt werden kann. Erinnerungsleistungen beinhalten stets auch komplexere Vorgänge wie etwa Rekonstruktionsprozesse,

Früheres Lernen

Späteres Lernen

Test

Situation

Experimentalgruppe

A-D

A-B

A-B

Proaktive Interferenz

Kontrollgruppe

C-D

A-B

A-B

Experimentalgruppe

A-B

A-D

A-B

Kontrollgruppe

A-B

C-D

A-B

. Abb. 40.5. Schematische Darstellung der Situationen, die zur Untersuchung proaktiver und retroaktiver Interferenz realisiert werden müssen. Bei der Paarassoziationsaufgabe wird am Ende der Untersuchungsphase geprüft, wie gut A-B-Assoziationen gelernt worden sind. Je ein Wort der Liste A muss dabei mit je einem Wort der Liste B verbunden werden. Diesem Test gehen unterschiedliche Lernerfahrungen voraus. Die beiden Versuchsanordnungen illustrieren die Situation für proaktive (oben) und retroaktive Interferenz (unten). Eine sehr einfache Untersuchung zum Vergessen durch retroaktive Interferenz kann man sich etwa folgendermaßen vorstellen: Zunächst werden Wörter einer Liste A präsentiert. Wie beim Vokabellernen soll

Retroaktive Interferenz

nun gelernt werden, dass zu jedem Wort der Liste A ein bestimmtes Wort einer Liste B gehört (z.B. Apfel–Salz, Tisch–Ring, …). Gelernt werden also A-B-Assoziationen. Später werden in der Experimentalgruppe die Wörter der Liste A mit neuen Wörtern einer Liste D gepaart (z.B. Apfel-Igel, Tisch-Datum, …); die A-D-Assoziationen sollen gelernt werden. In einer Kontrollgruppe sollen Assoziationen zwischen Wörtern von 2 neuen Listen C und D gelernt werden. Im anschließenden Test muss auf jedes Wort der Liste A das »ursprünglich« dazu gehörende Wort der Liste B genannt werden. Der Experimentalgruppe fällt das wesentlich schwerer als der Kontrollgruppe (Martin 1965)

445 40.2 · Arbeitsgedächtnis

die ihrerseits durch viele Faktoren beeinflussbar sind, sodass Gedächtnistäuschungen entstehen können. Umgekehrt kann Gedächtnis selbst auch Urteilstäuschungen hervorrufen. Wir hatten weiter oben gesehen, dass zuvor gelesene Wörter unter schwierigen Wahrnehmungsbedingungen besser identifiziert werden als neue Wörter. Das Gedächtnis unterstützt dabei Wahrnehmungsprozesse und lässt diese effizienter ablaufen. Die dadurch »erleichterte« Verarbeitung führt zu dem (in der Regel phänomenal unbewussten) Eindruck größerer Vertrautheit des wahrgenommenen Objekts, was andere Urteile beeinflussen und zu Täuschungen führen kann. Ein Beispiel dafür ist der sog. Effekt falscher Berühmtheit. Damit ist gemeint, dass die Wahrscheinlichkeit, eine Person etwa auf der Basis ihres Namens als berühmt einzustufen, steigt, wenn 2 Bedingungen zusammentreffen: Die erste Bedingung ist, dass man den Namen in einer kurz zurückliegenden Episode schon einmal gelesen hat. Die zweite Bedingung ist, dass man im Moment des Berühmtheitsurteils die Lernepisode nicht »bewusst« erinnert. Der im Zuge der erleichterten Verarbeitung entstehende Vertrautheitseindruck wird dann nicht mehr mit der Lernepisode in Verbindung gebracht, sondern oft auf die Berühmtheit der Person fehlattribuiert (Jacoby et al. 1989).

40.2

Arbeitsgedächtnis

Wie wir im vorangegangenen Abschnitt gesehen haben, kann man das Langzeitgedächtnis in eine Reihe von Systemen unterteilen. Dasselbe trifft auf das Arbeitsgedächtnis zu. Das immer noch populärste Modell des menschlichen Arbeitsgedächtnisses (. Abb. 40.1) ist vor allem von Alan Baddeley entwickelt worden (z.B. Baddeley 1986). ! Baddeley (1986) unterscheidet 3 Komponenten des Arbeitsgedächtnisses: eine zentrale Kontrolleinheit, die zentrale Exekutive genannt wird, und 2 Subsysteme, die phonologische Schleife und den visuell-räumlichen Notizblock.

40.2.1

Phonologisches und visuelles Subsystem

basierten, artikulatorischen Kode übersetzt und dann ebenfalls in der phonologischen Schleife gespeichert. Durch »subvokales Wiederholen« (eine Art inneres Sprechen) kann artikulatorische Information in der phonologischen Schleife bereitgehalten werden. Wird dieser Prozess unterdrückt – etwa dadurch, dass man in rascher Folge Wörter laut aussprechen muss –, dann zerfallen die Gedächtnisspuren in der phonologischen Schleife innerhalb von 1–2 s so weit, dass sie nicht mehr verwendet werden können. Diese Zeitspanne bestimmt auch die Kapazitätsgrenze des phonologischen Subsystems: Alles, was nicht in 2 s ausgesprochen werden kann, übersteigt seine Kapazität. Eine Reihe gut untersuchter Gedächtniseffekte können mit der Annahme einer phonologischen Schleife erklärt werden. Der Wortlängeneffekt bezeichnet den Befund, dass die Anzahl der Wörter, die im Arbeitsgedächtnis bereitgehalten werden können, von der Länge der Wörter abhängt. Man kann sich das leicht selbst vorführen: Fünf einsilbige Wörter sind leichter zu behalten als fünf viersilbige Wörter. Entscheidend ist dabei aber weniger die Silbenzahl als vielmehr die Aussprechdauer, die natürlich mit jeder Silbe steigt. Aber auch auf der Ebene einzelner Silben kann man die Rolle der Aussprechdauer nachweisen. Eine walisische Silbe hat eine höhere Aussprechdauer als eine englische. Entsprechend sollten weniger walisische als englische Wörter gleichzeitig im Arbeitsgedächtnis gehalten werden können, und das ist auch so (Ellis u. Hennelly 1980). Ein weiteres Arbeitsgedächtnisphänomen, das mit dem Baddeley-Modell gut erklärt werden kann, ist der Effekt phonologischer Ähnlichkeit. Darunter versteht man den Befund, dass ähnlich klingende Elemente (etwa die Buchstaben C, B, D, W, T) schlechter kurzfristig in einer bestimmten Reihenfolge zu behalten sind als verschieden klingende (z. B. L, K, S, Q, X). Das stärkt die Annahme, dass das Repräsentationsformat tatsächlich ein phonologisches ist. Dies gilt auch für den Effekt unbeachteter Sprache: Aufgabenirrelevante Hintergrundgeräusche vermindern die Behaltensleistung für gelesene (und dabei artikulatorisch rekodierte) Wörter, und zwar umso mehr, je phonologisch ähnlicher der gesprochene Hintergrund den zu behaltenden Informationen ist.

Visuell-räumlicher Notizblock Phonologische Schleife In der phonologischen Schleife wird akustische und artikulatorische Information verarbeitet. Visuell präsentierte sprachliche Information wird beim Lesen in einen sprach-

Das zweite Subsystem des Arbeitsgedächtnismodells von Baddeley ist der sog. visuell-räumliche Notizblock. Visuelle Wahrnehmungen und Vorstellungen sollen hier verarbeitet werden. Ähnlich der phonologischen Schleife besteht auch

40

446

40

Kapitel 40 · Funktionen und Modelle des Gedächtnisses

dieses System aus mehreren Komponenten, namentlich einer Komponente für Objektmerkmale wie Farbe, Form etc. und einer weiteren Komponente für räumliche Information. Evidenzen zugunsten einer Trennung von phonologischer Schleife und visuell-räumlichem Subsystem stammen einerseits aus Untersuchungen, in denen verbale Arbeitsgedächtnisleistungen (z. B. eine bestimmte Abfolge von Konsonanten behalten) stärker durch verbale Zusatzaufgaben (z.B. von 1 bis 9 zählen) als durch visuelle Zusatzaufgaben (z. B. eine einfache Abfolge von 9 Tasten drücken) gestört werden. Bei visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisleistungen ist es umgekehrt (Meiser u. Klauer 1999). Andererseits finden sich mehr und mehr Hinweise darauf, dass den angenommenen Subsystemen verschiedene neuronale Strukturen zugrunde liegen. Smith u. Jonides (1997) beispielsweise berichten erhöhte linkshemisphärische Aktivität im Broca-Areal, im Frontallappen und im posterioren Parietallappen für eine Aufgabe, bei der für jeden Buchstaben innerhalb einer Buchstabensequenz geprüft werden muss, ob dieser mit dem zwei Positionen zuvor präsentierten Buchstaben übereinstimmt. Die Bearbeitung einer vergleichbar angelegten visuell-räumlichen Aufgabe ging dagegen mit erhöhter rechtshemisphärischer Aktivität im präfrontalen und prämotorischen Kortex, im Parietallappen und im Okzipitallappen einher. Sollten dagegen andere, nichträumliche visuelle Objekteigenschaften memoriert werden, war erhöhte Aktivität vor allem im linken parietalen und inferioren temporalen Kortex zu beobachten.

40.2.2

Aufgabe, bei der die zentrale Exekutive gefordert ist. Verbale und visuell-räumliche Zusatzaufgaben, für die bekannt ist, dass sie deutlich mit Leistungen des phonologischen bzw. des visuell-räumlichen Subsystems interferieren, stören bei Additionsaufgaben weniger als das Generieren von Zufallszahlen (Logie et al. 1994). Letzteres ist eine beanspruchende Nichtroutineaufgabe, die vorwiegend die zentrale Exekutive betreffen sollte. Die neuronale Repräsentation der exekutiven Kontrolle wird häufig mit dem präfrontalen Kortex in Verbindung gebracht (7 hierzu ausführlicher Kap. 45).

Sensorisches Gedächtnis

40.3

Im letzten Abschnitt dieses Kapitels wollen wir uns noch kurz der Schnittstelle zwischen Wahrnehmung und Gedächtnis widmen, die durch sog. sensorische Register markiert wird. Diese repräsentieren Information in einem reizspezifischen Format. Sensorische Register werden für alle Sinnesmodalitäten angenommen, doch wir wollen uns hier auf die visuelle Modalität beschränken. Hier spricht man auch vom ikonischen Gedächtnis. Sperling (1960) hat in einer Serie von Experimenten untersucht, wie viele Elemente aus einer kurz präsentierten visuellen Vorlage anschließend berichtet werden können. . Abbildung 40.6a illustriert diese Situation. Bei einer Präsentationszeit von 50 ms konnten aus der dargebotenen 3 × 4-Matrix ungefähr 4,32 Elemente korrekt berichtet werden. Der subjektive Eindruck bei solch einer Aufgabe ist aber, dass man mehr sieht, als man später

Zentrale Exekutive

In Baddeleys Arbeitsgedächtnismodell sollen die beiden Subsysteme von einer sog. zentralen Exekutive »kontrolliert« werden. Hier werden Verarbeitungsprioritäten vergeben, Routineprozesse bei Bedarf unterbrochen, nichtroutinisierte Prozesse überwacht, Handlungsergebnisse mit Handlungszielen verglichen und vieles mehr. Die zentrale Exekutive ist also eine Art Aufmerksamkeitssystem und zugleich eine Art Restkategorie für alle möglichen Prozesse, die man dem Arbeitsgedächtnis zurechnen kann, die aber weder dem phonologischen noch dem visuell-räumlichen Subsystem zugeordnet werden können. Auf funktionaler Ebene kann die zentrale Exekutive von den beiden Subsystemen dennoch gut abgegrenzt werden. Betrachten wir als Beispiel das Addieren von Zahlen, einer

a

b

. Abb. 40.6a, b. Schematische Darstellung des Versuchsablaufs bei Sperling (1960). a Standardbedingung, in der alle Zeichen der 3 × 4-Matrix berichtet werden sollten; b Experimentalbedingung, in der nur die Zeichen einer Reihe berichtet werden sollten. Die Reihe wurde zufällig gewählt und durch die Höhe eines Tons angezeigt, der kurz nach dem Verschwinden der 3 × 4-Matrix präsentiert wurde (im Beispiel der hohe Ton für die obere Reihe)

447 40.3 · Sensorisches Gedächtnis

berichten kann. Daher hat Sperling eine Variante der Aufgabe entwickelt, bei der unmittelbar nach der 3 × 4-Matrix ein Ton dargeboten wurde. Die Höhe des Tons zeigte an, welche Reihe aus der Matrix zu berichten war (bei einem hohen Ton die obere, bei einem mittelhohen die mittlere etc.). Es war nicht vorhersehbar, auf welche Reihe sich der Ton beziehen würde. Die Aufgabe ist in . Abb. 40.6b illustriert. Wenn der akustische Hinweis in dem Moment präsentiert wurde, in dem die 3 × 4-Matrix verschwand, wurden im Durchschnitt 3,04 Elemente berichtet. Daher müssen zum Zeitpunkt des Hinweises pro Reihe etwa 3 Elemente, bei 3 Reihen also ungefähr 9 Elemente im ikonischen Ge-

dächtnis verfügbar gewesen sein. Je später der Hinweis auf die zu berichtende Reihe erklang, desto weniger Zeichen der 3 × 4-Matrix konnten berichtet werden. Ab etwa 500 ms waren es genauso viele wie in der Kontrollgruppe, in der kein Hinweis gegeben wurde. Damit läge die Zeitspanne, innerhalb derer Information im ikonischen Gedächtnis repräsentiert bleibt, bei höchstens 500 ms. Spätere Befunde haben unser Verständnis des ikonischen Gedächtnisses weiter verfeinert: Wahrscheinlich müssen 2 Phasen des ikonischen Gedächtnisses unterschieden werden, nämlich eine erste kurze, 150–250 ms dauernde »echt« sensorische Phase und eine zweite Phase, in der bereits weitere (z. T. abstrakte) Merkmale der visuellen Objekte repräsentiert sind.

Zusammenfassung Das Langzeitgedächtnis kann als eine Menge von verbundenen Gedächtnissystemen verstanden werden. Das Erinnern von Episoden und Fakten wird mit phänomenal bewussten Erinnerungszuständen assoziiert und dem deklarativen Gedächtnis zugeordnet. Viele Erfahrungen wirken sich aber auf unser Verhalten und Erleben aus, ohne dass sie uns dabei bewusst würden. Diese Erfahrungsnachwirkungen werden dem nondeklarativen Gedächtnis zugeordnet. Hierzu gehören z.B. Priming-Phänomene, assoziatives Lernen und der Erwerb kognitiver und motorischer Fertigkeiten. Gedächtnis kann aber auch im Sinne der bei einer Aufgabe beteiligten Gedächtnisprozesse untersucht werden. Der Ansatz der transferangemessenen Verarbeitung betont vor allem diese Perspektive. Demnach sind Erinnerungsleistungen umso besser, je eher beim Abruf dieselben Verarbeitungsprozesse eingesetzt werden wie beim Lernen. Das trifft auch auf den Kontext zu: Je mehr der Lern- und der Abrufkontext übereinstimmen, desto besser ist die Erinnerungsleistung. Ein Vorteil verteilten Lernens ist in einer durch die verschiedenen Lerngelegenheiten bedingten größeren Unabhängigkeit von einem konkre-

ten Lernkontext zu sehen. Ein anderer Vorteil ist, dass zwischen zwei Lernphasen Konsolidierungsprozesse greifen können. Vergessen wird im Langzeitgedächtnis vor allem durch Interferenz. Das Beispiel falscher Nachinformationen bei Zeugenaussagen belegt eindrücklich die praktische Relevanz der Untersuchung solcher Interferenzprozesse. In dem derzeit populärsten Modell des menschlichen Arbeitsgedächtnisses koordiniert eine zentrale Exekutive mehrere Untersysteme, unter anderem eines für phonologisch-artikulatorische Information und ein weiteres für visuell-räumliche Information. Die zentrale Exekutive erfüllt auch Funktionen eines Aufmerksamkeitssystems. Die Subsysteme dienen der Bereithaltung von Information in je verschiedenen Repräsentationsformaten für die weitere Verarbeitung. Das sog. sensorische Gedächtnis liegt an der Schnittstelle zwischen Wahrnehmung und Gedächtnis. Es repräsentiert Information zunächst in einem reizspezifischen Format, aber innerhalb von nur wenigen hundert Millisekunden ist der größte Teil der sensorisch repräsentierten Information verloren und kann nicht mehr berichtet werden.

40

41 Neuroanatomie und Störungen des Gedächtnisses Hans J. Markowitsch

41

41.1

Die Einspeicherung von Information

41.1.1 41.1.2 41.1.3 41.1.4

Kurzzeit- und Arbeitsgedächtnis – 452 Das limbische System – 453 Das Frontalhirn – 455 Neurale Grundlagen der Einspeicherung – 456

41.2 41.3 41.4 41.5

Informationskonsolidierung – 456 Die Ablagerung von Information – 457 Der Abruf gespeicherter Information – 458 Psychische Korrelate von Gedächtnisstörungen – 459 Schlussfolgerungen – 461

41.6

– 449

)) Der Königsweg zur Erforschung der Arbeitsweise des Gehirns und damit auch der Repräsentation des Gedächtnisses lag bis vor einer Dekade in der Untersuchung des Verhaltens nach Hirnschäden – entweder bei Patienten oder im »Tiermodell«. Insbesondere in der alten Literatur finden sich Einzelfallbeschreibungen, in denen mit Akribie Gespräche und Testsitzungen aufgezeichnet sind (Markowitsch 1992). Und auch frühe Tierversuche waren häufig von einer peniblen Registrierung kleinster und kürzest währender Reaktionsmuster und Verhaltensabweichungen gekennzeichnet. Die zunehmende Verfügbarkeit raffinierter Operationstechniken und ausgeklügelter Testapparaturen (»Skinner-Box«) und Verhaltensdesigns (»delayed-non-match-to-sample tasks«) erlaubte eine präzise Zuordnung zwischen der Hirn- und der Verhaltensebene. Auf Humanebene kommt hinzu, dass eine Vielfalt von Hirnschadensätiologien Gedächtnisstörungen im Gefolge hat (7 Übersicht). Dennoch gilt es, Ergebnisse an hirngeschädigten Tieren und Menschen kritisch zu bewerten (Diskussion 7 Kap. 2).

Patientengruppen, bei denen Gedächtnisstörungen im Vordergrund ihrer Symptomatik stehen 4 Traumatische Fälle mit Gehirnerschütterungen oder Gehirnquetschungen 4 Patienten mit zerebralen Infarkten oder vaskulären Erkrankungen 4 Patienten mit intrakranialen Tumoren 4 Patienten mit bakteriellen oder viralen Infektionen 4 Patienten mit Mangelkrankheiten oder Avitaminosen 4 Patienten mit Intoxikation, chronischem Alkoholabusus oder Korsakow-Syndrom 4 Patienten mit Epilepsie 4 Patienten mit degenerativen Krankheiten des ZNS (z. B. Alzheimer-Patienten) 4 Patienten mit Organinsuffizienzen (z. B. von Herz, Leber oder Nieren) 4 Patienten mit Status nach Anoxie oder Hypoxie (z. B. nach Herzinfarkt oder nach Rettung vor dem Tod durch Ertrinken) 4 Psychiatrische Patienten (z. B. Schizophrene) 4 Drogenabhängige Patienten oder Fälle mit Drogenabhängigkeit (z. B. nach Gebrauch anticholinerger oder antikonvulsiver Substanzen, Benzodiazepinen der Neuroleptica) 4 Patienten nach Elektrokrampftherapie 4 Patienten mit transienter globaler Amnesie 4 Patienten mit dissoziativen Störungen

449 41.1 · Die Einspeicherung von Information

41.1

Die Einspeicherung von Information

In Bezug auf die Verarbeitung und Repräsentation von Information auf Hirnebene wirkte die Dokumentation

Fallbeispiel Der Fall H.M. In den 50er-Jahren erregte der Bericht von Scoville u. Milner (1957) über mehrere Fälle mit Resektion im medialen Temporallappenbereich und nachfolgendem Verlust der Neugedächtnisbildung (»anterograder Amnesie«) Aufsehen. Der erste der 10 beschriebenen Fälle, Patient H.M., blieb über die folgenden Jahrzehnte im Zentrum des Interesses neuropsychologischer Gedächtnisforschung und wurde bis in die 90er-Jahren des letzten Jahrhunderts in Publikationen dokumentiert (zu früheren Arbeiten s. Markowitsch 1985). H.M. wurde 1926 geboren. Mit 10 Jahren hatte er seinen ersten (kleineren) epileptischen Anfall, mit 16 den ersten großen. Nach seinem 20. Lebensjahr hatte er dann im Schnitt täglich etwa 10 Petit-mal-Anfälle und wöchentlich eine Grand-mal-Attacke. Da seine Epilepsie nicht medikamentös unter Kontrolle gebracht werden konnte, entschlossen er und seine Familie sich schließlich, von dem Neurochirurgen W.B. Scoville eine beidseitige Resektion des medialen Temporallappens (. Abb. 41.1) vornehmen zu lassen, die am 1. September 1953 durchgeführt wurde. Entfernt wurden große Teile der hippocampalen Formation und der sich anterior anschließenden Amygdala. Die Operation wurde von Scoville u. Milner (1957) als »frankly experimental« bezeichnet und führte zu einem unerwarteten Ergebnis: einer bleibenden Unfähigkeit, sich neue Information langfristig anzueignen. Kurz nach der Operation erkannte H.M. weder das Krankenhauspersonal noch den Weg ins Bad und schien auch nicht imstande, sich in seiner Krankenhausumgebung zurechtzufinden. Darüber hinaus war sein Altgedächtnis (Erinnerungen an Vergangenes) teilweise beeinträchtigt. Seine Erinnerungen an Jahre zurückliegende Ereignisse waren dagegen lebendig und offensichtlich ohne Lücken. Auch nach der Operation traten noch epileptische Attacken auf, sodass er weiterhin medi-

6

des Falles H.M. durch Scoville u. Milner im Jahre 1957 wie eine Initialzündung, die über die nächsten Jahrzehnte zu einer intensiven Forschung nach der möglichen Rolle der hippocampalen Formation für Gedächtnis führte.

kamentös behandelt werden musste. Die Auswahl seines Vokabulars wurde als überdurchschnittlich beschrieben, er erfasse die Pointen von Witzen, auch von solchen, die auf semantischem Doppelsinn beruhten. H.M. gilt als der klassische Patient mit einem amnestischen Syndrom, d.h. mit einer hochgradigen anterograden Amnesie bei ansonsten erhalten gebliebener Intelligenz und Persönlichkeit. Beispielhaft für das Ausmaß seiner Amnesie ist, dass er auch nach 6 Jahren unmittelbar nach seiner Hirnoperation eingezogene Hausnachbarn nicht erkennt, dass er ständig dieselben Journale liest, sich dauernd am gleichen Puzzle erfreuen kann und dass er schon eine halbe Stunde nach Beendigung der Mittagsmahlzeit nicht mehr weiß, ob er schon zu Mittag gegessen hat oder nicht. Formale Tests ergaben einen IQ-Wert von 112 (im Jahr 1955) und von 117 (im Jahr 1967), beides Werte, die über dem präoperativen Wert von 104 lagen. (Ende der 90erJahre war sein IQ jedoch auf unter 100 gefallen.) Da er neue Information nicht mehr speichert, wiederholt er alte Erinnerungen um so häufiger. Hierzu zählen beispielsweise lange Anekdoten aus seiner Schulzeit, Ferienerlebnisse, sein erster epileptischer Anfall und das Rauchen seiner ersten Zigarette. Wie auch für andere »klassische« Amnesiefälle gültig (Markowitsch et al. 1993), war sein Kurzzeitgedächtnis nicht beeinträchtigt, vielleicht sogar überdurchschnittlich. H.M. beschreibt seinen Lebensablauf z.B. mit den Worten: »Every day is alone, whatever enjoyment I’ve had, and whatever sorrow I’ve had« und sagt, er komme sich in seiner Umgebung immer so vor, als erwache er gerade aus einem Traum. Seiner Situation wird er sich bewusst, kann sie aber nicht einordnen; so realisierte er beispielsweise, dass er zur Beobachtung und Kontrolle in einem Krankenhaus war, wusste aber nicht wieso und warum, weswegen er dann 3 Nächte hintereinander die Nachtschwester heranklingelte.

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450

Kapitel 41 · Neuroanatomie und Störungen des Gedächtnisses

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. Abb. 41.1a–d. Querschnitte (a–d) und eine Basalansicht (oben) des menschlichen Gehirns. Die Querschnitte zeigen das Ausmaß der durch Operation entfernten Bereiche der hippocampalen Formation bei Patient H.M. Der gepunktete Bereich in der oben gezeigten Hirnansicht (von unten – basal – gesehen) stellt den entfernten Bereich im medialen Schläfenlappen dar. Die Exstirpation

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erfolgte bilateral; gezeigt ist das Ausmaß der Entfernung nur auf der linken Seite, um einen Vergleich mit der Lage und dem Ort der geschädigten Gebiete im intakten Gehirn zu ermöglichen. Die gepunkteten Bereiche in den koronaren Hirnansichten stellen Kerngebiete dar (a die Basalganglien, b das Diencephalon und c Diencephalon und Mesencephalon)

451 41.1 · Die Einspeicherung von Information

Interessant sind die trotz der globalen Amnesie vorhandenen Wissensinseln. So weiß er, was ein Astronaut ist, dass Rockmusik eine neuartige Musikform ist und dass Präsident Kennedy ermordet wurde. Auch erkennt er einen erst nach seinem Hirnschaden komponierten Schlager; ansonsten aber nur Musik aus der Zeit vor seiner Operation.

Das lange postoperative Leben von H.M. hat der Neuropsychologie eine Fülle von Daten gebracht, es hat aber auch, und insbesondere wegen seiner mehr als eine Generation währenden amnestischen Lebensweise, gezeigt, wie ärztliche Hilfe zu unerwarteten und nicht mehr korrigierbaren »Nebeneffekten« führen kann.

Mit dadurch, dass H.M. weiterhin Episoden aus dem Leben vor seiner Hippocampusresektion berichten konnte, wurde die hippocampale Formation nicht als der Ort der Informationsablage (»Gedächtnisspeicher«) angesehen, sondern als Flaschenhalsstruktur, durch die Information passieren musste, um bleibend gespeichert werden zu können. Auch war sie nicht die einzige derartige Struktur, sondern es gab eine Reihe weiterer, deren beid hemis-

phärische Schädigung zu bleibender Amnesie führte. Schon zu Beginn des Jahrhunderts hatten Hirnforscher ein vor allem bei Trinkern auftretendes Syndrombild, das »Korsakow-Syndrom« (7 »Unter der Lupe«) intensiv erforscht und mit Schäden im medialen Zwischenhirnbereich – genauer gesagt in den Mammillarkörpern und im medialen Thalamus (. Abb. 41.2) – in Verbindung gebracht.

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. Abb. 41.2a, b. Parasagittale Schnitte durch das menschliche Hirn auf Höhe der Mammillarkörper (a) und des mittleren Thalamus (b). Der mediodorsale (1) und der anteriore Thalamus (2) stellen (neben den unmittelbar in der Nähe liegenden unspezifischen Mittellinienkernen und den intralaminaren Kernen) auf mittlerer Thalamusebene die wesentlichen gedächtnisrelevanten Kernstrukturen dar. Hinzu kommen

die Kerne des Pulvinariskomplexes im posterioren Thalamus (3), die hypothalamischen Mammillarkörper (4) und folgende Faserstrukturen: die Lamina medullaris interna (5), der mammillothalamische Trakt (6) und der Fornix (7; hier sind die anterior gelegenen Fornixsäulen gezeigt). (Nach Markowitsch 1988)

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Kapitel 41 · Neuroanatomie und Störungen des Gedächtnisses

Unter der Lupe

Korsakow-Syndrom Der russische Neuropsychiater S. Korsakow beschrieb im letzten Jahrhundert ein Krankheitsbild, das er als eine periphere Neuritis ansah, was sich aber bald als eine an bestimmte, umgrenzte Schäden des Zentralnervensystems gekoppelte, durch Fehlernährung (meist chronischen Alkoholismus) bedingte Krankheit herausstellte, der eine charakteristische Symptomatologie zugrunde liegt, die schon 1901 von Bonhoeffer in dessen Monographie über »Die akuten Geisteskrankheiten der Gewohnheitstrinker« treffend beschrieben wurde. Bonhoeffer (1901) nannte als Kardinalsymptome der Korsakow’schen Psychose Merkunfähigkeit, Erinnerungsdefekte, Desorientierung und die Tendenz zu Konfabulieren. Intelligenz und Kurzzeitgedächtnis sind weitgehend erhalten. Dennoch wurde

auch schon früh vermerkt, dass das Korsakow-Syndrom meist auch mit Störungen der Persönlichkeit, des Affekts und der Zeitwahrnehmung einhergeht. Die sehr unterschiedlich erfolgreiche Behandlung erfolgt meist durch hochdosierte Gaben von Vitamin B1 (Thiamin). Es wird manchmal zwischen Korsakow’schem Symptomenkomplex oder Korsakow-Syndrom auf der einen Seite und der Korsakow-Psychose auf der anderen Seite unterschieden. Hierbei stellt dann nur die Korsakow-Psychose den eigentlichen, von Korsakow gemeinten Krankheitszustand dar, während das Korsakow-Syndrom weiter gefasst gesehen wird (»amnestischer Symptomenkomplex«) und lediglich die der Korsakow-Psychose ähnliche Symptomatologie kennzeichnen soll.

41 Gegenüber den hippocampalen Schäden folgenden Amnesiezuständen findet sich beim Korsakow-Syndrom meist eine umfassendere Störung des Gedächtnisses, die durchaus auch weite Teile der persönlichen Vergangenheit und eine eingeschränkte Krankheitseinsicht (Anosognosie) oder Unfähigkeit zur Reflexion des eigenen Zustandes einschliessen kann. Beide Zustandsbilder – die »mediale Temporallappenamnesie« (Hippocampus und Umfeld geschädigt) und die »mediale dienzephale Amnesie« (dorsaler und häufig auch ventraler Zwischenhirnbereich geschädigt) – sind (im Gegensatz zu demenziellen Zuständen) durch den Erhalt von Persönlichkeit, Intelligenz und Kurzzeitgedächtnis gekennzeichnet.

41.1.1

Kurzzeit- und Arbeitsgedächtnis

Hieraus muss auch abgeleitet werden, dass das Kurzzeitgedächtnis auf Hirnebene andersartig als das Langzeitgedächtnis verarbeitet wird. Tatsächlich sprechen eine Reihe von Indizien für diese Ansicht. Zum einen sind dies wiederum Berichte von fokal hirngeschädigten Patienten mit selektiven Kurzzeitgedächtnisstörungen, zum anderen eine Reihe von Arbeiten, die mit Methoden der funktionellen Bildgebung an Normalprobanden erhalten wurden. Zum Dritten finden sich experimentelle Studien an Tieren – insbesondere Einzelzellableitungen –, die für eine selektive Repräsentation des Minutengedächtnisses sprechen.

Berichte von Patienten, die nach Hirnschädigung Information zwar noch langfristig erwerben konnten, deren Kurzzeitgedächtnis jedoch auf maximal ein oder zwei Items beschränkt ist, sind selten, dafür aber um so wertvoller. Markowitsch et al. (1999a) haben hierzu einen Patienten – E.E. – beschrieben, der als Beispiel dienen kann. Patienten wie E. E. wurden insgesamt etwa ein halbes Dutzend Mal in der Literatur beschrieben. Sie legen alle nahe, dass im linken lateralen Parietallappen – also im Umfeld der Wernicke-Sprachregion, eine wichtige Repräsentanz für Kurzzeitgedächtnis zu suchen ist. Daneben aber wird – insbesondere unter dem Stichwort Arbeitsgedächtnis (Baddeley 1998)– dorsolateralen Anteilen des Stirnhirns eine wesentliche Rolle zugesprochen. Hierfür findet sich eine Vielzahl von mittels funktioneller Bildgebung und Neuromonitoring-Methoden erhaltenen Belegen an Normalprobanden, die zeigen, dass präfrontale Bereiche aktiviert werden, wenn Individuen Information kurzfristig verarbeiten; auch tierexperimentelle Ergebnisse unterstützen die Bedeutung dieser Region. Weitere Arbeiten weisen die Regionenkombination aus Parietal- und Präfrontalbereich als die beiden neuralen Hauptkomponenten des Arbeitsgedächtnisses aus (Markowitsch et al. 1999a). Trotz der grundsätzlichen Bedeutung von parietalen und präfrontalen Strukturen für das Kurzzeitgedächtnis gilt auch hier, dass durchaus weitere Hirnregionen – wie beispielsweise die hippocampale Formation – an seiner Bearbeitung beteiligt sind, wir also den Netzwerkcharakter

453 41.1 · Die Einspeicherung von Information

Fallbeispiel Der Fall E. E. (Markowitsch et al. 1999a)

der Informationsverarbeitung auch schon für diesen engen Zeitraum realisiert sehen.

E. E. war zum Zeitpunkt seiner Untersuchung ein 44jähriger Mann von normaler Intelligenz, der nach Entfernung eines umschriebenen linkshemisphärischen Tumors im angulären Gyrus und der darunterliegenden weißen Masse (. Abb. 41.3) eine distinkte, persistierende Beeinträchtigung im Kurzzeitgedächtnis, zusammen mit einer gleich schweren Beeinträchtigung in der Fähigkeit, Zahlen zu transkodieren, hatte. Andererseits konnte er problemlos kalkulieren und andere arithmetische Berechnungen durchführen. Defizite auf sprachlicher Ebene waren auf seine Kurzzeitgedächtnisstörung zurückzuführen, die sich auch darin äußerte, dass er einen starken »Primacy-«, aber keinen »Recency-Effekt« zeigte. (Unter Primacy-Effekt versteht man die Fähigkeit, die ersten Items innerhalb einer kontinuierlich dargebotenen Liste zu behalten, unter Recency-Effekt die Fähigkeit, die zuletzt dargebotenen Items einer derartigen Liste wiedergeben zu können.) Der stark linksseitig dominante Patient zeigte unter Positronenemissionstomographie eine beidhemisphä rische Aktivierung der Broca- und Wernicke-Regionen, wenn er Verben von Substantiven herleiten sollte.

! Das Kurzzeitgedächtnis ist ein zeitlich und was seine Repräsentation auf Hirnebene betrifft, distinkter Prozess, der vor allem (aber mit Sicherheit nicht ausschließlich) an parietale und präfrontale Bereiche des Neokortex geknüpft ist.

. Abb. 41.3. Dreidimensionale Rekonstruktion des Hirnschadens von Patient EE mit selektiver Kurzzeitgedächtnisstörung. Die mittels Positronenemissionstomographie sichtbar gemachte hellere Penumbra wurde durch die Applikation von 11 C-Methionin erreicht

41.1.2

Das limbische System

Beide Zustandsbilder – die »mediale Temporallappenamnesie« (Hippocampus und Umfeld geschädigt) und die »mediale dienzephale Amnesie« (dorsaler und häufig auch ventraler Zwischenhirnbereich geschädigt) – umfassen Schädigungen in einer Region, die zum einen seit alters her als limbisches System bezeichnet wird (Markowitsch 1992) und die sich zum anderen durch die Existenz eng aneinander gekoppelter Hirnstrukturen kennzeichnen lässt, was teilweise auch schon früh zu Spekulationen über deren Bedeutung Anlass gab. So hatte Papez (zit. in Markowitsch 1999a) den nach ihm benannten Schaltkreis (auch »medialer limbischer Kreis« genannt) einen »proposed mechanism of emotion« genannt; später dann wurde dieser eher als für Gedächtnis wichtig angesehen und ihm ein zweiter zur Seite gestellt – der basolaterale limbische Kreis – dessen Funktion als unterstützend für den ersten interpretiert wurde, aber als primär die emotionale Komponente einkommender Information bewertend interpretiert wurde (Markowitsch 2001) (. Abb. 41.4). Hebb (zit. in Markowitsch 1999a) hatte 1949 postuliert, dass die Speicherung von Information im Langzeitgedächtnis ein vorheriges, zeitlich begrenztes »Kreisen« in bestimmten Hirnregionen als notwendige Voraussetzung hat. . Abbildung 41.4 zeigt diese beiden dem limbischen System zugehörigen Kreise. Ihre unterschiedliche Funktion kann am besten durch die Gegenüberstellung der Beschreibung von Patient H.M. (Schädigung im medialen Kreis) mit der von Patienten mit selektiver Schädigung einer Struktur des lateralen Kreises veranschaulicht werden (7 Fallbeispiel B.P.). Gedächtnisdefizite von B.P. sind weniger umfassend und weniger schwerwiegend als die von H.M. Dennoch führen sie zu anhaltenden Beeinträchtigungen im Alltag, die ein Fortführen des gewohnten Lebensrhythmus unmöglich machen. Beide Fälle demonstrieren auch, dass unser Gehirn grundsätzlich keine mosaikartig verteilte Funktionsaufteilung hat, sondern primär interaktiv und netzwerkartig arbeitet. Trotzdem finden sich aber für

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454

Kapitel 41 · Neuroanatomie und Störungen des Gedächtnisses

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b . Abb. 41.4a, b. Der Papez’sche (a) und der basolaterale limbische Kreis (b). Der Papez’sche Schaltkreis umfasst die Strukturen hippocampale Formation, Mammillarkörper, anteriorer Thalamus, cingulärer Kortex sowie die sie verbindenden Fasern (Fornix, mammillothalamischer Trakt, thalamokortikale Pedunculi, Cingulum). Irle u. Markowitsch (1982) untersuchten die Verbindungen mittels Meerrettichperoxidaseinjektionen neu: Pfeile geben die Richtung projizierender Fasern an, wobei deren Dicke die Massivität der Projektion repräsentiert (gemessen an der Anzahl retrograd markierter Neurone). Die stärkste Projektion (über 90% der markierten Neurone) umgeht den cingulären Gyrus

und verbindet den anterioren Thalamus direkt mit dem subiculären Kortex der hippocampalen Formation. Die Komponenten des basolateralen limbischen Schaltkreises umfassen die Amygdala, den thalamischen mediodorsalen Nucleus und die Area subcallosa (Area 25), die in einem Dreiecksverhältnis untereinander verbunden sind. Der ventrale amygdalofugale Faserzug erreicht dabei den mediodorsalen Kern, der Pedunculus thalami inferior die Area subcallosa und die Bandeletta diagonalis führt zurück zum amygdaloiden Komplex. (Nach Markowitsch 1999a)

unterschied liche Gedächtnissysteme unterschied liche Netzwerkanordnungen: Das episodische und das semantische oder deklarative Gedächtnis (Tulving u. Markowitsch 1998) sind weit stärker an das limbische System gebunden, als die beiden anderen im Humanbereich wesentlichen Gedächtnissysteme, das prozedurale Gedächtnis und das Priming-System. Es wird davon ausgegangen, dass im Regelfall

1. episodische Information zuerst das semantische Gedächtnissystem passiert (Tulving u. Markowitsch 1998) (. Abb. 41.5) und 2. episodische Information vermutlich weit stärker an einen intakten Hippocampus proper (Tulving u. Markowitsch 1998; Vargha-Khadem et al. 1997) und das Stirnhirn (Levine et al. 1998) gebunden ist als semantische.

455 41.1 · Die Einspeicherung von Information

Fallbeispiel Der Fall B.P. (Cahill et al. 1995) B.P. litt an einer seltenen neurologischen Krankheit – der Urbach-Wiethe-Krankheit (Lipoid proteinase), einem seltenen, hereditär bedingtem Krankheitsbild, das durch die Ablagerung von Hyalin auf der Haut und im MundLarynx-Bereich gekennzeichnet ist. Weiterhin kann es, wie bei B.P., zu einer bilateralen Mineralisierung der Amygdala kommen. Die Gedächtnisstörung bestand primär in einer Unfähigkeit, bedeutende von unbedeutender Information unterscheiden zu können. Wurde B.P.

Vargha-Khadem et al. (1997) hatten gefunden, dass junge Erwachsene, deren Hippocampus im Kindesalter degeneriert war, zwar Schulwissen erwerben und behalten konnten (d.h., ein weitgehend intaktes semantisches Gedächtnis hatten), nicht jedoch persönliche Episoden. Das prozedurale Gedächtnissystem ist grundsätzlich mit den Basalganglien und Teilen des Kleinhirns verbunden, darüber hinaus mit parietalen, prämotorischen und motorischen kortikalen Regionen, das Priming-System dagegen an kortikale Regionen (Buckner 2000).

41.1.3

Das Frontalhirn

Während Läsionsstudien an Tieren grundsätzlich die Bedeutung des limbischen System für die Enkodierung von Information untermauerten (Parker et al. 1997), führten Studien an nichthirngeschädigten Probanden mittels funk. Abb. 41.5. Interaktion zwischen episodischem und semantischem Gedächtnis. (Nach Tulving u. Markowitsch 1998)

beispielsweise eine Geschichte erzählt, in der eine Frau im gelb-schwarz geblümten Kleid einen Raum betrat und im weiteren Verlauf der Geschichte ein Mann sie von hinten erdolchte, so erzählte B.P. eine halbe Stunde später eher von dem Kleid als von dem Mord. Diese Fallbeschreibung verdeutlicht die Bedeutung von Emotion für Gedächtnis und damit einen weiteren Aspekt der Hirnorganisation – die Verschränktheit unterschiedlicher Hirnregionen bei kognitiven Verarbeitungsprozessen.

tioneller Bildgebung zu der Hypothese, dass Teile vor allem des linken Frontalhirns die Einspeicherung von Information wesentlich unterstützen. Diese Idee wurde von Tulving und Mitarbeitern (s. Tulving u. Markowitsch 1998) in ihrem HERA-Modell postuliert und später in einer Vielzahl von Studien im Grundsatz bestätigt (Fletcher et al. 1998). HERA steht damit für »hemispheric encoding retrieval asymmetry« und meint die ungleiche Aktivierung des rechten und linken Frontalhirns bei Abruf gegenüber Einspeicherung. Die Bedeutung des Frontalhirns für Gedächtnisprozesse war zwar in der alten Hirnforschung immer betont worden, wurde aber, von Ausnahmen abgesehen (Jetter et al. 1986) vor der Messung neuraler Korrelate von Gedächtnisvorgängen mittels funktioneller Bildgebung weitgehend negiert. Insofern zeigen diese Daten, dass Erkenntnisse in der Hirnforschung durchaus methodenabhängig zustandekommen.

EINSPEICHERUNG

ABRUF

Episodische Information

Erinnern der Vergangenheit

Wiedergabe

Semantische Information

Wissen der Gegenwart

Wiedergabe

Informationseingabe

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456

Kapitel 41 · Neuroanatomie und Störungen des Gedächtnisses

41.1.4

Neurale Grundlagen der Einspeicherung

Die oben gemachten Aussagen – und insbesondere die mittels funtkioneller Bildgebung erhaltenen Resultate – verdeutlichen, dass unser Gehirn auf vorhersagbare Weise eine Reihe limbischer und präfrontaler Strukturen interagieren lässt, um episodische und semantische Information erfolgreich zu enkodieren. Für die hierbei stattfindenden Prozesse der Informationseinspeicherung lässt sich zusammenfassend Folgendes festhalten:

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! Die initiale Einspeicherung von Information geschieht – abgesehen vom Priming-System und von prozeduralen Gedächtnisvorgängen – dadurch, dass über die Sinnesorgange aufgenommene Reize im Kurzzeit- oder Arbeitsgedächtnis für einen Zeitraum von Sekunden bis Minuten gespeichert werden. Danach erfolgt eine Distribuierung in Strukturen des limbischen Systems. Semantische Information als kontextfreies Wissen und episodische, kontexteingebettete Informationen werden über Strukturen des limbischen Systems enkodiert. Die betroffenen Strukturen innerhalb des limbischen Systems sind für beide Gedächtnissysteme jedoch nicht identisch: Episodisches Gedächtnis ist vermutlich weit stärker als semantisches an einen intakten Hippocampus, an intakte Strukturen der basolateralen limbischen Schleife und an das Stirnhirn gebunden. Insbesondere Teile des linken Stirnhirns sind darüber hinaus an der effektiven Einspeicherung dadurch beteiligt, dass sie das angestrengte Bestreben nach erfolgreicher Einspeicherung auslösen und kontrollieren.

41.2

Informationskonsolidierung

Unter Konsolidierung versteht man die vertiefte Einspeicherung von Information. Hierbei gibt es zwei Ansichten zur Konsolidierung – die eine sieht Konsolidierung als eine zeitlich eng begrenzte, kontextuell vertiefte und erweiterte Einspeicherung, die andere sieht in Konsolidierung einen autonomen Prozess, der unabhängig oder parallel von anderer neuronaler und behavioraler Aktivität über einen langen Zeitraum ablaufen kann. Insbesondere tierexperimentelle Ergebnisse, in denen biochemische Prozesse analysiert werden, favorisieren die erste Ansicht (Dudai 1996; Izquierdo u. Medina 1997; McGaugh 2000), während

Ergebnisse aus dem Humanbereich die zweite Variante unterstützen (Markowitsch et al. 1999b). Izquierdo u. Medina (1997) meinten auf der Basis tierexperimenteller Studien, dass in den ersten Tagen nach Training einer Funktion Hippocampus, Amygdala, entorhinaler und parietaler Kortex in den Abruf involviert seien, nach 30 Tagen nur mehr der entorhinale und parietale Kortex und nach 60 Tagen nur noch der parietale Kortex. Ein wichtiger Beitrag zur Bedeutung des Konsolidierungsprozesses kam von Dudai (1996). Er zählte eine Reihe von Vorzügen eines graduell ablaufenden Konsolidierungsprozesses auf: Systemimmanentes »Rauschen« wird vermindert, die Möglichkeiten kombinatorischer Plastizität verstärkt, multiple Inputs können besser selegiert werden, sodass inkonsistente und mögliche Konfusionen verursachende Materialien eliminiert werden können. Weiterhin ermöglicht ein länger anhaltener Konsolidierungsprozess eine bessere Kategorisierung von Information und damit eine kohärentere, effektivere und sparsamere Konstruktion der Welt. Gleichwohl scheint Dudai die Konsolidierungsperiode eher im Bereich von Stunden (bis maximal Tagen) zu sehen, was grundsätzlich auch logischer erscheint als ein wochen- bis jahrelanger Prozess. Die Erfahrung zeigt, dass manche hochgradig emotionalen Ereignisse sich offensichtlich unmittelbar in das Gedächtnis einbrennen und entsprechend sofort und aber auch »für alle Zeit« reliabel abrufbar sind (Markowitsch 1994). Im Humanbereich belegen Fallbeschreibungen, dass Patienten Information für bestimmte Zeit räume, die zwischen wenigen Stunden (Markowitsch et al. 1999b; Fall TA) und mehreren Wochen liegen können, parat haben, die Information dann aber nicht mehr abrufbar ist. Zu vermuten ist hier, dass Blockierungsvorgänge, ausgelöst durch die Freisetzung von Stresshormonen auf Hirnebene, die weitere Konsolidierung von Information unterbrechen (Markowitsch 1998a, 1999a,b; Markowitsch et al. 1999c). ! Konsolidierung ist ein vielschichtiger Prozess, der zu einer tieferen und reliableren Verankerung von Information auf Hirnebene führt (McGaugh 2000). Hilfreich hierfür ist eine mehrfache Einspeicherung, die sozusagen immer vollkommenere Kopien des wahrgenommenen Reizmaterials ermöglicht; ebenso sind eine interferenzarme und – von Ausnahmefällen abgesehen – affektbesetzte Aufnahme von Vorteil. Es ist zu vermuten, dass durch den Prozess der Konsolidierung eine Netzwerkstabilisierung und -erweiterung erreicht wird.

457 41.3 · Die Ablagerung von Information

Fallbeispiel Der Fall T. A. (Markowitsch et al. 1999b) Eine 30-jährige Patientin wurde aufgrund ihrer seit über fast 4 Jahren nahezu unverändert anhaltenden Amnesie neuropsychologisch und neuroradiologisch untersucht. Auslöser für die Gedächtnisstörung war ein Autounfall mit Schleudertrauma, aber ohne neuroradiologisch fassbare Hirnschädigung. T. A. war zeitlich desorientiert. Sie demonstrierte eine auf den Monat des Unfalls zurückführbare Grenze zwischen außerordentlich gut erhalten gebliebenem Altgedächtnis und kompletter Unfähigkeit zu bleibender Neueinspeicherung von Information. Die Amnesie bezog sich auf alle gemessenen Gedächtnisleis-

41.3

Die Ablagerung von Information

tungen. Sie hatte darüber hinaus aber die Besonderheit, dass sich T. A. Information über einen Zeitraum von ca. 2 h problemlos merken konnte, was beispielsweise zur (für ihren Altersbereich) höchsten erreichbaren Punktzahl im Gesamtwert der revidierten Wechsler-Memory-Skala führte (da hier Antworten nur bis zu ca. 30 min Verzögerung gemessen werden). Andererseits war sie so stark behindert, dass sie praktisch nur einen Radius von weniger als einem Kilometer hatte, in dem sie sich frei bewegen und orientieren konnte. Auch musste ihr jeden Morgen ihr Zustand neu erklärt werden.

Tulving stellte 1995 das sog. SPI-Modell auf; SPI steht für serielle Einspeicherung, parallele Ablagerung und unabhängigen (»independent«) Abruf. Entsprechend diesem Modell kann die Ablagerung auf verschiedenen Ebenen erfolgen, also beispielsweise als kontexteingebettete episodische und als kontextfreie semantische Information. In jedem Fall ist davon auszugehen, dass für die Repräsentation prozeduralen Wissens an erster Stelle Teile der Basalganglien und des Kleinhirns wichtig sind, während für die anderen Gedächtnissysteme kortikale Hirnstrukturen zuvorderst in Erscheinung treten: Das Priming-System involviert die uni-

und polymodalen Regionen entsprechend des jeweils für die Einspeicherung benutzten Sinnessystems. Semantisches und episodisches Gedächtnis sind vermutlich in weitgespannten Netzwerken des Assoziationskortex repräsentiert, wobei das episodische Gedächtnis darüber hinaus noch Bindungen an limbische Strukturen haben wird, die die emotionale Ausmalung der Episoden bewerkstelligen. Evidenzen für diese Vorstellung liefern an erster Stelle Patienten mit demenziellen Erkrankungen, bei denen der Kortex weitflächig degeneriert ist (. Abb. 41.6). Daneben Patienten mit Zustand nach Herzinfarkt und mehrwöchigem Komazustand (Markowitsch et al. 1997a) oder Patienten mit Traumazuständen und nachfolgendem mehrwö-

. Abb. 41.6. Patient mit stark degenerierter Kortexstruktur und infolgedessen massivem Gedächtnisabbau auf anterograder und retrograder Ebene. Es wird davon ausgegangen, dass das kortikale Netzwerk

der Informationsrepräsentation sich in einem Ausmaß zersetzt hat, dass die Information nicht mehr als sinnvolle Einheit präsent ist. (Nach Markowitsch et al. 2000a)

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458

Kapitel 41 · Neuroanatomie und Störungen des Gedächtnisses

Fallbeispiel Der Fall S. O. (Markowitsch et al. 1997a) S.O. war zum Zeitpunkt seiner Untersuchung ein aufgrund seiner Krankheit entlassener 36-jähriger Finanzbeamter. Er hatte ein halbes Jahr vor Beginn der neuropsychologischen Untersuchungen einen schweren Herzinfarkt mit nachfolgend 14-tägigem Koma erlitten. Er antwortete auf Fragen meist mit »weiß nicht«, hatte einen reduzierten Antrieb, aber keine Störungen auf motorischer, sensorischer oder sprachlicher Ebene. Grundlegende Lese-, Rechen- und Schreibfähigkeiten waren erhalten. Sein Gehirn wurde mittels struktureller MRT und funktioneller bildgebender Verfahren (PET) untersucht. Die MRT-Aus-

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chigem Koma (Markowitsch 1999a). In all diesen Fällen kommt es zu diffusen Kortexschäden, die das Netzwerk der Informationsrepräsentation so »durchlöchern«, dass ein sinnvoller Abruf bleibend unmöglich wird. Beispiel für derartige Fälle ist der hier beschriebene Patient S.O. ! Die Ablagerung semantischer und episodischer Information ist an verzweigte kortikale Netzwerke gebunden, wobei für die affektbesetzten Komponenten episodischer Gedächtnisinhalte noch limbische (Septum, Amygdala) oder paralimbische (Orbitalhirn, temporaler Pol) Regionen hinzukommen. Priming wird unter Umgehung limbischer Regionen direkt kortikal in kleineren und stärker unimodalen Netzen abgelegt und die Basalganglien und das Kleinhirn speichern prozedurales Wissen.

41.4

Der Abruf gespeicherter Information

Lange Zeit ging man von einer direkten Korrelation zwischen Störungen des Einspeichern und des Abrufs aus (Markowitsch 1992). Erst zu Beginn der 90er-Jahre detailliert analysierte Einzelfälle mit distinktem neuralem Schädigungsbild führten zu der Erkenntnis, dass es Patienten mit selektiven, das episodische Altgedächtnis (= die eigene Biographie) betreffenden Störungen bei gleichzeitig erhaltener Möglichkeit zu bleibender Neueinspeicherung von Information und bei gleichzeitig erhaltener Präsenz semantischen Wissens gibt (Markowitsch et al. 1993). Ersten Fällen folgte eine Reihe weiterer (Kroll et al. 1997; Levine et al. 1998), denen allen als Schädigungsort eine Kombination

wertung zeigte keine bedeutenden Veränderungen, PET erbrachte hingegen Evidenzen für eine massive und weitflächige Verminderung seines Hirnstoffwechsels. Sein Gedächtnis war sowohl in anterograder wie in retrograder Richtung massiv beeinträchtigt und blieb dies auch über einen Follow-up-Zeitraum von mehreren Monaten. Es ist zu vermuten, dass der minutenlange infarktbedingte Sauerstoffmangel so viele Neurone – insbesondere auf kortikaler Ebene – absterben ließ, dass hierdurch die Möglichkeit zu bleibender Informationsaufnahme und zum Abruf bereits abgelagerter Gedächtnisinhalte anhaltend unterbunden wurde.

aus primär rechtshemisphärischen Hirnstrukturen in folgenden Bereichen zugrunde lag: im inferolateralen Stirnhirn und im Temporalpol. Beide Regionen sind vor allem und bidirektional über den ventralen Ast des Fasciculus uncinatus miteinander verbunden (. Abb. 41.7). Meist ist allerdings auch eine gewisse kontralaterale Schädigung nachweisbar und in der Mehrzahl der Fälle ist der Hirnschaden traumatischer Natur. Der von Levine et al. (1998) beschriebene Patient hatte eine besonders eng umgrenzte Hirnschädigung, die im Wesentlichen in einer kompletten Unterbrechung des rechten Fasciculus uncinatus bestand. Umgekehrt führt eine primär linkshemisphärische Schädigung dieser Regionenkombination zu bleibenden Abrufstörungen aus dem Wissenssystem oder semantischen Gedächtnis bei erhaltener Biographie und erhaltener Fähigkeit zu bleibender Neueinspeicherung von Information (Markowitsch et al. 1999d). Untersuchungen mittels funktioneller Bildgebung bestätigten die Ansicht, dass die rechtshirnige Kombination aus Stirnhirn und Schläfenlappenpol essenziell für den Abruf aus dem episodischen (autobiographischen) Altgedächtnis ist (Fink et al. 1996b). In diesem Zusammenhang ist bemerkenswert, dass Levine et al. (1998) vermutet, dass von dieser rechtshirnigen Regionenkombination auch das Bewusstsein über sich selbst (autonoetisches Bewusstsein) gesteuert wird, und dass Stuss u. Alexander (2000) der Meinung sind, dass vom rechten Stirnhirn auch eine Reihe von Affekten gesteuert und kontrolliert werde. Beide Hypothesen korrespondieren mit der Vorstellung, dass das autobiographische und damit das in der Regel affektbesetzte Gedächtnis vom rechtshirnigen Temporofrontalbereich gesteuert wird.

459 41.5 · Psychische Korrelate von Gedächtnisstörungen

. Abb. 41.7. Die Region des temporalen Pols und des inferioren lateralen Stirnhirns, die über den Fasciculus uncinatus miteinander verbunden sind und für die rechte Hemisphäre den Abruf aus dem episodischen und für die linke den aus dem Wissenssystem (semantisches Gedächtnis) steuern

Somit kann geschlussfolgert werden, dass für den erfolgreichen Abruf aus dem kortikalen Netzwerk die temporofrontale Region dann als »Triggerstation« dient, wenn es um ereignishafte, affektbesetzte Episoden geht, während nur der Frontalhirnbereich aktiviert ist, wenn die abzurufende Information zwar auch episodischer Natur, aber prinzipiell neutralen Charakters ist (Buckner 2000; Fletcher et al. 1998). Für den Abruf aus dem prozeduralen Gedächtnis und dem Priming-System sind hingegen vermutlich die gleichen Regionen relevant, die für deren Ablagerung zuständig sind. Trotz der Betonung der prinzipiellen Bedeutung neokortikaler Regionen für den Gedächtnisabruf ist – wie Ergebnisse aus der Tier- und Humanforschung veranschaulichen – eine zumindest teilweise Einbettung limbischer Strukturen in diesen Prozess gegeben (Fink et al. 1996b; Riedel et al. 1999). Insbesondere wird dem Hippocampus immer wieder eine Rolle beim Abruf langfristig gespeicherter Information zugesprochen (Maguire et al. 1999). Andererseits gibt es auch tierexperimentelle Resultate, die zeigen, dass der Hippocampus nur kurzfristig (für wenige Tage) an der Gedächtnisverarbeitung beteiligt ist, dann aber eine Verschiebung auf den Neokortex belegen können (nach ca. 25 Tagen) (Bontempi et al. 1999). Zu der Thematik, ob oder ob nicht hippocampale Regionen am Abruf beteiligt sind, muss jedoch betont werden, dass es mittels funktioneller bildgebender Verfahren nahezu unmöglich ist, zwischen dem eigentlichen Abruf und

der parallel erfolgenden Wiederaufnahme der abgerufenen Information zu differenzieren. Hier kommt Tulvings (1995) Terminus »Ekphorie« zu Bedeutung, der besagt, dass der Abruf von Information immer ein Konglomerat aus den zum Zeitpunkt des Abrufs existenten äußeren Reizbedingungen, des inneren Zustands (z. B. Befindlichkeit) und der abgespeicherten Information ist. ! Der Abruf langfristig gespeicherter Information aus dem episodischen Gedächtnis wird durch die Regionenkombination von rechtem Temporalpol und inferolateralem präfrontalem Kortex gesteuert, der aus dem semantischen Gedächtnis aus der gleichen Regionenkombination, aber linkshemisphärisch. Für den Abruf eher kurzfristig (< 1 Tag) gespeicherter (und eher neutraler) Information ist vermutlich nur der präfrontale Kortex wichtig. Der Abruf aus dem prozeduralen Gedächtnis und dem Priming-System erfolgt vermutlich durch die gleichen Strukturen, die für deren Ablagerung relevant sind.

41.5

Psychische Korrelate von Gedächtnisstörungen

Schon in der alten Literatur des vorletzten Jahrhunderts wurden verschiedene Formen dissoziativer Störungen beschrieben – Hysterie, psychogene Amnesie, psychogene Fugue, multiple Persönlichkeit, Ganser-Syndrom und an-

41

460

Kapitel 41 · Neuroanatomie und Störungen des Gedächtnisses

Fallbeispiel Der Fall E.D. (Markowitsch et al. 1993)

41

In Spielfilmen findet sich immer mal wieder das Thema eines Menschen »ohne Gedächtnis«: Ein Unfall, Hirnschaden, danach ist »nichts mehr da« an Erinnerungen – oder es kommt eine bruchstückhafte, manchmal bedrohlich wirkende, traumartige Mischung aus »dem Unterbewussten« herauf, deren Einordnung in den jetzigen Lebensablauf nicht gelingen will. Ein Beispiel für einen derartigen Patienten war ein 44-jähriger Mann (E.D.), der von uns 4 Jahre nach seiner Hirnschädigung untersucht worden war. E.D. war in seinem Urlaub vom Pferd gefallen, was einen beidseitigen, aber hauptsächlich rechts in der Schläfenlappengegend gelegenen Hirnschaden verursachte. Konsequenz des Hirnschadens war ein bleibender umfassender Verlust seiner persönlichen Vergangenheit – er konnte weder entferntere Verwandte als solche erkennen, noch wusste er, was früher zu seinen beruflichen Tätigkeiten gehört hatte, noch konnte er sich an persönliche Besitztümer aus seinem vor dem Hirnschaden liegenden Leben erinnern. (Inwieweit er nahe Verwandte spontan erkannte oder relativ schnell lernte, sie als solche anzusehen, war nicht mehr eruierbar.) Mit anderen Worten, es handelte sich um einen Patienten, der auf der Ebene seines autobiographischen Wissens weitgehend vor dem Nichts stand, der aber durchaus noch auf Schulwissen rekrutieren konnte, sich im Alltag selbst unter Benutzung eines eigenen Autos zurechtfand und der auch in der Lage war, sich Wissen jeder Art neu und bleibend anzueignen. Der Patient konnte beispielsweise angeben, dass der Kilimandscharo in Tansania liegt, wusste aber nicht, dass

dere (Markowitsch 1992). Die nachfolgend Bedeutung gewinnende Psychoanalyse überdeckte eine Aufklärung neuraler Grundlagen dieser Symptomatologien. Erst die moderne Bildgebung öffnete hierzu den Weg und erweiterte gleichzeitig die Palette primär psychisch bedingter Krankheitsbilder, bei denen Gedächtnisstörungen im Vordergrund der Symptomatik stehen. Inzwischen existieren von mehreren Richtungen Ergebnisse, die hirnanatomische Korrelate für psychisch oder durch die Umwelt ausgelöste Amnesien aufzeigen. Zum einen fand man mittels volumetrischer Untersuchungen Größenabnahmen im Hippocampus bei Patienten, die massiven Stresssituationen ausgesetzt waren – beispielsweise Soldaten aus dem Kuwait- und Vietnamkrieg, die Mann-gegen-Mann

er selbst ihn vor seinem Unfall erklommen hatte. (Tatsächlich liegt der Kilimandscharo sowohl in Tansania als auch in Kenia, sein Gipfel wird normalerweise aber nur von Tansania aus erreicht.) Auch wusste er nicht mehr, dass er sehr gut italienisch sprach, befolgte dann aber zu seiner eigenen Überraschung Anweisungen, die er auf italienisch erhielt. Oder: Er hatte sich früher eine antike Taschenuhr gekauft, die er seit seinem Unfall nicht mehr angerührt hatte. Als man sie ihm präsentierte, erkannte er sie nicht als seine eigene, war aber auf Anhieb in der Lage, die komplizierte Deckelmechanik zu öffnen. Die Persönlichkeit von E.D. hat sich offensichtlich verändert: Ihn interessieren die Konsequenzen seines Hirnschadens weit weniger als diese seine nächste Umwelt bedrücken. Sein In-den-Tag-leben und seine emotionale Verflachung sind natürlich durch die Orte seiner Hirnschädigung begründbar. Frappierend ist, dass sich ganz ähnliche Persönlichkeitsstörungen auch bei Patienten mit psychogener Amnesie zeigen – die Freud’sche Ansicht, dass Emotionen und Gefühle das Bewusstsein eo ipso involvieren (Natsoulas 1995, S. 318), erfährt somit auch durch derartige Fälle Bestätigung. Mit diesen Charakteristika stellt E.D. den typischen Patienten mit (episodischer) retrograder Amnesie dar: Er hatte ein schweres Schädel-Hirn-Trauma mit anhaltendem Koma, nur gering ausgeprägte anterograde Amnesie, ein fast völliges Fehlen autobiographischer Erinnerungen, weitgehend erhaltenes Weltwissen und eine bilaterale oder hauptsächlich rechtshirnige Schädigung im anterioren Temporofrontalbereich unter grundsätzlicher Aussparung limbischer Hirnregionen.

in Kampfhandlungen verwickelt waren (Gurvits et al. 1996). Zum anderen zeigten sich in Einzelfällen nach Stress- oder Traumaerlebnissen Stoffwechselreduzierungen, die mit den Ausfällen auf kognitiver, insbesondere auf Gedächtnisebene korrelierten (Markowitsch 1998b, 1999c; Markowitsch et al. 1997b, 1998, 2000b). Häufig sind die Ursachen in einzelnen, als traumatisch empfundenen Erlebnissen zu suchen, nach denen es schlagartig, und bei einem Teil der Patienten auch anhaltend, zu Gedächtnisblockaden kommt, die sich in der Regel auf das persönliche (episodische) Altgedächtnis beziehen (Markowitsch et al. 1999c), manchmal aber auch auf die Neugedächtnisbildung (Markowitsch et al. 1999b). Nachstehende Fallbeschreibung verdeutlicht mögliche Konstellationen.

461 41.6 · Schlussfolgerungen

Fallbeispiel Der Fall A. M. N (Markowitsch et al. 1998, 2000b) Bei einem 23jährigen ließ sich wahrscheinlich machen, dass ein frühkindlich erlebtes Schockereignis im Erwachsenenalter bei ähnlich auftretender Konstellation zu einer anhaltenden Blockade gedächtnisrelevanter Hirnstrukturen führte, die sich mittels PET als reduzierter Glukoseverbrauch in diesen Arealen nachweisen ließ. Der Patient hatte offensichtlich alle autobiographischen Ereignisse seiner letzten 5 Lebensjahre nicht mehr parat

Inwieweit ein geänderter Stoffwechsel Konsequenz »körperinnerlicher« Vorgänge ist oder inwieweit er durch die Außenwelt induziert werden kann (und sich dann ggf. »verselbstständigt«), ist gegenwärtig nur in ersten Ansätzen geklärt. Anzunehmen ist jedoch, dass in weit mehr Fällen als bislang beschrieben, mnestische Blockadevorgänge existieren, die als eine Form von Diskonnektion den Zugang zu den Speicherorten der Information unterbinden. So lange keine geeignetere und klarere Erklärungsmöglichkeit für die Vielfalt plötzlich einsetzender und globaler Amnesien ohne chronische Schädigung weiter Kortexbereiche existiert, bietet die Annahme mnestischer Blockadevorgänge ein vorläufiges Modell, um diese Formenvielfalt einzukreisen (Markowitsch 1998a). Man kann folglich schließen, dass es eine intensive Wechselwirkung zwischen Psyche und Soma gibt, die in Extremfällen dazu führen kann, dass es zu permanenten Amnesien kommt.

41.6

Schlussfolgerungen

Gedächtnisstörungen, die noch vor einem Jahrzehnt häufig als einheitlicher Natur betrachtet wurden (»globale Amnesie«), manifestieren sich heutzutage als ein differenziertes Gebilde, das sich nach zeitlichen und inhaltlichen Kriterien

und konnte sich darüber hinaus keinerlei neue Information mehr einprägen. Der Zustand hielt im Prinzip auch nach einem Jahr noch so stark an, dass er weiterhin unfähig war, seinem früheren Beruf nachzugehen. Dennoch zeigten sich erste Verbes serungen seiner kognitiven Leistungen nach ca. 8 Monaten, und eine nach einem Jahr durchgeführte zweite Untersuchung seines Hirnstoffwechsels zeigte eine Rückkehr zu normalen Werten.

auffächern lässt, das aber auch auf anatomischer Ebene spezifische Zuordnungen erlaubt. Diese Zuordnungen dürfen aber nicht als Eins-zu-eins-Relationen verstanden werden; stattdessen müssen wir von hierarchisch-parallel organisierten Netzwerken ausgehen, deren Aktivität zeitabhängig im Vorder- oder im Hintergrund steht. Die heutzutage mögliche Kombination verschiedener Verfahren und Techniken – von der Testpsychologie bis zu Neuromonitoring- und Neuroimagingtechniken – ermöglicht eine integrative Bearbeitung auch komplexer Zusammenhänge zwischen Gehirn und Verhalten. Sie hat gegenwärtig dazu beigetragen, Hirnkorrelate selbst für umweltinduzierte Gedächtnisstörungen zu finden (Markowitsch 1998a). Insofern schließt sich gegenwärtig die Kluft zwischen neurologischen und psychiatrischen Krankheitsbildern, bei denen Gedächtnisstörungen im Vordergrund der Symptomatik stehen (Markowitsch 1996). Wo die Freud’sche Psychoanalyse noch rein auf Verhaltensebene über Gedächtnisrepression spekulieren konnte, ergeben sich durch die Möglichkeiten der In-vivo-Transmitteranalyse mittels Positronenemissionstomographie und endokrinologischer Messungen (Lupien et al. 1999) heutzutage Perspektiven, Gedächtnisblockaden und Gedächtnisstörungen nicht nur präzise diagnostizieren, sondern auch therapieren zu können.

Zusammenfassung Das Wechselspiel zwischen Gedächtnis und Gehirn wurde vor allem anhand von Ergebnissen beleuchtet, die an Patienten mit neurologischen (aber auch anhand solcher mit psychiatrischen) Krankheiten gewonnen worden waren. Daneben wurde auf Ergebnisse eingegangen, die zum Bereich der langfristigen Informationsverarbeitung 6

an Normalprobanden mittels funktioneller Bildgebung erzielt worden waren. Basis für die Beschreibungen war die von Tulving ausgearbeitete Definition verschiedener Gedächtnissysteme, denen auf Hirnebene eine unterschiedliche Repräsentation zugrunde liegt. Einzelfallbeschreibungen von Patienten mit Altgedächtnis- und Neugedächtnis-

41

462

Kapitel 41 · Neuroanatomie und Störungen des Gedächtnisses

störungen dienten dazu, heute übliche Unterteilungen von Gedächtnis nach der Zeit und dem Inhalt zu erläutern, wobei einerseits die netzwerkartige Verarbeitung von Information auf Hirnebene Betonung fand, auf der anderen Seite aber auch Flaschenhalsstrukturen, durch die Information essentiell passieren muss, herausgestrichen wur-

41

den und betont wurde, dass auch umweltinduziert anhaltende und massive Gedächtnisstörungen auftreten können (z.B. durch Stress und Traumata). Für derartige Fälle wurde eine Änderung in der biochemischen Verarbeitung auf Hirnebene – insbesondere durch Stresshormone blockierte Zugänge im Temporallappen – angenommen.

463

42 Konfabulationen Armin Schnider

42.1 42.2

Provozierte Konfabulationen – 463 Spontane Konfabulationen – 464

42.2.1 Symptomatik – 464 42.2.2 Pathogenese – 464 42.2.3 Anatomie – 465

)) Konfabulationen sind ungewollte, fehlerhafte Produktionen aus dem Gedächtnis. Es können zwei Formen unterschieden werden (Berlyne 1972; Kopelman 1987; Schnider 2003): 1. Provozierte Konfabulationen (auch momentane oder Verlegenheitskonfabulationen genannt) passieren dann, wenn eine Person aufgefordert wird, Information aus dem Gedächtnis möglichst präzise wiederzugeben, die Information aber nur unpräzise gespeichert ist. 2. Spontane Konfabulationen entsprechen dagegen einer Realitätsverwechslung, wo Gedächtnisspuren früherer Erlebnisse das Denken und Handeln leiten (Schnider 2003). Provozierte und spontane Konfabulationen dissoziieren doppelt (eine Person kann massiv provoziert, jedoch überhaupt nicht spontan konfabulieren und umgekehrt); sie sind also unabhängige Störungen mit unterschiedlichen Mechanismen (Schnider 2003). Sie werden deswegen im folgenden gesondert diskutiert.

! Provozierte und spontane Konfabulationen dissoziieren doppelt; sie haben also unterschiedliche Mechanismen.

42.1

Provozierte Konfabulationen

Provozierte Konfabulationen können bei Patienten mit Gedächtnisstörungen in irgendeiner Phase des Krankheitsverlaufs auftreten. Einzelne Patienten produzieren bereits bei der Erstuntersuchung in einem Gedächtnistest Informationen, die im Test gar nicht vorkamen. Andere Patienten mit schweren Gedächtnisstörungen gestehen in den ersten Mo-

naten ihre Wissenslücken ein (»ich weiß nicht«), beginnen dann aber in Diskussionen, oft in sehr allgemeiner Form, von Erlebnissen zu berichten, die erfunden sind (»Es war Sommer. Dann war ich wohl in Italien in den Ferien.«). Es ist meist unschwer zu erkennen, dass der Patient keineswegs überzeugt ist von dem, was er sagt. Solche Konfabulationen können auch beim Gesunden provoziert werden, wenn er aufgefordert wird, Erlebnisse, an die er sich nur lückenhaft erinnert, ganz präzise und detailliert wiederzugeben (Burgess and Shallice 1996b). Eine typische Manifestation von provozierten Konfabulationen sind Intrusionen in Gedächtnistests – Informationselemente (Wörter, Figurenelemente in Gedächtnistests), die eine Person wiedergibt, obwohl sie im Test gar nicht vorkamen. Die Anzahl der Intrusionen in Gedächtnistests (Kopelman 1987; Schnider et al. 1996b) oder Fragebogen zu bestimmten Ereignissen (Dalla Barba 1993) sind deshalb auch zur Untersuchung provozierter Konfabulationen herangezogen worden. Provozierte Konfabulationen wurden als Bemühen einer Person interpretiert, aus Verlegenheit Lücken in ihrem Gedächtnis zu füllen (Van der Horst 1932). Dieser Mechanismus scheint für die späten Konfabulationen eines schwer amnestischen Patienten sehr plausibel. Insgesamt gibt es aber keinen signifikanten Zusammenhang zwischen der Schwere einer Speicherstörung und provozierten Konfabulationen. Ebenso korrelieren provozierte Konfabulationen nicht mit frontalen Exekutivstörungen. Schließlich spiegeln sie auch nicht eine allgemeine Tendenz wider, irgendwelche Lücken im Gedächtnis zu füllen: Wir fanden keinen Zusammenhang zwischen provozierten Konfabulationen und der Anzahl Fragen zu nichtexistierenden Personen, Orten oder Sachen, die die Patienten beantworteten (»Wer ist Prinzessin Lolita? Wo liegt Premola? Was ist eine Wasserkufe?«). Hingegen fanden wir, dass provozierte Konfabulationen positiv mit der Abrufleistung in einem verbalen Gedächtnistest und der Ideenproduktion in einem verbalen Fluenztest korrelierten (Schnider et al. 1996b). Es scheint also, dass provozierte Konfabulationen das Bemühen einer Person widerspiegeln, unpräzis gespeicherte Informationen

42

464

Kapitel 42 · Konfabulationen

möglichst vollständig aus ihrem Gedächtnis abzurufen; die Konfabulationen sind der Preis für eine höhere Trefferquote. ! Provozierte Konfabulationen können irgendwann im Verlaufe einer Gedächtnisstörung auftreten und werden gelegentlich selbst von gesunden Personen gemacht.

42

42.2

Spontane Konfabulationen

42.2.1

Symptomatik

Der Begriff der »Spontankonfabulationen« beschreibt die Problematik nur ungenau. Richtiger wäre es, von Realitätsverkennungen zu sprechen, deren eine Auswirkung Konfabulationen sind. Im Gespräch erzählt der Patient von Tageserlebnissen, Aufträgen oder Zufkunftsplänen, die frei erfunden scheinen und seiner Hirnverletzung überhaupt nicht Rechnung tragen. Dabei ist der Patient so fest von diesen Ideen überzeugt, dass er immer wieder auf Grund solcher, scheinbar unsinniger Ideen handelt (Schnider et al. 1996b). Einige Beispiele seien angeführt: Eine 58-jährige Frau, die eine Ruptur eines Aneurysmas der A. communicans anterior erlitten hatte, stand während der Untersuchung plötzlich auf und sagte, sie müsse ihr Kind stillen gehen; ihr Kind war aber bereits über 30-jährig. Ein Hobbyjäger, der ein Schädel-Hirn-Trauma erlitten hatte, kam zum Büro des Oberarztes mit der Bitte, das Telefon benützen zu dürfen; er habe mit seinen Freunden vereinbart, heute nachmittag auf die Jagd zu gehen, und möchte seiner Frau mitteilen, dass er nicht zum Mittagessen komme. Ein Zahnarzt, der eine Ruptur eines Aneurysmas erlitten hatte, verließ die Klinik mit der Angabe, er sei angerufen worden, dass Patienten in seiner Praxis auf ihn warteten. Obwohl diese Geschichten, zumal bei hospitalisierten Patienten, bizarr erscheinen mögen, lassen sie sich doch fast immer auf Elemente von tatsächlichen Erlebnissen oder Gewohnheiten des Patienten zurückführen. Völlig frei erfundene Geschichten oder Selbstverkennungen (»Ich habe einen Marsmenschen gesehen. Ich bin Napoleon.«) haben wir bei unseren Patienten nie gesehen. Sie sind wohl eher Ausdruck eines psychotischen Erlebens, z. B. im Rahmen einer Schizophrenie. Die Patienten haben immer eine messbare, schwere Gedächtnisstörung (insbesondere Beeinträchtigung des freien Abrufs) und sie sind desorientiert (Schnider et al. 1996a):

Sie verschätzen sich im Tag, Jahr und Ort. Auch schätzen sie ihre Situation nicht korrekt ein; sie verneinen im Allgemeinen, eine Gedächtnisstörung zu haben (Anosognosie für die Amnesie), was aber nicht verhindert, dass sie unter ihrer Situation leiden, sogar depressiv sind, ohne dies begründen zu können. ! Spontane Konfabulationen haben für den Patienten Realitätswert und können mitunter sein Handeln bestimmen. Sie entsprechen Intrusionen früherer, aktuell aber nicht zutreffender Gedächtnisinhalte in das aktuelle Denken.

42.2.2

Pathogenese

Über den Mechanismus von Spontankonfabulationen wurde viel spekuliert. Eine Würdigung dieser Literatur ist dadurch erschwert, dass die Konfabulationsarten (provoziert oder spontan) im Allgemeinen nicht unterschieden wurden. Eine Hypothese besagt, dass spontane Konfabulationen auf der Kombination einer Amnesie mit frontalen Exekutivstörungen beruht (DeLuca and Cicerone 1991; Dalla Barba 1993; Fischer et al. 1995). Schnider et al. (1996b) konnten diese Hypothese widerlegen: Die Schwere einer Speicherstörung hat keine Voraussagekraft für das Auftreten von Spontankonfabulationen. Es gibt sogar einzelne spontan konfabulierende Patienten, die bei entsprechender Testung ein normales Speichervermögen zeigen. Ebenso haben Exekutivstörungen keine Voraussagekraft für das Auftreten oder den Verlauf spontaner Konfabulationen (Schnider et al. 1996b, 2000a). Eine weitere Hypothese besagt, dass die Patienten eine mangelhafte Kontrolle über ihr Gedächtnis haben; sie suchen ihr Gedächtnis zu weit und zu unpräzise nach Informationen ab (mangelndes Fokussieren) und versäumen es, den Wahrheitsgehalt und die Plausibilität ihrer Erinnerungen und Gedanken zu überprüfen (Störung des »reality monitoring«) (Burgess u. Shallice 1996b; Moscovitch u. Melo 1997; Johnson u. Raye 1998). Abgesehen davon, dass unklar ist, wie diese Mechanismen bei Gesunden funktionieren sollten (Wie hinterfragen wir unser Wissen um das Jahr, den Tag und unseren Aufenthaltsort?), sind diese Hypothesen nie einer kontrollierten Studie unterzogen worden. Immerhin wurde gezeigt, dass spontan konfabulierende Patienten im Vergleich mit nichtkonfabulierenden amnestischen Patienten keine erhöhte Tendenz haben, Fragen zu nicht existierenden Orten, Personen oder Sachen zu

465 42.2 · Spontane Konfabulationen

beantworten (Mercer et al. 1977; Schnider et al. 1996b). Wenn die Fragen nicht persönliche Erlebnisse oder Pläne betreffen, sind die Patienten also durchaus imstande, den Wahrheitsgehalt ihrer Erinnerungen und Gedanken zu überprüfen. Eine dritte Hypothese beruht auf der klinischen Beobachtung, dass die spontanen Konfabulationen sich bei genauer Analyse praktisch immer auf Elemente tatsächlicher Erlebnisse des Patienten zurückführen lassen. Es wurde also schon früh spekuliert, dass Spontankonfabulationen eine zeitliche Verwechslung von Information im Gedächtnis sein könnten (Korsakow 1892; Tiling 1892; Van der Horst 1932). Tatsächlich wurde unlängst gezeigt, dass spontan konfabulierende Patienten Schwierigkeiten haben anzugeben, wann, wo und von wem sie neue Information gelernt haben (Johnson et al. 1997). Eine solche Störung des Kontextgedächtnisses ist aber nicht spezifisch für Spontankonfabulationen; auch nichtkonfabulierende Patienten können diese Störung haben, und sie wurde selbst bei Patienten mit Läsionen der Frontalhirnkonvexität gefunden, die keine messbare explizite Gedächtnisstörung hatten (Shimamura et al. 1990). Für das Auftreten spontaner Konfabulationen ist also nicht entscheidend, ob ein Patient alte, in der Vergangenheit liegende Information zeitlich korrekt einordnen kann. Schnider et al. (1996b) haben dennoch gezeigt, dass Spontankonfabulationen auf einer ganz spezifischen zeitlichen Verwechslung im Gedächtnis beruhen: Die Patienten scheitern daran, aus ihrem Gedächtnis und in ihrem Denken diejenige Information herauszufiltrieren, die sich auf die aktuelle Gegenwart, das Jetzt, bezieht. In dem Experiment mussten die Patienten in einer fortlaufenden Bildserie angeben, wenn sich ein Bild während des Testlaufs wiederholte. Als die Untersuchung nach einer Stunde mit der gleichen Bildserie, jedoch in anderer Abfolge, noch einmal durchgeführt wurde, hatten die spontan konfabulierenden Patienten große Schwierigkeiten zu unterscheiden, ob sie ein Bild während des laufenden Testdurchgangs oder im Testlauf vor einer Stunde bereits gesehen hatten. Sie konnten also nicht die aktuell relevante Information (Bildwiederholungen im aktuellen Durchgang) von früher (im Durchgang vor einer Stunde) angetroffener, jetzt aber nicht relevanter Information unterscheiden. Noch anders ausgedrückt: sie konnten nicht zwischen Jetzt und der Vergangenheit unterscheiden. In einer weiteren Studie fanden Schnider u. Ptak (1999), dass diese zeitliche Verwechslung darauf beruht, dass die Patienten die Erinnerung an den früheren Testdurchgang

nicht normal unterdrücken (supprimieren) können. Spontankonfabulationen scheinen also darauf zu beruhen, dass die Interferenz von aktivierten Gedächtnisspuren und gedanklichen Assoziationen, die keinen Bezug zur reellen Gegenwart haben, nicht normal supprimiert werden kann. Diese Störung erklärt auch die Desorientiertheit amnestischer Patienten (Schnider et al. 1996a). Die Erholung spontaner Konfabulationen läuft parallel zur Erholung dieser Suppressionsfähigkeit (Schnider et al. 2000a). In einer Studie mit gesunden Personen, die eine adaptierte Version des gleichen Tests machten, bei dem spontan konfabulierende Patienten versagten, fanden Schnider et al. (2002) mittels hochaufgelöster evozierter Potentiale, dass diese Suppression sehr früh (nach 200–300 ms) passiert, noch bevor der präzise Inhalt einer Gedächtnisspur erkannt und wieder gespeichert wird (400–500 ms). Mit anderen Worten: Noch bevor wir wissen, was wir denken, hat unser Gehirn bereits entschieden, ob sich der aufkommende Gedanke (die aktivierte Gedächtnisspur) auf die aktuelle Gegenwart bezieht oder nicht. Eine feinere Analyse dieser Daten ließ vermuten, dass diese Suppression bzw. frühe Filtrierung von aufkommenden Gedanken, die sich nicht auf die Gegenwart beziehen, einer kurzen, passageren Inhibition neokortikaler Synchronisation entspricht (Schnider 2003). Aufgrund einer weiteren Studie mit PET vermuten wir, dass diese Inhibition auf einer Modulation der neokortikalen Aktivität durch den orbitofrontalen Kortex, via subkortikale Schlaufen (ventrales Striatum, Globus pallidus, Substantia nigra, dorsomedialer Thalamuskern) beruht (Treyer et al. 2003). ! Spontane Konfabulationen beruhen auf einer Unfähigkeit, die Interferenz aktivierter Gedächtnisspuren (gedanklicher Assoziationen), die sich nicht auf die Gegenwart beziehen, zu supprimieren. Im gesunden Gehirn scheint diese Suppression einer vorbewussten Filtrierung aufkommender Gedächtnisspuren durch den orbitofrontalen Kortex zu entsprechen.

42.2.3

Anatomie

Amnestische Patienten, die nicht konfabulieren, haben typischerweise Läsionen im Bereiche des mittleren Temporallappens, insbesondere der hippokampalen Formation mit dem Gyrus parahippocampalis, oder von Strukturen die mit dem mittleren Temporallappen verbunden sind (7 Kap. 41). Speicherstörungen werden ebenfalls bei neokortikalen

42

466

Kapitel 42 · Konfabulationen

a

42

b . Abb. 42.1a,b. Anatomie spontaner Konfabulationen. a Läsionsgebiete, deren Assoziation mit anterograder Amnesie gut dokumentiert ist. b Hauptsächliche Verbindungen in diesem Areal. Während eine Unterbrechung des klassischen Papez-Kreises (schwarze Schlaufe) zu einer Speicherstörung führt, die nicht mit Konfabulationen verbunden ist, führen Schädigungen der grauen Schlaufe und der darin enthaltenen Strukturen (laterale limbische Schlaufe; vorderes limbisches System) zu einer Unfähigkeit, die aktuell relevanten Gedächtnisspu-

ren und gedanklichen Assoziationen aus dem Gedächtnis herauszufiltrieren. Amy Amygdala; ant Nucleus anterior des Thalamus; bVH Basales Vorderhirn; CM Corpora mamillaria; Fo Fornix; Hipp Hippokampus; MD Nucleus medialis dorsalis des Thalamus; mdT medialer Thalamus; MTL Mittlerer Temporallappen; TMT Tractus mamillo-thalamicus; oFrK Orbitofrontaler Kortex; pHpc Gyrus parahippocampalis; rSplK Retrosplenialer Kortex; SV Septum verum (medialer und lateraler Anteil). (Aus Schnider 2004)

Läsionen, z. B. des dorsolateralen Frontalhirns, Temporaloder Parietallappens gefunden (Schnider 2003). Ein völlig anderes Bild ergibt sich bei Analyse der Läsionen von spontan konfabulierenden Patienten. Ausnahmslos findet sich eine Läsion vorderer limbischer und paralimbischer Strukturen. Die typische Läsion betrifft den mittleren orbitofron-

talen Kortex, das basale Vorderhirn oder beide (. Abb. 42.1). Andere Läsionen betrafen das Knie der rechten Capsula interna mit schwerer Atrophie der Fasern, die vom dorsomedialen Thalamuskern zum mittleren orbitofrontalen Kortex ziehen, den linksseitigen perirhinalen Kortex und die rechte Amygdala oder den mittleren Hypothalamus (Ptak et al.

467 42.2 · Spontane Konfabulationen

2001), alles Strukturen, die direkte Verbindungen zum orbitofrontalen Kortex haben (Schnider 2003). . Abbildung 42.1 fasst diese anatomischen Beobachtungen zusammen. Läsionen des mittleren Temporallappens und seiner Verbindungen im Papez-Kreis (schwarze Schlaufe) führen zu Speicherstörungen. Dagegen scheinen Läsionen des orbitofrontalen Kortex und seiner Verbindungen in der lateralen limbischen Schlaufe (graue Schlaufe) zu einer zeitlichen Markierstörung im Gedächtnis zu führen mit der Unfähigkeit, aktuell irrelevante, aktivierte Gedächtnisspuren zu supprimieren. In einer Studie mit gesunden Versuchspersonen unter Verwendung der PET konnten wir diese Folgerungen bestätigen (Schnider et al. 2000b): Nur beim Lernen neuer Informationen kam es zu einer kräftigen Aktivierung des mittleren Temporallappens mit stärkster Aktivierung des Gyrus parahippocampalis beidseits. Wenn die Aufgabe dagegen die Fähigkeit verlangte, die aktuell relevante Information aus einer Anzahl von Stimuli herauszufiltrieren (gleiches Experiment wie bei den Patientenuntersuchungen, jedoch schwieri-

ger), kam es zu einer posterioren, medialen orbitofrontalen Aktivierung. Es scheint also, dass für das Herausfiltrieren der aktuell relevanten Gedächtnisspuren und gedanklichen Assoziationen der mittlere, posteriore orbitofrontale Kortex von entscheidender Bedeutung ist. Diese Folgerung entspricht auch der Beobachtung, dass Patienten mit Läsionen des hinteren mittleren orbitofronalen Kortex und basalen Vorderhirns besonders lange im Zustand der Realitätsverkennung, die die Spontankonfabulationen charakterisiert, verbleiben (Schnider et al. 2000a). ! Das vordere limbische System, vor allem der hintere, mittlere Orbitofrontalkortex, scheint entscheidend zu sein für die Fähigkeit, aufkommende Gedächtnisspuren sehr früh bezüglich ihres Bezugs zur Realität zu filtrieren, und damit das Denken und Handeln auf die aktuelle Gegenwart zu beziehen. Ein Versagen dieser Fähigkeit führt zu spontanen Konfabulationen.

Zusammenfassung Provozierte Konfabulationen spiegeln das Bemühen einer Person wider, eine unpräzise Erinnerungsspur abzurufen. Sie stellen somit eine der möglichen Kompensationsformen eines unpräzisen Gedächtnisses dar. Sie können irgendwann im Verlaufe einer Amnesie auftreten und werden selbst bei Gesunden beobachtet. Spontane Konfabulationen treten dagegen nur bei organischer Hirnschädigung im Bereich des vorderen limbischen Systems auf, wobei eine Schädigung oder Diskonnektion des posterioren medialen Orbitofrontalkortex entscheidend scheint. Sie beruhen auf einer Unfähigkeit,

die Interferenz von Gedächtnisspuren und gedanklichen Assoziationen, die sich nicht auf die aktuelle Gegenwart beziehen, im aktiven Gedächtnis zu supprimieren. Diese Unfähigkeit wiederum beruht auf dem Versagen eines Filtermechanismus, der im gesunden Gehirn die kortikale Repräsentation aufkommender Gedächtnisspuren schon sehr früh, noch bevor ihr genauer Inhalt verarbeitet wird, entsprechend ihrem Bezug zur Realität anpasst. Die Patienten handeln und denken somit in einer für sie wahren, zeitlich aber verschobenen, nicht der aktuellen Realität entsprechenden gedanklichen Welt.

42

X Frontalhirnfunktionen 43

Die funktionelle Architektur des präfrontalen Kortex – 471 Peter Thier

44

Funktionen frontaler Strukturen Markus Ullsperger, D. Yves von Cramon

45

Manifestationen von Frontalhirnschädigungen Thomas Kammer, Hans-Otto Karnath

– 489

– 479

471

43 Die funktionelle Architektur des präfrontalen Kortex Peter Thier

43.1 43.2

Flexibilität des Verhaltens und kognitive Kontrolle – 473 Kognitive Kontrolle und »Bias«-Signale

Anteilen des Frontallappens herrscht der Typus des agranulären »motorischen« Kortex vor, bei dem klar abgrenz– 474

)) Mit dem Begriff des präfrontalen Kortex wird der vordere Teil des Frontallappens bezeichnet, ein etwas unglücklicher Begriff, nachdem der Kortex, um den es geht, ja nicht vor dem Frontallappen liegt, sondern Teil des Frontallappens ist.

Der präfrontale Kortex lässt sich durch zytoarchitektonische Merkmale und ein charakteristisches Muster anatomischer Verbindungen von den hinteren Anteilen des Frontallappens, zu denen der primäre motorische Kortex, die prämotorischen und die supplementärmotorischen Areale gehören, abgrenzen (. Abb. 43.1). In den hinteren

bare granuläre Schichten (Schichten II und IV) fehlen und andererseits die Schichten III und V, die große Pyramidenzellen enthalten, dominieren. Der präfrontale Kortex von Primaten ist hingegen ein granulärer Kortex, in dem sich sowohl granuläre als auch nichtgranuläre Schichten erkennen lassen und große Pyramidenzellen in den Schichten III und V fehlen. Das »frontale Augenfeld« (. Abb. 43.1), eine erstmals von Ferrier (1876) charakterisierte Repräsentation von Sakkaden und langsamen Augenfolgebewegungen, stellt zytoarchitektonisch gesehen eine Übergangszone zwischen präfrontalem Kortex und den hinteren Anteilen des Frontallappens dar, die im Kortex nichthumaner Primaten der Area 8 nach Brodmann entspricht. Area 8, die große Pyramidenzellen und eine wohlentwickelte Schicht IV enthält, liegt bei Makaken in der Konvexität des Sulcus arcuatus (. Abb. 43.1a). Der menschliche präfrontale Kortex (. Abb. 43.1b) reicht nach hinten bis in

Supplementärer motorischer Kortex

Primärer motorischer Kortex

Prämotorischer Kortex

Präfrontaler Kortex

Laterale Fissur

a

b

. Abb. 43.1a, b. Gliederung der verschiedenen Regionen des Frontallappens im Rhesusaffengehirn (a) und im menschlichen Gehirn (b)

43

472

Kapitel 43 · Die funktionelle Architektur des präfrontalen Kortex

die Broca-Sprachrepräsentation in den Areae 44 und 45 im Gyrus frontalis inferior, die zytorachitektonisch aber bereits Übergangsmerkmale aufweist. ! Der Frontallappen setzt sich aus 2 Teilen zusammen. Der hintere Anteil umfasst den motorischen, den prämotorischen und den supplementärmotorischen Kortex einschließlich der Repräsentation für Sprache in der Broca-Area. Die sich nach vorne anschließenden Anteile werden präfrontaler Kortex genannt. Er ist der »menschlichste« Teil des Gehirns, insofern er seine maximale relative Ausdehnung beim Menschen erreicht.

43

Der präfrontale Kortex ist das Ziel von Projektionen aus anderen Teilen des Neokortex, des Thalamus und des Hirnstammes. Er erhält seine thalamischen Eingänge im Wesentlichen aus dem dorsomedialen Kern (MD) des Thalamus (. Abb. 43.2). Nachdem dieser thalamische Kern praktisch ausschließlich in den präfrontalen Kortex projiziert, könnte diese Verbindung gleichfalls als Grundlage einer Definition des präfrontalen Kortex gewählt werden. Bei Primaten lassen sich zwei größere zytoarchitektonische Anteile im MD definieren: Der mediale, magnozelluläre Anteil weist große Zellen auf, während die Zellen des lateralen parvozellulären Anteiles vergleichsweise klein sind. Die Projektion aus dem MD auf den präfrontalen Kortex ist topographisch geordnet (eine mediolaterale Sequenz im MD entspricht einer anteroposterioren Sequenz im präfrontalen Kortex). Der MD erhält u. a. Eingänge aus der Amygdala, den septalen Kernen, dem piriformen Kortex, dem inferotemporalen Kortex und dem Mittelhirntegmentum. Der präfrontale Kortex projiziert u. a. zum MD, zur Amygdala und zu den septalen Kernen zurück. Zusätzlich zu Eingängen aus dem MD bezieht der präfrontale Kortex auch thalamische Afferenzen aus dem Pulvinar, dem Nucleus ventralis anterior und den rostralen intralaminaren Kernen sowie eine Reihe direkter Afferenzen, u.a. aus dem Hippocampus, dem cingulären Kortex, der Substantia nigra und anderen Kernen des Mittelhirns. Er erhält ferner Eingänge aus einer Reihe neokortikaler Regionen, u.a. aus dem parietalen und inferotemporalen Kortex, die verschiedenen Aspekten der Sensorik und Sensomotorik dienen. Fast alle diese Verbindungen sind topographisch geordnet und reziprok. Eine Abweichung von der Regel der Reziprozität stellt die Verbindung zu den Basalganglien dar, die vom präfrontalen Kortex kontaktiert werden, ohne dass dieser Eingänge von ihnen bezöge. Der präfrontale Kortex ist auch der einzige Teil des Neokortex, also des entwick-

. Abb. 43.2. Zeichnung einer dreidimensionalen Rekonstruktion des rechten menschlichen Thalamus, von dorsolateral rechts gesehen. Der hintere Anteil ist vom Rest durch einen Schnitt abgesetzt, um einen Einblick in die interne Organisation zu erlauben. A anteriorer Kern; CM zentromedianer Kern; Int. Lam intralaminärer Kern; LD und LP laterodorsaler und lateroposteriorer Kern; LG laterales Geniculatum; MD dorsomedialer Thalamuskern; MI Mittellinie; P Pulvinar; R retikulärer Kern; VA ventroanteriorer Kern; VL ventrolateraler Kern; VPL und VPM Nucleus ventralis posterior lateralis und medialis. (Nach Brodal 1981)

lungsgeschichtlichen jungen Anteils der Großhirnrinde, der den Hypothalamus und die septalen Kerne kontaktiert. Wie andere Teile der Großhirnrinde ist auch der präfrontale Kortex Ziel verschiedener monoaminerger Projektionen, deren Ursprünge im Hirnstamm liegen. Während die noradrenergen Afferenzen aus dem Locus coeruleus relativ unselektiv weite Teile des Neokortex kontaktieren und die serotoninergen Afferenzen aus den Raphe-Kernen sensorische Regionen des Neokortex bevorzugen, projiziert das dopaminerge System, das seinen Sitz im ventralen Tegmentum des Mittelhirnes hat, ganz überwiegend in die tiefen Schichten (V und VI) des präfrontalen Kortex. Dieser dopaminerge Eingang spielt eine wesentliche Rolle in den weiter unten skizzierten Theorien, die den präfrontalen Kortex als wesentliches Element in einem neuronalen System verstehen, das unter Berücksichtigung des gegebenen Kontextes das jeweils adäquate Verhalten auswählt. Das Verhalten wird so lange beibebehalten, bis ein internes Signal, über das dopaminerge System vermittelt, die Notwendigkeit eines Verhaltenswechsels anzeigt. ! Der präfrontale Kortex steht in einem bidirektionalen Informationsaustausch mit dem mediodorsalen Kern des Thalamus und weiten Teilen der übrigen Großhirnrinde. Er ist Ziel dopaminerger Projektionen aus dem Mittelhirn und kontaktiert seinerseits die Basalganglien.

473 43.1 · Flexibilität des Verhaltens und kognitive Kontrolle

Der präfrontale Kortex weist, was Größe und Zytoarchitektonik angeht, erhebliche Speziesunterschiede auf. Während der Anteil des präfrontalen Kortex am Gesamtkortex bei der Katze gerade 3,5% ausmacht, erreicht sein Anteil bei Makaken, dem bevorzugten Primatenmodell der elektrophysiologischen Forschung immerhin 11,5% und gipfelt in einem Anteil von 29% beim Menschen (. Abb. 43.3). Diese vergleichend anatomischen Daten lassen verstehen, weshalb der präfrontale Kortex traditionell als der »menschlichste« Teil des Gehirns verstanden wurde, mögliches Substrat unserer Fähigkeit, Konzepte und Perspektiven zu entwickeln, die mögliche Grundlage von Bewusstsein und Selbstbewusstsein und wesentliches Element in den neuronalen Netzwerken, die soziale Interaktion ermöglichen. . Abb. 43.3. Der präfrontale Kortex (schwarz unterlegt) bei 6 verschiedenen Spezies. (Nach Fuster 1989)

43.1

Flexibilität des Verhaltens und kognitive Kontrolle

Der präfrontale Kortex wird nicht benötigt, einfache, automatische Verhaltensweisen wie etwa unsere Neigung, uns automatisch zu einem unerwarteten Ereignis hin zu orientieren, zu kontrollieren. Solche stereotypen Verhaltensweisen dürften im Wesentlichen angeboren sein und Informationsverarbeitung entlang präformierter »festverdrahteter« Wege reflektieren. Ihr Vorteil ist die hohe Geschwindigkeit, mit der sie ein geeigneter Reiz auszulösen vermag. Ihr Nachteil ist offensichtlich ihre (weitgehende) Unfähigkeit, sich veränderten Situationen anzupassen und variable Bedürfnisse des Organismus in Rechnung zu stellen. Die Veränderung und Anpassung von Verhalten nach Maßgabe

43

474

43

Kapitel 43 · Die funktionelle Architektur des präfrontalen Kortex

unterschiedlicher externer und interner Randbedingungen bedarf einer kontrollierenden Instanz. Dass diese kontrollierende Instanz der präfrontale Kortex sei, ist ein Gedanke, der in unterschiedlichen Varianten die Forschung über diesen Teil der Großhirnrinde beherrscht hat und in den nachfolgenden Kapiteln wieder aufgegriffen werden wird. Er wird durch eine Vielzahl von Beobachtungen an frontalhirngeschädigten Patienten nahegelegt, die, wie in den nachfolgenden Kapiteln über den Frontalkortex im Detail gezeigt werden wird, typischerweise Schwierigkeiten haben, die der Situation angemessenen Verhaltensspielregeln zu finden und anzuwenden. Als ein klassisches Beispiel sei an dieser Stelle der Wisconsin-Card-Sorting-Test (WCST) erwähnt, bei dem Probanden Spielkarten entsprechend der Farbe, Form, oder der Zahl der Symbole, die auf ihnen erscheinen, sortieren müssen. Die Sortierungsregel (Farbe, Form, Zahl) verändert sich periodisch. Mit einer Karte sind also verschiedene mögliche Antworten verbunden und nur die Berücksichtigung der gültigen Sortierungsregel erlaubt die Auswahl der richtigen Antwort. Patienten mit präfrontalen Schäden haben (wie auch manche gesunde Probanden und manche Patienten mit Hirnschädigungen außerhalb des Frontallappens) Schwierigkeiten ihr Sortierungsverhalten anzupassen, wenn die Sortierungsregel sich verändert (Milner 1963). Nichthumane Primaten mit Läsionen des präfrontalen Kortex zeigen vergleichbare Störungen bei Aufgaben, die ähnlich den Erfordernissen des WCST einen regelabhängigen Verhaltenswechsel erfordern. ! Verhalten wird nur dann erfolgreich und nutzbringend sein, wenn es sowohl den gegebenen Kontext der Situation als auch die Bedürfnisse des Handelnden berücksichtigt. Wichtige Theorien zur Rolle des präfrontalen Kortex gehen davon aus, dass dieser Teil des Gehirns eine wesentliche Rolle bei der Auswahl und der Modifikation von Verhalten unter Berücksichtigung der externen und internen Randbedingungen spielt (7 Kap. 45).

Als Ausdruck einer Unfähigkeit, ein elementares sensomotorisches Programm kontextabhängig zu ersetzen, kann auch die Unfähigkeit frontal geschädigter Patienten verstanden werden, schnelle Augenbewegungen (»Sakkaden«; 7 auch Kap. 28) auf einen nichtmarkierten Ort im Gesichtsfeld, gegenüber einem durch einen Lichtreiz ausgewiesenen Ort, auszuführen (»Antisakkaden«). Solche Antisakkaden erfordern die Unterdrückung der instruktionswidrigen visuell geführten Sakkade auf den Lichtreiz und die Be-

rücksichtigung abstrakter Instruktionen, die festlegen, in welcher Art und Weise die Reizinformation umgewertet werden muss, um eine korrekte Augenbewegung auszuführen. Bei frontalhirngeschädigten Patienten dominiert die einfache visuelle Orientierungsreaktion und anstelle der instruktionsgemäßen Antisakkade werden immer wieder instruktionswidrige »Prosakkaden« zum Lichtreiz hin ausgeführt. Es handelt sich um eine Störung, die ein Beispiel des Verlustes kognitiver Kontrolle darstellt, das bei Patienten i. Allg. kaum auf die Okulomotorik beschränkt sein dürfte. Eine Vielzahl tierexperimenteller Untersuchungen spricht aber dafür, dass die kognitiven Kontrolle von Sakkaden und anderen okulomotorischen Leistungen eine Leistung einiger weniger umschriebener Gebiete des Frontallappens darstellt (das »frontale Augenfeld«, das »supplementäre Augenfeld« und der dorsolaterale präfrontale Kortex in der Nachbarschaft des Sulcus principalis; . Abb. 43.1a), die okulomotorisch relevante Signale verarbeiten und mit okulomotorisch aktiven Strukturen im Thalamus, in den Basalganglien, im superioren Colliculus und anderen Teilen des Hirnstammes interagieren. Wie von Schlag-Rey und Mitarbeitern gezeigt wurde, enthält etwa das »supplementäre Augenfeld« Neurone, die in Verbindung mit Antisakkaden verstärkt entladen (Schlag-Rey et al. 1997). Wie lassen sich die beschriebenen Defizite in eine Theorie des präfrontalen Kortex einordnen, die seine anatomische Stellung und die Antworteigenschaften seiner Neurone berücksichtigt?

43.2

Kognitive Kontrolle und »Bias«-Signale

Wir folgen in unserem Versuch, diese Frage zu beantworten, der »integrativen Theorie des präfrontalen Kortex« von Miller u. Cohen (2001), die vorschlägt, dass die wesentliche Funktion des präfrontalen Kortex die sei, spezifische neuronale Entladungsmuster, sog. »Bias«-Signale, zu generieren, die an nachgeschaltete Hirnstrukturen weitergereicht werden und die Informationsverarbeitung in diesen abhängigen Strukturen verändern. Solche »Bias«-Signale fördern in abhängigen Hirnstrukturen die Umsetzung (das »mapping«) von gegegebenen Eingangsgrößen in bestimmte Ausgangsgrößen im Sinne beobachtbaren Verhaltens und umgekehrt die Vermeidung anderer Ausgangsgrößen, die mit Blick auf die interne Struktur dieses abhängigen Hirnteiles durchaus möglich wären. Die gewünschte Beziehung wird durch ein »Bias«-Signale verstärkt, während nicht

475 43.2 · Kognitive Kontrolle und »Bias«-Signale

gewünschte Beziehungen durch das »Bias«-Signal geschwächt werden. Die Beziehungen werden durch synaptische Verbindungen realisiert und Stärkung und Schwächung stehen für Veränderungen synaptischer Effizienz. Welche spezifischen Eigenschaften das »Bias«-Muster hat, und damit auch, welche Ausgangsgröße ausgewählt wird, wird durch den Kontext, der die Resultierende verschiedener externer (sensorischer) und interner Einflüsse (Motivation, Erinnerungen, emotionaler Zustand etc.) ist, festgelegt.

Verbale Antwort »rot«

»grün«

Kontrolle (präfrontaler Kortex) Farben Wörter

Ein neuronales Modell des Stroop-Effektes Das Konzept der »Bias«-Signale lässt sich am Beispiel des Stroop-Effektes konkrektisieren: Im Stroop-Test müssen Versuchspersonen entweder Wörter lesen oder die Farbe benennen, in der die Wörter geschrieben sind. Erforderlich ist also die selektive Zuwendung zu einer spezifischen Objekteigenschaft (Farbe vs. Wortinhalt). Die Fähigkeit, sich selektiv einem Attribut zuzuwenden, wird v.a. dann gefordert, wenn sich Wortinhalt und Farbe des Wortes widersprechen, etwa dann, wenn das Wort GRÜN in roter Farbe geschrieben wird. Offensichtlich gibt es in den Hirnstrukturen, die die Beziehung zwischen dem gesehenen Wort und den möglichen Antworten (»rot« oder »grün«) herstellen eine Bevorzugung des Wortinhaltes und Versuchspersonen werden – sofern keine spezifische Instruktion gegeben wird – die Antwort »grün« geben. Im Modell des Stroop-Testes von Cohen et al. (1990) (. Abb. 43.4) wird diese Bevorzugung durch stärkere Verbindungen der Repräsentationen des Wortinhaltes mit den Repräsentationen der verbalen Antwort ausgedrückt. Erst die spezifische Instruktion, die Aufmerksamkeit der Wortfarbe zuzuwenden, wird dazu führen, dass die Antwort »rot« gegeben wird, Ausdruck der Tatsache, dass die vergleichsweise schwächeren Verbindungen zwischen Farbrepräsentationen und der Repräsentation der Antwort durch ein spezifisches »Bias«Signal aus dem präfrontalen Kortex gestärkt wird und die Dominanz über die Beziehung zwischen Wortinhalt und Antwort gewinnt. Wie dieses Modell deutlich macht, ist der präfrontale Kortex nicht Teil der Sequenz, die vom Reiz zur Reaktion führt, sondern vielmehr eine übergeordnete modulatorische Instanz, die eine kontextabhängige Weichenstellung vornimmt. Diese Weichenstellung ermöglicht die Auswahl der für das langfristige Überleben des Organismus vorteilhaften Verhaltensweisen. Als eine reiche Quelle von Beispielen für die Bedeutung kontextabhängiger Weichenstellung mag etwa unser moderner Straßenverkehr dienen, in dem Informationen, die von Signalanlagen und einer viel-

rot grün

a

Farbstimuli Konfliktstimulus: Verbale Antwort »rot«

»grün«

Wortstimuli GRÜN Kontrolle (präfrontaler Kortex) Farben Wörter

rot grün

b

Farbstimuli

Wortstimuli

. Abb. 43.4a, b. Schematisches Model des Stroop-Tests nach Cohen et al. (1990). Kreise repräsentieren Verrechnungseinheiten, die für eine größere Gruppe von Neuronen stehen, die spezifische Beiträge zur Informationsverarbeitung leisten. Linien repräsentieren Verbindungen zwischen Verrechnungseinheiten, wobei die Liniendicke ein Maß der Verbindungsstärke ist. a Keine spezifische Instruktion. Die Aktivierung der im Konflikt befindlichen Eingänge ruft eine verbale Antwort hervor, die dem Wortinhalt entspricht, Folge der effizienteren Verbindungen zwischen der Repräsentation des Wortinhaltes und der verbalen Antwort. b Instruktion, die Aufmerksamkeit auf die Wortfarbe zu lenken. Die Instruktion aktiviert ein präfrontales »Bias«-Signal, das die Effizienz des Signalflusses von der Repräsentation der Wortfarbe zu der der verbalen Antwort fördert und ihm dazu verhilft, sich gegenüber dem an sich stärkeren Signalfluss des Wortinhaltweges durchzusetzen

43

476

Kapitel 43 · Die funktionelle Architektur des präfrontalen Kortex

fältigen Beschilderung ausgehen und die Erinnerung an gelernte Konventionen darüber entscheiden, ob wir uns – an einer Kreuzung angekommen – für das Anhalten oder das Befahren der Kreuzung entscheiden. Die möglichen Folgen einer Fehlverarbeitung dieser Kontextinformationen sind hinlänglich bekannt.

Die Rolle von Dopamin in der Bewertung von Verhaltensstrategien

phasisch, wenn ein Affe in einem Experiment unerwartet eine Belohnung, etwa einen Schluck Apfelsaft erhält. Wird die Gabe des Saftes gepaart mit einem vorausgehenden neutralen Reiz, dann bleibt nach einer kurzen Zeit des Lernens die Entladung des Neurons z. Z. der Saftgabe aus und das Neuron entlädt in Verbindung mit dem neutralen Reiz, der die Belohnung ankündigt. Wird dem Affen schließlich die angekündigte Belohnung vorenthalten, dann zeigt das dopaminerge Neurone eine Inhibition seiner »Spontanaktivität«. Die phasische Aktivierung bzw. Inhibition kann also als Ausdruck eines mit Blick auf die Belohnung konstatierten Vorhersagefehlers verstanden werden. Ein solches Signal, das dem präfrontalen Kortex unerwartete Belohnungen anzeigt, wäre offensichtlich bestens geeignet, für eine Entwicklung neuer präfrontaler Repräsentationen zu sorgen, Repräsentationen, die neue Ziele definieren und Verhaltensprogramme unterstützen, die die Annäherung an diese Ziele ermöglichen. Man stelle sich vor, man wäre gerade unterwegs zum Arbeitsplatz und sähe unterwegs plötzlich einen Geldschein auf dem Weg liegen, ein Reiz, der offensichtlich unerwartet Belohnung verspricht. Dieser Reiz gibt Anlass, das gerade ablaufende Verhaltensmuster zu unterbrechen und ein alternatives Verhaltensmuster, nämlich sich nach dem Geldschein zu bücken und ihn aufzuheben, zu aktivieren. Man könnte spekulieren, dass das Belohnungssignal nicht nur den Verhaltenswechsel veranlassen könnte, sondern vielmehr auch das Verhalten selbst und seine Beziehung zum Kontext beeinflussen könnte. Wird das alternative Verhalten der Erwartung auf Belohnung gerecht, so wird die Wahrscheinlichkeit, dass der gegebene Kontext das Verhalten auslöst, zunehmen und die Wirksamkeit des zielorientierten Verhaltens gefördert werden. Perseverationen oder verstärkte Ablenkbarkeit, wie sie u.a. auch nach frontalen Schädigungen beobachtet werden können (7 Kap. 45), lassen sich vor dem Hintergrund dieser Überlegungen unschwer als Folgen einer inadäquaten Einflussnahme von Belohnungssignalen auf präfrontale Schaltkreise verstehen.

Der dopaminerge Eingang dürfte eine entscheidende Rolle für die Fähigkeit des präfrontalen Kortex spielen, sich an veränderte Randbedingungen anzupassen und – um in der Sprache von Miller u. Cohen zu bleiben – die jeweils adäquaten »Bias«-Signale anzubieten. Die Ausschüttung von Dopamin durch die dopaminergen Neurone des Mittelhirns, die u.a. den präfrontalen Kortex kontaktieren, lange Zeit als langsam und stetig betrachtet, weist tatsächlich eine phasische Komponente auf (Schultz et al. 1997). Dopaminerge Neurone im Mittelhirn von Affen entladen dann

! Belohnungen sind positive Verstärker, die die Wahrscheinkeit von Verhaltensmustern modulieren. Das dopaminerge System des Mittelhirns ist der wesentliche Träger von Informationen über Belohnungen, die u.a. an den an den präfrontalen Cortex übermittelt werden. Dort könnten sie entscheidenden Anteil an neuronalen Operationen haben, die es diesem Gehirnteil ermöglichen könnten, zur Anpassung und Optimierung von Verhaltensstrategien beizutragen.

Anatomische Implikationen

43

Der präfrontale Kortex kann seiner Aufgabe der kognitiven Kontrolle, der kontextabhängigen Weichenstellung, nur gerecht werden, wenn er über alle Informationen verfügt, die für eine verlässliche Beschreibung des Kontextes erforderlich sind, sprich, wenn er alle nötigen Informationen über den Zustand der äußeren Welt und den Zustand des Organismus erhält und sie in einer stabilen Weise zu assoziieren vermag. Kognitive Kontrolle des Verhaltens erfordert natürlich auch, dass der präfrontale Kortex die »sensomotorischen« Strukturen kontrollieren kann, die für die Realisierung der Eingangs- und Ausgangsbeziehungen verantwortlich sind. Diese Voraussetzungen scheinen gegeben zu sein. Wie eingangs bereits erwähnt, erhält der präfrontale Kortex reiche Eingänge aus den nichtprimären sensorischen Repräsentationen des Okzipital-, des Parietal- und des Temporallappens. Diese Projektion aus dem sensorischen Assoziationskortex bevorzugt die lateralen und dorsalen Anteile des präfrontalen Kortex. Sie werden ergänzt durch Eingänge aus Teilen des Kortex, die, wie etwa Area 8, ihrerseits Ziele einer multimodalen Konvergenz sind. Diese Projektionen vermitteln ein Bild der Außenwelt. Sie werden ergänzt durch Informationen über den internen Status des Organismus mit seinen Erinnerungen und Erfahrungen, seinen Bedürfnissen und Wünschen über die bereits diskutierten Eingänge aus dem Hippocampus, dem limbischen System und dem dopaminergen System des ventralen Tegmentums.

43

477 43.2 · Kognitive Kontrolle und »Bias«-Signale

Dass der präfrontale Kortex tatsächlich eine wichtige Rolle für die Einschätzung des Nutzens von Verhaltensleistungen spielt, wird nicht zuletzt auch durch Einzelzellableitungen aus dem präfrontalen Kortex trainierter Affen dokumentiert, die zeigen, dass bereits einzelne Neurone den erwarteten Nutzen repräsentieren. Diese Schlussfolgerung basiert auf Experimenten, in denen zielgerichtete Handlungen erst mit Verzögerung nach Präsentation des Zieles ausgeführt werden dürfen. In solchen Experimenten wird vorübergehend ein Reiz in einer definierten Raumposition präsentiert, die in einer anschließenden Warteperiode erinnert werden muss, um dann später (nach Eingehen eines Startsignals) Ziel einer zeitlich verzögert einsetzenden motorischen Handlung zu werden. Die korrekte Ausführung der Handlung erfordert die Erinnerung an die räumliche Position des Blickzieles. Viele präfrontale Neurone zeigen in der Warteperiode solcher Aufgaben, in der der Affe die Raumposition des Ziels erinnern muss, bis dann das Startsignal für die motorische Handlung erfolgt, eine richtungsspezifische Aktivierung. Diese Warteaktivität wird üblicherweise als neuronale Grundlage eines räumlichen Arbeitsgedächtnis gewertet (Goldman-Rakic 1995; . Abb. 43.5). Variiert man nun die Belohnungen, die der Affe für korrekt ausgeführte Antworten zu erwarten hat, so zeigt sich, dass die Warteaktivität nicht nur von der räumlichen Position des Zieles, sondern auch von der Art der erwarteten Beloh-

a

Sichtbares Lebensmittel Kartoffel C

Links D R

C

Rechts D R

40 20 0 Kraut

40 20 0 b

Abstrakte Stimuli – verbunden mit Essen Rosine

C

D

R

C

D

R

40 20 0 Kartoffel

40 20 0 Kraut

Impulse/s

. Abb. 43.5a–c. Beispiel eines präfrontalen Neurons, das eine raum- 7 spezifische Aktivierung in einer Aufgabe zeigt, in der eine verzögerte c motorische Leistung, die auf ein früher präsentiertes visuelles Objekt zielt, zu leisten ist. Das Ausmaß der Aktivierung hängt von der Art der zu erwartenden Belohnung ab. Der räumlich spezifische Reiz ist in a ein sichtbares Lebensmittel (entweder eine Kartoffel oder Kraut), während in b und c verschiedene abstrakte Stimuli in definierten Positionen präsentiert werden, die vom Affen mit bestimmten Lebensmitteln (b Rosine, Kartoffel, Kraut; c Wasser bzw. eine Limonade) assoziiert werden. Die neuronale Aktivität wird in jeder Zeile durch einen »Rasterplot« (oben) in Verbindung mit einem Histogramm (unten) charakterisiert. Im Rasterplot wird jeder Durchgang durch eine Linie wiedergegeben und individuelle Punkte repräsentierten die Zeitpunkte von Aktionspotentialen. Im Histogrammteil wird die mittlere Zahl der Aktionspotentiale pro Zeiteinheit als Funktion der Zeit eines Durchganges gezeigt. C Zeit der Präsentation des Zieles (Lebensmittel oder abstrakter Stimulus); D Warteperiode (Affe in Dunkelheit); R motorische Antwort, ausgelöst durch ein kurz zuvor präsentiertes Startsignal (nicht eingezeichnet). Links und rechts bezeichnen die Teile des Gesichtsfeldes, in denen die Stimuli präsentiert wurden. Das Neuron zeigt eine raumspezifische (left >> right) Aktivierung in der Warteperiode D, die in ihrem Ausmaß durch die Art der erwarteten Belohnung modifiziert wird. (Nach Watanabe 1996)

40 20 0

Abstrakte Stimuli – verbunden mit Getränken Wasser

C

D

R

C

D

R

40 20 0 Limonade

40 20 0 1s

478

Kapitel 43 · Die funktionelle Architektur des präfrontalen Kortex

nung, also vom subjektiven Nutzen der auszuführenden zielgerichteten Handlung abhängt. ! Die Tatsache, dass viele Neurone des präfrontalen Kortex dann entladen, wenn verhaltensrelevante Zielattribute für einige wenige Sekunden zwischengespreichert werden müssen, legt nahe, dass sie Teil eines neuronalen Substrates des Arbeitsgedächtnisses sein könnten.

43

Die weiter oben gegebenen Hinweise auf die Topographie okulomotorischer Beiträge des frontalen und präfrontalen Kortex legen nahe, dass unterschiedliche Teile des präfrontalen Kortex unterschiedliche sensorische und motorische Systeme bedienen. Ein weiteres Beispiel für die enge Beziehung von Funktion und Struktur im präfrontalen Kortex liefert die Verarbeitung von Informationen über die Eigenschaften verhaltensrelevanter Objekte. Im visuellen System werden die Form und Farbe von Objekten und ihre räumliche Position in unterschiedlichen Anteilen verarbeitet. Wie weiter oben erwähnt, zeigen viele präfrontale Neurone eine Entladung in der Warteperiode zwischen der Präsentation eines verhaltensrelevanten Zielobjektes und der späteren motorischen Antwort, eine Entladung, die als neuronale Grundlage eines räumlichen Arbeitsgedächtnisses gewertet wird. Ein Beispiel für eine solche raumspezfische »Gedächtnis«-Entladung bietet das in . Abb. 43.5 gezeigte

Zusammenfassung Der Begriff des präfrontalen Kortex zielt auf die vorderen Anteile des Frontallappens unter Ausklammerung der motorischen, prämotorischen und supplementärmotorischen Repräsentationen im hinteren Frontallappen. Er liegt anatomisch betrachtet im Nebenschluss der Hauptverarbeitungswege, die vom Reiz zur Reaktion führen und ist das wesentliche Ziel des dopaminergen Belohnungssystems. Seine anatomische Position, die Eigenschaften

Neuron. Neurone, die raumspezifische Gedächtnisinhalte repräsentieren, liegen eher oberhalb des Sulcus prinicalis im präfrontalen Kortex von Affen (. Abb. 43.1a), der auch anatomisch stärker mit den dorsalen, den für räumliche Verarbeitung spezialisierten Anteilen des visuellen Systems verbunden ist. Neurone, die Formattribute »erinnern«, liegen hingegen eher unterhalb dieses Sulcus in einer Region, die stärkere Verbindungen zu den ventralen Teilen des visuellen Systems, die Form und Farbe verarbeiten, aufweisen. Diese Trennung von Form und Raum ist aber keineswegs absolut. Viele Neurone in der Nachbarschaft des Sulcus principalis zeigen »Gedächtsnisakitivät« sowohl für Raumpositionen als auch für die Form, möglicherweise Ausdruck der nötigen Integration verschiedener Informationsströme zur Beschreibung eines ganzheitlichen Objektes als Gegenstand von Handlung. Der Gesichtspunkt der funktionellen Spezifität präfrontaler Funktionen wird in den folgenden Kapiteln wieder aufgegriffen werden. An dieser Stelle sei festgehalten, dass unterschiedliche Verhaltensleistungen in unterschiedlichen Teilen des präfrontalen Kortex abgebildet sind. Das Rechenprinzip, das der präfrontale Kortex anzubieten hat, nämlich die Generierung von Bias-Signalen, könnte nichtsdestoweniger für den gesamten präfrontalen Kortex Gültigkeit aufweisen.

präfrontaler Neurone und die Folgen (prä)fronaler Läsionen sprechen dafür, dass die wesentliche Funktion dieses Teils des Gehirns die Auswahl und Anpassung von Verhaltensmustern und Strategien an die Bedingungen der gegebenen Situation und den motivationalen und emotionalen Zustand des Handelnden ist, eine Leistung die man mit Begriffen wie »kognitive« Kontrolle oder auch »exekutive Funktionen« zu fassen versucht.

479

44 Funktionen frontaler Strukturen Markus Ullsperger, D. Yves von Cramon

44.1

Beschreibungsebenen der Frontalhirnfunktionen

– 479

44.1.1 44.1.2 44.1.3 44.1.4

Inhibition bzw. Fazilitation – 480 Novelty detection – 481 Arbeitsgedächtnis – 482 Handlungsplanung, -durchführung und -evaluation – 483 44.1.5 Gedächtnisfunktionen – 485

44.2

Funktionelle Spezialisierung des Frontalhirns – 486

44.2.1 Laterale Anteile des Frontalhirns – 486 44.2.2 Die Medianwand – 487

)) Das Frontalhirn ist sowohl funtionell als auch anatomisch in verschiedene, miteinander interagierende, Teilgebiete gegliedert (. Abb. 43.1). Traditionell werden motorische, prämotorische, präfrontale und frontal-limbische Sektoren unterschieden. Die Grenzen dieser Areale sind unscharf und anhand makroskopisch-anatomischer Merkmale schwer zu ziehen. Die genannten Gebiete unterscheiden sich jedoch hinsichtlich ihrer Zytoarchitektonik und ihrer Faserverbindungen zu anderen Hirnstrukturen. Es liegt nahe – und viele Untersuchungen bestätigen dies – dass die unterschiedlichen Strukturen und Verschaltungen mit verschiedenen Funktionen assoziiert sind. Wie bereits im vorangegangenen Kap. 43 dargestellt, ist der frontale Kortex besonders intensiv und reziprok mit anderen Hirnregionen verschaltet. Schon aus dieser anatomisch besonderen Situation heraus erscheint es naheliegend, dass das Frontalhirn die Informationsflüsse aus dem sensorischen und motorischen System sowie somatische Einflüsse vom »milieu interne« integriert. Es scheint, als befinde sich der frontale Kortex auf der obersten Hierarchieebene sowohl des sensorischen als auch des motorischen Systems (Fuster 1997, 2000). Dennoch muss man mit einer zu strikten hierarchischen Sichtweise Vorsicht walten lassen, denn die 6

dem Frontalhirn zugeschriebenen Funktionen sind nicht allein sein Produkt, sondern resultieren aus dem Zusammenwirken vieler Teile eines frontoposterioren Netzwerkes. Zweifellos nimmt das Frontalhirn Einfluss (»top down«), wird aber im Gegenstrom (»bottom up«) in gleicher Weise von all den anderen Hirnregionen, mit denen es verknüpft ist und die wiederum indirekt Verbindungen zum Körper und zur Umgebung des Organismus herstellen, beeinflusst. So ist das Frontalhirn eine besonders gewichtige, komplex konfigurierte Komponente eines zerebralen Funktionskreislaufes, in dem es nach seiner Instantiierung keinen Anfang und kein Ende, kein Oben und kein Unten gibt.

! Der frontale Kortex hat eine besonders hohe bidirektionale Verschaltungsdichte mit den meisten Hirnstrukturen, wodurch er für integrative Funktionen wie Handlungsplanung und -durchführung unter Berücksichtigung von Motivation, Emotion und sensorischer Information über die Umwelt eine maßgebliche Rolle erlangt. Das Frontalhirn erfüllt seine Aufgaben immer im Verbund mit anderen Hirnstrukturen im Rahmen neuronaler Netzwerke.

44.1

Beschreibungsebenen der Frontalhirnfunktionen

Während man sich allgemein darüber einig ist, dass das Frontalhirn eine wichtige Rolle bei der Realisierung »höherer« kognitiver Funktionen ausübt, besteht noch kein Konsens über die nähere Spezifizierung dieser Funktionen. Dies resultiert unter anderem auch aus einer begrifflichen Konfusion, die sich auch in der zum Teil sehr unterschiedlichen Interpretation klinischer, bildgebender und elektrophysiologischer Untersuchungsergebnisse widerspiegelt. Im Allgemeinen wird das Frontalhirn als essentieller Bestandteil der Netzwerke angesehen, die die sog. »Exekutivfunktionen« ausführen. Dieser Begriff findet seit mehr als einem halben Jahrhundert für die Beschreibung der funktionellen Schnittstelle zwischen Sensorik und Motorik –

44

480

44

Kapitel 44 · Funktionen frontaler Strukturen

also Ein- und Ausgängen menschlichen Verhaltens – in der klinischen und experimentellen Neuropsychologie Verwendung. Dennoch hat sich bis heute keine allgemeingültige Definition dieses Begriffs etabliert, vielmehr finden sich beispielhafte Aufzählungen von inhaltlich recht heterogenen Funktionen, die unter dem Oberbegriff Exekutivfunktionen eingeordnet werden. Dazu zählen z. B.: die Modulation der Aufmerksamkeit, der Wechsel zwischen attentionalen Einstellungen, die Hemmung (Inhibition) von Verarbeitung und Handlungsausführung, die Antizipation und Auswahl von Handlungszielen, das Problemlösen, das strategische Abwägen in Planungen, das perzeptiv-mnemonische und motorische Sequenzieren, das Überwachen (Monitoring) von Repräsentationen, das Beibehalten eines Zieles und die Evaluation von Rückmeldungen. Bei genauer Betrachtung ist zu erkennen, dass diese Funktionen in verschiedene Beschreibungsebenen fallen. Gemeinsam ist diesen Funktionen, dass sie gleich weit entfernt zu sein scheinen von der Oberfläche, mit der der Organismus im Kontakt zur Außenwelt steht (also den Sinnen einerseits und den motorischen Effektoren andererseits). Sie wirken auf elementarere oder routinierte kognitive Fähigkeiten steuernd und modulierend ein. Die Mehrheit der genannten Exekutivfunktionen kann unter dem Oberbegriff Handlungsplanung zusammengefasst werden. Daran schließt sich eine weitere Gruppe von Funktionen an, die häufig als Monitoring (also Überwachung) bezeichnet werden. Gemeint ist ein Abgleich mnemonischer Handlungs-, Mittel- und Zielrepräsentationen mit dem jeweils aktuellen Stand der Handlung unter steter Zielbeibehaltung und Rückmeldungsevaluation. Diesen beiden übergeordneten Aspekten exekutiver Funktionen, die einerseits die Planung, andererseits die Durchführung einer Handlung betreffen, stehen die Funktionen gegenüber, die als Aufmerksamkeitskontrolle zusammengefasst werden können. Hierbei handelt es sich klar um eine andere Beschreibungsebene, denn Mechanismen wie Wechsel der Aufmerksamkeit und Hemmung perzeptueller, motorischer und mnemonischer Prozesse sind sicherlich sowohl für die Planung als auch für die Durchführung von Handlungen notwendig. Es ist daher zu fragen, ob man diese Funktionsgruppe überhaupt als eigenständige, von der Handlungsplanung und -kontrolle unabhängige Funktionsklasse betrachten kann. In engem Zusammenhang zur Aufmerksamkeitskontrolle steht die Funktion des Arbeitsgedächtnisses. Damit wird das temporäre Aktivhalten und die Manipulation von sensorischen, aber auch

motorischen Repräsentationen bezeichnet (7 ausführlicher Kap. 40). Des weiteren wird dem Frontalhirn eine wichtige Stellung bei der Erkennung und Bewertung neuartiger Reize (»novelty detection«) und der entsprechenden Modulation der Handlungsplanung und -durchführung zugeschrieben. Schließlich ist das Frontalhirn über die sog. Exekutivfunktionen hinaus auch für Enkodierungs- und Abrufprozesse des Langzeitgedächtnisses bedeutsam. Gelegentlich werden diese Prozesse unter dem Begriff »executive memory« zusammengefasst. ! Das Frontalhirn ist maßgeblich beteiligt an der Umsetzung der sog. Exekutivfunktionen und hat darüber hinaus Bedeutung für Enkodierungs- und Abrufprozesse des Langzeitgedächtnisses. Unter dem Begriff der Exekutivfunktionen wird eine heterogene Gruppe von Mechanismen zusammengefasst, die flexibles, intentionales Verhalten ermöglichen. Zu den Exekutivfunktionen zählen Handlungsplanung, Handlungsüberwachung. Außerdem werden die Arbeitsgedächtnisfunktionen hinzugerechnet.

Im Weiteren werden exemplarisch einige Befunde bildgebender und elektrophysiologischer Verfahren (PET, fMRT, EKP) der kognitiven Neurowissenschaften herausgegriffen, die die funktionelle Spezialisierung frontaler Hirnstrukturen beleuchten. Bei derartigen Studien ist zu berücksichtigen, dass das menschliche Gehirn und insbesondere der frontale Kortex nicht rein lokalisatorisch aufgeteilt werden kann. Es wird keine Kartierung von ausschließlich auf einzelne Funktionen und Modalitäten spezialisierten Kortexarealen erstellt werden können, vielmehr ist eine unterschiedliche starke funktionelle Gewichtung in häufig ähnlichen und überlappenden Netzwerken zu erwarten.

44.1.1

Inhibition bzw. Fazilitation

Für die Realisation der Planung und Durchführung von Handlungen bedarf es der Gewichtung von Informationen, die über Exzitation bzw. Fazilitation relevanter Repräsentationen ebenso wie die Inhibition bzw. Suppression irrelevanter Inhalte verwirklicht wird. Bei der Verwendung dieser Begriffe ist zu beachten, dass Inhibition auf neuronaler Ebene nicht mit der Inhibition im psychologischen Sinne gleichgesetzt werden kann. Hinweise für inhibitorische und

481 44.1 · Beschreibungsebenen der Frontalhirnfunktionen

exzitatorische Einflüsse des präfrontalen Kortex auf sensorische Eingänge finden sich in verschiedenen EKP-Studien (z.B. Knight et al. 1999). So waren die evozierten Potentiale der primären auditorischen und somatosensorischen Kortizes bei Patienten mit Läsionen an der dorsolateralen Konvexität des präfrontalen Kortex im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen signifikant erhöht. Diese Patienten zeigten auch ein Defizit des sog. »auditory gating«. Bei dieser Untersuchung werden Paare von auditorischen Klicks monaural dargeboten. Bei Gesunden ist die Amplitude des auf den zweiten Klick folgenden EKP als im Latenzbereich 30–65 ms im Vergleich zum EKP nach dem ersten Klick deutlich reduziert, was als Zeichen der Suppression irrelevanter Stimuli interpretiert und als Auditory gating bezeichnet wurde. Patienten mit präfrontalen Läsionen (speziell am oberen Ufer des Sulcus frontalis inferior) zeigten bei Darbietung der Stimuli ipsilateral zur Läsion ein deutlich vermindertes und bei kontralateraler Darbietung gar kein Auditory gating. Ähnlich führten Läsionen im lateralen präfrontalen Kortex zu einer reduzierten EKP-Aktivität über dem ipsilateralen extrastriären Kortex in einer visuellen Detektionsaufgabe. Diese EKP-Veränderungen waren mit Einbußen bei der Erkennung von Reizen im kontraläsionalen Halbfeld assoziiert (Barceló et al. 2000). Eine große Anzahl bildgebender Studien befasste sich mit Fragen der selektiven visuellen Aufmerksamkeit und dem Aufmerksamkeitswechsel. Eine Übersicht über bildgebende Studien des visuell-räumlichen Aufmerksamkeitswechsels (Corbetta 1998) zeigt, dass bei offenem Aufmerksamkeitswechsel (mit Augenbewegungen) neben posterioren Aktivierungen das sog. frontale Augenfeld (»frontal eye field«, FEF) aktiviert wird. Interessanterweise zeigten sich auch bei Studien mit verdecktem Aufmerksamkeitswechsel ähnliche Aktivierungen im Kortex um den Sulcus frontalis superior, insgesamt etwas weiter anterior, jedoch mit starker Überlappung mit den Aktivierungen bei Augenbewegungen. Dieses Gebiet ist also sowohl für die Planung intentionaler Augenbewegungen als auch für die visuelle Aufmerksamkeitskontrolle wichtig. Diese Hypothese wird gestützt durch den Befund, dass repetitive transkranielle Magnetstimulation über den FEF die Performanz in visuellen Suchaufgaben modulierte, unabhängig von der Notwendigkeit, Augenbewegungen zu generieren (Muggleton et al. 2002). In einer Reihe weiterer fMRT-Studien wurde zunächst verdeckt die Aufmerksamkeit auf einen bestimmten Ort gerichtet (Vorbereitungsphase), wo später ein visueller Zielreiz auftauchen konnte (Detektionsphase). In der Vorbereitungsphase korrelierte die Aufmerksamkeitszu-

wendung mit starken Aktivierungen des FEF, der prä-SMA und parietaler Areale (Lobulus parietalis superior; Sulcus interparietalis) und schwächeren Aktivierungen im primären und sekundären visuellen Kortex in Abwesenheit eines visuellen Stimulus. Nachdem in der Detektionsphase ein visueller Zielreiz dargeboten wurde, steigerte sich die Aktivität im visuellen Kortex weiter, während die Aktivierungen im FEF, prä-SMA und parietal konstant blieben. Dieses Aktivierungsmuster wurde als Hinweis auf eine »Top-down-Modulation des visuellen Kortex durch das frontoparietale Netzwerk interpretiert (Hopfinger et al. 2000). Eine Studie von Gazzaley et al. (2005) untersuchte die Top-Down-Modulation der neuronalen Aktivität von visuellen Assoziationskortizes mittel EKP und fMRT. Neben einer Replikation der Modulierbarkeit der Stärke der neuronalen Aktivität durch Aufmerksamkeitsfokussierung wurde auch eine Modulation der Geschwindingkeit der Verarbeitung anhand veränderter EKP-Latenzen gezeigt. Top-Down-Modulationen durch den frontalen Kortex werden jedoch nicht nur für perzeptuelle Prozesse angenommen. Hinweise auf eine Beeinflussung des parietalen Kortex durch den lateralen präfrontalen Kortex wurden bei der Integrierung von fMRT- und EKP-Befunden zur Aufgabenvorbereitung gefunden. So wurde gezeigt, dass die mit der Aktualisierung von Aufgabenrepräsentationen assoziierte laterale frontale Aktivität einer parietalen Aktivierung zeitlich vorausgeht (Brass et al. 2005).

44.1.2

Novelty detection

Die Richtung der Aufmerksamkeit auf neue, unbekannte und unerwartete Reize ist wichtig, um die Relevanz dieser Reize zu evaluieren und ggf. die Handlungen zu adaptieren. Die sog. Novelty P300 ist ein EKP, das bei der Darbietung neuer, unbekannter Reize evoziert wird. Die Novelty P300 ist nicht nur als Korrelat der automatischen Orientierungsreaktion zu werten, sondern markiert die Umverteilung von Aufmerksamkeitsressourcen zugunsten potentiell handlungsrelevanter Reize. Patienten mit (dorsolateralen) Frontalhirnläsionen haben bei Präsentation neuer Reize geringere Betrachtungszeiten als Gesunde. Diese verminderte Aufmerksamkeitszuwendung korreliert mit einer massiven Reduktion (bis hin zur Abwesenheit) der Novelty P300 bei diesen Patienten (Daffner et al. 2000; Knight 1984). Daraus ist zu folgern, dass der laterale präfrontale Kortex wichtig für die Ressourcenumverteilung der Auf-

44

482

Kapitel 44 · Funktionen frontaler Strukturen

merksamkeit hin zu neuen, potentiell signifikanten Umweltreizen ist. Die Heterogenität der Läsionen der in bisherigen Studien untersuchten Patienten, insbesondere die hohe Varianz der Läsionsausdehnungen, lässt eine nähere Spezifizierung des für die Novelty detection relevanten präfrontalen Areals noch nicht zu. Allerdings wurde kürzlich die Rolle des Gyrus frontalis medius bei der Novelty detection in einer fMRT-Studie näher charakterisiert. Ebenso wie der Hippocampus zeigte diese Region eine rasche Habituation der Aktivität bei der Darbietung mehrerer Novel-Reize (Yamaguchi et al. 2004). Beide Strukturen scheinen somit eine wichtige Rolle bei der Orientierungsreaktion zu spielen.

44.1.3

44

Arbeitsgedächtnis

Das Arbeitsgedächtnis wird meist als ein System diskutiert, das der temporären Speicherung und Manipulation von nicht mehr in der Umwelt zur Verfügung stehenden Informationen dient, um diese Informationen dann für die Handlungssteuerung einzusetzen. Die Konzepte variieren jedoch zwischen den Forschergruppen beträchtlich. Einigkeit besteht darin, dass der präfrontale Kortex eine bedeutende Rolle in der Funktion des Arbeitsgedächtnisses innehat. Der Fokus der gegenwärtigen Forschung liegt auf der Frage, auf welche Weise die Arbeitsgedächtnisfunktionen im Frontalhirn implementiert sind. Dabei gibt es derzeit zwei konkurrierende Hauptkonzepte. Einige Forscher sind der Ansicht, dass die funktionell-anatomische Organisation des präfrontalen Kortex auf dem Inhalt der Information basiert (Goldman-Rakic 1996). Das bedeutet, dass alle präfrontalen Regionen ähnliche Aufgaben erfüllen (nämlich das Halten, evtl. auch Manipulieren von Informationen), jedoch auf verschiedene Modalitäten spezialisiert sind (domänenspezifisches Modell). Andere Forschergruppen vertreten dagegen ein funktionsspezifisches Modell, das besagt, dass der präfrontale Kortex polymodal arbeitet, jedoch einzelne Areale auf bestimmte kognitive Funktionen spezialisiert sind (Petrides 1996; Owen 1998). Experimentell werden diese Hypothesen mit folgenden Fragen untersucht: 1. Welche Areale sind aktiv, wenn verschiedene Typen von Information (Objekte, Lokalisationen, Reaktionsrepräsentationen, verbale Informationen) gehalten werden? 2. Welche Areale sind aktiv, wenn verschieden kognitive Funktionen (sensorische, motorische, Halte- und Manipulationsfunktionen) ausgeführt werden?

Die Ergebnisse sind derzeit widersprüchlich. Wahrscheinlich ist es nicht möglich, derart einfache Organisationsprinzipien des präfrontalen Kortex anzunehmen. Es ist denkbar, dass beide Konzepte, die sich nicht unbedingt ausschließen müssen, gleichermaßen ihre Berechtigung haben und dass verschiedene präfrontale Areale sich hinsichtlich der Gewichtung der verarbeiteten Informationsdomänen und der ausgeführten kognitiven Funktionen unterscheiden. Einige Beispielbefunde sollen nun beide Konzepte illustrieren.

Evidenz für domänenspezifische Modelle Das domänenspezifische Modell, vor allem vertreten durch die Forschergruppe um Patricia Goldman-Rakic, basiert zu einem entscheidenden Anteil auf Daten, die bei nichtmenschlichen Primaten gewonnen wurden. In Analogie zum dorsalen und ventralen Verarbeitungsweg visueller Informationen in posterioren Anteilen des Gehirns wird postuliert, dass Areale dorsal des Sulcus principalis beim Affen auf die Verarbeitung visuell-räumlicher Informationen spezialisiert ist, während ventral davon gelegene Areale des präfrontalen Kortex nichträumliche, objektbezogene Informationen verarbeiten. Läsionsstudien und Einzelzellableitungen legten nahe, dass in dorsolateralen Arealen Neurone stärker bei visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisaufgaben (meist in der Form von »delayed matching-tosample tasks«) aktiviert sind, während Aufgaben ohne räumlichen Anteil (Objekt- oder Gesichtererkennung, taktile Informationen etc.) eher Neurone der inferioren Konvexität involvieren. Die Übertragung dieser Ergebnisse auf das menschliche Gehirn ist mit verschiedenen Schwierigkeiten verbunden. So müssen einerseits hinreichend ähnliche Arbeitsgedächtnisprozesse bei Menschen und anderen Primaten angenommen werden, andererseits müssen die anatomischen Homologe der eben beschriebenen Areale des Affengehirns beim menschlichen Gehirn bestimmt werden. Dennoch lassen einzelne funktionell-bildgebende Befunde beim Menschen ein zumindest teilweise ähnliches Funktionsprinzip vermuten. So finden sich erwartungsgemäß bei der Verarbeitung verbalen Materials (und beim Halten in der phonologischen Schleife) Aktivierungen im sog. BrocaAreal (BA 44; Pars opercularis gyri frontalis). Die Datenlage und die Interpretationen sind aber derzeit noch recht widersprüchlich, unter anderem auch dadurch bedingt, dass die durch die Versuchspersonen verwendeten Strategien für die Lösung der Arbeitsgedächtnisaufgaben (z. B. verbal vs. nonverbal; objektbezogene oder räumliche Rekodierungen) nicht leicht kontrollierbar sind.

483 44.1 · Beschreibungsebenen der Frontalhirnfunktionen

Evidenz für funktionsspezifische Modelle Mehrere aktuelle Metaanalysen bildgebender Studien verglichen die Aktivierungen bei räumlichen und nichträumlichen Arbeitsgedächtnisaufgaben. Dabei wurden für beide Typen verarbeiteter Information Aktivierungen in den gleichen Arealen des präfrontalen Kortex, speziell im Bereich des Gyrus frontalis medius (BA 9, 46) beschrieben. Dagegen fanden sich in den posterioren Assoziationskortizes dissoziierbare Aktivationen für räumliches und nichträumliches Material. Dieses Befundmuster wurde dahingehend interpretiert, dass die aktivierten Bereiche polymodal arbeiten, also Informationen verschiedener Domänen auf ähnliche Weise verarbeiten. Zur Testung funktionsspezifischer Konzepte zur Struktur des präfrontalen Kortex wurden meist 2 Hauptfunktionen des Arbeitsgedächtnisses, das Halten (»maintenance«) und Manipulieren (»manipulation«) von Informationen, verglichen. Eine Vielzahl von PET- und fMRT-Studien berichtete Aktivierungen im Bereich des frontolateralen Kortex (meist als ventrolateraler präfrontaler Kortex bezeichnet; BA 47, 44, 45), die mit dem Halten von Informationen im Arbeitsgedächtnis assoziiert waren. Dagegen wurden bei der Manipulation zusätzlich Areale oberhalb des Sulcus frontalis inferior aktiviert, meist im Bereich des Gyrus frontalis medius (BA 9, 46; häufig ungenau als dorsolateraler präfrontaler Kortex bezeichnet). Spätere Studien zeigten, dass der Kortex des Gyrus frontalis medius auch bei Halteaufgaben aktiviert wird, jedoch nur bei hoher Arbeitsgedächtnisbelastung bzw. beim Enkodieren der Information im Arbeitsgedächtnis und in geringerem Maße als bei Manipulationsaufgaben (z.B. D’Esposito et al. 2000). Die Interpretationen dieser Befunde sind zum Teil noch umstritten, doch können sie zumindest als Hinweis auf eine funktionsspezifische Strukturierung des präfrontalen Kortex gewertet werden. Es bleibt zu klären, ob mit Begriffen wie Halten, Manipulation und Monitoring die Funktionen des Frontalhirns im Arbeitsgedächtnis treffend beschrieben sind oder ob auch hier andere Beschreibungsebenen angemessener wären. ! Das Arbeitsgedächtnis dient dem temporären Halten und der Manipulation von in der Umwelt nicht mehr verfügbarer Information, die später für die Handlungssteuerung eingesetzt wird. Zwei Konzepte beschreiben die Organisation der Arbeitsgedächtnisfunktion des präfrontalen Kortex auf unterschiedliche Weise, die sich jedoch nicht zwingend gegenseitig ausschließen müssen. Basierend auf Studien an nicht6

menschlichen Primaten besagt das domänenspezifische Modell, dass der präfrontale Kortex bezüglich der verarbeiteten Informationsinhalte spezialisiert ist (z. B. dorsolateral: visuell-räumliche Informationen, ventrolateral: objektbezogene Informationen). Funktionsspezifische Modelle postulieren dagegen, dass verschiedene präfrontale Regionen auf verschiedene Arbeitsgedächtnisfunktionen (z. B. Enkodieren, Halten, Manipulieren) spezialisiert sind und jede Modalität verarbeiten können.

44.1.4

Handlungsplanung, -durchführung und -evaluation

Zielgerichtetes, adaptives Verhalten beinhaltet eine Reihe von essentiellen kognitiven Prozessen. Zunächst müssen Ziele und Subziele generiert und mögliche Handlungsstränge und -ausgänge in Bezug zur eigenen Person gesetzt werden. Dabei müssen Unsicherheiten über mögliche Alternativhandlungen ausgeräumt werden, so dass die mit der optimalen Ergebnisvorhersage assoziierte Handlung ausgewählt werden kann. Liegen feste Reaktionssequenzen vor, kann es dennoch durch irrelevante externe Reize, die automatisierte Handlungen anstoßen, zum Handlungskonflikt kommen. Klassische Beispiele sind Interferenzaufgaben, wie die Eriksen-Flankierreizaufgabe, bei der in der Nähe des Zielreizes auftauchende, irrelevante – eigentlich zu ignorierende – Reize eine mit der geforderten Handlung konkurrierende Alternativhandlung anstoßen. Wenn eine derartige automatisierte Handlungstendenz überwiegt und ausgeführt wird, kommt es zum Handlungsfehler. Auch sich rasch ändernde Umweltbedingungen können eine eben noch richtige Handlung zu einem Fehler machen. Fehler bedeuten, dass das Handlungsziel, also das vorhergesagte Ergebnis, nicht erreicht wurde. Sie erfordern Korrekturmaßnahmen, um das Ziel doch noch zu erreichen, und Anpassungen der Handlungen in zukünftigen ähnlichen Situationen, um die Zielerreichung zu optimieren. Um derartige flexible Anpassungen zu ermöglichen, ist eine ständige Handlungsüberwachung und Rückmeldung der Ergebnisse an die Handlungsplanungs- und -ausführungssysteme unerlässlich.

Planung und Umsetzung von Handlungssequenzen Um ein Ziel zu erreichen, müssen meist mehrere Handlungsstränge verfolgt und miteinander verschränkt werden. Die Ausführung nicht eindeutig vorhersagbarer Hand-

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484

Kapitel 44 · Funktionen frontaler Strukturen

lungssequenzen (Koechlin et al. 2000), die Verfolgung von Subzielen und prospektive Gedächtnisaufgaben sind mit einem Anstieg der hämodynamischen Aktivität im anterioren präfrontalen Kortex (BA 10) verbunden. Es wird angenommen, dass diese Region v. a. bei der Integration mehrerer kognitiver Operationen zur Erreichung eines komplexen Ziels involviert ist (Ramnani u. Owen 2004). Dabei werden meist stimulusorientierte und stimulusunabhängige (intern verarbeitete) Funktionen integriert (Burgess et al. 2005). Ein interessanter Aspekt dabei ist, dass der Bezug zur eigenen Person, wie er bei introspektiven evaluativen Urteilen, heuristischen Entscheidungsprozessen und sog. Theory-of-Mind-Aufgaben (7 Abschn. 45.3) gegeben ist, verstärkt zu Aktivierungen der anterioren Frontomedianwand (BA 10m) führt (Zysset et al. 2003; Volz et al. 2005; Frith u. Frith 2003).

chung aber auch vor und während der eigentlichen Handlung ablaufende Prozesse, die bei der Vermeidung möglicher Fehler helfen, z. B. die Überwachung von Entscheidungs- und Handlungskonflikten. Allen diesen Prozessen ist gemeinsam, dass sie der Optimierung des Handlungserfolgs dienen. Um 1990 wurde von zwei Forschergruppen in Dortmund und Champaign, Illinois, eine EKP-Komponente beschrieben, die etwa 50–100 ms nach fehlerhaften Reaktionen auftritt, die »error negativity« (Ne; Falkenstein et al. 1990) oder auch »error-related negativity« (ERN; Gehring et al. 1993). Die Ne wird als Korrelat der Fehlerverarbeitung interpretiert (. Abb. 44.1). Quellenanalysen legen nahe, dass sie im posterioren frontomedianen Kortex (pFMC) generiert wird. fMRT-Untersuchungen unterstützten und präzisierten diesen Befund. Eine kürzlich erschienene Metaanalyse (Ridderinkhof et al. 2004; . Abb. 44.2) legt nahe, dass das rostrale zingulärmotorische Areal (»rostral cingulate zone«, RCZ) an der Grenze zwischen dem proisokortikalen anterioren zingulären Kortex (BA 24) und den neokortikalen Assoziations- (BA32, 8) und supplementärmotorischen Arealen (BA 6) bei der Fehlerüberwachung aktiviert wird. Die Analyse zeigte ferner, dass der posteriore frontomediane Kortex aktiv wird in allen Situationen, die einen tatsächlichen oder drohenden Handlungsmisserfolg beinhalten und somit eine Neuanpassung des Verhaltens erfordern. Kurz, der pFMC scheint die Notwendigkeit einer flexiblen Verhaltensänderung zur Optimierung des Handlungsergebnisses zu signalisieren. Es gibt Hinweise darauf, dass die anatomische Differenzierung der posterioren Frontomedianwand von einer funktionellen Subregionalisierung begleitet wird (Ullsperger u. von Cramon 2001; Rushworth et al. 2004), wobei die eher neokortikalen Gebiete bei drohenden Misserfolgen aktiv werden, während die RCZ mehr auf bereits erfolgte Fehler und Verluste reagiert. Patientenstudien zeigten, dass auch der laterale präfrontale Kortex für die Generierung normaler fehlerbezogener EKPs erforderlich ist (Gehring u. Knight 2000; Ullsperger et al. 2002). Der laterale präfrontale Kortex scheint kontextuelle Informationen bereitzustellen, insbesondere die Aufgabenrepräsentation, die für die Fehlererkennung notwendig ist.

Handlungsüberwachung

Flexible Anpassung von Handlungen

Zur Handlungsüberwachung zählen einerseits Prozesse, die die Handlung begleiten, wie die Fehlerdetektion und die Verarbeitung externer Rückmeldungen über den Handlungserfolg. Andererseits gehören zur Handlungsüberwa-

Führen plötzliche Änderungen der Umwelt oder unerwartet schlechte Handlungsausgänge (z. B. Fehler) zur Notwendigkeit einer Handlungsanpassung, so muss die Handlungsrepräsentation aktualisiert werden. Eine Reihe von

. Abb. 44.1. Fehlerbezogene Komponenten im reaktionsbezogen gemittelten ereigniskorrelierten Potential an Elektrode FCz. Zum Zeitpunkt 0 s wurde die Reaktion durch Tastendruck ausgeführt. Bei fehlerhafter Antwort (gepunkteter Potentialverlauf ) findet sich nach etwa 80 ms eine negative Deflektion, die »error negativity« (Ne). Etwa 350 ms nach fehlerhafter Reaktion tritt eine Positivierung auf, die »error positivity« (Pe). In der vorliegenden Darstellung wurde die mittlere Amplitude über 100 ms vor dem Stimulus als Basislinie gewählt

44

485 44.1 · Beschreibungsebenen der Frontalhirnfunktionen

a

b

Studien zum Vorbereiten und Wechseln von Aufgaben unterstreicht die Bedeutung des lateralen frontalen Kortex für die flexible Handlungsanpassung. Insbesondere das inferiore frontale Kreuzungsareal um den Verbindungspunkt von Sulcus frontalis inferior und Sulcus praecentralis inferior wird bei der Aktualisierung von Aufgabenrepräsentationen aktiviert, wie eine große Anzahl von fMRT-Studien zeigt (Derrfuss et al. 2004, 2006). Kerns et al. (2004) zeigten, dass die Detektion von Fehlern und Handlungskonflikten im pFMC mit einer im nachfolgenden Versuchsdurchgang beobachteten – wahrscheinlich mit der Verhaltensanpassung assoziierten – Aktivierung im lateralen präfrontalen Kortex korreliert. Wie bereits erwähnt, nimmt man an, dass die Aktualisierung der Aufgabenrepräsentation im inferioren frontalen Kreuzungsareal zu Top-Down-Modulationen posterior gelegener Hirnareale führt, wodurch die Verhaltensanpassung realisiert werden kann.

44.1.5

. Abb. 44.2a, b. Rolle des posterioren frontomedianen Kortex (pFMC) bei der Handlungsüberwachung. a Schematische Karte der anatomischen Subareale des menschlichen pMFC. Die Zahlen bezeichnen die Brodmann-Areale. Rot schattiert:»rostral cingulate zone« (RCZ), blau schattiert: »caudal cingulate zone«. b Metaanalyse frontomedianer Aktivierungsfoci aus 38 Studien (1997–2004) zu Handlungskonflikt, Entscheidungsunsicherheit, Fehlern und negativen Rückmeldungen. Im oberen Teil Darstellung der Foci auf einem sagittalen anatomischen MRT-Schnitt (x=4) projiziert, im unteren Teil Darstellung in der schematischen Karte. (Aus Ridderinkhof et al. 2004)

Gedächtnisfunktionen

Hier soll es um den Beitrag präfrontaler Strukturen zu Gedächtnisfunktionen gehen. Läsionen präfrontaler Areale führen zu einem anderen Muster von Gedächtnisstörungen als Schädigungen des mediobasalen Temporallappens (Shimamura 1996; 7 auch Kap. 41). Bei meist erhaltener Fähigkeit zur Wiedererkennung gelernten Materials ist die freie Wiedergabe vermindert. Dies scheint auf eine Störung der Anwendung von Gedächtnisstrategien hinzuweisen, ebenso wie der Befund, dass häufiger irrelevante Informationen abgerufen werden (verstärkte proaktive Interferenz von früher gelerntem auf später enkodiertes Material). Auch der Abruf des Kontextes episodischer Gedächtniseinträge (das Herkunftsgedächtnis) ist bei präfrontalen Läsionen gestört. Des weiteren fällt auf, dass diese Patienten ihre Gedächtnisleistungen häufig schlecht selbst einschätzen können (Metagedächtnisstörung). ! Läsionen des präfrontalen Kortex führen zu einem anderen Muster von Gedächtnisstörungen als bei amnestischen Syndromen infolge von Schädigungen des erweiterten hippocampodienzephalen Systems. Insbesondere sind betroffen: 4 die freie Wiedergabe, 4 das Herkunftsgedächtnis und 4 das Wissen über die Gedächtnisinhalte und Abrufstrategien (Metagedächtnis).

44

486

44

Kapitel 44 · Funktionen frontaler Strukturen

Bei der Untersuchung des Gedächtnisabrufs mit Hilfe ereigniskorrelierter Potentiale werden sog. Alt-neu-Effekte beobachtet. Als Alt-neu-Effekt bezeichnet man den ab etwa 300 ms beginnenden positiveren Verlauf des EKP für korrekt wiedererkannte »alte« Stimuli verglichen mit dem EKP für richtig als neu klassifizierte, zuvor nicht gezeigte Stimuli. Von besonderem Interesse für dieses Kapitel ist dabei eine ab etwa 800 ms auftretende über mindestens 500 ms anhaltende positive Alt-neu-Differenz an der rechts frontalen Kopfoberfläche. Dieser späte rechts frontale Alt-neuEffekt tritt auf, wenn ein neben dem Gedächtniseintrag selbst auch Kontextinformationen über die Studienepisode erfolgreich abgerufen wurden. Es wird angenommen, dass dieser Effekt ein Korrelat des Abrufs nachgeordneten Evaluationsprozessen darstellt. Bei diesem späten rechts frontalen Alt-neu-Effekt handelt es sich um eine langanhaltende, scharf fokussierte langsame Welle, sodass – auch wenn eine genaue Quellenbestimmung nicht möglich ist – mit einiger Sicherheit ein präfrontaler Generator angenommen werden kann. Auch in bildgebenden Studien wurden häufig Aktivationen präfrontaler Kortexareale beim Gedächtnisabruf beobachtet. Ihre funktionelle Signifikanz wird dabei hinsichtlich verschiedener Aspekte diskutiert (Rugg u. Wilding 2000): 4 Abrufmodus (»retrieval mode«, »set«): Das Gehirn muss sich bei diesem auf Tulving (1983) zurückgehenden Modell in einem speziellen, den Gedächtnisabruf unterstützenden Zustand befinden. 4 Abruforientierung (»retrieval orientation«): Es handelt sich ebenfalls um einen angenommenen Zustand, der durch die beim Abruf benötigten Verarbeitungsprozesse bestimmt wird. So wird die Abruforientierung z.B. dadurch festgelegt, ob für eine Aufgabe das bloße Wiedererkennen oder auch weitere Herkunftsinformationen erforderlich sind. 4 Abrufaufwand (»retrieval effort«): Dieser Begriff ist in der Literatur ungenau spezifiziert und meint die Anstrengung, die zum Abruf eines Gedächtnisinhaltes aufgebracht werden muss. 4 Abruferfolg (»retrieval success«): Es ist unwahrscheinlich, dass der Abruferfolg allein durch spezifische neuronale Aktivität signalisiert wird; vielmehr schließen sich weitere, dem erfolgreichen Abruf nachgeordnete Prozesse an, die der Evaluation und der Rekonstruktion dienen (»post-retrieval processing«). Bisher hat noch keine Studie exakt nur einen dieser hypothetischen Prozesse untersucht und die Konfundierung

durch einen anderen Prozess sicher ausgeschlossen. Daher ist die funktionelle Zuordnung der präfrontalen Aktivierungen schwierig. Auch der Vergleich mit ähnlich angelegten EKP-Studien war bisher wenig erfolgreich. Zum Beispiel zeigten sich in Experimenten, in denen reproduzierbar ein rechts frontaler EKP-Alt-neu-Effekt gefunden wurde, bilaterale, jedoch linksbetonte frontale Aktivierungen. Es wurden in den letzten Jahren verschiedene Hypothesen über die Lateralisierung spezifischer Gedächtnisfunktionen formuliert, die jedoch unseres Erachtens derzeit noch nicht hinreichend empirisch unter-mauert sind. Daher verzichten wir auf eine weitere Darstellung im Rahmen dieses Lehrbuches.

44.2

Funktionelle Spezialisierung des Frontalhirns

Wie aus den vorangegangenen Abschnitten hervorgeht, ist die Untersuchung der frontalen Funktionen keineswegs trivial oder an ihrem Endpunkt angelangt. Die funktionelle Organisation erweist sich als äußerst komplex und ist nicht mit einfachen Kartierungen zu beschreiben. Dennoch soll im Folgenden versucht werden, aufbauend auf Ergebnissen der funktionellen Bildgebung Hypothesen über die Funktionen einzelner Anteile des Frontalhirns zu formulieren.

44.2.1

Laterale Anteile des Frontalhirns

Der dorsolaterale präfrontale Kortex (insbesondere der Bereich des Gyrus frontalis medius) scheint eine wichtige Rolle bei der Manipulation von im Arbeitsgedächtnis gehaltenen Informationen zu spielen. Beim einfachen Halten von Informationen (»maintenance«) ist er anscheinend vor allem notwendig für das Enkodieren im Arbeitsgedächtnis und die Abschirmung von ablenkenden Informationen. Des weiteren scheint dieser Teil des präfrontalen Kortex eine wichtige Rolle bei Suchprozessen im Arbeitsgedächtnis innezuhaben. Für die Abwehr von Interferenzen und die flexible Anpassung des Verhaltens durch Aktualisierung von Aufgabenrepräsentationen ist ein etwas weiter posterior gelegenes Areal von wahrscheinlich größerer Bedeutung: das bereits erwähnte inferiore frontale Kreuzungsareal um den Verbindungspunkt der Sulci frontalis inferior und praecentralis inferior. Diese Struktur ist nach morphometrischer Auswertung kernspintomographischer Daten einer großen

487 44.2 · Funktionelle Spezialisierung des Frontalhirns

Anzahl von Versuchspersonen äußerst invariant und scheint schon sehr früh in der Ontogenese ausgebildet zu werden. Neueste histologische Studien weisen auf eine spezifische Zyto- und Rezeptorarchitektonik dieses Areals an der Grenze zwischen den prämotorischen und präfrontalen Kortizes hin. Das Rindengebiet um den Sulcus frontalis superior scheint verschiedenste Aspekte der Orientierung zu unterstützen. Anteriore Areale sind dort häufiger bei Langzeitgedächtnissuchen aktiviert, posteriore Areale und das FEF häufiger bei räumlichem Aufmerksamkeitswechsel. Der prämotorische Kortex, dieses zwischen präfrontalen und motorischen Kortexarealen vermittelnde Rindenband, scheint die momentan als verhaltensrelevant gewichteten Umweltreize einerseits und die assoziierten motorischen Möglichkeiten andererseits sequentiell aufeinander abzustimmen und durch diese Sequenzierung ein ausgerichtetes Verhalten in der Zeit zu gewährleisten. Bemerkenswert ist dabei die zweifache funktionelle Gewichtung längs dieser Rindenstruktur, nämlich zum einen die enge topologische Verschränkung mit dem sensomotorischen Kortex, zum anderen aber die Tendenz, dass perzeptuell (external) geleitetes Verhalten eher laterale, mnemonisch (internal) generiertes Verhalten hingegen eher mediane Aspekte des prämotorischen Kortex (SMA) involviert.

44.2.2

Die Medianwand

Der frontomediane Kortex umfasst die medianen Abschnitte des Gyrus frontalis superior (BA 11, 10, 9, 8, 6) mit dem supplementärmotorischen Areal (SMA, BA 6). Zwischen diesen neokortikalen Arealen und dem Balken erstreckt sich der anteriore zinguläre Kortex (ACC, BA 24). Sein posteriorer Anteil enthält – zusammen mit dem parazingulären Übergangsareal BA 32 – das rostrale zingulärmotorische Areal (RCZ). Wie bereits dargestellt, wird der posteriore frontomediane Kortex einschließlich der RCZ aktiviert, wenn eine für die Ergebnisoptimierung notwendige Verhaltensänderung erforderlich wird. Somit kommt dieser

. Abb. 44.3. Lokalisationen der Aktivierungsmaxima des frontomedianen Kortex in 6 eigenen fMRT-Studien. Die einzelnen experimentellen Bedingungen sind in verschiedenen Graustufen dargestellt. Die Freiheitsgrade des Denkens und Handelns nehmen von hell- nach dunkelgrau (also von anterior nach posterior) ab und die Determiniertheit zu; SMA supplementärmotorisches Areal; ACC anteriorer cingulärer Kortex; AC Commissura anterior

Region eine Signalfunktion zu, die erst im Zusammenspiel mit lateralem frontalem Kortex und subkortikalen Strukturen zu einer Anpassung des Verhaltens führt. Weiter anterior in der Frontomedianwand beobachtete fMRT-Aktivierungen sind mit einer Zunahme der experimentellen Freiheitsgrade sowie einer Abnahme der Konkretheit und der Bindung an unmittelbar in zeitlicher Nähe erfolgende externe Stimulation und motorische Handlung verknüpft (. Abb. 44.3). Allen frontomedianen Funktionen scheint ein Bezug zur eigenen Person innezuwohnen. Auf diesen Befunden basierend ließe sich spekulieren, dass sich über diese Rindenfelder von anterior nach posterior ein schrittweiser Übergang von der Intention zur Handlung abbildet. Es sind weitergehende, den heute üblichen Rahmen (einfache Reize, wenig Freiheitsgrade in den Antwortmöglichkeiten) überschreitende, realitätsnähere Experimente gefordert, um diese Hypothese gezielt zu überprüfen.

44

488

Kapitel 44 · Funktionen frontaler Strukturen

Zusammenfassung Die anatomischen Verschaltungen des Frontalhirns ermöglichen eine bidirektionale Kommunikation mit den meisten anderen Hirnstrukturen. Frontale Strukturen integrieren also Informationen aus dem sensorischen und dem motorischen System sowie dem »milieu interne«. Daraus erklärt sich, dass das Frontalhirn an einer Vielzahl kognitiver Funktionen maßgeblich beteiligt ist. Dazu zählen einerseits die exekutiven Funktionen, wie Handlungsplanung, Handlungskontrolle, Arbeitsgedächtnis und Inhibition irrelevanter Informationen, andererseits die Erkennung und Evaluation neuartiger Reize (»novelty detection«) sowie Enkodierungs- und Abrufprozesse des Langzeitgedächtnisses. Bildgebende neurowissenschaftliche Verfahren geben Hinweise auf die funktionelle Spezialisierung der einzelnen zyto- und myeloarchitektonisch unterschiedlichen

44

Areale der frontalen Hirnrinde und auf ihre Einflüsse auf posteriore Hirnabschnitte. Laterale Abschnitte des präfrontalen Kortex übernehmen demnach Aufgaben wie das Halten und die Manipulation von Arbeitsgedächtnisinhalten (Gyrus frontalis medius), die Interferenzabwehr und Aktualisierung von Aufgabenrepräsentationen (inferiores frontales Kreuzungsareal), Gedächtnissuchprozesse (anteriorer Gyrus frontalis superior) und räumliche Aufmerksamkeitswechsel (posteriorer Gyrus frontalis superior, frontales Augenfeld). Frontomediane Strukturen scheinen eher internal geleitete Verhaltensaspekte zu verarbeiten und eine wichtige Rolle bei der Handlungskontrolle zu spielen. Abschließend sei noch einmal darauf hingewiesen, dass die genannten Areale niemals allein, sondern immer im komplexen Zusammenspiel sich häufig überlappender Netzwerke die sehr komplexen kognitiven Funktionen des menschlichen Gehirns ermöglichen.

489

45 Manifestationen von Frontalhirnschädigungen Thomas Kammer, Hans-Otto Karnath

45.1 45.2

»Wesensänderung« nach präfrontaler Schädigung – 490 Störungen der Exekutivfunktionen – 492

45.2.1 45.2.2 45.2.3 45.2.4 45.2.5

Verhalten – 492 Regelverstöße (»rule-breaking«) – 493 Perseveration, Inflexibilität, Rigidität – 494 Antizipation – 494 Arbeitsgedächtnis – 494

45.3 45.4

Störung der »Theory of Mind« – 495 Kognitive Modelle menschlicher Frontalhirnfunktionen – 496

45.4.1 45.4.2 45.4.3 45.4.4 45.4.5

Die Theorie von Shallice und Norman – 496 Grafmans Modell – 497 Die somatische Markerhypothese – 498 Weitere Modelle des präfrontalen Kortex – 499 Abschließende Bemerkung zu den kognitiven Modellen – 500

geduldig, fluchte unvermittelt, wirkte manchmal halsstarrig und zeigte sich gegenüber Zukunftsplänen dann auch wieder sehr wankelmütig. Seine Entscheidungen waren impulsiv und nicht vorausschauend. Dies stand in starkem Kontrast zu den wenig veränderten sprachlichen und intellektuellen Fähigkeiten. Er konnte seinen alten Beruf als Vorarbeiter nicht mehr ausüben, sondern war nur noch zu Hilfsarbeiten fähig. Zeitweilig wurde er im Zirkus als Sensation vorgeführt. Im Alter von 38 Jahren verstarb er, wahrscheinlich in einem Status epilepticus. Die Fallgeschichte hat J.M. Harlow, ein praktizierender Arzt, detailliert auf6

)) Der erste aufgezeichnete Bericht über einen Fall mit ausgeprägter Verhaltensänderung aufgrund einer Frontalhirnschädigung erzählt die Geschichte von Phineas Gage. Der 25-jährige Vorarbeiter erlitt 1848 beim Eisenbahnbau in Vermont (New England, USA) einen tragischen Unfall. Bei der Vorbereitung einer Sprengung durchbohrte eine Eisenstange den vorderen Teil seines Schädels. Sie hatte eine so große Wucht, dass sie nicht im Schädel stecken blieb, sondern weiterflog und einen etwa 3 cm breiten Penetrationskanal hinterließ. Der Patient überlebte diesen Unfall. Bei der neurologischen Untersuchung fand sich zunächst lediglich ein kompletter Sehverlust des linken Auges. Motorik, Sensorik, Koordination und Sprache waren nicht beeinträchtigt. Allerdings entwickelte der Patient ausgeprägte Veränderungen in seinen Persönlichkeitszügen. Der zuvor für seine Besonnenheit und seinen ausgeglichenen Charakter bekannte Gage fiel nunmehr durch Respektlosigkeit und launisches Verhalten auf. Er wurde rasch un6

. Abb. 45.1. Rekonstruktion der Frontalhirnläsion von Phineas Gage. Die Rekonstruktion basiert auf den Perforationen im Schädelknochen. Der Schädel wird im Warren Medical Museum, Harvard Medical School, Boston, USA, aufbewahrt. (Nach Damasio et al. 1994)

45

490

Kapitel 45 · Manifestationen von Frontalhirnschädigungen

gearbeitet und publiziert (Harlow 1868). Da keine Autopsie vorgenommen worden war, veranlasste er nach Gages Tod die Exhumierung der Leiche und dokumentierte so die knöcherne Verletzung des Schädels. Hanna und Antonio Damasio haben den Fall wieder aufgenommen (Damasio et al. 1994). Sie publizierten eine computergestützte Rekonstrukion, die aus der Ein- und Austrittsöffnung der Schädelverletzung die Hirnläsion abschätzt (. Abb. 45.1). Unter der Annahme, dass der linke Ventrikel nicht verletzt gewesen sein kann, da dies nicht hätte überlebt werden können, zeigten sie, dass der orbitofrontale Kortex sowie höher gelegene mittelliniennahe, mediale Teile des präfrontalen Kortex betroffen gewesen sein mussten. Sie interpretierten den Fall Gage als ein Beispiel dafür, dass das Sozialverhalten als ein von der Vernunft geprägtes, besonnenes und vorausschauendes Verhalten, von der Intaktheit der medialen präfrontalen Strukturen abhängt. [Eine kritische Auseinandersetzung mit dieser Interpretation findet sich bei Macmillan (1996).]

45.1

45

»Wesensänderung« nach präfrontaler Schädigung

Sogar nach großen, beidseitigen Schädigungen im Bereich des präfrontalen Kortex (. Abb. 45.2) sind bei den Betroffenen meist keine ausgeprägten Beeinträchtigungen der allgemeinen Intelligenz, der Sprache oder des deklarativen Gedächtnisses festzustellen. Dagegen fallen die Kranken durch Änderungen ihrer Gesamtpersönlichkeit, ihres »Wesens«, auf. Die Krankengeschichte von Phineas Gage demonstriert exemplarisch einen solchen Fall nach präfrontaler Schädigung. Die Merkmale der Wesensänderung bei präfrontalen Läsionen lassen sich 2 Hauptrichtungen zuordnen. Zum einen kann es zu einer Antriebsstörung mit einer allgemeinen Reduktion von Aktivität kommen. Das häufig nach beidseitigen Insulten der A. cerebri anterior oder nach schweren unfallbedingten Frontalhirnschädigungen auftretende Vollbild dieser Störung ist der akinetische Mutismus. Diese Patienten sind zwar wach, wirken aber erstarrt und zeigen keinerlei Regung gegenüber Umweltreizen. Bei leichteren Störungsformen (nach ebenso meist bilateralen präfrontalen Läsionen) findet sich eine allgemeine Reduktion von allen spontanen oder reaktiven Handlungen, eine Gedanken-, Sprech- und Aktionsträgheit. Die Patienten begegnen den unterschiedlichsten

äußeren Bedingungen klaglos und tolerant. Fragen werden nur kurz und oft unqualifiziert beantwortet. Sorge, Angst, chronischer Schmerz oder Depression werden weniger stark wahrgenommen. Die andere Hauptrichtung der Wesensänderung nach präfrontalen Läsionen stellt die Enthemmung des Verhaltens dar. Im Umgang mit Angehörigen und Fremden äußern sich die Patienten frech und kränkend. Teilweise besteht eine »Witzelsucht«. Die Stimmung ist labil, in der Regel eher gehoben, sie kann allerdings auch unvermittelt umschlagen. Im Alltag lassen sich Anpassungsschwierigkeiten ausmachen, die durch eine Rigidität im Verhalten hervorgerufen werden. Diese Form der Wesensänderung wird am ehesten durch Läsionen verursacht, die orbitofrontal oder ventromedial lokalisiert sind. Die Lokalisationsangaben basieren jedoch bislang nur auf Einzelfallstudien. Saver u. Damasio (1991) berichten über einen Patienten mit erworbener bilateraler ventromedialer Frontalhirnläsion, der durch inadäquates Sozialverhalten im Alltag auffiel. In ausführlichen formalen Tests konnten sie zeigen, dass dieser Patient keineswegs die kognitiven Fähigkeiten verloren hatte, zukünftige Konsequenzen seiner Handlungsweisen oder der von anderen adäquat zu beurteilen. Ebenso konnte er in vorgegebenen Situationen unterschiedliche Handlungsmöglichkeiten benennen. Die Läsion schien somit nicht die kognitive Grundlage für komplexes Sozialverhalten zerstört zu haben, sondern lediglich die konkrete Umsetzung. In einer weiteren Einzelfallstudie berichteten Dimitrov et al. (1999) eine vergleichbare Dissoziation zwischen dem Sozialverhalten und erhaltenen kognitiven Fähigkeiten bei einem Patienten mit einer rechts ventromedial gelegenen frontalen Hirnläsion. Die beschriebenen Wesensänderungen bei Patienten mit Frontalhirnläsionen betreffen den Antrieb, die Emotionalität sowie das Sozialverhalten. Sie haben entscheidend zu der Vorstellung beigetragen, dass der frontale Kortex als phylogenetisch jüngster Anteil des Neokortex die »höchsten« integrativen Leistungen des Menschen steuert und kontrolliert. Allerdings existieren aufgrund der Komplexität und des daher experimentell nur schwer zugänglichen »Wesens« eines Menschen lediglich wenige Fallbeschreibungen, die diese Änderungen überzeugend dokumentieren. Im Folgenden werden experimentalpsychologisch besser operationalisierbare Funktionen dargestellt, die ebenfalls dem frontalen Kortex zugeordnet werden. Es scheint durchaus möglich, dass die Störung dieser Funktionen

491 45.1 · »Wesensänderung« nach präfrontaler Schädigung

Medialer Teil

Dorsolateraler Teil

Orbitofrontaler Teil

Medialer Teil

Orbitofrontaler Teil

. Abb. 45.2. Die Grenze zwischen dem prämotorischen und dem präfrontalen Kortex stellt die rostrale Begrenzung der Brodmann-Areale (BA) 6 und 44 dar. Der präfrontale Kortex selbst (blaue Markierungen) wird in einen medialen, einen dorsolateralen und einen orbitofrontalen Anteil gegliedert. Die Anteile unterscheiden sich phylogenetisch und scheinen zu 3 anatomisch getrennten kortikosubkortikokortika-

len Schleifensystemen zu gehören (Alexander et al. 1986). Von verschiedenen Autoren wurde angenommen, dass die 3 Anteile des präfrontalen Kortex, wie auch die zugehörigen, d.h. in derselben Schleife liegenden, subkortikalen Strukturen, bei einer Schädigung zu jeweils unterschiedlichen funktionellen Beeinträchtigungen führen (z.B. Cummings 1993)

45

492

Kapitel 45 · Manifestationen von Frontalhirnschädigungen

in ihrer Summe die beschriebenen »Wesensänderungen« der frontalhirngeschädigten Patienten ausmacht. ! Schädigungen des präfrontalen Kortex können zu globalen Wesensänderungen führen, die sich im Antrieb, der Emotionalität und dem Sozialverhalten ausdrücken. Die meist bilateral geschädigten Patienten können eine Minderung des allgemeinen Antriebes oder enthemmtes Verhalten aufweisen.

45.2

45

Störungen der Exekutivfunktionen

Frontalhirnschädigungen führen häufig zu einer Beeinträchtigung der »exekutiven Funktionen«. Wie im vorangegangenen Kapitel bereits dargestellt wurde (7 Abschn. 44.1), werden hierunter kognitive Prozesse wie das Problemlösen, das mentale Planen, das Initiieren und die Inhibition von Handlungen verstanden. »Exekutivfunktionen« dienen dazu, Handlungen über mehrere Teilschritte hinweg auf ein übergeordnetes Ziel zu planen, Aufmerksamkeit auf hierfür relevante Informationen zu fokussieren und ungeeignete Handlungen zu unterdrücken (Smith u. Jonides 1999). Eine umfassende Störung dieser Funktionen wird auch als dysexekutives Syndrom bezeichnet. Da die Kranken, die an einer solchen Störung leiden, jedoch große interindividuelle Unterschiede in ihren Leistungen aufweisen, ist dieser Begriff zur genauen Beschreibung des konkreten Krankheitsbildes eines einzelnen Patienten ungeeignet. Allgemein wird angenommen, dass der präfrontale Kortex (. Abb. 45.2) an Exekutivfunktionen wesentlich beteiligt ist (Fuster 1997; Wood u. Grafman 2003; Koechlin et al. 2003; Ramnani u. Owen 2004). Störungen dieser Prozesse finden sich häufig nach Läsionen in diesem Bereich, aber auch nach Schädigungen anderer kortikaler Areale und auch subkortikaler Strukturen wie des medialen Thalamus, des Nucleus caudatus oder des Globus pallidus. Die neuronale Grundlage exekutiver Funktionen dürfte demnach weit über die anatomischen Grenzen des präfrontalen Kortex hinausgehen. Aufgrund der engen Assoziation exekutiver Funktionen mit dem Arbeitsgedächntnis ist darüber hinaus zu vermuten, dass auch jene kortikosubkortikalen Strukturen beteiligt sind, die als neuronale Substrate des Arbeitsgedächtnisses diskutiert werden (7 Abschn. 44.1.3). Alexander et al. (1986) nahmen an, dass kortikale wie subkortikale Strukturen Bestandteile eines gemeinsamen, an der Ausführung exekutiver Funktionen beteiligten neuro-

nalen Netzwerkes sind. Die Vorstellung, dass ein weit verzweigtes neuronales Netz bzw. mehrere sich überlappende Netze an exekutiven Funktionen beteiligt sind, deckt sich mit der klinischen Beobachtung, dass gerade ausgedehnte, diffuse und meist bilaterale Hirnschädigungen nach z. B. einem Schädel-Hirn-Trauma oder einer Hypoxie zu ausgeprägten exekutiven Dysfunktionen führen. ! Beeinträchtigungen der »Exekutivfunktionen« finden sich häufig nach Schädigungen des präfrontalen Kortex, wobei die Läsionsgebiete auch weite Teile anderer kortikaler und subkortikaler Areale einschließen.

45.2.1

Verhalten

Die Betroffenen wirken interessenlos, gleichgültig und dadurch gelegentlich auch sorglos. Sie wenden sich seltener neuen Reizen zu (Daffner et al. 2000) und ihre Handlungen scheinen häufig nicht durch Ziele motiviert und geordnet zu sein. Die Fähigkeit abzuschätzen, mit Hilfe welcher Teilschritte ein übergeordnetes Ziel erreicht werden kann, ist vermindert. Dementsprechend werden neue Projekte kaum angegangen; es fehlt an spontanen Entschlüssen. Das Erkennen von Regeln und die Beurteilung von Hinweisen und Ratschlägen bei Entscheidungsprozessen sind gestört (Reverberi et al. 2005; Gomez-Beldarrain et al. 2004). Ferner kann die Produktion irrelevanter Planfragmente, eine Abnahme der Genauigkeit des Planens sowie das Fehlen von Alternativplänen beobachtet werden. Solche Patienten können in hoch strukturierten Umgebungen mit vielen geregelten, von außen festgelegten Abläufen (wie z.B. der Tagesablauf in der Klinik) weitgehend unauffällig sein. Dagegen wird ihr Defizit in Situationen ohne eine feste Struktur (z.B. zu Hause nach der Entlassung) sofort sichtbar. Auch in Alltagssituationen, d. h. in der gewohnten Umgebung und bei vertrauten Tätigkeiten (Kochen, Ausgehen in ein Restaurant, berufliche Tätigkeit), können diese Kranken erheblich beeinträchtigt sein (Penfield u. Evans 1935; Eslinger u. Damasio 1985). Entscheidend für das Auftreten von Störungen scheint zu sein, dass die jeweilige Situation die Organisation und das Planen des Verhaltens über einen längeren Zeitraum bei gleichzeitiger Berücksichtigung mehrerer Teilaspekte erforderlich macht. So fanden Shallice u. Burgess (1991), dass 3 Patienten mit traumatischen, frontal betonten Hirnschädigungen vor allem dann beeinträchtigt waren, wenn sie mehrere einfache Aufgaben gleichzeitig auszuführen hatten. Diese boten für sich jeweils die Möglichkeit zu einer zeitlich unbegrenzten Betätigung,

493 45.2 · Störungen der Exekutivfunktionen

mussten jedoch innerhalb einer bestimmten Zeit gleichwertig behandelt werden (sog. »multitasking«). In einer umfassenderen Untersuchung an einer größeren Gruppe hirngeschädigter Patienten untersuchten Burgess et al. (2000), ob sich Frontalhirnschädigungen einheitlich negativ in Situationen auswirken, die ein »multitasking« erfordern, oder ob unterschiedliche Läsionslokalisationen zu spezifischen Störungen führen. Sie nahmen an, dass die Organisation des Verhaltens unter Berücksichtigung mehrerer Teilaufgaben das Zusammenwirken von 3 verschiedenen Funktionen erfordert: retrospektive Gedächtnisleistungen, prospektive Gedächtnisleistungen und Prozesse des Planens. Ihre Studie ergab erste Hinweise darauf, dass (rechts) dorsolaterale präfrontale Läsionen vornehmlich zu Störungen der Planungskomponente solcher Aufgaben führen, Schädigungen des Gyrus cinguli einschließlich der umgebenden weißen Substanz retrospektive und prospektive Gedächtnisleistungen betreffen, und Läsionen des (links) medialen Teils des präfrontalen Kortex das Auftreten des sog. »Rulebreaking«-Verhaltens (7 unten) begünstigen. ! Für das Auftreten exekutiver Dysfunktionen nach einer Hirnschädigung scheint entscheidend zu sein, dass die jeweilige Situation die Organisation und das Planen des Verhaltens über einen längeren Zeitraum bei gleichzeitiger Berücksichtigung mehrerer Teilaspekte (»multitasking«) erforderlich macht.

Patienten mit exekutiven Dysfunktionen können neben Störungen der Planung und der Ausführung auch Beeinträchtigungen der Kontrolle von Handlungen aufweisen. Diese zeigen sich in einer verminderten Fähigkeit, aus begangenen Fehlern zu lernen, sich einer veränderten Situation flexibel anzupassen oder bereits gefasste Pläne aufgrund aufgetretener Veränderungen zu modifizieren und alternative Strategien zu versuchen. Bei den Patienten kann ferner die Inhibition von Handlungen gestört sein. Letzteres äußert sich z. B. darin, dass der (beim Gesunden gehemmte) Greifreflex wieder ausgelöst werden kann (De Renzi u. Barbieri 1992), dass Objekte zwanghaft gegriffen und benutzt werden (»utilization behaviour«; Lhermitte et al. 1986; Shallice et al. 1989) oder dass eine Umkehrung des sog. »negativen Priming-Effektes« (als Ausdruck gestörter inhibitorischer Kontrollprozesse; Metzler u. Parkin 2000) zu beobachten ist. Eine Störung der Inhibition findet sich auch in komplexen Situationen. Die Patienten zeigen impulsives oder sozial nicht angemessenes Verhalten, obwohl es in diesen Situationen angebracht wäre, solches Verhalten zu unterdrücken.

Wenn Patienten mit exekutiven Dysfunktionen mit Aufgaben konfrontiert werden, die sie aufgrund ihrer Behinderung nicht lösen können, werden gelegentlich Erklärungen für das Versagen gesucht, die offensichtlich nicht zutreffen können; vereinzelt reagieren Patienten sogar wütend und ungehalten auf die Situation oder den Untersucher, halten die Aufgabe für generell nicht lösbar oder unterstellen dem Untersucher niedere Motive dafür, dass er sie in diese Situation gebracht hat. Gelegentlich fällt auf, dass die Patienten Antworten ausschmücken, d.h., dass sie Details hinzufügen, die sich weder aus der an sie gestellten Frage noch aus dem zur Untersuchung verwendeten Aufgabenmaterial ergeben. Im Extremfall können Konfabulationen beobachtet werden, d. h. Antworten auftreten, deren Informationsgehalt keinen Bezug mehr zu der an sie gerichteten Frage erkennen lassen. ! Patienten mit ausgeprägten Störungen der Exekutivfunktionen wirken oft interessenlos und gleichgültig. Ihre Handlungen scheinen nicht durch Ziele motiviert und geordnet zu sein. Die Fähigkeit abzuschätzen, mit Hilfe welcher Teilschritte ein übergeordnetes Ziel erreicht werden kann, ist vermindert. Den Patienten fällt es schwer, bereits gefasste Pläne aufgrund eingetretener Veränderungen zu modifizieren.

45.2.2

Regelverstöße (»rule-breaking«)

Bei der Bearbeitung einer Labyrinthaufgabe fiel Milner (1965) ein Fehlverhalten auf, das spezifisch bei Patienten mit Frontalhirnläsionen auftrat: das Missachten der Instruktionen zur Durchführung der Aufgabe (»rule-breaking«). Auch Luria (1980) berichtete in diesem Zusammenhang von einer Patientin, die zwar in der Lage war, die Instruktionen des Untersuchers verbal zu wiederholen, gleichzeitig jedoch den Instruktionen zuwiderlaufendes Verhalten zeigte. Dabei war sie nicht in der Lage zu beurteilen, ob sie etwas falsch oder richtig gemacht hatte. Milner u. Petrides (1984) erklärten das Auseinanderfallen der Fähigkeiten, Instruktionen zu verstehen und sie dann auszuführen, mit einer gestörten Monitorfunktion. Diese soll den Wechsel des Verhaltens in Folge sich verändernder Signale des äußeren Umfeldes regulieren. Die Beobachtung, dass im Verlauf mehrerer Durchgänge durch ein Labyrinth bei Patienten mit frontalen Hirnschädigungen eine Abnahme der Häufigkeit der initial aufgetretenen Regelverstöße zu beobachten ist (Karnath et al. 1991b), lässt jedoch vermuten, dass Regelverstöße nicht kontinuierlich das Verhal-

45

494

Kapitel 45 · Manifestationen von Frontalhirnschädigungen

ten bestimmen. Sie stellen vielmehr ein transientes Phänomen dar, das hauptsächlich dann auftritt, wenn die Patienten mit einem neuen Problem konfrontiert werden. Das Missachten von Regeln bei gleichzeitig unbeeinträchtigtem Verständnis der Aufgabenziele und Instruktionen könnte daher Ausdruck einer allgemeinen Überforderung bzw. einer erhöhten Anspannung sein, ohne dass dafür ein genereller Verlust der Verhaltenskontrolle durch externe Reize angenommen werden muss. Für diese Interpretation spricht auch die Beobachtung Duncans (1995), dass dasselbe Fehlverhalten auch bei gesunden Versuchspersonen ohne Hirnschädigung, aber mit geringer Intelligenz beobachtet werden kann.

45.2.3

Perseveration, Inflexibilität, Rigidität

Perseveratives Verhalten und Rigidität wurden häufig im Zusammenhang mit frontalen Hirnschädigungen (Sandson u. Albert 1984; Karnath u. Wallesch 1992; Eslinger u. Grattan 1993), aber auch nach Schädigungen anderer Hirnregionen berichtet (Goldberg u. Bilder 1987). Die Symptomatik wurde – ähnlich wie das »Rule-breaking«-Verhalten – als Ausdruck einer Störung der Kontrolle des Verhaltens (Monitorfunktion) und der damit verbundenen Unfähigkeit interpretiert, einen einmal gebildeten Handlungsplan zu hemmen und zu modifizieren.

45

45.2.4

Antizipation

Handlungsmodelle werden häufig aktiv unter Berücksichtigung des gesamten Situationskontextes entworfen. Daneben wird das Verhalten in Situationen, für die noch keine überprüften Handlungsmodelle existieren und keine direkten Hinweise zur Problemlösung vorhanden sind, auch durch Antizipationsprozesse (Intuition) bestimmt, d. h. durch das (un)bewusste Bilden von Erwartungen. Karnath et al. (1991b) untersuchten dieses Verhalten bei Patienten mit frontalen und mit posterioren Hirnläsionen. Hierzu boten sie auf einem Monitor unterschiedliche Labyrinthe dar und beobachteten das Entscheidungsverhalten bei der jeweils ersten Exploration. Da die Patienten zu diesem Zeitpunkt noch keine Information über die Labyrinthstruktur hatten, boten sich aufgrund der verdeckten Darbietungsweise der Labyrinthe an den Kreuzungspunkten des Lösungsweges mit Fehlerwegen mehrere prinzipiell

gleichmögliche Abzweigungsmöglichkeiten an. Die räumliche Anordnung einer Kreuzung innerhalb des Labyrinthes ließ jedoch bestimmte Abzweigungsmöglichkeiten attraktiver erscheinen als andere. In dieser Situation ohne verfügbare objektive Informationen über die korrekte Fortsetzung des Lösungsweges wählten die Patienten der Vergleichsgruppen in über 90% aller Fälle intuitiv dieselben Richtungen. In der gleichen Situation wählte hingegen die Patientengruppe mit frontomedialen Läsionen überzufällig häufig eine andere Richtung. Die Autoren schlossen daraus, dass bei diesen Patienten die Bildung von Erwartungen in unübersichtlichen Situationen, d.h. ihr antizipierendes, intuitives Verhalten, verändert ist. Vergleichbare Beobachtungen wurden von Burgess u. Shallice (1996a) berichtet. Bei der Bearbeitung einer Aufgabe, die das Erfassen verschiedener Regeln verlangt und die Fähigkeit zur Konzeptbildung prüft, fanden die Autoren spezifisch bei Patienten mit frontalen Hirnläsionen eine auffällige Neigung zur Bildung von bizarren Lösungshypothesen. Sie registrierten bei dieser Patientengruppe vermehrt Antworten, die sich weder durch die jeweiligen Testreize noch durch das Antwortverhalten in vorangegangenen Testabschnitten, noch durch Fehler erklären ließen, die bei den Kontrollpatienten durch falsche Lösungsannahmen auftraten. ! Patienten mit Frontalhirnschädigungen weisen Störungen der Inhibition von Handlungen, ein Missachten der Instruktionen zur Durchführung von Aufgaben (»rule-breaking«), eine Beinträchtigung von Antizipationsprozessen wie auch perseveratives und rigides Verhalten auf.

45.2.5

Arbeitsgedächtnis

Wie oben bereits erwähnt stehen »Exekutivfunktionen« und das Arbeitsgedächtnis in engem Zusammenhang (7 Abschn. 44.1.3). Es liegt daher nahe, bei frontalhirngeschädigten Patienten Beeinträchtigungen des Arbeitsgedächtnisses zu vermuten. Jedoch ist es methodisch schwierig, Arbeitsgedächtnisfunktionen im engeren Sinne von »exekutiven Funktionen« zu unterscheiden. Häufig werden sie deshalb auch zu den Exekutivfunktionen hinzugerechnet (7 Abschn. 44.1). Owen et al. (1996) untersuchten Arbeitsgedächtnis- und Exekutivfunktionen bei Patienten mit uni- oder bilateralen Defekten im präfrontalen Kortex sowie Patienten, denen der Temporallappen oder die Amygdala und der Hippo-

495 45.3 · Störungen der »Theory of Mind«

kampus einer Hemisphäre operativ entfernt worden war. Den Kranken wurde auf einem Bildschirm eine Anzahl von verschlossenen Boxen gezeigt, die sie einzeln durch Berühren öffnen konnten. Sie mussten nach einem vorher definierten Inhalt suchen, z. B. nach einem blauen Quadrat, welches sich in einer der Boxen befand. Nach jedem Auffinden eines Quadrates wurde für den nächsten Suchvorgang ein neues Quadrat unter den Boxen versteckt. Entscheidend für den Test war die Information, dass unter jeder Box nur einmal ein blaues Quadrat versteckt wurde. Zwei Arten von Fehlern wurden unterschieden: 1. das wiederholte Öffnen einer leeren Box innerhalb eines Suchvorganges, und 2. das erneute Öffnen einer Box, in der zuvor bereits ein Quadrat gefunden worden war. Zudem spielte für die aktuelle Leistung eine Rolle, ob die Patienten eine Strategie beim wiederholten Durchsuchen des Boxenfeldes einsetzten. Die Patienten mit Frontalhirndefekten hatten ausgeprägte Defizite im räumlichen Arbeitsgedächtnistest, die sich in einer mangelnden Strategiebildung bei der Exploration auswirkten. Hingegen ließ sich kein Defizit im verbalen oder im visuellen Arbeitsgedächtnis nachweisen, welche mit vergleichbar konzipierten Suchaufgaben untersucht wurden. Die Patientengruppen, bei denen entweder der Temporallappen oder die Amygdala und der Hippocampus entfernt worden war, zeigten ebenfalls ein Defizit im räumlichen Arbeitsgedächtnis. Im Vergleich zu den Patienten mit Frontalhirndefekten war es allerdings weniger stark ausgeprägt. Die strategische Leistung war bei diesen Patienten nicht beeinträchtigt, hingegen nahmen die Wiederholungsfehler zu (erneutes Öffnen einer Box, in der sich bereits zuvor ein Quadrat befunden hatte). Im Gegensatz zu den Patienten mit Frontalhirndefekten wiesen beide Patientengruppen zusätzlich Defizite im visuellen Arbeitsgedächtnis auf. Keine der untersuchten Patientengruppen hatte Störungen des verbalen Arbeitsgedächtnisses. Die Studie von Owen et al. (1996) zeigt deutlich, dass sich das Arbeitsgedächtnis nicht einfach und ausschließlich auf Frontalhirnfunktionen beziehen lässt. Die Beobachtungen bestätigen vielmehr die Vorstellung, dass Arbeitsgedächtnisfunktionen (wie auch Exekutivfunktionen) auf dem Zusammenwirken verschiedener kortikaler und subkortikaler Hirnareale beruhen. Ebenso ist die Zuordnung verschiedener Komponenten des Arbeitsgedächtnisses zu unterschiedlichen frontalen Hirnarealen auch nach intensiven Bemühungen (u. a. mit Hilfe von bildgebenden Verfahren; 7 Abschn. 44.1.3) nicht abschließend geklärt. Eine Studie an Patienten mit isolierten Schädigungen unterschiedlicher Anteile des präfrontalen Kortex (dorsal vs. ventromedial vs.

dorsal plus ventral) ergab den überraschenden Befund, dass weder ein dorsaler noch ein ventromedialer Defekt allein zu einer Beeinträchtigung in den untersuchten Arbeitsgedächtnisaufgaben führte (Müller et al. 2002). Lediglich kombinierte, dorsale und ventrale Defekte verursachten Arbeitsgedächtnisdefizite. Dabei fand sich jedoch kein Unterschied zwischen Aufgaben, die verschiedene, postulierte Komponenten des Arbeitsgedächtnisses testen sollten.

45.3

Störungen der »Theory of Mind«

Ausgehend von der Frage nach dem Einfühlungsvermögen von Schimpansen gegenüber ihren Artgenossen begründeten Premack und Woodruff 1978 das Konzept der »Theory of Mind« (»Theorie des Geistes«). Damit ist eine soziale Kompetenz gemeint, nämlich die Fähigkeit, mentale Zustände einer anderen Person, z. B. Intentionen, Wünsche oder Überzeugungen, einzuschätzen und zu verstehen (auch 7 Kap. 50). In einem klassischen Test wird dem Probanden eine Bildergeschichte gezeigt, in dem eine Person Bonbons aus der dafür vorgesehenen Porzellandose herausnimmt und in einer unscheinbaren Schachtel versteckt. Im nächsten Bild kommt eine andere Person ins Zimmer, um sich ein Bonbon zu holen. Der Proband wird nun gefragt, wo die Person nach den Bonbons suchen wird. Eine »Theory-of-Mind«-Störung führt zu der falschen Antwort »In der Schachtel«, und nicht »In der Porzellandose«. Es fehlt die Fähigkeit, sich in den Wissensstand der Bonbonsuchenden Person, die den Akt des Versteckens nicht mitbekommen hat, hineinzuversetzen . Ein anderer Test untersucht z. B. die Fähigkeit, einer Person, die ständig schwindelt, nicht mehr zu vertrauen. Ein Experimentator versteckt immer wieder eine Münze unter einem von zwei Bechern. Ein Zeuge beobachtet ihn dabei, während der Proband nicht sehen kann, unter welchem Becher die Münze jeweils gelandet ist. Der Zeuge weist nun den Probanden systematisch auf den falschen Becher hin. Der Proband kann nur Münzen finden, wenn er lernt, dem Zeugen grundsätzlich zu misstrauen. Kinder haben noch im dritten Lebensjahr keine konsistente »Theory of Mind«. Sie entwickeln sie meist im Alter von 4 oder 5 Jahren. Patienten mit Autismus haben massive Probleme, »Theory-of-Mind«-Aufgaben zu lösen. Auch Patienten mit Frontalhirnläsionen zeigen eine Beeinträchtigung beim Lösen von »Theory-of-Mind«-Aufgaben (Stone et al. 1998), besonders wenn der mediale präfrontale Kortex beteiligt ist (Stuss et al. 2001). Offensichtlich ist auch

45

496

Kapitel 45 · Manifestationen von Frontalhirnschädigungen

bei ihnen die Fähigkeit beeinträchtigt, Schlussfolgerungen darüber zu ziehen, woran andere Menschen in gegebenen Situationen glauben, und vorauszusagen, was sie tun werden. Diese »Theory-of-Mind«-Beeinträchtigungen scheinen bei Patienten mit Frontalhirnschädigungen unabhängig von Störungen der Exekutivfunktionen aufzutreten (Rowe et al. 2001b). Eine Vielzahl von funktionell bildgebenden Studien an gesunden Probanden ergab ein komplexes Muster, das bei der Lösung von »Theory-of-Mind«-Aufgaben aktiviert wird (Übersicht in Gallagher u. Frith 2003). Neben dem (v. a. rechten) superioren temporalen Kortex und den beiden Temporalpolen fand sich Aktivität überwiegend im präfrontalen medialen Kortex, d. h. im anterioren paracingulären Kortex (BA 32). Die letztere Beobachtung steht in gutem Einklang mit den genannten Läsionsbefunden bei Patienten, die nach einer Hirnschädigung in diesem präfrontalen Areal eine Beeinträchtigung beim Lösen von »Theory-of-Mind«-Aufgaben zeigten (für ein Gegenbeispiel siehe jedoch Bird et al. 2004). Das Konzept der »Theory of Mind« wird auch im Zusammenhang mit dem Befund der »Spiegelneurone« (Gallese et al. 1996; 7 Abschn. 16.5 und Abschn. 50.2.3) diskutiert. Diese Neurone im prämotorischen Kortex werden sowohl beim Beobachten einer Handlung als auch beim aktiven Ausführen derselben Handlung aktiviert. Damit ist dieses neuronale System für die Funktion des Sich-Hineinversetzens in die Gedanken anderer prädestiniert.

45

45.4

Kognitive Modelle menschlicher Frontalhirnfunktionen

Der frontale Kortex ist phylogenetisch der jüngste Anteil des Neokortex. Es wurde daher immer wieder vermutet, dass die »höchsten« integrativen Leistungen, die der Mensch auszuführen vermag, durch diesen Teil des Kortex gesteuert und kontrolliert werden. Die Neuropsychologie hat verschiedene kognitive Modelle entwickelt, die diese Vorstellung zum Ausdruck bringen.

45.4.1

Die Theorie von Shallice und Norman

Das von Shallice in Zusammenarbeit mit Norman entwickelte Modell (Shallice 1988) basiert auf der Unterscheidung von automatischen (unbewussten) und aktiven (Auf-

merksamkeit erfordernden) Prozessen der Informationsverarbeitung. Kognition und Handeln liegt das Ausführen von hoch spezialisierten Programmen zugrunde. Diese Programme (»schemata«) sind hierarchisch geordnet, zielorientiert, oft wiederholt und können spezifische, überlernte Handlungen und Fertigkeiten kontrollieren, wie z. B. Frühstück machen oder den Weg von der Arbeitsstätte nach Hause finden. Ein »Schema« kann auf unterschiedliche Weise aktiviert werden, so z.B. durch den Output anderer Schemata oder durch extern auslösende Faktoren (Trigger). Um in einer bestimmten Situation ein Ziel erreichen zu können, ist die Auswahl von spezifischen, dieser Situation angemessenen Schemata notwendig. Für den Selektionsprozess nahmen die Autoren zwei qualitativ unterschiedliche Prozesse an: »contention scheduling (CS)« und das »supervisory attentional system (SAS)«. CS bezeichnet die automatische, direkte und durch Trigger aktivierte Selektion von geeigneten Schemata. Als Beispiel lässt sich das plötzliche, zuvor nicht geplante Anhalten beim Lebensmittelladen auf dem Weg nach Hause anführen. CS ist schnell, jedoch unflexibel und basiert auf fixen Regeln. Bei schwierigen kognitiven Problemen reicht dieser Prozess allein zum erfolgreichen Bearbeiten und Erreichen eines Zieles nicht aus. Das SAS bezeichnet dagegen ein generelles und hierarchisch übergeordnetes Planungsprogramm, das mit Schemata aller Hierarchieebenen und unabhängig von aktivierten Triggern operieren kann. Das SAS ist flexibel und arbeitet langsam. Es wird immer dann aktiviert, wenn ein Selektionsprozess über CS versagt oder wenn für ein bestimmtes Problem keine bekannte Lösung bzw. kein geeignetes Schema vorhanden ist. In diesem Fall übernimmt das SAS die Steuerung der Handlungen, entwickelt Lösungsmöglichkeiten, führt Entscheidungsprozesse herbei und kontrolliert den Erfolg der jeweils unternommenen Handlungen. Shallice nahm das SAS als zentrale Funktion des Frontalhirns an. Zusammen mit McCarthy untersuchte Shallice 61 Patienten mit unterschiedlich lokalisierten Hirnläsionen mit einer Problemlöseaufgabe (»Tower of London«). Sie nahmen an, dass für ein erfolgreiches Lösen der Aufgabe ein übergeordnetes Programmierungs- und Planungssystem erforderlich ist, das über die Qualitäten des SAS verfügt. Im Einklang mit diesen Überlegungen fanden die Untersucher eine reduzierte Leistungsfähigkeit bei der Bearbeitung der Aufgabe spezifisch bei Patienten mit links frontalen Läsionen (Shallice 1988). Ähnliche Beobachtungen machten Carlin et al. (2000) bei Patienten mit unterschiedlichen frontal lokalisierten Schädigungen. Dagegen konnte

497 45.4 · Kognitive Modelle menschlicher Frontalhirnfunktionen

Andres (2001) eine solche spezifische Beeinträchtigung von Patienten mit frontalen Schädigungen nicht nachweisen. Baker et al. (1996) untersuchten 6 gesunde Versuchspersonen mittels PET bei der Bearbeitung der »Tower-ofLondon«-Aufgabe sowie einer Kontrollaufgabe. Der Vergleich beider Aufgaben zeigte die Beteiligung eines weiten Netzwerkes kortikaler Strukturen. Bei der Bearbeitung des Tower of London fanden sich in beiden Hemisphären neben präfrontalen Kortexarealen auch Teile des prämotorischen, cingulären, parietalen und okzipitalen Kortex aktiv. Weitere PET- und fMRT-Studien, die mit dieser Aufgabe durchgeführt wurden, fanden eine vergleichbar weite Aktivierung bei der Auswahl, der Generierung und/oder dem Behalten mentaler Züge (Rowe et al. 2001a; Newman et al. 2003; Schall et al. 2003; van den Heuvel et al. 2003). Die Aktivierung umfasste den dorsalen präfrontalen Kortex, den prämotorischen und parietalen Kortex, das Kleinhirn, den Gyrus cinguli, den Präcuneus und die Basalganglien. Die Zuordnung des SAS zum Frontalhirn bedeutet implizit, dass Shallice und Norman die Selektion automatisierter Handlungen durch das CS als eine Funktion betrachten, die nicht im Frontalhirn repräsentiert ist. Dies ist jedoch durch bildgebende Studien an gesunden Probanden widerlegt worden. Darüber hinaus zeigen Patienten mit Frontalhirnläsionen nicht nur bei der Bewältigung von komplexen Problemen Schwierigkeiten, sondern auch bei der Ausführung von Routinehandlungen (Karnath et al. 1991; Godbout u. Doyon 1995). Diese Befunde sprechen dafür, dass die von Shallice und Norman postulierte Dichotomie von SAS und CS keine Dissoziation zwischen einer Frontalhirnfunktion (SAS) einerseits und einer in anderen Hirnregionen repräsentierten Funktion (CS) andererseits darstellt. ! Die Theorie von Shallice und Norman postuliert, dass zum Erreichen eines Ziels die Auswahl von geeigneten Verhaltensprogrammen notwendig ist. Dies kann automatisch oder durch ein übergeordnetes Planungsprogramm, das »Supervisory Attentional System« (SAS), geschehen. Letzteres wurde von den Autoren als zentrale Funktion des Frontalhirns gesehen. Funktionell bildgebende Studien wie auch Untersuchungen von Patienten mit Frontalhirnläsionen haben jedoch ergeben, dass die postulierte Dichotomie von SAS und CS keine Dissoziation zwischen einer Frontalhirnfunktion (SAS) einerseits und einer in anderen Hirnregionen repräsentierten Funktion (CS) andererseits darstellt.

45.4.2

Grafmans Modell

Während Shallice und Norman die Selektion von geeigneten Schemata in den Mittelpunkt ihrer Überlegungen stellten, nahm Grafman (1994) eine Beeinträchtigung der Repräsentation des Wissens über diese Schemata als Ursache von Störungen des Planen und Handelns nach Schädigungen des präfrontalen Kortex an. Dieses Wissen über die Abfolge von Ereignissen wird nach Grafman durch ein neuronales Netz repräsentiert, das aus einzelnen »managerial knowledge units« (MKU) besteht. Die Gesamtheit der MKU versetzt das Individuum in die Lage, kognitive Pläne und komplexe Handlungsfolgen sowohl zu verstehen, als sie auch selbst zu generieren. Eine MKU ist eine Gedächtniseinheit, die das Wissen über die Abfolge von Ereignissen zu einem bestimmten Thema repräsentiert. Diese Gedächtniseinheit beinhaltet neben dem Thema der Ereignisfolge (z. B. Kaffeekochen) auch die zeitliche Struktur, d. h. den genauen chronologischen Ablauf der einzelnen Ereignisse oder Handlungen, die dieses Thema ausmachen (z.B. Wasser erhitzen, Kaffee in den Filter füllen etc.). MKU werden während der Perzeption einer solchen Ereignisserie, während der aktiven Ausführung der Handlungsfolge, als auch während ihrer verbalen Beschreibung aktiviert. Grafman unterscheidet 3 verschiedene Ebenen der Repräsentation von Wissen in MKU, die abstrakte, die kontextfreie und die kontextabhängige Ebene. MKURepräsentationen der abstrakten Ebene erlauben dem Individuum unklare und mehrdeutige Erfahrungen zu rationalisieren und zu verstehen. Sie beinhalten das Wissen um abstrakte Ereignisse wie Beginn, Ende oder Intention von Vorgängen. Die kontextfreie Ebene repräsentiert das Wissen über Ereignisfolgen, die in vielen verschiedenen Kontexten erlebt bzw. ausgeführt werden können (z.B. Kaffeekochen). Auf der kontextabhängigen Ebene ist jenes Wissen repräsentiert, das nur in einem bestimmten Kontext verstanden bzw. umgesetzt werden kann. MKU besitzen darüber hinaus unterschiedliche Gestalt. Grafman postulierte MKU, die vornehmlich eine linguistische Form aufweisen (z. B. Listen oder Skripte) und andere, die eine bildhafte Form haben (z.B. visuelle Szenen). Mit den Annahmen Grafmans ist die Beobachtung vereinbar, dass Patienten mit präfrontalen Läsionen Schwierigkeiten mit der Generierung und der Evaluation der Abfolge von Aktionen in einem »Skript« aufweisen (Sirigu et al. 1996b). Darüber hinaus zeigten Untersuchungen mittels PET und funktionellem MRT an gesunden Versuchsperso-

45

498

Kapitel 45 · Manifestationen von Frontalhirnschädigungen

nen, dass bei der Verarbeitung einer Sequenz von Aktionen große Bereiche des dorsolateralen präfrontalen Kortex beider Hemisphären sowie linksseitig prämotorische und parietale Areale aktiviert sind (Partiot et al. 1996; Crozier et al. 1999).

45.4.3

45

Die somatische Markerhypothese

Damasio et al. (1991) postulierten, dass alles Denken und Entscheiden – die exekutive Kontrolle – neben rationalen kognitiven Prozessen noch eine zweite Instanz mit einbezieht: die somatischen Marker. Damit meinten sie konkret alle Prozesse, die im Körper ablaufen, also sowohl viszerale Prozesse (autonomes Nervensystem) als auch nichtviszerale Prozesse. Zusätzlich zu diesen somatischen Prozessen nahmen sie an, dass es auch ein zerebrales »Surrogat« dieser Marker gibt, welches somatische Zustände und Prozesse im Sinne einer »Als-ob«-Schleife repräsentiert, ohne sie wirklich auszulösen. Sie argumentierten, dass bei allen komplexen Entscheidungsprozessen diese somatischen Marker miteinbezogen werden. Ein einfaches Beispiel dafür ist das flaue Gefühl im Magen, welches uns in einer möglicherweise ungünstigen Situation begleitet oder auch ein Glücksgefühl in einer eher günstigen Situation. Sie nahmen an, dass diese somatischen Marker im limbischen System generiert werden. Diese sorgen dafür, dass die Vielfalt der alternativen Handlungsmöglichkeiten bewertet wird und eine langfristig erfolgreiche, sozial verträgliche und konstruktive Handlung einer möglicherweise destruktiven vorgezogen wird. Dies sei insbesondere in Situationen notwendig, in denen die Zeit nicht ausreiche, um eine vollständige, rationale Analyse der gesamten Situation vorzunehmen. Die Vernetzung des präfrontalen Kortex, insbesondere des orbitofrontalen Bereiches, zu den limbischen Strukturen wie Amygdala, Hypothalamus sowie zum anterioren Abschnitt des Gyrus cinguli bilden nach ihrer Vorstellung das neuronale Substrat für die Generierung dieser somatischen Marker. Die Arbeitsgruppe um Hanna und Antonio Damasio hat einige Daten zur somatischen Markerhypothese vorgelegt. Im Zentrum dieser Arbeiten steht ein neu entwickelter neuropsychologischer Test: die »Iowa Gambling Task«. Mit diesem Test wird eine einfache Glücksspielsituation modelliert. Die Probanden sitzen vor 4 gleichen Kartenstapeln und dürfen über eine für sie unbestimmte Zeit Karten wählen. Mit jeder Karte gewinnt der Proband einen Spielgeldbetrag. Bei einigen Karten muss allerdings zusätzlich eine Strafe gezahlt werden. Der Proband weiss nicht, dass es 2

gute und 2 schlechte Stapel gibt. Von den guten Stapeln resultiert netto ein Gewinn. Bei den schlechten Stapeln ist der Gewinn pro Karte doppelt so hoch wie bei den positiven Stapeln, die selteneren Strafen aber unproportional höher, so dass sich netto ein Verlust einstellt. Bechara et al. (1997) untersuchten 6 Patienten mit präfrontalen, bilateral ventromedialen Läsionen neben gesunden Kontrollen mit der »Iowa Gambling Task«. Zusätzlich zu den Verhaltensdaten wurde vor jedem Kartenzug der über das sympathische Nervensystem regulierte Hautwiderstand gemessen. Die gesunden Versuchspersonen zeigten bereits nach wenigen Kartenzügen eine stärkere Hautwiderstandsänderung vor der Wahl einer Karte eines schlechten Stapels im Vergleich zu den guten Stapeln. Diese »somatische Differenzierung« trat bereits in einem Spielstadium auf, in dem die Versuchspersonen auf Befragen noch keine Ahnung von den möglichen Unterschieden der Stapel hatten, und blieb über das gesamte Spiel erhalten. Nach einigen Spielzügen entwickelten die Versuchspersonen eine Vorahnung über die Unterschiede der Karten und folgten schließlich ihrem Konzept, nur noch Karten von den guten Stapeln zu wählen, um nach 100 Karten mit Gewinn zu enden. Die untersuchten Patienten zeigten im gesamten Spielverlauf keine Hautwiderstandsänderungen, weder bei den guten, noch bei den schlechten Stapeln. Sie konnten teilweise im Verlauf des Spieles beschreiben, dass es gefährliche und weniger gefährliche Stapel gebe. Jedoch waren sie nicht in der Lage, ihre Strategie dementsprechend anzupassen. Daher endete für sie das Spiel mit einem Verlust. In einer weiteren Studie der Arbeitsgruppe untersuchten Anderson et al. (1999) 2 Probanden im Alter von 20 Jahren, die in früher Kindheit einen umschriebenen Hirnschaden im präfrontalen Bereich erlitten hatten. Beide Personen zeigten eine weitgehend normale kognitive Entwicklung, waren aber in ihrem Sozialverhalten bereits im Kindesalter auffällig. Mit erwachsenen Frontalhirnpatienten teilten sie ausgeprägte Defizite der exekutiven Funktionen. Darüber hinaus fehlte den Probanden jede Form von moralischer und sozialer Kompetenz, was dazu geführt hatte, dass beide straffällig geworden waren. Sie entsprachen etwa dem Bild einer dissozialen Persönlichkeitsstörung. Bei der »Iowa Gambling Task« schnitten beide Probanden mit Verlust ab und zeigten keine Hautwiderstandsänderungen, vergleichbar den oben beschriebenen Patienten, die im Erwachsenenalter Frontalhirnläsionen erworbenen hatten. Im Unterschied zu der letzteren Gruppe imponierte bei den beiden Probanden jedoch die wesentlich ausgeprägtere Persönlichkeitsstörung.

499 45.4 · Kognitive Modelle menschlicher Frontalhirnfunktionen

! Die somatische Markerhypothese postuliert, dass komplexe Entscheidungen, die im sozialen Kontext vernünftig erscheinen, neben rationalen Aspekten auch eine emotionale Komponente haben. Diese soll wesentlich durch mediobasale präfrontale Areale geprägt werden und sich (vermittelt durch den Hypothalamus) im vegetativen System des Körpers spürbar manifestieren.

In einer Replikationsstudie fanden Maia u. McClelland (2004) bei normalen Versuchspersonen das gleiche besonnene und letztlich gewinnbringende Verhalten wie zuvor Bechera et al. (1997). Sie hinterfragten jedoch die Rolle der unbewussen somatischen Marker für das besonnene Verhalten. Mit Hilfe von differenzierten Fragen während der »Iowa Gambling Task« zeigten sie, dass die Probanden im Spielverlauf schon sehr früh explizit sagen können, wie eine erfolgreiche Spielstrategie aussieht. Das Verhalten basiert demnach nicht auf unbewussten Ahnungen, sondern auf rational zugängigem Wissen. Ferner bezweifelten Manes et al. (2002), dass der orbitofrontale Kortex – wie es die somatischen Markerhypothese postuliert – für ein angemessenes Risikoverhalten entscheidend ist. Die Autoren untersuchten 19 Patienten mit unilateralen präfrontalen Läsionen in verschiedenen Regionen. Neben der bereits erwähnten »Iowa Gambling Task« setzten sie zwei neu entwickelte, einfache Spieltests ein, die Entscheidungsverhalten auf der Basis von unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten und Einsatzrisiko ohne zusätzliche Anforderungen an Arbeitsgedächtnis und Strategieplanung messen. Patienten mit einseitigen orbitofrontalen Läsionen verhielten sich genauso erfolgreich in der »Iowa Gambling Task« wie normale Kontrollpersonen. Auch in den einfacheren Spieltests fielen sie nicht mit schlechten Leistungen auf. Patienten mit dorsomedialen und dorsolateralen Läsionen wählten in der »Iowa Gambling Task« die ungünstigen Risikostapel, verhielten sich in den einfachen Spieltests aber unauffällig. Lediglich die Patienten mit großen Läsionen, die sowohl ventrale als auch posteriore Anteile des präfrontalen Kortex umfassten, zeigten eine (ungünstige) vermehrte Risikobereitschaft sowohl in der »Iowa Gambling Task« als auch in den einfacheren Spieltests. Die Studie zeigt, dass die »Iowa Gambling Task« nicht isoliert unvernünftige Risikobereitschaft misst, sondern die Intaktheit zusätzlicher exekutiver Elemente wie Arbeitsgedächtnis und Antizipation erfordert. Ein angemessenes Risikoverhalten scheint somit auf der Intaktheit mehrerer Komponenten des präfrontalen Kortex zu beruhen.

45.4.4

Weitere Modelle des präfrontalen Kortex

Neben den dargestellten Modellen, die sich primär auf die Verhaltensbeobachtungen von Patienten mit Hirnschädigungen stützen, gibt es eine Reihe von Ansätzen, die eher auf neurophysiologischen Experimenten an wachen Affen oder auf funktionell bildgebenden Studien an gesunden Probanden beruhen. Besonders zu nennen ist hier die Theorie der »Guided Activation« von Miller u. Cohen (2001), die ausführlich im Kap. 43 dargestellt wird. Die grundlegende Idee dieses Modells über die Funktion des präfrontalen Kortex ist eine kontinuierliche Kontrolle des Handelns auf der Basis von Bewertungen, die auf der Integration sensorischer und Gedächtnisinformation zusammen mit gelernten Regeln beruhen. Der Mechanismus der Bewertungen lässt sich mit Hilfe eines Computeralgorithmus modellieren. Fuster (1997) betonte dagegen den Netzwerkaspekt und die zeitliche Dimension der Organisation von Verhalten. Handlungsplanung, zusammen mit Regulation der Aufmerksamkeit, Arbeitsgedächtnis und Kontrolle der Inhibition wird möglich durch die konzertierte Aktion präfrontaler Areale in Verbindung mit entsprechenden posterioren Regionen. In den präfrontalen Arealen findet sich nach Fuster ein hierarchisch angeordnetes »motorisches Gedächtnis«, das unter Einbeziehung von aktuellen sensorischen Informationen, anderen Gedächtnisinhalten und emotionalen Einflüssen zu der Gestaltung von Handlungssequenzen eingesetzt wird. Ein weiterer Ansatz ist das »Adaptive Coding Model« von Duncan (2001). Ausgehend von einer Metaanalyse einer Vielzahl von funktionell bildgebenden Studien schließt der Autor, dass es keine wesentliche regionale Spezialisierung innerhalb des präfrontalen Kortex für verschiedene Aufgaben wie Aufmerksamkeitssteuerung, Antwortauswahl, Problemlösen, oder Arbeitsgedächtnis gibt. Vielmehr scheinen einzelne Areale bei den unterschiedlichsten Aufgaben gleichermaßen aktiv zu sein. Das Modell postuliert, dass in einem Areal kontextabhängig unterschiedliche Aufgaben gelöst werden, die Neurone sich also den jeweiligen Aufgaben anpassen. Diese Annahme wird durch Einzelzellableitungen aus der Arbeitsgruppe um Miller bestätigt (z. B. Freedman et al. 2001). Die Untersuchungen ergaben, dass die gleichen Neuronenpopulationen im lateralen präfrontalen Kortex bei unterschiedlichen Aufgaben kontextabhängig die verschiedensten Diskriminationsleistungen erbringen können.

45

500

Kapitel 45 · Manifestationen von Frontalhirnschädigungen

45.4.5

Abschließende Bemerkung zu den kognitiven Modellen

Die hier vorgestellten Modelle menschlicher Frontalhirnfunktionen haben erheblich zum Verständnis der kognitiven Defizite und Verhaltensauffälligkeiten von Patienten mit exekutiven Dysfunktionen beigetragen. Es muss jedoch angemerkt werden, dass noch ein weiter Weg bis zu einem schlüssigen Verständnis der Organisation und neuronalen Repräsentation der sog. »höchsten« kognitiven Leistungen des Menschen zurückzulegen ist. Die Theorien erklären die klinischen Beobachtungen bislang nur unvollständig und

benutzen teilweise Konzepte, die sehr allgemein und abstrakt bleiben. Die neueren Modelle, die auf elektrophysiologischen und funktionell bildgebenden Daten beruhen, können zu neuen Untersuchungsansätzen führen, wie das zunehmende Interesse an Spieltests zeigt. Wir erwarten, dass die Zusammenführung der empirischen Beiträge aus den verschiedenen methodischen Richtungen es erlauben wird, die »höchsten« kognitiven Leistungen des Menschen in Zukunft besser zu operationalisieren und zu verstehen und somit auch neue therapeutische Ansätze für die unterschiedlichen Störungsbilder nach Frontalhirnschädigungen zu ermöglichen.

Zusammenfassung

45

Die Neuropsychologie hat verschiedene kognitive Modelle entwickelt, die auf der Annahme basieren, dass der frontale Kortex die »höchsten« integrativen Leistungen, die der Mensch auszuführen vermag, steuert und kontrolliert. Dieser Vorstellung entsprechend weisen Patienten mit Schädigungen des Frontalhirns (und zumeist zusätzlich auch Teilen anderer kortikaler und subkortikaler Areale) Störungen der »Exekutivfunktionen« auf. Diese betreffen das Planen, Problemlösen, die Initiierung und Inhibition von Handlungen sowie die Handlungskontrolle. Damit eng assoziiert ist die Funktion des Arbeitsgedächtnisses. Für das Auftreten exekutiver Dysfunktionen scheint entscheidend zu sein, dass die jeweilige Situation ohne eine fest vorgegebene Struktur ist und die Organisation und das Planen des Verhaltens über einen längeren Zeitraum bei gleichzeitiger Berücksichtigung mehrerer Teilaspekte (»multitasking«) erforderlich macht. Patienten mit aus-

geprägten Störungen exekutiver Funktionen wirken oft interessenlos und gleichgültig. Ihre Handlungen scheinen nicht durch Ziele motiviert und geordnet zu sein. Die Fähigkeit abschätzen zu können, mit Hilfe welcher Teilschritte ein übergeordnetes Ziel erreicht werden kann, ist vermindert. Den Patienten fällt es schwer, bereits gefasste Pläne aufgrund eingetretener Veränderungen zu modifizieren und inadäquate Handlungen zu unterdrücken. Die Kranken können darüber hinaus ein Missachten der Instruktionen zur Durchführung von Aufgaben (»rule-breaking«), eine Beinträchtigung von Antizipationsprozessen wie auch perseveratives und rigides Verhalten aufweisen. Es scheint möglich, dass diese Störungen in ihrer Summe die immer wieder bei Patienten mit präfrontalen Läsionen zu beobachtenden Änderungen der Gesamtpersönlichkeit ausmachen. Die »Wesensänderungen« der Patienten betreffen den Antrieb, die Emotionalität sowie das Sozialverhalten.

XI Beiträge subkortikaler Strukturen zu kognitiven Leistungen 46

Visuelle Wahrnehmung

– 503

Peter Thier

47

Exekutive und mnestische Funktionen – 512 Boris Suchan, Irene Daum

48

Sprache

– 521

Claus-W. Wallesch

503

46 Visuelle Wahrnehmung Peter Thier

46.1 46.2 46.3 46.4

Pulvinar – 504 Superiorer Colliculus – 506 Basalganglien – 506 Cerebellum – 508

)) Visuelle Wahrnehmung ist eine primär kortikale Leistung, die die Integrität einer Reihe subkortikaler Strukturen voraussetzt. Es handelt sich bei diesen subkortikalen Strukturen um Kerne, die visuelle Informationen aus der Netzhaut vermitteln bzw. Quellen nichtvisueller Signale sind, die die visuelle Informationsverarbeitung modulieren.

Wie bereits im Buchteil »Elemente der visuellen Wahrnehmung« ausgeführt, ist der seitliche Kniehöcker, der im Zwischenhirn gelegene Nucleus (oder Corpus) geniculatum laterale (NGL) (. Abb. 46.1a,b), der wesentliche Vermittler retinaler Informationen im visuellen Kortex. Die Rolle, die das NGL bei der Übermittlung visueller Informationen aus der Retina in den Kortex spielt, wird durch die Tatsache belegt, dass vollständige Läsionen des LGN zum vollständigen Verlust bewusster visueller Wahrnehmung führen und Teilschäden topographsich spezifische Gesichtsfelddefekte nach sich ziehen (7 Kap. 8). Der laterale Kniehöcker ist aber mehr als eine unentbehrliche Umschaltstation der Sehbahn auf dem Weg von der Netzhaut in den primären visuellen Kortex. Eine Vielzahl anatomischer und elektrophysiologischer Befunde spricht vielmehr dafür, dass der laterale Kniehöcker die erste Instanz der Sehbahn darstellt, in der eine Modulation der visuellen Informationen durch Signale stattfinden dürfte, die den Zustand und die Bedürfnisse des Betrachters und auch den Kontext der Situation berücksichtigen. Dass das NGL mehr als ein getreuer Vermittler retinaler Signale an die Sehrinde sein dürfte, wird bereits durch die anatomische Tatsache nahegelegt, dass ein wesentlicher Teil der Afferenzen des NGL nicht aus der Retina, sondern aus Schicht 6 des primären visuellen Kortex und

verschiedenen Hirnstammzentren herrührt. Ein relativ gut verstandenes Beispiel dieser Modulation des Informationstransfers stellt die sakkadische Suppression dar, die wahrscheinlich im NGL einen wesentlichen Ansatz hat. Der Begriff der sakkadischen Suppression bezeichnet die Unterdrückung der Wahrnehmung einer retinalen Bildverschiebung, die Folge einer sakkadischen Augenbewegung ist (7 Kap. 28). Retinale Verschiebungen des Abbildes der Umwelt einer vergleichbaren Größenordnung werden, sind sie nicht Folge einer sakkadischen Augenbewegung, im Sinne von Bewegung wahrgenommen, während im Falle einer Sakkade die Wahrnehmung von Bildverschmierung unterdrückt wird. Während man früher davon ausging, dass der gesamte Bildeindruck unterdrückt würde, zeigen neuere psychophysische Untersuchungen von Burr et al. (1994), dass die sakkadische Suppression differentiell wirkt. Sie ist auf solche Signale beschränkt, die über den farbblinden magnozellulären Pfad, der die kortikalen Bewegungszentren bedient (7 Kap. 4), vermittelt werden. Signale des parvozellulären Pfades, die der Wahrnehmung feiner räumlicher Details und Farbe zugrunde liegen und umgekehrt keinen wesentlichen Beitrag zur Bewegungswahrnehmung leisten, werden ungehindert weitergereicht. Das LGN wirkt also als selektiver Filter, der die Aspekte des retinalen Angebotes eliminiert, die in einer gegebenen Situation – im vorliegenden Beispiel die Ausführung einer sakkadischen Augenbewegung – abträglich wären. Die subkortikalen Eingänge auf das NGL dürften, das sei erwähnt, u. a. damit befasst sein, den Informationstransfer durch das NGL in Abhängigkeit vom Wachheitsgrad des Betrachters zu modifizieren. ! Das Corpus geniculatum laterale ist mehr als eine einfache »Relaisstation« für visuelle Signale, die aus der Retina kommend an den visuellen Kortex weitergereicht werden. Es scheint vielmehr einen selektiven Filter darzustellen, der u.a. den Zustand des Betrachters berücksichtigt.

46

504

Kapitel 46 · Visuelle Wahrnehmung

a

46

b . Abb. 46.1a, b. a Ansicht des menschlichen Gehirns mit Lage der Basalganglien und des Thalamus. Man beachte, dass Großhirn- und

46.1

Pulvinar

Das Pulvinar ist ein Teil des Thalamus, der seine größte Entfaltung bei Primaten erfährt und hinter und über dem LGN liegend den hinteren Abschluss des Thalamus bildet (. Abb. 46.1a, b). Das Pulvinar besteht aus 4 Hauptkernen, dem oralen Kern, dem medialen Kern, dem lateralen Kern und dem inferioren Kern. Während der orale Kern eine enge Beziehung zum somatosensorischen System aufweist, sind die drei anderen Hauptkerne die Konstituenten des visuellen Pulvinars. Visuelle Afferenzen entstammen im

Kleinhirnrinde vereinfacht ohne Gyrierung dargestellt werden. b Zusammensetzung des Thalamus. (Nach Duus 1980)

Wesentlichen Strukturen im Hirnstamm und im Kortex, die über visuelle Eingänge verfügen, nämlich dem superioren Colliculus, dem Prätektum und verschiedenen Teilen des visuellen Kortex. Weitere Afferenzen, die bevorzugt im medialen Pulvinar enden, entspringen Teilen des Frontalkortex und der Amygdala. Distinkte Gruppen von Neuronen im visuellen Pulvinar projizieren in distinkte Teile des extrastriären visuellen, des parietalen und des temporalen Kortex. Die drei Kerne des visuellen Pulvinars enthalten jeweils mindestens eine komplette Karte des kontralateralen Gesichtsfeldes, wobei die im inferioren Pulvinar die ein-

505 46.1 · Pulvinar

a

b . Abb. 46.2. a Seitenansicht des Hirnstamms. Die oberen Vierhügel (Colliculus superior) bilden zusammen mit dem Colliculus inferior das Tektum, das das Dach des Mittelhirns bildet. b Ansicht auf das vom Rest des Gehirns isolierte Kleinhirn. Die für Sakkaden und langsame Augen-

folgebewegungen verantwortlichen Teile des Kleinhirns liegenim posterioren Vermis (Lobuli VI und VIIA). Dieser und unmittelbar benachbarte Teile des Kleinhirns dürften auch eine wesentliche Rolle für die visuelle Perzeption unabhängig von Sakkaden spielen. (Nach Duus 1980)

deutigste ist. Auf den ersten Blick erscheinen Neurone im visuellen Pulvinar durchaus solchen vergleichbar, die man auch in frühen Stationen des kortikalen visuellen Systems findet: Sie weisen umschriebene rezeptive Felder auf und sind farb-, richtungs- oder orientierungsselektiv. Anders als Läsionen von Area 17 (oder auch des LGN) führen Läsionen des Pulvinars aber nicht zu Gesichtsfeldausfällen oder dramatischen Sehstörungen anderer Art, Ausdruck der Tatsache, dass die Funktion des Pulvinars nicht die elementare visuelle Analyse ist. Eine genauere Betrachtung der Eigenschaften von Pulvinar-Neuronen und die Ergebnisse tierexperimenteller bzw. krankheitsbedingter Läsionen sprechen vielmehr dafür, dass das Pulvinar eine entscheidende Rolle bei unserer Entscheidung darüber spielen dürfte, welches visuelle Objekt in einer Szene als hervorstechend ausgewählt wird und einer weitergehenden Ana-

lyse zugeführt wird, während irrelevante Aspekte der Szene herausgefiltert werden. Einer von vielen einzelzellelektrophysiologischen Befunden, die diese Schlussfolgerung stützt, ist der, dass Pulvinarneurone verstärkte visuelle Antworten zeigen, wenn das Versuchstier seine Aufmerksamkeit auf einen Ort im Gesichtsfeld ausrichtet, der dem rezeptiven Feld des Neurons entspricht. Experimentelle Läsionen des Pulvinars führen hierzu passend zu einer Einschränkung der Fähigkeit, die Aufmerksamkeit umschriebenen Gesichtsfeldorten im kontralateralen Gesichtsfeld zuzuwenden, und Patienten mit krankheitsbedingten Läsionen des Thalamus, die das Pulvinar miteinbeziehen, bieten vergleichbare Defizite (Rafal u. Posner 1987; Petersen et al. 1987; Karnath et al. 2002). Wird das Pulvinar im Tierexperiment ausgeschaltet, dann ist die Fähigkeit beeinträchtigt, Objekte aufgrund von

46

506

Kapitel 46 · Visuelle Wahrnehmung

Farb- oder Formmerkmalen zu identifizieren, wenn sie inmitten von ablenkenden Objekten präsentiert werden. Die Diskriminationsleistung bleibt hingegen unbeeinträchtigt, wenn die Disktraktoren entfernt werden (Desimone et al. 1990). ! Das Pulvinar scheint daran beteiligt zu sein, Objekte auszuwählen, die Gegenstand einer weitergehenden visuellen Analyse werden.

46.2

46

Superiorer Colliculus

Der superiore Colliculus (SC) ist Teil des Tektums, dass das Dach des Mittelhirns bildet (. Abb. 46.2a). Es handelt sich um eine paarige Struktur (ein »Hügel« auf jeder Seite), die in der Tiefe gestaffelte Schichten mit unterschiedlichen Verbindungen und Eigenschaften aufweist. Die oberste Schicht enthält visuelle Neurone mit wohldefinierten rezeptiven Feldern, die retinotop geordnet sind. Der SC einer Seite repräsentiert die kontralaterale Gesichtsfeldhälfte und benachbarte Neurone im SC repräsentieren benachbarte Positionen im Gesichtsfeld. Die visuelle Entladung, die durch die Präsentation eines visuellen Reizes innerhalb des rezeptiven Feldes ausgelöst wird, wird verstärkt, wenn zuvor die Aufmerksamkeit durch einen Hinweisreiz auf diesen Teil des Gesichtsfeldes verschoben wurde. Dieser visuellen Schicht des SC schließen sich tiefere Schichten an, in denen okulomotorische Signale dominieren. Genauso wie visuelle Neurone rezeptive Felder haben, weisen viele dieser tiefer gelegenen okulomotorischen Neurone umschriebene Bewegungsfelder (»movement fields«) auf, d. h., sie entladen dann, wenn eine Augenbewegung auf eine definierte Position im Gesichtsfeld hin ausgeführt wird (. Abb. 46.3). Die Karten der visuellen Neurone und der tiefer gelegenen Neurone mit Bewegungsfeldern im SC sind kongruent: Visuelle rezeptive Felder und Bewegungsfelder von übereinanderliegenden visuellen und okulomotorischen Neuronen repräsentieren identische Teile des Raumes. Eine wesentliche Leistung des SC ist es, sakkadische Augenbewegungen auf eine umschriebene Position im Gesichtsfeld hin auszuführen, die durch einen visuellen Reiz ausgezeichnet wurde. Diese Umsetzung könnte im Prinzip dadurch erreicht werden, dass stimulierte visuelle Neurone ihre Erregung auf die tiefer gelegenen okulomotorischen Neurone übertragen. Eine verstärkte visuelle Entladung, wie sie aus einer voraussgehenden Aufmerksamkeitszuwendung resultiert, könnte prinzipiell diese exzitatorische Kopplung verstärken. Es liegt auf der Hand,

hier eine Verbindung zu der Tatsache zu sehen, dass sakkadische Reaktionszeiten kürzer werden, wenn die Aufmerksamkeit bereits auf dem Sakkadenziel ruht. Umschriebene Läsionen des SC führen nur vorübergehend zu einem Ausfall sakkadischer Augenbewegungen zu der Seite, die der Läsion gegenüberliegt. Allerdings werden auch nach weitestgehender Erholung nicht die kurzen Latenzen erreicht, die visuell geführte Sakkaden im günstigsten Falle erreichen können. Diese Beobachtung unterstreicht die Einschätzung, dass der SC die Basis eines Sakkadenreflexes ist, der uns eine rasche, quasiautomatische Orientierung über neu im Gesichtsfeld auftretende Objekte durch eine Zuwendung der Augen erlaubt. Aller Wahrscheinlichkeit nach ist die Rolle des SC nicht auf die Ausrichtung der Augen auf neue Objekte beschränkt. Tierexperimentelle Befunde sprechen vielmehr dafür, dass der SC auch zu Kopfbewegungen und Bewegungen des Schultergürtels im Sinne einer Zuwendung zum Objekt beiträgt (Freedman et al. 1997; Stuphorn et al. 1999). Natürlich gibt es Situationen, in denen diese orientierende Zuwendung der Augen nicht opportun ist. Es bedarf also ganz offensichtlich der Möglichkeit, diesen colliculären Reflex zu unterdrücken oder ihn umgekehrt in einem anderen Kontext zu nutzen. Diese Modulation dürfte die wesentliche Funktion von Projektionen aus den okulomotorischen Repräsentationen des Frontallappens sein, die den SC unter Vermittlung des Striatums und anderer Teile der Basalganglien (7 unten) erreichen (Hikosaka et al. 2000). ! Der superiore Colliculus ist das wesentliche Substrat unserer Fähigkeit, uns rasch neuen visuellen Objekten zuwenden zu können.

Als »Basalganglien« wird ein großer Komplex von Neuronen bezeichnet, der jeweils in der Tiefe der linken und der rechten Großhirnhemisphäre gelegen ist. Zu den Basalganglien gehören das Striatum, das Pallidum, der Nucleus subthalamicus und die Substantia nigra (. Abb. 46.1a). Als Striatum bezeichnet man einen Teil des Neuronenkomplexes, der durch die Capsula interna in 2 Abschnitte geteilt wird: in den Nucleus caudatus und in das Putamen.

46.3

Basalganglien

Die Kerne der Basalganglien (. Abb. 46.1a) sind Elemente eines komplexen anatomischen Netzwerkes, das weite Bereiche der Großhirnrinde einbezieht. Die Eingänge der

507 46.2 · Superiorer Colliculus

. Abb. 46.3. Rechts oben: Blick auf die schematisch dargestellten beiden oberen Vierhügel (SC) mit eingezeichneter retinotoper Karte. Jeder Colliculus repräsentiert das jeweils kontralaterale Gesichtsfeld. Die zentralen Anteile des Gesichtsfeldes liegen vorn außen, die peripheren Anteile hinten. Rechts unten: schematischer Schnitt durch den SC und die darunterliegenden Anteile des Mittelhirns (vgl. auch . Abb. 46.2a). Links werden die Entladungen von 3 Beispielneuronen während gedächtnisgeführter Sakkaden gezeigt. Die Zeit der Präsentation des peripheren Blickzieles wird durch die vertikalen Linien eingegrenzt. Nach einer Wartezeit von einigen hundert Millisekunden verlöscht das zentrale Fixationsziel (nicht gezeigt), das Zeichen, jetzt

eine Sakkade auf den erinnerten peripheren Ort auszuführen. Die erste Spur in jeder Einheit 1–3, die jeweils mehrere Durchgänge solcher Sequenzen zeigt, stellt die x- und y-Komponenten der Augenposition dar, die darunterliegenden feinen Punkte bezeichnen das Auftreten von Aktionspotentialen und die abschließenden Histogramme stellen die Häufigkeit von Aktionspotentialen als Funktion der Zeit dar. Neuron 1 aus den oberflächlichen Schichten des SC entlädt bei Aufleuchten des peripheren Blickzieles, die tieferliegenden Neurone 2 und 3 ausschließlich (2) bzw. ganz überwiegend (3) in Verbindung mit der späteren Sakkade

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508

Kapitel 46 · Visuelle Wahrnehmung

Basalganglien entstammen allen Teilen des Kortex, einschließlich des visuellen Kortex. Ihre Ausgänge sind hingegen im Wesentlichen auf den Frontallappen und einige subkortikale Strukturen wie den superioren Colliculus beschränkt. Es handelt sich bei den Basalganglien um Strukturen, die eine entscheidende Rolle in der Organisation, der Anpassung und Bewertung motorischen Verhaltens einschließlich seiner okulomotorischen und sprachlichen Aspekte spielen. Diese Rolle wird ausführlich in den folgenden Kapiteln 47 und 48 erörtert. Über ihren Einfluss auf die Okulomotorik, auf die im Zusammenhang mit dem SC eingegangen wurde, und die Interaktion mit den frontalen Substraten des Arbeitsgedächtnisses beeinflussen sie auch das Sehen. Beobachtungen von Karnath et al. (2002) sprechen ferner für eine Rolle des rechten Striatums (Putamen und Nucleus caudatus) bei der Exploration des Raumes. Patienten mit Läsionen im Bereich des rechten Striatums zeigen ähnlich denen mit Läsionen des rechten Pulvinars und des superioren temporalen Gyrus eine Vernachlässigung des kontralateralen Raumes. Ein direkter Einfluss auf die kortikale visuelle Wahrnehmung ist hingegen mit Blick auf das Fehlen einer signifikanten Rückprojektion in den visuellen Kortex kaum zu erwarten. ! Die Basalganglien spielen eine wesentliche Rolle bei der kognitiven Kontrolle von Augenbewegungen, bei der Exploration des Raumes und bei der Organisation, der Anpassung und Bewertung motorischen Verhaltens einschließlich seiner okulomotorischen und sprachlichen Aspekte.

46 46.4

Cerebellum

Das Kleinhirn (. Abb. 46.2b) ist traditionell als eine Struktur verstanden worden, die der Motorik dient, eine Sicht, die auch heute noch das Bild des Kleinhirns in vielen Lehrbüchern bestimmt. Dass diese Sicht kaum richtig sein kann, machen aber bereits einige elementare entwicklungsbiologische und anatomische Fakten deutlich, die zeigen, dass das Kleinhirn mit weiten Teilen der Großhirnrinde verbunden ist, keineswegs nur mit denen, die, wie der primäre motorische Kortex der Motorik dienen. Etwa 90% aller Afferenzen des Kleinhirns entspringen der Großhirnrinde, deren Afferenzen das Kleinhirn unter Vermittlung der Brückenkerne im Hirnstamm erreichen. Bei Primaten pro-

jizieren etwa 80% der Großhirnrinde, keineswegs nur die Teile der Großhirnrinde, die zu motorischen Leistungen beitragen, über die Brückenkerne in das Kleinhirn. Sie sind ihrerseits Ziele von Rückprojektionen aus den Teilen des Kleinhirns, in die sie projizieren. Diese Rückprojektionen in die Großhirnrinde erfolgen unter Vermittlung der tiefen Kleinhirnkerne und des ventromedialen und -lateralen Thalamus (. Abb. 46.1b). Mit anderen Worten, weite Teile des Groß- und des Kleinhirns scheinen über geschlossene Schleifen miteinander verbunden zu sein. Die vorliegenden anatomischen Befunde sprechen dafür, dass auch der dorsale visuelle Pfad und die von ihm bedienten Areale des posterioren parietalen Kortex Teil dieses zerebrozerebellären Kommunikationssystems sind. Wie ausgeprägt zerebelläre Einflüsse auf die visuelle Verarbeitung zumindest in Teilen des visuellen Kortex sein dürften, verdeutlicht ein Blick auf den suprasylvischen Kortex von Katzen, eine Region, die Anteile enthält, die aller Wahrscheinlichkeit nach der bewegungsanalysierenden Area MT von Primaten homolog sein dürften. Die Zahl der Afferenzen des suprasylvischen Kortex, die Teilen des Thalamus entspringen, die unter zerebellärer Kontrolle stehen, liegt in einer Größenordnung, die der der rein visuellen Afferenzen entspricht. Diese zwei Klassen von Afferenzen enden in unterschiedlichen Schichten des Kortex und es ist bislang unverstanden, in welcher Weise die beiden Signalströme im Suprasylvischen Kortex interagieren, oder anders gesagt, welche Rolle die »zerebellären« Afferenzen für die Verarbeitung visueller Bewegung spielen. Angesichts der Massivität des zerebellären Eingangs auf den bewegungsanalysierenden Kortex und ausgedehnte andere Teile des Kortex ist aber wohl weniger der Nachweis visueller und anderer Störungen nach zerebellären Läsionen als die bis vor wenigen Jahre vorherrschende Verkennung solcher Störungen erstaunlich. ! Beobachtungen an Patienten mit Kleinhirnerkrankungen sprechen dafür, dass das Kleinhirn auch unabhängig von seinem Beitrag zur Optimierung visuell geführter Augenbewegungen zur visuellen Wahrnehmung beiträgt.

Ivry u. Diener (1991) waren die ersten, die darüber berichteten, dass Patienten mit zerebellären Schäden unter Sehstörungen in Form erhöhter Schwellen für die Wahrnehmung von visueller Bewegung leiden. Spätere Untersuchungen haben diesen Befund, der zunächst mit Blick

509 46.4 · Cerebellum

a . Abb. 46.4a, b. Störung der Wahrnehmung visueller Bewegung bei Kleinhirnpatienten. (Nach Thier et al. 1999) a Paradigma: Die Versuchspersonen (VP) sehen 2 Felder rechts und links des Fixationspunktes, in denen sich ein Vielzahl von Punkten bewegen. Ein Feld enthält Punkte, die sich in randomisierten Richtungen bewegen, das andere eine Fraktion sich randomisiert bewegender Punkte und ein Komplement von Punkten, die sich allesamt gleichsinnig (kohärent) in eine gemeinsame Richtung bewegen. Die VP müssen im Anschluss an die Präsentation entscheiden, welches Fenster kohärente Bewegung bot. Es wird ermittelt, wie klein der Anteil sich kohärent bewegender Punkte (»Prozent Kohärenz« in b) minimal sein kann, ohne dass die Wahrnehmung kohärenter Bewegung gefährdet würde. b Darstellung dieser Kohärenzschwellen als Funktion der Präsentationsdauer für konstante Geschwindigeit (oben) bzw. als Funktion Geschwindigkeit für konstante Präsentationsdauer (unten). Die Kleinhirnpatienten benötigen deutlich höhere Anteile kohärent bewegter Punkte, um kohärente Bewegung wahrzunehmen

b

auf verschiedene methodische Probleme in Zweifel gezogen werden konnte, immer wieder bestätigen können (. Abb. 46.4) und überdies den relevanten Ort der Schädigung im Cerebellum weiter einengen können. Zu Störungen der Bewegungswahrnehumg scheint es nur nach Schädigungen des zerebellären Vermis, der die beiden zerebellären Hemisphären verbindenden Mittellinienstruktur, zu kommen (. Abb. 46.2b). Störungen der visuellen Wahrnehmung sind bei zerebellären Erkrankungen aber nicht auf die elementare Bewegungswahrnehmung beschränkt, sondern betreffen eine Vielzahl komplexerer Bewegungswahrnehmungsleistungen, die Wahrnehmung von Positionsunterschieden im Gesichtsfeld und Funktionen, die das visuelle Arbeitsgedächtnis einbeziehen. Andererseits kann keine Rede davon sein, dass alle Aspekte des Sehens beeinträchtigt wären. Völlig normal ist beispielsweise die Fähigkeit von zerebellären Patienten ein Zielobjekt inmitten

einer größeren Zahl von Distraktoren aufzufinden, unabhängig davon, ob die Suche mühelos und automatisch möglich ist, weil einem das Zielobjekt gewissermaßen ins Auge springt oder aber die Zuwendung von Aufmerksamkeit erfordert. Während an der Existenz von Störungen der visuellen Wahrnehmung nach zerebellären Läsionen kaum mehr ernsthafte Zweifel bestehen können, bleibt ihre Erklärung unverändert rätselhaft. Das komplexe Muster gestörter und normaler Sehfunktionen lässt sich weder, wie ursprünglich von Ivry u. Diener spekuliert, auf ein Problem der Zeitmessung, noch auf eine insuffiziente Zuwendung von Aufmerksamkeit zurückführen, wie sie von Allen et al. (1997) propagiert wurde. Die einheitliche Struktur des Kleinhirnkortex, die beinahe kristallin anmutet, legt nahe, dass die Kleinhirnrinde ein einheitliches – und bislang unbekanntes – funktionelles Prinzip anbietet, das den unterschiedlichsten Großhirnrin-

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Kapitel 46 · Visuelle Wahrnehmung

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d

511 46.4 · Cerebellum

9 . Abb. 46.5a–d. Sehschärfebeeinträchtigung infolge einer gestörten Blickfolge. a, b Die Versuchsperson (VP) verfolgt ein kleines, umschriebenes Prüffeld, das sich mit einer konstanten Geschwindigkeit nach rechts bewegt. In diesem Prüffeld erscheint für kurze Zeit ein »C«, dessen Orientierung der Sehschärfe. B und C zeigen Beispiele insuffizienter, »sakkadierter« Augenfolgebewegungen, die es mit sich bringen, dass das Bild des C sich aus der Fovea bewegt und immer wieder durch schnelle sakkadische Korrekturen für kurze Augenblicke in die Fovea zurückgeschoben werden muss. Teilabbildung c zeigt die Blickfolge eines Kleinhirnpatienten für 2 Blickzielgeschwindigkeiten, dessen Sehschärfe im Vergleich zu einem Normalkollektiv in d gezeigt wird. d Links oben: Sehschärfe als Funktion der Blickzielgeschwindigkeit für den Kleinhirnpatienten mit gestörter Blickfolge (schwarze Vierecke) und eine Gruppe gesunder Kontrollpersonen (Balken). Während die statische Sehschärfe (Blickziel stationär) des Patienten nur unwesentlich schlechter als die der Kontrollpersonen ist, ist die Sehschärfe für bewegte Blickziele deutlich schlechter, und zwar um so mehr, je schneller sich das Blickziel bewegt. Bei einer Blickzielgeschwindigkeit von 14°/s erreicht der Patient nur noch etwa 25% der normalen Sehschärfe, Ausdruck der Bildverschmierung durch die nicht ausreichende Blickzielstabilisierung auf der Retina (d rechts oben), einer großen Zahl von Aufholsakkaden, die aller Wahrscheinlichkeit nach den Seheindruck beinträchtigen dürften (links unten), und einer im Mittel ungünstigen Positionierung des Blickziels außerhalb der Fovea (rechts unten)

denarealen und damit den unterschiedlichsten Großhirnfunktionen zur Verfügung gestellt wird. Ob eine betrachtete Großhirnfunktion bei Patienten mit Kleinhirnschäden beeinträchtigt ist oder nicht, sagt wahrscheinlich in erster Linie etwas darüber aus, ob das sie tragende Großhirnrindenareal in eine Kleinhirnschleife eingebunden ist oder nicht. Das komplexe Muster gestörter und normaler visueller Funktionen wäre demnach Ausdruck spezifischer anatomischer Verbindungen.

Weit besser verstanden als die Bedeutung der Kleinhirn-Großhirn-Interaktion für die visuelle Wahrnehmung ist die Rolle zielgerichteter Augenbewegungen, die maßgeblich durch das Kleinhirn beeinflusst werden. Für beiden Typen zielgerichteter Augenbewegungen, Sakkaden und langsame Augenfolgebewegungen (7 Kap. 28) gilt, dass ihre Qualität von der Integrität des Cerebellums abhängig ist. Zerebelläre Läsionen, die den posterioren Vermis einbeziehen, ziehen Sakkaden nach sich, deren Amplitude vom Idealmaß abweicht. Das Auge landet nicht auf dem interessierenden Objekt, mit anderen Worten, das retinale Bild des interessierenden Objektes kommt außerhalb der Fovea zu liegen und kann erst durch spätere Korrektursakkaden in die Fovea verschoben werden. Die Folge ist eine Objektanalyse, die sowohl durch eine nicht optimale Sehschärfe als auch durch zusätzliche Bildverschiebungen durch Korrektursakkaden beeinträchtigt wird. Läsionen des posterioren Vermis führen auch zu einer Beeinträchtigung langsamer Augenfolgebewegungen. Ihre Geschwindigkeit ist zu gering, sodass sich das Bild des verfolgten Objektes zunehmend von der Fovea entfernt, bis es dann durch eine Aufholsakkade vorübergehend in die Fovea zurückgeholt wird. Folge ist auch hier eine Beeinträchtigung der Objektanalyse, die, ähnlich wie im Falle unpräziser Sakkaden v. a. Ausdruck der Verwendung nichtfovealer Regionen der Netzhaut für das Sehen ist. Patienten mit isolierten Blickfolgestörungen weisen eine völlig normale visuelle Analyse unbewegter Objekte auf und zeigen für bewegte, mit den Augen verfolgte Objekte umso deutlichere Beeinträchtigungen, je größer die Objektgeschwindigkeit ist (. Abb. 46.5).

Zusammenfassung Visuelle Wahrnehmung ist eine Leistung des visuellen Kortex, die von einer großen Zahl subkortikaler Strukturen, die hier nur gestreift werden konnten, abhängt und beeinflusst wird. Die Mechanismen dieser Einflussnahme sind vielgestaltig: Zu ihnen gehört die optimale Ausrichtung der Augen (superiorer Colliculus, Kleinhirn), die Verhinderung

inadäquater Augenbewegungen (Basalganglien), die Entscheidung darüber, welchen visuellen Objekten die Aufmerksamkeit geschenkt werden soll und die Ausrichtung der Aufmerksamkeit auf das oder die relevanten Objekte (Pulvinar, superiorer Colliculus) und schließlich die Elimination »unerwünschter« visueller Signale (Corpus geniculatum laterale).

46

47 Exekutive und mnestische Funktionen Boris Suchan, Irene Daum

47.1

Basalganglien

– 512

47.1.1 Exekutive Funktionen der Basalganglien – 513 47.1.2 Mnestische Funktionen der Basalganglien – 514

47.2

Thalamus – 515

47.2.1 Exekutive Funktionen des Thalamus – 516 47.2.2 Mnestische Funktionen des Thalamus – 516

47.3

Kleinhirn

– 518

47.3.1 Exekutive Funktionen des Kleinhirns – 518 47.3.2 Mnestische Funktionen des Kleinhirns – 519

))

47

Schädigungen subkortikaler Hirnstrukturen, wie der Basalganglien, des Thalamus oder des Kleinhirns, führen zu charakteristischen neuropsychologischen Veränderungen der Merkfähigkeit sowie exekutiver Kontroll- und Steuerungsprozesse, d. h. zu Veränderungen funktioneller Bereiche, die aufgrund ihrer Komplexität traditionell eher kortikalen Strukturen zugeschrieben wurden. Unter »exekutiven Funktionen« sind äußerst verschiedenartige kognitive Kontrollprozesse zu verstehen, die bei der Vorausplanung und Steuerung situationsgerechten Verhaltens eine wichtige Rolle spielen (7 Kap. 44 und 45). Mnestische Funktionen beziehen sich sowohl auf explizite, bewusste als auch auf implizite, automatische Gedächtnisleistungen in Anlehnung an das Modell der multiplen Gedächtnissysteme von Squire (1987). Nachdem subkortikale Strukturen lange Zeit hinsichtlich einer möglichen Beteiligung an sog. »höheren« kognitiven Prozessen außer Acht gelassen wurden, führten Forschungsergebnisse der letzten Jahrzehnte zu einer vermehrten Berücksichtigung und Erforschung kortikosubkortikaler »Schaltkreise«. Hierunter verstehen wir eine enge und hoch spezifische Vernetzung afferenter und efferenter Verbindungen von kortikalen und subkortikalen Hirnstrukturen. Diese bilden die anatomische Grundlage für die komplexe Verarbeitung, Modulation und Integration von Informationen.

47.1

Basalganglien

Die Basalganglien stellen eine Ansammlung subkortikaler Kerne mit extensiven Verbindungen von und zu limbischen und neokortikalen Regionen dar. Zu den Teilstrukturen der Basalganglien, die in der Tiefe der Hemisphären lokalisiert sind, zählen der Nucleus caudatus (NC) und das von ihm durch die Capsula interna getrennte Putamen sowie der Globus pallidus internus (GPI) und externus (GPE) (. Abb. 46.1a). Der Nucleus subthalamicus (NST) und die Substantia nigra (SN) sind zwei andere Strukturen der Basalganglien, die im Zwischen- bzw. Mittelhirn lokalisiert sind. Das Eingangstor der Basalganglien stellen der NC und das Putamen dar, die gemeinsam als Corpus striatum (Streifenkörper) bezeichnet werden. Sie erhalten kortikale Projektionen von einem großen Teil der Hirnrinde einschließlich des limbischen Kortex, der sensorischen Assoziationsareale sowie der motorischen und präfrontalen Kortexanteile. Das Ausgangstor der Basalganglien bildet der GPI-SN-Komplex, der Informationen direkt oder indirekt, über den GPE und NST, vom Striatum erhält. Von hier aus verlaufen die Projektionen im Rahmen halbgeschlossener Schaltkreise über den Thalamus zurück zum Kortex (für einen Überblick s. Tisch et al. 2004). Den Basalganglien wurde lange Zeit eine rein motorische Funktion zugeschrieben, da Läsionen ihrer Teilstrukturen zu ausgeprägten Störungen der Motorik führen, so wie man sie bei Parkinson-Krankheit oder Huntington-Chorea beobachten kann. Genaue klinische Beobachtungen haben aber schon Anfang des vorigen Jahrhunderts die Pathologie der Basalganglien mit mehr als nur einfachen motorischen Defiziten in Verbindung gebracht. Martin (1927) schreibt zusammenfassend über Patienten mit einer Schädigung des Nucleus subthalamicus, dass sich in nahezu jedem Fall eine geistige Störung zeigt – mit einer anfänglichen kurzen emotionalen Verstimmung (exzessive Angst) und nachfolgendem Gedächtnisverlust sowie Konfusion und Desorientiertheit. Auch Wilson (1912) notiert in seiner klassischen Analyse der progredienten lentikulären Degeneration (Wilson-Krankheit), einer degenerativen Erkrankung

513 47.1 · Basalganglien

der Basalganglien, dass kognitive Beeinträchtigungen häufig zu beobachten waren und dementsprechend ihre Wichtigkeit nicht unterschätzt werden sollte. Die Bemühungen der letzten Jahrzehnte, solche klinischen Beobachtungen empirisch möglichst genau zu untersuchen, ergaben Hinweise auf zwei distinkte »Kanäle« der Informationsverarbeitung in den Basalganglien, die einem sensoriomotorischen und einem assoziativen Bereich im Striatum zugeordnet werden. Diese Bereiche projizieren getrennt zum GPI-SNKomplex und üben so distinkte Einflüsse auf die kortikale Aktivität. Der erste, motorische Kanal verarbeitet Informationen zur Bewegungsausführung und -kontrolle und projiziert zu den prämotorischen frontalen Arealen; der zweite, assoziative Kanal ist an der Verarbeitung komplexer Informationen aus unterschiedlichen kortikalen Arealen beteiligt und projiziert zu den präfrontalen Assoziationsarealen (für einen Überblick s. Middleton u. Strick 2000).

47.1.1

Exekutive Funktionen der Basalganglien

Alexander et al. (1986) haben 5 kortikosubkortikale Schaltkreise beschrieben, 2 mit motorischer und 3 mit nichtmotorischer Funktion. Die Letzteren werden im Zusammen-

hang mit der Beteiligung der Basalganglien an exekutiven Funktionen diskutiert. Sie sind parallel organisiert und verbinden den präfrontalen Kortex mit den Basalganglien und dem Thalamus (Alexander et al. 1986; Masterman u. Cummings 1997, Parent u. Hazrati 1995; . Abb. 47.1). Der erste Schaltkreis verbindet den dorsolateralen präfrontalen Kortex (Brodmann-Area 46/9) mit dem dorsolateralen NC, dem GPI/SN und dem ventralen und medialen Thalamus. Bei Läsionen in diesem Schaltkreis wird ein dysexekutives Syndrom mit beeinträchtigtem Problemlösen, Störungen des Arbeitsgedächtnisses und Defiziten beim Planen berichtet, die häufig mit einer gestörten Verarbeitung im präfrontalen Kortex assoziiert werden (z. B. Dagher et al. 1999; Smith u. Jonides 1999, Wager u. Smith 2003). Ähnliche Störungen der exekutiven Kontrolle sind aber auch nach degenerativen Prozessen in den Basalganglien, wie im Falle der Parkinson-Krankheit oder Huntington-Chorea, zu beobachten. Die Patienten haben bei der Bearbeitung von Aufgaben, die Leistungen wie Konzeptbeibehaltung bzw. -wechsel, Aufmerksamkeitskontrolle, planerisches Denken sowie die zeitliche Einordnung von Ereignissen beanspruchen, häufig deutliche Schwierigkeiten (Cummings 1993; Robbins et al. 1994; Lawrence et al. 1996; Keri et al. 2002). Ebenfalls zeigen Parkinson-Patienten Defizite bei der Inhibition habitueller Verhaltenstendenzen

PALLIDUM

STRIATUM

. Abb. 47.1. Anatomische Strukturen der 3 frontosubkortikalen Schaltkreise mit kognitiver Funktion. Abkürzungen: ACC anteriorer zingulärer Kortex, DLC dorsolateraler präfrontaler Kortex, LOF lateraler orbitofrontaler Kortex, vm ventromedial, dl dorsolateral, VS ventrales Striatum, mdm medial dorsomedial, ldm lateral dorsomedial, rl rostrolateral, rm rostro-

T H A L A M U S

medial, rd rostrodorsal, VP ventrales Pallidum, VAmc ventral anteriorer Pars magnocellularis, MDmc medial dorsaler Pars magnocellularis, Vapc ventraler anteriorer Pars parvocellularis, MDpc medial dorsaler Pars parvocellularis, pm posteromedial, h Kopf, MD Nucleus dorsomedialis, SNr Substantia nigra pars reticulata. (Nach Masterman u. Cummings 1997)

47

514

Kapitel 47 · Exekutive und mnestische Funktionen

(Dujardin et al. 1999, Pollux u. Robertson 2002); ähnliche Defizite zeigen Patienten mit fokalen vaskulären Schädigungen der Basalganglien (Heyder et al. 2004). Die funktionelle Bedeutung des NC für die Entstehung dieser Defizite ist allerdings noch nicht geklärt (s. Bruck et al. 2001 oder Alegret et al. 2001). Der zweite frontosubkortikale Schaltkreis verbindet den lateralen orbitofrontalen Kortex (Brodmann-Area10) mit dem ventromedialen NC, dem GPI/SN und dem dorsomedialen thalamischen Kern. Dysfunktion in diesem Schaltkreis führen zu Verhaltensstörungen wie z. B. Enthemmung, Depression oder Zwang. Bei vielen Patienten mit degenerativen, aber auch vaskulären Erkrankungen der Basalganglien werden Depression und Zwangssymptome berichtet (Cummings u. Cunningham 1992; Tomer et al. 1993; Kotrla et al. 1994). Der dritte nichtmotorische frontosubkortikale Schaltkreis mit komplexer Funktion umfasst das anteriore Cingulum (Brodmann-Area 24), das ventrale Striatum, den GPI/ SN-Komplex und den dorsomedialen Thalamus. Läsionen in diesem Schaltkreis nach degenerativen, vaskulären oder entzündlichen Erkrankungen sind häufig mit Apathie assoziiert (Förstl u. Sahakian 1991; Cummings 1993; Pasquier et al. 1995). Die Störung bezieht sich sowohl auf emotionale Aspekte wie Gleichgültigkeit, Distanzierung oder flachen Affekt als auch auf eine reduzierte motorische und mentale Aktivität.

47.1.2

47

Mnestische Funktionen der Basalganglien

Explizite Gedächtnisdefizite nach Basalganglienschädigungen wurden v. a. in Bezug auf degenerative Erkrankungen und die damit verbundene dementielle Entwicklung untersucht und diskutiert. Störungen des Kurz- und Arbeitsgedächtnisses sowie des Abrufs aus dem Langzeitgedächtnis sind häufig die ersten Auffälligkeiten bei Patienten mit Huntington-Chorea und auf eine Dysfunktion der assoziativen Anteile des Striatums zurückzuführen (Brandt et al. 1988; Lawrence et al. 1996). Patienten mit Parkinson-Krankheit zeigen ähnliche Störungen der mnestischen Funktion, die aber erst später im Krankheitsverlauf beobachtbar sind. In diesem Falle treten erst Schädigungen im motorischen Bereich des Striatums auf, sodass Bewegungsstörungen die Frühsymptomatik dieser Erkrankung charakterisieren. Typischerweise beobachtet man bei Parkinson-Patienten einen gestörten Abruf aus dem Langzeitgedächtnis, der auf

gestörte Such- und Organisationsstrategien im Gedächtnis zurückgeführt werden kann. Die Patienten können Wortlisten, die nach semantischen Kategorien organisiert sind, gut behalten, zeigen aber Schwierigkeiten mit unstrukturiertem Lernmaterial, das nur unter Einsatz von Gedächtnisstrategien semantisch sinnvoll enkodiert werden kann (Taylor et al. 1990; Daum et al. 1995; Saint-Cyr 2003). Hierbei wird dem NC als Eingangsstation des frontostriatalen Kreislaufs eine entscheidende Rolle für strategische Gedächtnisprozesse zugeschrieben (Parent u. Hazrati 1995). Strategischer Abruf aus dem semantischen Gedächtnis wird dagegen mit der Funktion des GPI assoziiert (Jahanshahi et al. 2000; Lacritz et al. 2000). Obwohl Studien mit bildgebenden Verfahren zum verbalen Gedächtnis konsistente Aktivierungen im NC und Putamen aufzeigten (Zhang et al. 2003; Lewis et al. 2003), muss der genaue Beitrag der Basalganglien zu diesen Prozessen genauer erforscht werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt der Gedächtniseinbußen bei Parkinson-Patienten ist die reduzierte Behaltensleistung bei der unmittelbaren, nicht aber bei der verzögerten Wiedergabe. Dies weist auf einen gestörten Transfer aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis hin, der möglicherweise auf einer reduzierten Bearbeitungskapazität im Kurzzeitgedächtnis beruht (Cooper et al. 1991). Implizite Gedächtnisleistungen der Basalganglien wurden meist im Zusammenhang mit dem Erwerb motorischer Fertigkeiten untersucht. Studien mit bildgebenden Verfahren zeigen Aktivierungen des motorischen und prämotorischen Kortex v. a. in der initialen Lernphase, während mit zunehmender Automatisierung die Basalganglien eine wichtigere Rolle einnehmen (Grafton et al. 1992a; Doyon et al. 1996). Klinische Studien bei Patienten mit degenerativen Veränderungen des Striatums (Parkinson-Krankheit oder Huntington-Chorea) berichten deutlich beeinträchtigte Lernleistungen bei Aufgaben, die das Erlernen visuomotorischer Reiz-Reaktions-Verbindungen beanspruchen (Harrington et al. 1990; Jackson et al. 1995; Helmuth et al. 2000). Möglicherweise sind die Basalganglien nicht nur für den Erwerb motorischer, sondern auch perzeptiver und kognitiver Fertigkeiten, wie des Lesens von in Spiegelschrift dargebotenen Wörtern bzw. des Lernens artifizieller grammatikalischer Regeln, zuständig. In aktuellen Untersuchungen werden auch in diesen Bereichen Beeinträchtigungen festgestellt (Daum u. Ackermann 1997b; Knowlton et al. 1996). Auch beim inkrementellen Lernen von Reiz-BelohnungsZusammenhängen wurden Defizite nachgewiesen, die in Zusammenhang mit einem gestörten Belohnungssystem diskutiert werden (Shohamy et al. 2004, 2005). Dagegen

515 47.2 · Thalamus

zeigen Untersuchungen zu Priming-Effekten, einer anderen impliziten Gedächtnisform, die auf perzeptueller Geläufigkeit beruht, keine Unterschiede in der Leistung der Patienten mit degenerativen Erkrankungen der Basalganglien im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen. Die wiederholte Darbietung visueller oder verbaler Informationen führt bei den Patienten ähnlich wie bei gesunden Kontrollpersonen zu einer schnelleren und effizienteren Verarbeitung dieser Informationen (Heindel et al. 1989). In den späten Krankheitsstadien zeigt sich allerdings eine Verschlechterung auch dieser Funktionen, die aber auf umfangreiche kortikale und subkortikale Abbauprozesse und nicht allein auf die Schädigung der Basalganglien zurückzuführen ist (vgl. Daum u. Ackermann 1997b). ! Die meisten Untersuchungen zu den kognitiven Funktionen der Basalganglien wurden bei Patienten mit degenerativen Erkrankungen durchgeführt, die nicht nur die Basalganglien, sondern auch andere Hirnregionen betreffen. Aus diesem Grund ist es nicht möglich zu differenzieren, ob die beobachteten Veränderungen allein von der Dysfunktion der Basalganglien herrühren oder durch die Schädigung anderer betroffener Hirnstrukturen verursacht werden. Die genaue Bestimmung der funktionellen Relevanz einzelner Bestandteile der Basalganglien macht weitere detaillierte Untersuchungen an Patienten mit genau umschriebenen Läsionen erforderlich, die keine zusätzlichen Schädigungen im Gehirn aufweisen. Die Frage nach dem spezifischen Beitrag der Basalganglien zu kognitiven Funktionen kann man also nur begrenzt und weitgehend theoretisch beantworten. Modelle, wie das von Houk u. Wise (1995) versuchen, die Funktion der Basalganglien innerhalb der frontosubkortikaler Schaltkreise näher zu definieren. Die Autoren gehen von der Fähigkeit der Neurone im Striatum aus, aufgrund der großen Anzahl von kortikalen Projektionen komplexe Aktivitätsmuster im Gehirn zu erkennen. Diese Aktivitätsmuster stellen bestimmte Zustände innerhalb oder außerhalb des Organismus dar, die sich erfahrungsbedingt als relevant für die Verhaltenssteuerung erwiesen haben. Die Basalganglien identifizieren solche kortikalen Aktivitätsmuster, die sie dann dem Kortex signalisieren, um eine bestimmte Handlung zu initiieren. In Anlehnung an dieses Modell kann man also davon ausgehen, dass die Basalganglien eine wichtige 6

Rolle bei der Entwicklung von stereotypen überlernten Verhaltensweisen spielen, die erfahrungsbedingt durch bestimmte Hinweisreize im Organismus oder durch bestimmte Situationen ausgelöst werden. Verbindungen vom Mittelhirn zum Striatum sind durch verstärkende, Dopamin-modulierte Impulse für die Akquisition und Aufrechterhaltung dieser Verhaltensweisen zuständig (Knowlton et al. 1996; Schulz et al. 1997; Shohamy et al. 2004, 2005).

47.2

Thalamus

Der Thalamus ist ein etwa taubeneigroßer, in beiden Hemisphären angelegter Kernkomplex, etwa auf der Höhe des 3. Ventrikels (. Abb. 46.1b). Seine mannigfaltige Gliederung und die multiplen Faserverbindungen zu anderen Hirnstrukturen stellen bis heute ein Hindernis für die genaue funktionelle Abgrenzung seiner einzelnen Kernformationen dar. Nach groben anatomischen Kriterien kann man von einer Dreiteilung des Thalamus in einen anterioren, medialen und lateroventralen Bereich ausgehen (s. Schmahmann 2003). Der anteriore Bereich weist Verbindungen zum limbischen System auf und ist in den sog. Papez-Kreis (7 Abschn. 41.1.2) eingebunden, der den Hippokampus über den Fornix mit den Mammillarkörpern und die anterioren thalamischen Kerngruppe verbindet. Die Kerne des medialen Bereichs sind mit kortikalen frontalen Arealen und limbischen Strukturen, wie dem Hypothalamus und der Amygdala verbunden. Letztlich umfasst der lateroventrale Bereich die laterale und ventrale Kerngruppe. Die Lateralkerne werden als Integrationskerne angesehen, da sie keine extrathalamischen Zuflüsse enthalten, sondern nur mit anderen Thalamuskernen verbunden sind. Die ventrale Kerngruppe leitet motorische Informationen aus den Basalganglien und dem Kleinhirn weiter zum motorischen und prämotorischen Kortex sowie sensorische Informationen von den Rezeptoren zur kortikalen Postzentralregion. Der Thalamus wurde lange als eine einfache Relaisstation betrachtet, die sensorische und limbische Informationen zum Kortex weiterleitet, ohne sie lokal zu verarbeiten. Durch seine Einbindung in die oben beschriebenen kortikosubkortikalen Schaltkreise wurde diese Betrachtungsweise in den letzten Jahrzehnten revidiert und dem Thalamus eine zentrale Rolle bei der Informationsverarbeitung zugeschrieben (Alexander et al. 1986; Macchi u. Bentivoglio 1994; auch 7 Kap. 20).

47

516

Kapitel 47 · Exekutive und mnestische Funktionen

47.2.1

Exekutive Funktionen des Thalamus

Der thalamische Beitrag zu exekutiven Funktionen kann wie im Falle der Basalganglien nur im Kontext seiner Verbindungen zum Kortex verstanden werden. Alexander et al. (1986) haben in Anbetracht der oben beschriebenen frontosubkortikalen Schaltkreise die sog. »Funneling«Hypothese postuliert. Dieser Hypothese zufolge bilden die frontosubkortikalen Schaltkreise eine Art »Trichter«, in dem Informationen aus unterschiedlichen kortikalen Arealen zusammenfließen. Diese Informationen werden auf subkortikaler Ebene zunehmend gebündelt und in ein eng umschriebenes kortikales Areal zurückprojiziert. Der Thalamus stellt im Rahmen dieser Schaltkreise die letzte Stufe der Integration auf subkortikaler Ebene dar, von der aus die Informationen zum Kortex zurückprojiziert werden (. Abb. 47.2). Degenerative thalamische Veränderungen, die hauptsächlich die anteriore und die laterale Kerngruppe sowie Teile des medialen Thalamus betreffen, führen zu einer deutlichen Beeinträchtigung komplexer kognitiver Funktionen sowie zu begleitenden affektiven Störungen (Schulman 1957). Eine ähnliche Symptomatik wird auch nach umschriebenen thalamischer Läsionen beschrieben. Studien bei Patienten mit Infarkten im anterioren und medialen Kernbereich berichten Störungen des konzeptuellen Denkens, mangelnde kognitive Flexibilität und Hemmungskontrolle sowie eine reduzierte Wortflüssigkeit (für

A

47

C

B

KORTEX

B A

C

STRIATUM

C

GPI/SN

B A

ABC

THALAMUS

. Abb. 47.2. Die Etagen der Informationsintegration in den kortikosubkortikalen Schaltkreisen. (Nach Alexander et al. 1986)

einen Überblick van der Werf et al. 2000, 2003). Defizite in der Wortflüssigkeit wurden von Zoppelt et al. (2003) bei Patienten mit Infarkten im ventrolateralen Thalamus aufgezeigt. Patienten mit Infarkten im MD dagegen unterschieden sich nicht von der untersuchten Vergleichsgruppe. Zu den beobachteten Verhaltensauffälligkeiten zählen eine starke Affektlabilität mit Euphorie und Agitiertheit (Bogousslavsky 1988) oder aber allgemeine Gleichgültigkeit und Verflachung der Persönlichkeit (Graff-Radford et al. 1990; Stuss et al. 1988). Die aktuelle Befundlage ist trotz zunehmender Differenzierung der Folgen umschriebener thalamischer Läsionen dennoch nicht hinreichend, um die Frage nach dem spezifischen Beitrag einzelner Kerne zu exekutiven Funktionen endgültig beantworten zu können.

47.2.2

Mnestische Funktionen des Thalamus

Die am häufigsten beobachteten Gedächtnisstörungen nach Schädigung im Zwischenhirn zeigen sich bei Amnesien nach chronischem Alkoholmissbrauch. In diesem Zusammenhang wird häufig der Begriff »dienzephale Amnesie« verwendet, der eine Beeinträchtigung der Neugedächtnisbildung sowie Abrufstörungen aus dem Altgedächtnis bei weitgehend intakter Intelligenz- und Aufmerksamkeitsleistung nach Schädigungen im Zwischenhirn bezeichnet. Diese Gedächtnisstörungen ergeben zusammen mit einer mangelnden Plausibilitätsüberprüfung erinnerter Gedächtnisinhalte das kognitive Symptombild des Korsakoff-Syndroms, das als Folge einer durch Vitamin-B1-Mangel bedingte bilaterale Schädigung im medialen Thalamus und in den Mammillarkörpern bei chronischem Alkoholmissbrauch entsteht. Ferner zeigt sich bei diesem Syndrom auch eine frontal betonte zerebrale Atrophie, sodass die beobachteten Gedächtnisstörungen nicht allein auf die Schädigung thalamischer Strukturen zurückgeführt werden können. Genauere Anhaltspunkte für eine Beteiligung des Thalamus an Gedächtnisprozessen liefern neuropsychologische Befunde bei Patienten mit umschriebenen thalamischen Läsionen. Störungen des expliziten Gedächtnisses wurden häufig nach Infarkten im anterioren und medialen Thalamus berichtet (für eine Übersicht s. van der Werf et al. 1999). Die Ergebnisse der Untersuchungen sprechen für eine Schlüsselrolle der anterioren Kerngruppe und des Nucleus dorsomedialis (MD), die größte Formation des medialen Thalamus, bei der Entstehung einer dienzephalen Amnesie.

517 47.2 · Thalamus

. Abb. 47.3a, b. Zwei hippocampal-dienzephale Schleifen mit mnestischer Funktion: die hippocampal-anteriorthalamische Achse (a) und die parahippocampal-dorsomedialthalamische Achse (b). (Nach Aggleton u. Brown 1999)

a

b

Die anteriore Kerngruppe weist extensive Verbindungen sowohl mit mediotemporalen als auch mit präfrontalen kortikalen Arealen auf. Sie ist über den Fornix mit dem Hippokampus direkt oder indirekt nach einer Umschaltung in den Mammillarkörpern verbunden und projiziert zu den posterioren Anteilen des Cingulum (Aggleton et al. 1986; . Abb. 47.3a). Die Auswirkung einer Schädigung der anterioren thalamischen Kerne auf die Gedächtnisfunktion bleibt dennoch weitgehend empirisch ungeklärt. Der massive Informationsaustausch über den mammillothalamischen Trakt, der die Mammillarkörper mit den anterioren Anteilen des Thalamus verbindet, ermöglicht aufgrund der engen anatomischen Beziehungen keine genaue Zuordnung ätiologischer Faktoren. Bei anterioren thalamischen Läsionen können Schädigungen des mammillothalamischen Traktes nicht ausgeschlossen werden, sodass die beobachteten Gedächtnisdefizite häufig als Auswirkung einer Läsionen beider Strukturen interpretiert werden (von Cramon et al. 1985; Parkin et al. 1994; Daum u. Ackermann 1994). Van der Werf et al. 2003 berichten, dass die für Amnesie kritische Struktur der mammillothalamische Trakt ist.

Der Nucleus dorsomedialis (MD) erhält Projektionen vom rhinalen Kortex und der Amygdala sowie von den Assoziationsarealen im Temporallappen und projiziert in die medialen und orbitalen Regionen des präfrontalen Kortex (Bentivoglio et al. 1997; . Abb. 47.3b). Nach Läsionen in diesem Kern beobachtet man eine deutliche Beeinträchtigung der selektiven Speicherung, Aktivierung oder zeitlicher Einordnung von Gedächtnisinhalten. Diese Beeinträchtigungen werden auf eine durch die Schädigung des MD hervorgerufene Durchtrennung präfrontalthalamischer Verbindungen zurückgeführt (Graff-Radford et al. 1990). Aggleton u. Brown (1999) postulieren zwei für die Entstehung expliziter Gedächtnisstörungen verantwortliche Schleifen, die Regionen des medialen Temporallappens mit dienzephalen Strukturen verbinden (. Abb. 47.3a, b). Die hippocampal-anterior-thalamische Achse umfasst als erste Schleife den Hippocampus, den Fornix, die Mammillarkörper und die anterioren Kerne des Thalamus. Sie ist auch als der Papez-Kreis bekannt und spielt bei der Enkodierung und dem Abruf kontextabhängiger Gedächtnisinhalte eine wichtige Rolle. Dysfunktionen in dieser Schleife führen zu

47

518

47

Kapitel 47 · Exekutive und mnestische Funktionen

ausgeprägten Störungen des episodischen Gedächtnisses. Gedächtnisinhalte können nicht mehr in ihrem zeitlichräumlichen Kontext erinnert werden. Die zweite Schleife verbindet den parahippocampalen Kortex des Temporallappens mit dem medialen Thalamus. Sie spielt eine Rolle bei der Neuheitsdetektion, die auf der Beurteilung der Bekanntheit wiederholt dargebotener Reize unabhängig von dem Kontext seiner Darbietung beruht. Störungen in dieser Schleife sind mit einem Verlust der auf Bekanntheitsurteilen basierenden Fähigkeit zum Wiedererkennen verbunden (vgl. Aggleton u. Brown 1999). In einer Untersuchung der Gedächtnisprofile von Patienten mit fokalen Läsionen wiesen Patienten mit MDLäsionen nur beim kontextgebundenen Erinnern Defizite auf, während Läsionen im Bereich des ventrolateralen Thalamus kombinierte Auswirkungen auf kontextgebundenes Wiedererkennen und auf Bekanntheitsentscheidung hatten. Die Probleme der Patienten mit Läsionen im ventrolateralen Thalamus deuten auf Schädigungen frontostriataler Verbindungen und eine Beziehung des ventrolateralen Thalamus in Verbindung mit den BG und dem PFC hin. Eine Beteiligung thalamischer Strukturen an impliziten Gedächtnisfunktionen ist im Hinblick auf die empirischen Ergebnisse höchstwahrscheinlich auszuschließen. Patienten mit Korsakoff-Syndrom zeigen trotz starker Beeinträchtigung expliziter Gedächtnisprozesse gut erhaltene Priming-Effekte sowie einen intakten Erwerb motorischer Fertigkeiten (Shimamura u. Squire 1984; Cohen u. Squire 1980). Daum u. Ackermann (1994) berichten über eine Patientin mit bilateraler thalamischer Schädigung, bei der trotz ausgeprägter amnestischer Symptomatik die Hauptkomponenten des impliziten Gedächtnisses, wie Priming, Erlernen von Fertigkeiten und einfache klassische Konditionierung, unbeeinträchtigt waren. Vergleichbare Ergebnisse berichteten Speedie u. Heilman (1983) nach unilateralen und Nichelli et al. (1988) nach bilateralen thalamischen Läsionen. ! Der Thalamus wird als eine wichtige Schaltstelle kortikosubkortikaler Schleifen mit komplexer modulatorischer und integrativer Funktion betrachtet. Es besteht jedoch noch Unklarheit darüber, welche thalamischen Strukturen – Kernformationen und Faserverbindungen – an welchen Funktionen beteiligt sind. Kognitive Störungen nach Läsionen im Thalamus werden als die Konsequenz einer Durchtrennung thalamischer Verbindungen zu anderen Hirnregio6

nen interpretiert (Diskonnektionshypothese, s. von Cramon et al. 1985; Graff-Radford et al. 1990). Die Verbindungen zu den präfrontalen kortikalen Assoziationsarealen bilden die anatomische Grundlage der thalamischen Beteiligung an exekutiven Funktionen, während Verbindungen zum medialen Temporallappen für die Gedächtnisfunktion des Thalamus von besonderer Bedeutung sind.

47.3

Kleinhirn

Das Kleinhirn (. Abb. 46.2b) ist die dritte subkortikale Struktur, bei der eine Beteiligung an kognitiven Prozessen angenommen wird (Leiner et al. 1986, 1993; Keele u. Ivry 1990; Daum et al. 1993). Nach Ito (1993) ist das Kleinhirn sowohl an motorischen und als auch an kognitiven Kontrollsystemen beteiligt, deren neuronale Grundlage Schaltkreise bilden, die das Kleinhirn mit frontalen kortikalen Arealen über den Thalamus verbinden (Schmahmann et al. 1991).

47.3.1

Exekutive Funktionen des Kleinhirns

Als Substrat der Kleinhirnbeteiligung an exekutiven Funktionen gelten seine Faserverbindungen zum präfrontalen Kortex (vgl. Schmahmann 1997; Daum u. Ackermann 1997a, b). Zahlreiche Studien haben die Rolle des Kleinhirns beim Planen sowie beim schlussfolgernden und abstrakten Denken untersucht. Grafman et al. (1992) berichten ein gestörtes Problemlöseverhalten und eine reduzierte Verarbeitungsgeschwindigkeit bei Patienten mit Atrophien im Kleinhirn. Sowohl motorisch als auch kognitiv zeigten sich Schwierigkeiten, Teilhandlungen bzw. Denkoperationen in der richtigen Reihenfolge bei der Lösung eines Problems durchzuführen. Andere Studien bei Patienten mit degenerativen Erkrankungen des Kleinhirns zeigten eine Beeinträchtigung der Wortflüssigkeit und der Aufmerksamkeitskontrolle sowie eine verstärkte Perseverationstendenz bei unterschiedlichen laut- und schriftsprachlichen Aufgaben (Appollonio et al. 1993; Fiez 1996). Gottwald et al. (2003) konnten an Patienten mit fokalen zerebellären Läsionen Defizite im Arbeitsgedächtnis aufzeigen. Die bisherigen empirischen Befunde sind allerdings widersprüchlich und lassen den spezifischen Beitrag des Kleinhirns zu exekutiven Funktionen noch weitgehend ungeklärt. Sie beziehen sich hauptsächlich auf Untersu-

519 47.3 · Kleinhirn

chungen von Patienten mit degenerativen Veränderungen, die nicht nur das Kleinhirn, sondern darüber hinaus auch andere subkortikale und kortikale Strukturen betreffen. Die Frage, ob die beobachteten dysexekutiven Störungen allein auf Dysfunktionen im Kleinhirn zurückzuführen sind, bleibt daher weiter offen.

47.3.2

Mnestische Funktionen des Kleinhirns

Das Kleinhirn spielt in Verbindung mit dem präfrontalen Kortex eine wichtige Rolle bei der zeitlichen Kodierung von Reizen und Handlungen. Dies spricht für einen möglichen Beitrag dieser Struktur bei der zeitlich-räumlichen Speicherung der Informationen im Gedächtnis. Patienten mit degenerativen Erkrankungen des Kleinhirns haben Schwierigkeiten, Lerninhalte frei zu reproduzieren. Dagegen ist das Wiedererkennen dieser Inhalte unbeeinträchtigt (Appollonio et al. 1993). Andere Untersuchungen konnten diese Befunde nicht replizieren. Es zeigten sich keine wesentlichen Unterschiede zwischen Patienten mit Kleinhirndysfunktionen und Kontrollpersonen in den kurz- und mittelfristigen Behaltensleistungen von neuem sprachlichem oder nichtsprachlichem Material (BrackeTolkmitt et al. 1989; Fiez et al. 1992; Daum et al. 1993). Das Erlernen von willkürlichen Assoziationen zwischen unterschiedlichen Wortpaaren, Zeichnungen oder Wörtern und Zeichnungen war ebenfalls intakt (Daum et al. 1993; Appolllonio et al. 1993). Auch das Gedächtnis für die zeitliche Reihenfolge der Darbietung von Wörtern erwies sich wider Erwarten als unbeeinträchtigt (Dimitrov et al. 1996). In Studien mit funktioneller Bildgebung konnten Desmond u. Fiez (1998) eine Beteiligung des Kleinhirns an Abrufprozessen im deklarativen Gedächtnis aufzeigen. Weis et al. (2004) dagegen zeigten eine zerebelläre Beteiligung an der Bildung und dem Abruf deklarativer Gedächtnisinhalte auf. Da Läsionen des Kleinhirns keine oder nur geringfügige deklarative Gedächtnisdefizite nach sich ziehen, kann dem Kleinhirn keine direkte, sondern vermutlich eine unterstützende Funktion bei der Gedächtnisbildung zugeschrieben werden. Dagegen sind Schädigungen im Kleinhirn häufig mit Störungen des impliziten Gedächtnisses assoziiert. Zu diesen Störungen zählen Schwierigkeiten beim Erwerb motorischer Fertigkeiten, wie z. B. dem Nachzeichnen geometrischer Muster oder der flüssigen Durchführung einer Handbewegungssequenz, sowie beim Erlernen von Reiz-

Reaktions-Sequenzen in Aufgaben zum visuomotorischen Lernen (Inhoff et al. 1989; Pascual-Leone et al. 1993; Sanes et al. 1990). Das Kleinhirn spielt auch bei der klassischen Konditionierung einfacher motorischer Reaktionen eine wesentliche Rolle. Klinische Studien an Patienten mit Kleinhirndysfunktionen ergaben deutliche Lerndefizite beim Erwerb der konditionierten Lidschlussreaktion auf einen Ton, der kurz vor einem für das Auge aversiven Luftstoß dargeboten wird (für einen Überblick s. Daum u. Schugens 1996). Auch für andere Formen des visuomotorischen assoziativen Lernens wurden Beeinträchtigungen zerebellärer Patienten berichtet (Timman et al. 2004; Maschke et al. 2002). ! Schädigungen des Kleinhirns gehen mit dysexekutiven Störungen und Defizite des motorischen, impliziten Lernens einher. Theoretisch kann man nach Ito (1993) eine Analogie zwischen den motorischen und kognitiven Funktionen des Kleinhirns annehmen. Motorisch steuert das Kleinhirn die Ausführung von Handlungssequenzen durch einen fortlaufenden Vergleich mit den kortikalen motorischen Programmen und mit den Motoneuronen des Rückenmarks. Bei kognitiven Operationen ist das Kleinhirn möglicherweise für die Sequenzierung und zeitliche Platzierung einzelner Denkschritte zuständig, die kortikal initiiert und durchgeführt werden. Die Annahme einer Parallelität der motorischen und kognitiven Kontrollprozesse soll dennoch nicht im Sinne einer Überlappung oder gegenseitigen Abhängigkeit missverstanden werden. Bürk et al. (1999) folgern aufgrund des fehlenden Zusammenhangs zwischen der motorischen Beeinträchtigung und den erhobenen kognitiven Störungen bei Patienten mit Degenerationen im Kleinhirn, dass die kognitiven Defizite nicht als sekundärer Effekt der motorischen Störung betrachtet werden sollten, sondern als eine davon unabhängige Symptomatik im Rahmen desselben Krankheitsbildes. Die bisherigen empirischen Befunde zum Beitrag des Kleinhirns zu kognitiven Funktionen sind mit einem kritischen Auge zu betrachten, da sich die meisten klinischen Studien auf Auswirkungen degenerativer Erkrankungen beschränkt haben. Aufgrund der pathologischen Veränderungen, die bei solchen Erkrankungen nicht nur im Kleinhirn auftreten, sondern diffus im Gehirn verteilt sind, können die beobachteten kognitiven Störungen nicht ausschließlich auf Dysfunktionen im Kleinhirn zurückgeführt werden.

47

520

Kapitel 47 · Exekutive und mnestische Funktionen

Zusammenfassung Die Beteiligung subkortikaler Strukturen an kognitiven Funktionen basiert auf ihren engen anatomischen Beziehungen zu kortikalen Arealen und ihrer Einbindung in komplexe Schaltkreise, in denen die Informationsverarbeitung und -integration gewährleistet ist. Schädigungen subkortikaler Strukturen führen zu Defiziten in verschiedenen kognitiven Leistungsbereichen, wobei hauptsächlich exekutive und mnestische Funktionen beeinträchtigt sind. Exekutive Funktionen, wie Handlungssteuerung und Planen, Realitätsüberprüfung und Aktivierung situationsgerechter Verhaltensweisen, erwiesen sich bei Patienten mit degenerativen Erkrankungen der Basalganglien und des Thalamus als deutlich beeinträchtigt. Diese Beeinträchtigungen sind die Folge einer Störung frontostriataler Schaltkreise, welche die Basalganglien und den Thalamus mit präfrontalen kortikalen Arealen verbinden. Auch Schädigungen des Kleinhirns können zu Planungsdefiziten sowie Einbußen des strategischen Denkens führen. Seine Beteiligung an exekutiven Funktionen wird aufgrund reziproker Faserverbindungen zum präfrontalen Kortex angenommen. Gedächtnisstörungen treten nach subkortikalen Schädigungen sowohl beim expliziten als auch beim imp-

47

liziten Behalten auf. Dysfunktionen der Basalganglien gehen mit Störungen des Kurzzeit- und Arbeitsgedächtnisses sowie des Abrufs aus dem Langzeitgedächtnis einher. Auch der Erwerb visuomotorischer Fertigkeiten sowie das Erlernen perzeptiver und kognitiver Fertigkeiten sind gestört. Ausgeprägte Defizite des expliziten Gedächtnisses nach Schädigungen im Thalamus werden als »dienzephale Amnesie« bezeichnet und im Sinne einer Durchtrennung dienzephaler und mediotemporaler Strukturen interpretiert. Zu den wichtigsten dienzephalen Strukturen mit mnestischer Funktion zählen die anteriore Kerngruppe, der Nucleus dorsomedialis und der Tractus mammillothalamicus. Eine Beteiligung des Thalamus an impliziten Gedächtnisleistungen scheint aufgrund bisheriger Befunde eher unwahrscheinlich. Dagegen gehen Funktionsstörungen des Kleinhirns in erster Linie mit Defiziten impliziter Gedächtnisformen einher, die eine erfahrungsbedingte Modifikation motorischer Leistungen beinhalten. So sind einfache motorische Lernprozesse, wie die klassische Lidschlusskonditionierung, aber auch komplexes prozedurales Lernen, wie der Erwerb manueller Fertigkeiten, nach Schädigungen des Kleinhirns deutlich beeinträchtigt.

521

48 Sprache Claus-W. Wallesch

48.1 48.2 48.3 48.4

Sprachstörungen bei extrapyramidalen Erkrankungen – 521 Sprachstörungen bei Läsionen der Basalganglien – 522 Sprachstörungen bei Läsionen des Thalamus – 523 Sprachstörungen bei Erkrankungen des Kleinhirns – 523

)) Grundlegend für unser heutiges Verständnis der Beteiligung subkortikaler Kerngebiete an kognitiven Leistungen ist die Theorie von Alexander et al. (1986). Diese besagt, dass (mit Ausnahme des visuellen Kortex) alle kortikalen Areale auf ihnen zugeordnete Felder im (Neo-)Striatum projizieren und die Information von dort über eine weitere Zwischenstation (z. B. im Pallidum) zu dem zugehörigen spezifischen Thalamuskern (kortikosubkortikale Schleifensysteme) gelangt. Das Kleinhirn ist über ähnliche Schleifensysteme mit sensomotorischen und assoziativen Kortexarealen verbunden (Schmahmann u. Pandya 1997). Grundlage der funktionalen Organisation des Kortex sind Kolumnen. Hierunter versteht man geordnete, miteinander verschaltete, säulenförmige Neuronenpopulationen von jeweils etwa 100 Nervenzellen aus allen Schichten des Kortex. Sie weisen eine Binnenstruktur auf, in der der thalamischen Afferenz große Bedeutung zukommt (Übersicht bei Mountcastle 1997). Die kortikalen Kolumnen interagieren mit reziproker Hemmung, d. h. eine aktive Kolumne hemmt die Funktion ihrer Nachbarn. Die thalamische Afferenz wird durch die Aktivität der jeweiligen Kolumne verstärkt (positive thalamokortikale Rückkoppelungsschleife) und auf der Ebene des Thalamuskerns über die Projektion von Striatum und Pallidum bzw. von den Kleinhirnkernen gehemmt. Hinsichtlich der Beteiligung der tiefen Kerne an der Sprachverarbeitung wurde spekuliert, dass den kor ti kostriatopallidothalamokortikalen 6

Schleifensystemen eine Funktion in der Reaktionsvorbereitung und Antwortselektion zukommt (Wallesch u. Papagno 1988).

! Kortikostriatopallidothalamokortikale und kortikopontozerebellothalamokortikale Schleifensysteme beeinflussen die Aktivierung kortikaler Module, die die Grundlage der funktionalen Organisation des Kortex darstellen.

Von besonderer Bedeutung für die Modellbildung sind die vielfältigen modulatorischen Einflüsse, die auf der Ebene des Neostriatums ansetzen. Am weitesten entwickelt sind Theorien zur Funktion der dopaminergen Projektion, z. B. als funktional-anatomisch gestütztes Psychosemodell (Swerdlow u. Koob 1987) oder im Rahmen der zerebralen Repräsentation motorischer Funktionen (Brown u. Marsden 1991). Eine Beteiligung des Striatums an Prozessen der Sprachverarbeitung konnte elektrophysiologisch nachgewiesen werden (Abdullaev u. Melnichuk 1997). In PET-Studien wurden bei Sprachproduktionsaufgaben Aktivierungen des Thalamus beidseits (Friston et al. 1993), des linken Striatums (Demonet et al. 1994) und der (der linken Großhirnhemisphäre zugeordneten) rechten Kleinhirnhemisphäre (Petersen et al. 1989) beobachtet.

48.1

Sprachstörungen bei extrapyramidalen Erkrankungen

Die extrapyramidalen Erkrankungen, eine Gruppe von Bewegungsstörungen ohne eigentliche Lähmung, betreffen direkt oder indirekt die Basalganglien. Störungen der Sprachverarbeitung sind relativ gut untersucht bei der Parkinson-Krankheit und beim Gilles-de-la-TouretteSyndrom (Syndrom der multiplen Tics). Bei der Parkinson-Krankheit kommt es zu einem Untergang Dopamin produzierender Zellen und damit zum Verlust der dopaminergen Modulation im Neostriatum. Die Folgen betreffen vor allem die Motorik, so auch die Sprech-

48

522

Kapitel 48 · Sprache

motorik. Darüber hinaus konnten jedoch bei Patienten mit Parkinson-Erkrankung auch rezeptive Sprachverarbeitungsstörungen nachgewiesen werden. Dabei scheint die Wahrnehmung prosodischer Information besonders betroffen. Zu einer Vielzahl von Ergebnissen, die Defizite von Frontalhirnfunktionen bei der Parkinson-Krankheit beschreiben, passen Berichte über Störungen des verbalen Arbeitsgedächtnisses und in Wortflüssigkeitsaufgaben. Störungen des Verstehens komplexer Sätze konnten auf Aufmerksamkeitsdefizite zurückgeführt werden. Zusammenfassend ergeben sich keine zwingenden Hinweise darauf, dass die Parkinson-Erkrankung die Kernbereiche linguistischer Prozesse wie Phonologie, Semantik und Syntax betrifft. ! Bislang sind keine zwingenden Hinweise bekannt, dass die Parkinson-Erkrankung die Kernbereiche linguistischer Prozesse wie Phonologie, Semantik und Syntax betrifft.

Von großer theoretischer Bedeutung sind Symptome der genannten Erkrankungen, die die Schnittstelle zwischen linguistischer und sensomotorischer Verarbeitung bei der Sprachproduktion betreffen. Charakteristische Phänomene sind die Palilalie bei Parkinson-Krankheit und die sprachlichen Tics bzw. die Koprolalie (sprachliche Tics mit abstoßendem Inhalt) beim Gilles-de-la-Tourette-Syndrom. Als Palilalie wird die unwillkürliche Wiederholung von Silben, Wörtern oder Wortverbindungen, häufig mit zunehmender Geschwindigkeit, innerhalb einer Äußerung bezeichnet. Sie ist ein nahezu pathognomonisches Symptom der Parkinson-Krankheit sowie einiger seltener anderer extrapyramidaler Erkrankungen. Es scheint sich um ein sprechmotorisches Phänomen zu handeln, das die motorische Programmebene betrifft. Wie bei der Sprechapraxie wird das Auftreten von Palilalie jedoch durch den Grad der

48

Unter der Lupe

Gilles-de-la-Tourette-Syndrom Das Gilles-de-la-Tourette-Syndrom ist eine genetisch bedingte Erkrankung, deren Entstehung noch nicht vollständig aufgeklärt ist und die zu einer biochemisch und pathophysiologisch noch unklaren Funktionsstörung im Neostriatum führt (Robertson 2000). Die Krankheit wird diagnostiziert, wenn multiple motorische und mindestens ein phonatorischer Tic (stereotype, nur kurzfristig willkürlich unterdrückbare Handlung) vorliegen.

Propositionalität (Bedeutungsgehalt) der Äußerung beeinflusst (Wallesch 1990). Sprachliche (und andere) Tics (unwillkürliche, zwanghafte, kaum unterdrückbare, stereotype Handlungen) kennzeichnen das Gilles-de-la-Tourette-Syndrom. Besonders auffällig sind koprolalische Tics (Produktion von Wörtern aus dem Sexual- und Ausscheidungsbereich). Sprachliche Tics treten vor allem dann auf, wenn in den propositionalen Äußerungen Pausen vorkommen und scheinen eine pathologische Variante der »gefüllten Pause« darzustellen (Ludlow 1993). Auch hier scheint die Störung nicht die linguistische Ebene der Sprachproduktion, sondern die Programmebene der Sprechmotorik zu betreffen. Eine ähnliche funktionelle Pathogenese wird für sprachliche Automatismen (»recurring utterances«, stereotype, invariante Silben, Wörter oder Sätze ohne Beziehung zum Kontext) bei globaler Aphasie angenommen. (Zur Definition der globalen Aphasie 7 Kap. 34.) Bei den betroffenen Patienten reicht die Läsion weit über die tiefen Kerne hinaus, bezieht diese und/oder ihre Verbindungen jedoch mit ein. Die Patienten sind schwer aphasisch und produzieren stereotype Äußerungen anstelle von propositionalen, meist Neologismen (in der jeweiligen Sprache als Wort nicht existierende Lautverbindungen) oder Floskeln. Anatomisch scheint den Automatismen eine Läsion der Basalganglien oder ihrer Verbindungen zugrunde zuliegen, funktional ist eine präartikulatorische Komponente betroffen (Wallesch u. Blanken 2000). Den hier beschriebenen repetitiven sprachlichen Phänomenen ist gemeinsam, dass sie die Schnittstelle zwischen Sprachproduktion und Sprechhandlung betreffen und dass ihnen eine Störung inhibitorischer Mechanismen zugrunde liegt. ! Bei extrapyramidalen Erkrankungen treten repetitive Sprachphänomene (Palilalie bei Parkinson-Krankheit, Tics beim Gilles-de-la-Tourette-Syndrom) auf, die auf Störungen sprechmotorischer Programme bei diesen Erkrankungen hinweisen.

48.2

Sprachstörungen bei Läsionen der Basalganglien

Es ist unstrittig, dass akute vaskuläre Läsionen, die die linksseitigen Basalganglien betreffen, häufig zu meist vorübergehenden Aphasien führen. Die Sprachstörungen können nichtflüssig (erheblich verminderte Sprachproduktion), meist vom Typ der transkortikal-motorischen Apha-

523 48.4 · Sprachstörungen bei Erkrankungen des Kleinhirns

sie (mit relativ gut erhaltenem Nachsprechen), oder flüssig (normale oder sogar gesteigerte Sprachproduktion) mit semantischen oder phonematischen Paraphasien (Fehlern auf Wort- bzw. Lautebene) sein. Es wurde versucht, die Phänomenologie der Sprachstörungen wie auch die Symptome thalamischer Aphasien über das oben dargestellte Modell der kortikostriatopallidothalamokortikalen Schleifensysteme zu erklären (Wallesch u. Papagno 1988). Es ist weiterhin hochgradig kontrovers, ob die in der Literatur vielfach berichteten Aphasien nach linksseitigen Basalganglienläsionen tatsächlich auf diese Schädigung oder aber auf die Beteiligung von Bahnsystemen oder auf Fernwirkungen auf den Kortex derselben Hemisphäre zurückzuführen sind (zur Diskussion vgl. Nadeau u. Crosson 1997). Zumindest für eine häufige Ursache, den großen striatokapsulären Infarkt, konnte die Verursachung der Aphasie durch eine begleitende kortikale Läsion im Inselbereich infolge des meist zugrunde liegenden Hauptstammverschlusses der A. cerebri media, die den größten Teil der linken Hemisphäre versorgt, wahrscheinlich gemacht werden (Weiller et al. 1993b). In einer neueren Studie konnten Hillis et al. (2002) dieses Ergebinis untermauern, indem sie zeigten dass (1) alle Patienten mit subkortikalen Läsionen und Aphasie eine pathologisch veränderte Perfusion kortikaler Areale hatten (während alle Patienten mit subkortikalen Läsionen ohne Aphasie normale Perfusionswerte zeigten) und (2) es bei den Patienten mit Aphaise nach Auflösung des Gefäßverschlusses durch erfolgreiche Lyse sowohl zu einer Aufhebung der kortikalen Durchblutungsminderung als auch zu einer deutlichen Verbesserung der Sprachstörung kann. Aphasien nach kleineren umschriebenen Läsionen der Basalganglien, die nicht auf dem Pathomechanismus des Verschlusses der A. cerebri media beruhen, haben eine günstige Prognose. Ihre Einordnung in funktional-anatomische Modelle der Sprachverarbeitung ist noch nicht abschließend geklärt.

48.3

Sprachstörungen bei Läsionen des Thalamus

Dass nach zumeist linksseitigen Thalamusläsionen Aphasien auftreten, ist unstrittig. Klinisch stehen Wortfindungsstörungen und Paraphasien (Fehler auf Laut- und Wortebene) im Vordergrund. Der Thalamus ist anatomisch inhomogen und besteht aus über 30 einzelnen Kernen, die in unterschiedliche funktional-anatomische Systeme ein-

gebunden sind. Individuelle Unterschiede in der Gefäßanatomie erschweren zusätzlich die Interpretation der vorliegenden Befunde. Die Zuordnung des Auftretens oder Nichtauftretens von Sprachstörungen zu den einzelnen Thalamuskernen ist für die Erstellung funktional-anatomischer Modelle der Sprachverarbeitung von entscheidender Bedeutung. Derzeit stehen sich 3 Theorien gegenüber (zur Diskussion vgl. Nadeau u. Crosson 1997) 1. Die ventralen Thalamuskerne VA und VL (ventralis anterior und lateralis) sind in das kortikostriatopallidothalamokortikale Schleifensystem eingebunden. Bei Läsionen dieser Kerne auftretende Aphasien werden als zusätzlicher Beleg für die Bedeutung des Schleifensystems in der Sprachproduktion angesehen. 2. Das Pulvinar, der größte Thalamuskern, ist der spezifische Projektionskern für große Teile der hinteren Kortexteile, darunter auch der posteriore Sprachkortex. Aphasien, die nach linksseitigen Pulvinarläsionen auftreten, sagen über eine mögliche Rolle der Basalganglien in der Sprachverarbeitung nichts aus. 3. Sprachstörungen nach Thalamusläsionen könnten Ausdruck einer Schädigung »unspezifischer« Thalamuskerne sein, die die Verbindung zwischen dem aktivierenden retikulären System des Hirnstamms (»ascending reticular activating system«; ARAS) und dem Kortex herstellen. In diesem Fall würde der Sprachstörung eine Aufmerksamkeits-, Antriebs- oder Bewusstseinsstörung zugrunde liegen. ! Neuroanatomische Daten, die Ergebnisse der funktionellen Bildgebung und die Befunde bei extrapyramidalen Erkrankungen lassen eine Beteiligung der Basalganglien und des Thalamus der linken Hemisphäre an der Sprachproduktion wahrscheinlich erscheinen, ohne sie zwingend zu beweisen. Die Ergebnisse konvergieren auf eine Funktion an der Schnittstelle zwischen linguistischen und sprechmotorischen Prozessen, die zusätzlich unter dem Einfluss aktivierender und inhibitorischer handlungssteuernder Mechanismen steht. Die linguistischen Kernprozesse der Sprachverarbeitung scheinen hingegen nicht betroffen.

48.4

Sprachstörungen bei Erkrankungen des Kleinhirns

Störungen linguistischer Prozesse nach Kleinhirnläsionen wurden in der Literatur nur vereinzelt berichtet, so ein

48

524

Kapitel 48 · Sprache

transienter Agrammatismus durch Silveri et al. (1994). Es scheint sich dabei um eine, möglicherweise durch Diaschisis bedingte, Ausnahmekonstellation gehandelt zu haben. In Kollektiven von Patienten mit Kleinhirnerkrankungen konnten Defizite der Wortflüssigkeit (Produktion von Wörtern pro Zeiteinheit) nach phonologischem (Vorgabe eines Anfangsbuchstabens), nicht jedoch nach semantischem Kriterium gezeigt werden (Leggio et al. 2000). Ähnliche Defizite finden sich bei Patienten mit Läsionen des präfrontalen Kortex und der Basalganglien. Wichtig und überzeugend erscheinen neuere Befunde, dass das Kleinhirn an der Kontrolle und Verarbeitung zeitlicher Strukturen sowohl der Sprachverarbeitung als auch bei anderen

Handlungen und Wahrnehmung zentral beteiligt zu sein scheint (Ackermann et al. 1999a, b). ! Die für das Kleinhirn vorliegenden Daten belegen derzeit eindeutig nur eine Beteiligung an der Analyse und Produktion von sprachlichem Material, dessen phonetische Ober fläche kritisch von der zeitlichen Struktur abhängt. Linguistische Repräsentationen und Prozesse scheinen nicht betroffen, sondern vielmehr ein für die Realisation und Verarbeitung sprachlicher Ereignisse wichtiger außersprachlicher Prozessor zur Realisierung und Verarbeitung zeitlich determinierter Ereignisse.

Zusammenfassung Funktional-anatomische Schleifensysteme vom Kortex über die Basalganglien und den Thalamus zurück zum Kortex sind für die Handlungssteuerung wichtig. Es ist unklar, in welchem Umfang sie auch für die Sprachverarbeitung von Bedeutung sind. Ergebnisse der funktionellen Bildgebung sowie sprachpathologische Befunde an Patienten mit extrapyramidalen Erkrankungen weisen darauf hin, dass Funktionen der subkortikalen Kerne die Schnittstelle zwischen linguistischen und sprechmotorischen

48

Prozessen beeinflussen. Nach Läsionen der linksseitigen Basalganglien und des Thalamus treten Aphasien auf. Ihre Bedeutung für funktional-anatomische Modelle der Sprachverarbeitung ist noch nicht abschließend geklärt. Auch das Kleinhirn besitzt reziproke Verbindungen zum sensomotorischen und Assoziationskortex. Seine Rolle bei der Sprachverarbeitung scheint nicht die linguistischen Prozesse selbst, sondern nichtlinguistische, die Sprachverarbeitung unterstützende Funktionen zu betreffen.

XII Affektivität 49

Psychologie der Emotionen – 527 Alfons O. Hamm

50

Physiologie und Anatomie der Emotionen Ralph Adolphs

51

Störungen des emotionalen Erlebens und Verhaltens – 545 Hermann Ackermann

– 535

527

49 Psychologie der Emotionen Alfons O. Hamm

49.1 49.2 49.3

Was sind Emotionen? – 527 Motivationale Organisation von Emotionen – 529 Emotionale Bahnung: Modulation der Schreckreaktion – 531

)) Was William James einmal über Aufmerksamkeit sagte, trifft auch für die Definition von Emotionen zu: »Everyone knows what an emotion is … until one is asked to give a definition« (Fehr u. Russell 1984, S. 464). Obwohl es schwierig ist, Emotionen so zu definieren, dass jeder zustimmen würde, gibt es doch eine allgemein akzeptierte wissenschaftliche Arbeitsdefinition.

49.1

Was sind Emotionen?

Emotionen sind Reaktionsmuster, welche durch spezifische Personen oder Objekte (real oder imaginiert) ausgelöst werden. Gewöhnlich werden Emotionen als Gefühle erlebt und manchmal sind wir auch Willens oder in der Lage diese Gefühlserlebnisse anderen mitzuteilen (bzw. in Befindlichkeitsfragebögen anzukreuzen). Wortfelderhebungen belegen, dass unsere Sprache mehr als 400 Emotionsworte unterscheidet. Trotz dieser Fülle von Möglichkeiten, Emotionen sprachlich auszudrücken, sind wir nicht immer in der Lage, unsere Gefühlszustände angemessen in Worte zu kleiden. Daher benutzen wir manchmal Metaphern oder auch die Kunst, um diese bewussten Erlebniszustände zu kommunizieren. Emotionen werden aber nicht nur erlebt, sie werden gewöhnlich auch von charakteristischen Ausdrucksphänomenen (Gestik, Mimik, Vokalisation etc.) begleitet. Obwohl einige Forscher behaupten, dass die Mimik durch angeborene speziesspezifische motorische Programme der Gesichtsmuskulatur reguliert wird, welche interkulturell iden-

tisch sind, ist es unbestritten, dass der emotionale Ausdruck auch durch eine Vielzahl kultureller Konventionen und Selbstdarstellungsabsichten determiniert wird. So weisen Frauen eine deutlich stärkere Expressivität in ihrer Mimik auf als männliche Personen (Lang et al. 1993). Außerdem können Schauspielerinnen »Furcht« und »Trauer« besser darstellen, während ihre männlichen Kollegen überzeugender »Wut« porträtieren. Während Mimik, Gestik und Vokalisation die auffälligsten Indikatoren des emotionalen Ausdrucks beim Menschen sind, werden im Tierexperiment beobachtbare Verhaltensweisen wie Flucht, Immobilität, Angriff oder Körperpflege als emotionale Ausdrucksphänomene analysiert. Außerdem sind Emotionen von körperlichen Reaktionen begleitet, welche durch Veränderungen im somatischen und autonomen Nervensystem reguliert werden. Diese neurovegetativen Veränderungen werden vom endokrinen System unterstützt und begleitet, wobei während emotionaler Prozesse vor allem das Glukokortikoidsystem und das sympathikoadrenerge System aktiviert werden. Schließlich interagieren diese Systeme mit dem Immunsystem, sodass emotionale Prozesse auch einen Einfluss auf die Immunantwort (z. B. die Anzahl von Zytokinen im Blut; Maier u. Watkins 1998) ausüben können. Diese peripheren Veränderungen sind integraler Bestandteil emotionaler Reaktionen und bereiten den Körper darauf vor, möglichst effektiv in einem bestimmten Kontext zu handeln (der Begriff Emotion stammt von dem lateinischen Wort »movere« ab und bedeutet »sich bewegen«). Emotionen sind also Handlungsdispositionen, welche einer bestimmten Handlung (z.B. Flucht) Priorität einräumen und das aktuelle Verhalten oder mentale Prozesse des Organismus unterbrechen (Lang 1995). Diese handlungsvorbereitende Funktion von Emotionen beinhaltet sowohl eine generelle, unspezifische Aktivierung des Organismus (im Sinne einer Mobilisierung seiner energetischen Ressourcen), als auch spezifische Erregungsveränderungen, welche den Körper für ein spezifsches Verhalten vorbereiten (z.B. Angriff, Flucht, Bewegungsstarre, Erbrechen etc.).

49

528

49

Kapitel 49 · Psychologie der Emotionen

! Emotionen sind Reaktionsmuster auf auslösende Ereignisse, welche den Organismus darauf vorbereiten, möglichst effektiv in einem bestimmten Kontext zu handeln. Die emotionsbegleitenden körperlichen Veränderungen haben daher handlungsvorbereitende Funktion. Der Emotionsausdruck dient der Kommunikation der Gefühlszustände.

ren sinkt beispielsweise die Herzrate von 30 auf 2–5 Schläge/min, wenn sich ein Kanu nähert. Außerdem zeigt das Tier eine völlige Bewegungsstarre. Ratten reagieren bei Antizipation eines Schmerzreizes mit einem deutlichen Blutdruckabfall, wenn sie sich nicht bewegen können. Wenn sie sich allerdings frei bewegen können, zeigen die Tiere in der gleichen Situation einen deutlichen Blutdruckanstieg.

Aufgrund der unterschiedlichen Funktionen der oben genannten Emotionsindikatoren ist es nicht weiter verwunderlich, dass die Kovariationen zwischen den verschiedenen Reaktionssystemen oft relativ schwach ausgeprägt sind (Lang 1995), wenn Personen mit Situationen konfrontiert werden, die so gestaltet sind, dass sie spezifische Emotionen auslösen sollen (z.B. Furcht, Ärger oder Ekel). Dies bedeutet aber auch, dass emotionale Erlebniszustände weder ein Epiphänomen der neurovegetativen Veränderungen oder des emotionalen Gesichtsausdrucks sind, noch dass sie allein das Ergebnis viszeraler oder somatisch-motorischer Rückkopplungsvorgänge sind, wie es in der nach wie vor einflussreichen James-Lange-Theorie des emotionalen Erlebens behauptet wird (James 1894; 7 Unter der Lupe »James-LangeTheorie«). Auch die implizite bewusstseinspsychologische Annahme, wonach die emotionalen Reaktionsmuster peripherer Ausdruck eines inneren emotionalen Zustandes seien, welche mehr oder weniger dem subjektiven Gefühlserleben entsprechen, lässt sich empirisch nicht zuverlässig bestätigen. Vielmehr variieren die psychophysiologischen Reaktionsmuster in Abhängigkeit vom situativen Kontext, in dem sie ausgelöst werden. Außerdem interagieren diese situativen Bedingungen mit Personenmerkmalen (z. B. Temperament und Lerngeschichte etc.). Dies soll am Beispiel der Emotion Furcht genauer veranschaulicht werden. Das starke Herzklopfen, der Blutdruckanstieg und die schweißnassen Handflächen sind scheinbar typische Begleiterscheinungen intensiver Furcht. Dieses sympathikoton gesteuerte vegetative Reaktionsmuster bereitet den Organismus wahrscheinlich auf eine effektive Fluchtreaktion vor. Allerdings reagieren viele Tiere und auch Menschen im Falle intensiver Furcht mit einem völlig anderen vegetativen Reaktionsmuster, nämlich mit einer ausgeprägten Verlangsamung der Herzrate (vgl. zur Übersicht Campbell et al. 1997). Diese Furchtbradykardie ist das Resultat einer über den Vagus vermittelten parasympathischen Inhibition der Herzaktivität und dieses autonome Reaktionsmuster bereitet den Organismus auf eine tonische Bewegungsstarre vor, eine robuste Abwehrreaktion, die bei vielen Tieren im Falle von Furcht beobachtet werden kann. Bei Alligato-

! Das Gefühlserleben ist kein Epiphänomen der emotionsbegleitenden körperlichen Veränderungen oder des Emotionsausdrucks. Die emotionstypischen vegetativen Reaktionsmuster werden vielmehr von dem Verhaltensprogramm determiniert, welches durch die Emotion voraktiviert wird. Es gibt keine stabilen emotionsspezifischen psychophysiologischen Reaktionsmuster für eine begrenzte Anzahl von Basisemotionen.

Diese Kontextspezifität emotionsbegleitender vegetativer Veränderungen lässt sich auch beim Menschen nachweisen. Konfrontiert man Tierphobiker mit ihren gefürchteten Objekten (z.B. Bilder von Schlangen oder Spinnen) so reagieren diese Personen mit einem deutlichen Anstieg ihrer Herzrate (Furchttachykardie) und ihres Blutdrucks (Hamm et al. 1997). Wahrscheinlich bereitet dieses ergotrope vegetative Reaktionsmuster den Organismus auf eine effektive Fluchtreaktion vor. Intensive Fluchttendenzen sind tatsächlich eines der wesentlichen Symptome bei Tierphobikern. Dagegen zeigen Blut- und Injektionsphobiker eine deutliche furchtinduzierte Bradykardie und einen Blutdruckabfall, wenn sie mit Bildern verstümmelter Unfallopfer oder mit Videofilmen blutiger Operationen konfrontiert werden (Hamm et al. 1997). Dieses vagal dominierte vegetative Muster der Furchtreaktion ist integraler Bestandteil einer tonischen Immobilitätsreaktion, wobei die Durchblutung in der Peripherie vermindert wird, um die Gefahr eines zu starken Blutverlustes bei drohender Verletzung zu reduzieren. In . Abb. 49.1 sind diese unterschiedlichen vegetativen Muster der Furchtreaktionen nochmals veranschaulicht. Dargestellt sind die phasischen Herzraten(. Abb. 49.1a) und Blutdruckveränderungen von Tier- und Blut-Injektions-Phobikern bei der Konfrontation mit ihren gefürchteten Objekten. Bei nicht phobischen Kontrollpersonen führten die gleichen Reize übrigens zu keinen nennenswerten vegetativen Reaktionen (Hamm et al. 1997). Diese Befunde widerlegen theoretische Modelle, wonach Emotionen in Form fester »Affektprogramme« im

529 49.2 · Motivationale Organisation von Emotionen

Gehirn repräsentiert sind, welche dann stabile emotionsspezifische psychophysiologische Reaktionsmuster, für eine diskrete Anzahl sog. Basisemotionen, regulieren. Vielmehr haben die emotionsimmanenten viszeralen Veränderungen handlungvorbereitende Funktion und die neurovegetativen Reaktionsmuster variieren in Abhängigkeit von der Handlung, die in einem spezifischen Kontext aktiviert werden soll, d. h. die bei Furcht ausgelösten vegetativen Veränderungen sind unterschiedlich, je nachdem ob der Organismus Hals über Kopf die Flucht ergreift oder in eine völlige Bewegungsstarre verfällt.

49.2

Motivationale Organisation von Emotionen

Obwohl also die spezifische Ausformung des emotionalen Ausdrucks, der vegetativen Reaktionsmuster und der berichteten Gefühlserlebnisse für jede Person einzigartig ist, behaupten viele Emotionstheoretiker, dass sich das Emotions- oder Affektsystem aus einem primitiveren Motivationssystem entwickelt hat, welches eine sehr viel einfachere Organisation aufweist und vielen Lebewesen gemeinsam ist (Cacioppo et al. 1999; Lang 1995; Lang et al. 1998). Diese motivationalen und emotionale Systeme entscheiden, welche der vom kognitiven System gelieferten Informationen persönlich bedeutsam sind (Cacioppo et al. 1999). Dabei hat die Evolution den menschlichen Organismus so geprägt, dass er vor allem auf diejenigen Umweltereignisse

. Abb. 49.1a, b. Phasische Herzraten- (a) und Blutdruckveränderungen (b) beim Betrachten phobierelevanter Bilder. Tierphobiker sahen Bilder von Spinnen und Schlangen, Blut- und Injektionsphobiker betrachteten Bilder verstümmelter Unfallopfer

Unter der Lupe

James-Lange-Theorie der Emotionen In ihrer Kernaussage behauptet die James-Lange-Theorie, dass Emotionen nicht mit der bewussten Erfahrung des Affekts (also dem Gefühl) beginnen, sondern dass erst die Wahrnehmung von somatischen und vegetativen Veränderungen, welche in einer bestimmten Situation ausgelöst werden, zu dem bewussten Gefühlserlebnis führen. Während allerdings für den Psychologen James die Erklärung des bewussten Emotionserlebens im Mittelpunkt der Theorie stand war für den Physiologen Lange das Gefühlserleben irrelevant, für ihn bestand die Emotion in den physiologischen (insbesondere kardiovaskulären) Veränderungen. Gerade diese Idee ist von Cannon heftig kritisiert worden. Cannon behauptete dass, pharmakologisch induzierte viszerale Veränderungen zu keinen Emotionen füh-

ren, dass eine Durchtrennung der viszeralen Afferenzen nicht zu einem vollständigen Verlust von Emotionen führt und die viszeralen Afferenzen zu langsam und zu unsensibel sind, um die gesamte Dynamik emotionaler Erfahrungen zu erklären. Man geht heute davon aus, dass das Gefühlserleben nicht allein das Ergebnis der Wahrnehmung körperlicher Veränderungen ist. Vielmehr scheint auch die Bewertung, welche situativen Merkmale die körperlichen Veränderungen ausgelöst haben könnten, eine entscheidende Rolle für das Gefühlserleben zu haben (sog. attributionstheoretische Modelle). Damasio geht sogar in neueren Ansätzen so weit zu sagen, dass das Gefühlserleben das Ergebnis eines Konstruktionsprozesses des Gehirns ist, um die wahrgenommenen Körperveränderungen zu erklären. Mit einem solchen Modell könnte sich William James sicherlich anfreunden.

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530

Kapitel 49 · Psychologie der Emotionen

emotional reagiert, die für sein Überleben bedeutsam sind (z.B. motiviert eine bedrohliche, feindliche Umgebung Angriffs- oder Fluchtverhalten, während eine gastfreundliche angenehme Umgebung zu appetitivem Verhalten, z.B. Körperpflege oder sexuelle Kontaktaufnahme, animiert). Motiviertes Verhalten aktiviert den Organismus. Dies geschieht allerdings nicht eindimensional, etwa im Sinne einer generell erhöhten sympathikoton dominierten Erregungsbereitschaft, wie das in älteren Emotions- oder Motivationstheorien behauptet wurde (vgl. Cannon 1932; Hull 1943). Vielmehr kommt es bei dem Ansprechen basaler Motivationssysteme zu differentiellen Aktivierungsmustern. Motiviertes Verhalten ist aber nicht nur energetisierend, sondern immer auch zielgerichtet. Daher kann das Affektsystem in ein aversives und appetitives Motivationssystem unterteilt werden (Schneirla 1959; Lang et al. 1990). Wird nun das aversive motivationale System aktiviert, werden

defensive Verhaltensweisen (z.B. Flucht, Vermeidung, Abwehr etc.) gebahnt, um die aversive Situation so schnell wie möglich wieder zu beenden. Demgegenüber wird bei Aktivierung des appetitiven Motivationssystems die Bereitschaft zur Annäherung an angenehme Reize (z.B. zur Nahrungsaufnahme, Exploration, Paarung etc.) gebahnt. Lang und Mitarbeiter sprechen in diesem Fall von sog. emotionaler Bahnung (»emotional priming«; Lang 1995; Lang et al. 1998). Wenn das Modell emotionaler Bahnung zutrifft, sollten bei Aktivierung des aversiven Motivationssystems auch Schutz- und Abwehrreflexe gebahnt und somit verstärkt werden, während gleichzeitig appetitive Reflexe (z.B. Speichelfluss) gehemmt sind. In den letzten Jahren hat sich die Schreckreaktion als ein vielversprechender Indikator erwiesen, um die Vorhersagen des Modells der emotionalen Bahnung empirisch zu überprüfen (7 Unter der Lupe »Schreckreaktion«).

Unter der Lupe

Schreckreaktion

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In ihrer vollen Ausprägung besteht die Schreckreaktion aus einer sich entlang der neuronalen Achse von kranial nach kaudal ausbreitenden Welle von Flexorbewegungen. Ausgelöst wird dieser motorische Reflex durch ein abrupt auftretendes sensorisches Ereignis von einer Intensität, deren Maximum nach ca. 10 ms erreicht sein sollte (Landis u. Hunt 1939). Gemäß des Modells emotionaler Bahnung sollte nun dieser durch einen anderen Reiz (»probe stimulus«) ausglöste Schutzreflex während eines defensiven Emotionszustands gebahnt sein. Brown et al. (1951) gelang erstmals der empirische Nachweis, dass es bei einem defensiven Emotionszustand tatsächlich zu einer Bahnung der Schreckreaktionen kommt. In ihrem Furchtkonditionierungsexperiment mit Ratten verwendeten sie einen Licht-Ton-Verbundreiz als konditionierten Stimulus (CS) und einen elektrischen Schock als unkonditionierten Stimulus (US). Der Schreckreiz bestand aus einem Knall, der durch das Abfeuern einer Schreckschusspistole erzeugt wurde. Wurden die Schreckreize während des Hinweisreizes präsentiert, welcher vorher mit dem Schock gepaart worden war, zeigten die Tiere eine starke Potenzierung ihrer Schreckreaktion im Vergleich zu den Reaktionen, die in Abwesenheit des konditionierten Reizes ausgelöst wurden. Das Phänomen der furchtinduzierten Schreckreflexpoten-

zierung kann auch im Humanbereich untersucht werden, obwohl hier im Gegensatz zum Tierexperiment nicht die Ganzkörperschreckreaktion (gemessen wird dabei die durch das Zusammenzucken der Tier verursachte Abwärtsbewegung des Käfigbodens), sondern die Lidschlagreaktion als zuverlässigste und schnellste Komponente der Reflexsequenz registriert wird. Auch im Humanbereich kommt es zu einer deutlichen Potenzierung der Schreckreaktionen, wenn diese in Gegenwart von Reizen ausgelöst werden, welche in der Akquisition mit einem aversiven UCS assoziert waren (Hamm et al. 1993). Im Gegensatz zu der sonst häufig als Index für Furchtlernen verwendeten Hautleitwertkonditionierung (vgl. Bechara et al. 1995) ist die gelernte Schreckreflexpotenzierung spezifisch für aversive Lernerfahrungen und außerdem unabhängig vom deklarativen Wissen über die gelernten Stimuluskontingenzen. Diese Befunde deuten darauf hin, dass die konditionierte Schreckreflexpotenzierung tatsächlich ein spezifischer Index für implizite emotionale Lernprozesse ist, wohingegen die elektrodermale Reaktionsdifferenzierung primär die Veränderung der Signaleigenschaften der konditionierten Reize als Ergebnis expliziten Kontingenzlernens abbildet. Im linken Teil von . Abb. 49.2a, b sind die Kernbefunde dieser Konditionierungsstudien nochmals zusammengefasst dargestellt.

531 49.3 · Emotionale Bahnung: Modulation der Schreckreaktion

a

b Abb. 49.2. a Affektinduzierte Modulation der Schreckreaktionen. Links: Furchtinduzierte Potenzierung der Schreckreaktionen, welche in Gegenwart der konditionierten Reize (CS+) ausgelöst wurden, die in der Akquisition mit einem aversiven Schmerzreiz assoziiert waren. Diese fuchtinduzierte Schreckreflexpotenzierung war unabhängig vom deklarativen Wissen der Probanden über die Stimuluskontingenzen. Rechts: Potenzierung der Schreckreaktionen beim Betrachten phobierelevanter und unangenehmer Reize und Inhibition dieser Schutzreflexe beim Betrachten angenehmer Bildinhalte. b Erregungsabhängige Modulation der Hautleitwertreaktionen. Links: Der mit

dem aversiven UCS gepaarte konditionierte Stimulus (CS+) löst höhere elektrodermale Reaktionen aus, als der nicht mit dem UCS gepaarte Reiz (CS–), allerdings nur dann, wenn die Probanden die CSUCS-Kontingenzen wiedergeben können. Rechts: Unangenehme und angenehme Bilder lösen deutlich stärkere elektrodermale Reaktionen aus, als neutrale Reize. Sowohl angenehme als auch unangenehme Bilder werden auch als erregender erlebt. Phobierelevante Reize sind für Phobiker sehr erregend und lösen daher bei diesen Personen deutlich stärkere Hautleitwertreaktionen aus

! Emotionale Reaktionen unterscheiden sich von nichtaffektiven Verhaltensweisen durch ihre Verankerung in basale Motivationssysteme. Die Aktivierung dieser Motivationssysteme energetisiert den Organismus und bahnt entweder appetitive oder defensive Verhaltensweisen. Die fundamentalste Form dieser emotionalen Bahnung findet sich auf der Ebene defensiver und appetitiver Reflexe. Wird das aversive Motivationssystem aktiviert, werden Schutzreflexe (z. B. die Schreckreaktion) gebahnt. Bei Aktivierung einer Annäherungsdisposition werden diese Reflexe gehemmt.

49.3

Emotionale Bahnung: Modulation der Schreckreaktion

Beim emotionalen Lernen wird die affektive Qualtät eines ehemals neutralen Reizes durch seine Assoziation mit einem aversiven (oder appetitiven) unkonditionierten Reiz verändert (zur ausführlichen Diskussion vgl. Hamm 1997). Die neuronalen Schaltkreise, welche diesem Prozess zugrunde liegen, sind inzwischen weitgehend bekannt (7 Kap. 50). Im Humanbereich ist es aber auch möglich, die Modulation der Schreckreaktion bei der Präsentation von Reizen zu untersuchen, deren emotionsauslösende Qualität

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Kapitel 49 · Psychologie der Emotionen

sich bereits a priori unterscheidet. Angeregt durch die Reliabilitäts- und Validitätsprobleme, aber auch durch die Divergenz verschiedener Methoden der Emotionsauslösung haben eine Reihe von Arbeitsgruppen unter der Federführung von Peter Lang damit begonnen, einen Satz standardisierter Reize zur Untersuchung emotionaler Prozesse im Labor zu entwickeln (vgl. Lang et al. 1993). Es handelt sich hierbei um Fotografien sehr unterschiedlicher semantischer Kategorien (Bilder von bedrohlichen oder putzigen Tieren, erotische Reize, verstümmelte Unfallopfer etc.). Wie in einer Reihe von Studien gezeigt werden konnte, löst das Betrachten dieser verschiedenen emotionalen Bildinhalte systematisch unterscheidbare und stabile emotionale Reaktionsmuster aus. Dies zeigt, dass während dieser passiven Tätigkeit der emotionalen Reizaufnahme tatsächlich die Affektsysteme aktiviert werden können. Gemäß des Modells der emotionalen Bahnung sollten daher auch die protektiven Reflexe (z. B. die Schreckreaktionen) gesteigert sein, wenn diese während des Betrachtens unangenehmer Bilder ausgelöst werden und entsprechend inhibiert sein, wenn sie in dem Moment ausgelöst werden, wenn die Personen gerade angenehme Bilder betrachten (also appetitive Motivationslagen aktiviert werden). In den letzten 10 Jahren wurde insbesondere von Lang und Mitarbeitern (vgl. Übersichten Lang et al. 1990, 1998) aber auch von anderen Forschern (Hamm et al. 1997; Patrick 1994) sehr viel empirische Evidenz zusammengetragen, welche das Modell der emotionalen Bahnung eindeutig bestätigt. Wie vorhergesagt, sind die akustisch ausgelösten Schreckreaktionen verstärkt, wenn die Probanden unangenehme Bilder betrachteten, und relativ zu neutralen Inhalten inhibiert, wenn sich die Personen angenehme Bilder ansehen. Diese affektinduzierte Modulation der Schreckreaktionen ist unabhängig von der sensorischen Modalität der reflexauslösenden (Bradley et al. 1990) und emotionsauslösenden Reize (Bradley u. Lang 2000). Diese affektinduzierte Modulation der Schreckreaktion ist ein äußerst robustes Phänomen, welches inzwischen in vielen unterschiedlichen Laboratorien repliziert werden konnte, wobei zur Emotionsinduktion entweder ebenfalls Farbdiapositive, kurze Videofilmsequenzen, oder Geruchsreize verwendet wurden. Balaban (1995) konnte bereits bei 5 Monate alten Säuglingen eine deutliche affektinduzierte Modulation der Schreckreaktionen nachweisen, wenn diese beim Betrachten von Bildern mit wütenden, neutralen und freundlichen Gesichtsausdrücken ausgelöst wurden. Neuere Befunde haben die Grundlagen der affektinduzierten Modulation der Schreckreaktion genauer auf-

geklärt und entsprechend spezifiziert. So kommt es nur bei hoch erregenden unangenehmen Reizen zu einer deutlichen Potenzierung der Schreckreaktionen. Auch die Inhibition der Schreckreaktion nimmt mit steigendem Erregungsgehalt der attraktiven Bilder zu. In die gleiche Richtung weisen Befunde von Hamm et al. (1997). In dieser Studie zeigten Personen mit einer spezifischen Phobie eine deutlich stärkere Potenzierung ihrer Schreckreaktionen, wenn diese mit Bildern ihrer gefürchteten Objekte oder Situationen konfrontiert wurden, als wenn die Schreckreaktionen während der Präsentation anderer unangenehmer Bilder ausgelöst wurden. Die phobischen Reizinhalte wurden auch als deutlich erregender eingestuft und führten ebenfalls zu stärkeren autonomen Reaktionen, welche nicht mit der Valenz der Reize, sondern mit ihrem Erregungsgehalt kovariierten (7 rechter Teil von . Abb. 49.2a,b). ! Die Modulation der Schreckreaktionen ist ein spezifischer Indikator für die Aktivierung emotionaler Netzwerke im Gehirn. Wird dieser Schutzreflex in Gegenwart unangenehmer, furchtauslösender Reize ausgelöst, ist er deutlich potenziert. Beim Betrachten angenehmer Bilder, dem Hören angenehmer Geräusche oder dem Riechen appetitlicher Gerüche kommt es zu einer Hemmung dieses Reflexes. Demgegenüber bilden die autonomen Veränderungen (z. B. Hautleitwertveränderungen) die Erregungs- bzw. Signaleigenschaften der entsprechenden Reize ab und kovariieren mit anderen Indikatoren selektiver Aufmerksamkeit.

Die affektinduzierte Modulation protektiver Reflexe ist auch deshalb von großer theoretischer und praktischer Bedeutung, weil die sie regulierenden neuronalen Schaltkreise inzwischen aufgrund intensiver Forschungsarbeiten von Davis (1998) weitgehend bekannt sind. Der primäre obligatorische Reflexweg zwischen akustischem Schreckreiz und motorischer Antwort besteht aus nur 3 Synapsen. Das Phänomen der affektinduzierten Modulation der Schreckreaktion impliziert jedoch die Existenz eines zusätzlichen modulatorischen Schaltkreises. Eine Vielzahl von Befunden belegt inzwischen, dass die Amygdala und ihre reichhaltigen efferenten Projektionen die zentrale Regulationseinheit innerhalb dieses modulatorischen Schaltkreises sind (7 auch Kap. 50). Aufgrund der anatomischen Verschaltungen muss man von einer hierarchischen Organisation dieser emotionalen Netzwerke ausgehen, bei denen verschiedene Hirnregionen miteinander verbunden sind, welche für die Steuerung unterschiedlicher Reaktionssys-

533 49.3 · Emotionale Bahnung: Modulation der Schreckreaktion

teme zuständig sind. Diese Netzwerke werden darüber hinaus auch noch mit anderen Informationen versorgt. So werden beispielsweise die kardiovaskulären Reaktionsmuster, welche durch die Furchtnetzwerke angestoßen werden, durch den lateralen Kern des Hypothalamus und durch Regionen des Hirnstamms reguliert. Diese Kerngebiete werden aber auch von anderen Netzwerken angesteuert, welche dafür verantwortlich sind, die Homöostase im HerzKreislauf-System aufrechtzuerhalten und zu verhindern, dass beispielsweise der Blutdruck zu sehr entgleist (z. B.

kompensatorische inhibitorische Afferenzen durch die Aktivierung der Barorezeptoren). Es ist daher nicht weiter verwunderlich, dass sehr viele Einflussfaktoren auf die Reaktionen des kardiovaskulären Systems einwirken, von denen nur einige von den emotionalen Schaltkreisen des Gehirns ausgehen. Daher erlaubt die Untersuchung der emotionalen Bahnung des Schreckreflexes einen direkteren Zugang zur Aktivierung der Amygdala, da die Schreckreflexmodulation unabhängig von unterschiedlichen Anforderungen der emotionsaulösenden Situation ist.

Unter der Lupe

Affektinduzierte Modulation der Schreckreaktionen Befunde von Hamm und Mitarbeitern stützen die Annahme, dass auch beim Menschen die Amygdala die zentrale Kernstruktur für die affektinduzierte Modulation der Schreckreaktionen ist. In einer Furchtkonditionierungstudie wurden 7 Patienten untersucht, bei denen eine unilaterale Resektion der Amygdala vorgenommen wurde, um die ansonsten therapieresistenten epileptischen Anfälle zu kontrollieren. Die Patienten wurden nach ihrer Operation mit einer differentiellen Konditionierungsanordnung untersucht; 19 gesunde Erwachsene dienten als Kontrollgruppe. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Studie sind in . Abb. 49.3 dargestellt. In Übereinstimmung mit den in Abschn. 49.3 beschriebenen Ergebnissen, zeigten die Kontrollpersonen erneut eine deutliche Potenzierung ihrer Schreckreaktio-

Abb. 49.3a, b. Mittlere Größe der Lidschlagreaktionen, welche während der Präsentation von CS+ und in Abwesenheit der konditionierten Reize (ITI) ausgelöst wurden. Teil a zeigt die Reaktionen von Epilep-

nen, wenn diese in Gegenwart des verstärkten konditionierten Reizes ausgelöst wurden. Das Ausmaß dieser furchtinduzierten Potenzierung der Schreckreaktionen war erneut unabhängig davon, ob die Probanden sich an die Kontingenzrelationen erinnern konnten oder nicht. Im Gegensatz dazu zeigten die Patienten mit unilateraler Amygdalaresektion keine affektinduzierte Modulation ihrer Schreckreaktionen und das obwohl die Schreckreize sehr wohl deutliche Schreckreaktionen auslösten. Da die konditionierte Schreckreflexkonditionierung ein weitaus spezifischerer Indikator für emotionales Lernen darstellt als die konditionierte Hautleitwertdifferenzierung und außerdem deutlich weniger durch die anticholinergischen Nebenwirkungen der antikonvulsiven Medikation (z. B. durch Carbamazepin) beeinträchtigt wird als das elektrodermale System, sind diese Daten eine wichtige Erweiterung der Befunde von LaBar et al. (1995).

siepatienten nach unilateraler Resektion des Temporallappens, in Teil b sind die Reaktionen von gesunden Kontrollpersonen in diesem aversiven Konditionierungsexperiment dargestellt

49

534

Kapitel 49 · Psychologie der Emotionen

Zusammenfassung Emotionszustände sind aus 2 wichtigen Komponenten zusammengesetzt. Die erste Komponente äußert sich in charakteristischen physischen Reaktionen, welche gemessen und beobachtet werden können, die zweite Komponente betrifft das subjektive, bewusste Gefühlserleben. Die durch das autonome Nervensystem gesteuerten emotionsbegleitenden vegetativen Veränderungen haben im Wesentlichen eine handlungsvorbereitende Funktion und daher folgt ihr Muster nicht laienpsychologisch plausiblen semantischen Kategorisierungen, sondern hängt von der spezifischen Handlungsdisposition ab, welche in einem speziellen emotionalen Kontext aktiviert wird (z.B. Flucht oder Bewegungsstarre). Ausdrucksphänomene wie Gestik und Mimik haben dagegen eine vorwiegend kommunikative Funktion. Um daher Emotionen wie Furcht, Ärger oder Stolz zu verstehen, müssen wir die Beziehungen zwischen dem Gefühlserleben, welches wahrscheinlich im Kortex repräsentiert ist, und den damit assoziierten physiologischen Veränderungen verstehen, welche hauptsächlich durch subkortikale Gehirnstrukturen ausgestaltet werden. Einige Wissenschaftler behaupten, dass es eine sehr enge Beziehung zwischen den beiden Komponenten (physische Veränderung und Gefühl) gäbe. Folgerichtig wird eine begrenzte Anzahl sog. prototypischer Basisemotionen angenommen, welche in der Regel auf durch Alltagserfahrungen geleiteten Kategorisierungen beruhen und durch Worte wie Furcht, Ärger, Trauer usw. beschrieben werden. Die empirische Evidenz für eine solch enge Beziehung zwischen diskreten Gefühlszuständen und festen emotionsspezifischen physiologischen Reaktionsmus-

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tern ist jedoch eher schwach. Wahrscheinlicher ist, dass sich das emotionale oder das Affektsystem aus einer motivationalen Basis entwickelt hat, welche eine sehr viel einfachere Organisationsstruktur aufweist. Die Evolution hat den Organismus geprägt auf diejenigen Umgebungsbedingungen besonders zu reagieren, welche für sein Überleben von Bedeutung sind. Dies hat beispielsweise zur Folge, dass defensive Verhaltensweisen beim Auftreten feindseliger oder bedrohlicher Reize sofort gebahnt werden und appetitive Verhaltensweisen in Gegenwart von »gastfreundlichen« Umgebungsbedingungen vorgebahnt werden. Die neuronalen Schaltkreise für diese Systeme sind in den phylogenetisch älteren Teilen des Gehirns lokalisiert. Tierexperimentelle Befunde belegen, dass die Amygdala die Kernstruktur des defensiven Reaktionssystems darstellt. Die Modulation der Schreckreaktion durch affektive Prozesse ist dabei ein guter Indikator für die Aktivierung der oben genannten subkortikalen neuronalen Schaltkreise. Wahrscheinlich tritt die Potenzierung der Schreckreaktion zu einem frühen Zeitpunkt im Ablauf des defensiven Verhaltensprogramms auf, nämlich kurz nachdem die Bedrohung entdeckt wurde. In dieser frühen Phase defensiver Orientierung unterbricht der Organismus seine aktuelle Tätigkeit, verfällt in eine Bewegungsstarre, fokussiert seine Aufmerksamkeit auf den bedrohlichen Reiz, und bereitet sich auf eine mögliche Flucht vor. Genau in dieser Phase befindet sich der Mensch beim Betrachten affektiver Bilder, wo die Aufmerksamkeit genau auf die Hinweisreize gerichtet ist und der Organismus sich in einer bewegungslosen Position der Reizaufnahme befindet.

535

50 Physiologie und Anatomie der Emotionen * Ralph Adolphs

50.1

Tierexperimentelle Untersuchungen – 535

50.1.1 50.1.2 50.1.3 50.1.4 50.1.5

Amygdala – 536 Orbitofrontaler Kortex – 537 Ventrales Striatum – 537 Weitere Trigger-Strukturen – 537 Effektorstrukturen – 539

50.2

Untersuchungen am Menschen

50.2.1 50.2.2 50.2.3 50.2.4

Amygdala – 539 Orbitofrontaler Kortex – 542 Rechte Hemisphäre – 542 Weitere Strukturen – 543

– 539

)) Wie im vorangegangenen Kap. 49 dargestellt wurde, bezieht sich der Begriff der Emotion auf eine Reihe verschiedener Aspekte zentralnervöser Funktionsmechanismen, die zum einen die Bedeutung und Wertigkeit der Außenwelt repräsentieren und zum anderen für das Überleben und die Homöostase eines Organismus wichtig sind. Man kann den Begriff »Emotion« in 3 verschiedene Arten von Prozessen einteilen: solche, die mit der Perzeption eines Stimulus zu tun haben, diejenigen, die für die emotionalen Veränderungen im Körper verantwortlich sind, und solche, die sich auf das »Fühlen der Emotion« beziehen. Emotionale Verhaltensantworten steuern, sowohl direkt als auch indirekt, das automatische (unwillkürliche) und geplante (willkürliche) Verhalten des Organismus. Sie werden vom Organismus als umfassende Veränderungen des Zustandes von Körper und Gehirn wahrgenommen, eine Komponente, die zu der bewussten Erfahrung der Emotion oder zu dem »Gefühl« führt. Ferner kann das emotionale Verhalten des Organismus auf den auslösenden Stimulus gerichtet werden, sodass es zu einer Feedbackwirkung auf die Umwelt kommt, um Homöostase, Überleben und Wohlbefinden aufrechtzuerhalten.

* Übersetzung: J. Thome.

50.1

Tierexperimentelle Untersuchungen

Frühe Studien zu den neuronalen Substraten emotionsbezogenen Verhaltens an Tieren basieren sowohl auf Läsionsstudien als auch auch auf neurophysiologischen Stimulationsexperimenten. In den 20er-Jahren des letzten Jahrhunderts beobachteten Philip Bard und Walter Cannon Verhaltensweisen an Katzen mit Kortexläsionen, die starkem Ärger oder heftiger Wut sehr ähnlich zu sein schienen. Bestimmte Hirnläsionen führten zu Verhaltensweisen, die Schwanzschlagen, Beinzucken, Beißen, Kratzen und erhöhte autonome Aktivität umfassten. Sie nannten dies »Pseudowut« (»sham rage«), weil sie dachten, dass dieses Verhalten ohne eine bewusste emotionale Erfahrung aufträte und weil es durch sehr milde Reize wie leichtes Berühren ausgelöst werden konnte. Weiterführende Forschungsbemühungen zeigten, dass Pseudowut nicht auftrat, wenn der laterale Hypothalamus in das Läsionsgebiet eingeschlossen wurde. Gezieltere Läsionen des lateralen Hypothalamus führten bei diesen Experimenten zu sanftem, gelassenem Verhalten und Läsionen des medialen Hypothalamus bewirkten vermehrte Reizbarkeit. Diese Beobachtungen passten zu den Ergebnissen von Stimulationsexperimenten, die ungefähr zur gleichen Zeit von Walter Hess durchgeführt wurden. Hess implantierte Elektroden in verschiedene Areale des Hypothalamus und beobachtete unterschiedliche Verhaltenskonstellationen in Abhängigkeit von der Platzierung der Elektroden. Stimulation des lateralen Hypothalamus führte bei Katzen zu einem erhöhten Blutdruck, einem Buckeln des Rückens und anderen vegetativen und somatischen Antworten, die mit Wut verknüpft sind. Diese Ergebnisse führten zu einem Konzept, nach dem der Hypothalamus der Organisator und Integrator autonomer und behavioraler Bestandteile emotionaler Antworten ist. Ein zweiter neuroanatomischer Schlüsselbefund bei Tieren war die Entdeckung von Klüver u. Bucy im Jahr 1937, die zeigen konnten, dass große bilaterale Läsionen des Temporallappens einschließlich der Amygdala, bei Affen ein Syndrom auslöste, bei dem die Tiere unfähig zu sein

50

536

Kapitel 50 · Physiologie und Anatomie der Emotionen

schienen, die emotionale Bedeutung bestimmter Stimuli zu erkennen (Klüver u. Bucy 1939). Beispielsweise wurden die Affen ungewöhnlich zahm. Sie näherten sich Reizen wie z. B. Schlangen, vor denen normale Affen üblicherweise Angst haben, und berührten sie sogar. Basierend auf diesen tierexperimentellen Befunden sowie auf Befunden beim Menschen schlugen frühe Theoretiker eine Reihe neuronaler Strukturen vor, die sie als wichtige Bestandteile eines Systems betrachteten, das Emotionen prozessieren kann. Eine der einflussreichsten Hypothesen, die von Paul McLean in den 40er und 50er Jahren des 20. Jahrhunderts entwickelt wurde, bestand in der Idee eines sog. »Limbischen Systems«, das die Amygdala, das Septum pellucidum, den orbitofrontalen Kortex und den Gyrus cinguli umfasste und zwischen folgenden Systemen lag, um zwischen ihnen zu vermitteln: einerseits neokortikalen Systemen, die Wahrnehmen, Erkennen und Denken zur Aufgabe haben, und andererseits Strukturen des Hirnstamms und des Hypothalamus, die dem emotionalen Reagieren dienen (MacLean 1955). Während das Konzept eines spezifischen limbischen Systems kontrovers diskutiert wird, ist diese Idee doch nützlich, um einige der funktionellen Bestandteile der Emotion zu differenzieren. Eine Schlüsselerkenntnis besteht darin, dass spezifische Strukturen notwendig sind, welche sensorische Informationsverarbeitung (z. B. Perzeption eines Stimulus) mit vegetativen, endokrinen und somatomotorischen Effektorstrukturen im Hypothalamus, in der grauen Substanz um den Aquädukt und anderen Mittel- sowie Stammhirnkernen verknüpfen. Im nächsten Abschnitt werden verschiedene Strukturen besprochen, die entweder eine Rolle bei der Verknüpfung senso-rischer Informationsverarbeitung mit emotionalem Verhalten spielen oder an der Auslösung von emotionsabhängigen Veränderungen des Körperzustands beteiligt sind. ! Eine wichtige Gruppe mehrerer Strukturen, die Emotionen prozessieren, dient dazu, die Perzeption sensorischer Stimuli mit der Auslösung emotionsabhängiger Körperzustände (somatische, viszerale und endokrine Veränderungen) zu verknüpfen.

50

50.1.1

Amygdala

Die Amygdala stellt eine Ansammlung von Kernen tief im anterioren Temporallappen dar, in die schon stark bearbeitete sensorische Informationen aus allen Sinnesbereichen

(mit Ausnahme einer direkten Afferenz vom Bulbus olfactorius) einfließen und die umfassende reziproke Verbindungen mit einer großen Zahl anderer Hirnstrukturen besitzt, deren Funktionen durch Emotionen moduliert werden können (als Übersicht s. Amaral et al. 1992). Insbesondere besitzt die Amygdala massive Verbindungen sowohl direkt als auch indirekt über den Thalamus zum orbitofrontalen Kortex, der eine Schlüsselrolle bei Prozessen des Planens und bei Entscheidungsfindungsprozessen spielt (7 Kap. 44 und 45). Die Amygdala steht in Verbindung mit dem Hippocampus, den Basalganglien und dem basalen Frontalhirn, allesamt Strukturen, die an verschiedenen Aspekten von Gedächtnis und Aufmerksamkeit Anteil haben. Zusätzlich projiziert die Amygdala zu Strukturen wie dem Hypothalamus, die an der Kontrolle der Homöostase sowie des viszeralen und neuroendokrinen Outputs beteiligt sind. Die Amygdala ist also so organisiert, dass sie Informationen über externe Reize mit Modulationen von Entscheidungsfindungsprozessen, Gedächtnis und Aufmerksamkeit sowie somatischen, viszeralen und endokrinen Prozessen verknüpfen kann. Während die oben erwähnten Arbeiten von Klüver und Bucy bereits zeigten, dass die Amygdala an Verhaltensweisen beteiligt ist, die durch die emotionale und soziale Relevanz von Reizen getriggert wurden, wurde dennoch in den meisten Tierstudien zur Funktion der Amygdala Emotion nicht auf der Ebene sozialen Verhaltens, sondern auf der Ebene von Verhaltensveränderungen gegenüber Belohnung und Bestrafung untersucht. Diese Studien haben die Bedeutung der Amygdala für einen bestimmten Typus von assoziativem Gedächtnis gezeigt: die Assoziation zwischen einem Stimulus und der auf das Überleben bezogenen Wertigkeit, die dieser Stimulus für den Organismus besitzt. Die Amygdala ist für die Verknüpfung von ursprünglich unbedeutsamen Stimuli mit emotionalem Verhalten auf der Basis von offensichtlich ursächlichen potentiell schädlichen Zusammenhängen zwischen dem Reiz und einem Verstärker unabdingbar. Während ein solcher Mechanismus prinzipiell mit dem weiten Aufgabengebiet der Amygdala bei sozialen und emotionalen Verhaltensweisen im echten Leben vereinbar ist, wurde er im Labor als Angstkonditionierung (»fear conditioning«) untersucht. Angstkonditionierung nutzt die angeborene Antwort auf Gefahr, welche bei vielen Säugetieren sehr ähnlich ist und u. a. Haltungsverharren (»freezing«), Blutdruckanstieg, Pulserhöhung und Freisetzung von Stresshormonen umfasst. Dieses Verhalten wird bei der Angstkonditionierung durch einen schädlichen Reiz, wie

537 50.1 · Tierexperimentelle Untersuchungen

z.B. einen am Fuß applizierten Stromstoß, ausgelöst. Wenn diesem unangenehmen elektrischen Reiz ein neutraler Stimulus, wie z.B. der Klang einer Glocke, vorausgeht, wird der Glockenklang mit dem unangenehmen Reiz assoziiert und das Versuchstier wird letztlich die Angstantwort auch auf das Hören der Glocke hin aufweisen. Joseph LeDoux und Mitarbeiter haben dieses Paradigma dazu genutzt, die neuronalen Substrate konditionierter Angstantworten bei Ratten zu untersuchen (zur Übersicht s. LeDoux 1996). LeDoux stellte fest, dass 2 Kerne in der Amygdala von vitaler Bedeutung für die Assoziation eines akustischen Stimulus mit einer Angstantwort sind. Der laterale Nukleus erhält Projektionen vom auditorischen Thalamus und Kortex, während der zentrale Nukleus die Antwort in verschiedenen Effektorsystemen (Haltungsverharren, Blutdruckanstieg etc.) koordiniert (LeDoux et al. 1990). Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass eine komplexe intrinsische Organisation der Amygdala existiert, die Dutzende von Kernen umfasst (zur Übersicht s. Pitkanen et al. 1997). Die Bedeutung der Amygdala für die Verbindung sensorischer Stimuli mit emotionalen Verhaltensantworten wird auch durch Befunde auf Einzelzellebene gestützt. Nervenzellen innerhalb der Amygdala modulieren – wie in Arbeiten von Edmund Rolls und anderen gezeigt werden konnte – ihre Reizantworten auf der Basis der belohnenden oder bestrafenden Bedeutung eines Reizes (Rolls 1999a). Entsprechend werden die Reizantworten von Neuronen in den Amygdala von Primaten durch sozial relevante visuelle Stimuli wie Gesichter und das Sehen komplexer sozialer Interaktionen moduliert (Brothers u. Ring 1993; Emery u. Amaral 1999). Wiederum ist es hier wichtig, sich klar zu machen, dass die Amygdala lediglich eine Komponente eines weit verzweigten neuronalen Systems darstellt, das Reize mit emotionalen Reizantworten verknüpft. Es gibt mehrere weitere Strukturen, die alle eng mit der Amygdala verbunden sind und ähnliche Unterfunktionen erfüllen (. Abb. 50.1).

50.1.2

Orbitofrontaler Kortex

Läsionen des orbitofrontalen Kortex (die detailliert weiter unten im Zusammenhang mit Befunden beim Menschen diskutieren werden) verursachen Behinderungen, die denen sehr ähneln, welche nach Schädigungen der Amygdala beobachtet werden können. Wie im Falle der Amygdala werden auch im orbitofrontalen Kortex die Reizantworten einzelner Nervenzellen durch die emotionale Bedeutung

der Reize (z. B. ihre belohnende oder bestrafende Bedeutung) moduliert, wobei allerdings die Rolle des orbitofrontalen Kortex weniger spezifisch und weniger reizabhängig sein dürfte als die der Amygdala (Schoenbaum et al. 1998). Amygdala und orbitofrontaler Kortex sind bidirektional miteinander verbunden. Läsionsexperimente haben gezeigt, dass die Diskonnektion beider Strukturen voneinander ähnliche Defizite zur Folge hat wie die direkte Läsion einer der beiden Strukturen selbst. Dies stützt die Hypothese, dass beide Strukturen als Komponenten eines dicht miteinander verknüpften Netzwerks funktionieren (Gaffan et al. 1993). ! Die Amygdala und der orbitofrontale Kortex spielen eine wichtige Rolle in der Assoziation von Reizen mit ihren (bestrafenden oder belohnenden) Verstärkungseigenschaften.

50.1.3

Ventrales Striatum

Strukturen wie der Nucleus accumbens erhalten ebenfalls Afferenzen von der Amygdala und scheinen besonders wichtig für die Prozessierung von Belohnungsreizen sowie für die Auslösung von Verhaltensweisen zu sein, die einen Organismus veranlassen, nach Reizen zu suchen, die eine Belohnung erwarten lassen. Die Amygdala, das ventrale Striatum und der orbitofrontale Kortex wirken gemeinsam daran mit, die Belohnungserwartung eines Organismus auf der Basis früherer Erfahrungen zu steuern (Everitt u. Robbins 1992). Untersuchungen an einzelnen Funktionseinheiten, die von Wolfram Schultz und Kollegen durchgeführt worden sind, haben zur weiteren Unterteilung spezifischer anatomofunktionaler Komponenten geführt (Schultz et al. 2000). Ein wichtiges neurochemisches Untersystem dient der funktionalen Konnektivität zwischen ventralem Striatum und frontalem Kortex: der Neurotransmitter Dopamin. Dieses System und die spezifischen daran beteiligten Neurotransmitter werden derzeit intensiv als Modelle der Drogenabhängigkeit erforscht (Everitt et al. 1999).

50.1.4

Weitere Trigger-Strukturen

Es gibt eine Reihe weiterer Strukturen, die die Stimulusperzeption mit der emotionalen Antwort verknüpfen. Arbeiten von Michael Davis und Kollegen konzentrierten sich insbesondere auf Kerngebiete, die sehr nahe bei der Amygdala lokalisiert sind, wie z.B. der Kern der Stria terminalis,

50

538

50

Kapitel 50 · Physiologie und Anatomie der Emotionen

. Abb. 50.1. Einige der in diesem Kapitel diskutierten Hirnareale des Menschen, die für Emotionen von Bedeutung sind. Somatosensorische Kortexareale umfassen den primären somatosensorischen Kortex (Gyrus postcentralis), den sekundären somatosensorischen

Kortex (Operculum parietalis) und die Inselregion (vom Frontallappen verdeckt und daher nicht sichtbar). Die in der Tiefe des Temporallappens lokalisierte Amygdala (. Abb. 50.2a) ist ebenfalls nicht sichtbar

und die offensichtlich eine wichtige Rolle bei Angstphänomenen spielen (Davis et al. 1997). Andere Kerne in der näheren Umgebung, wie die Substantia innominata und Kerngebiete im Septum pellucidum, sind ebenfalls wichtig und vermitteln ihre Effekte möglicherweise über den Neurotransmitter Azetylcholin. Es gibt eine Ansammlung von Kerngebieten im Hirnstamm, die Hirnfunktionen auf eher allgemeine Weise mit

Hilfe sehr differenzierter Projektionen modulieren. Der Locus coeruleus, eine sehr kleine Gruppe von Kernen, stellt dem Gehirn die einzige Quelle noradrenerger Innervation zur Verfügung. In ähnlicher Weise stellen die Nuclei raphae eine weit verzweigte Innervation serotonerger Terminalen zur Verfügung. Diese neuromodulatorischen Kerne können dadurch also gemeinsam mit den oben erwähnten dopaminergen und cholinergen Kerngebieten die Informa-

539 50.2 · Untersuchungen am Menschen

tionsverarbeitung im Gehirn ganz generell und global verändern. Es ist wichtig, nochmals darauf hinzuweisen, dass diese Veränderungen bei der Informationsverarbeitung von mindestens ebenso großer Bedeutung sind wie die somatischen Bestandteile einer emotionalen Reaktion – und dass sie auch ebenso spürbar sind, wenn wir eine Emotion fühlen.

50.1.5

Effektorstrukturen

Die Strukturen, die an einer emotionalen Reaktion und an emotionsabhängigem Verhalten beteiligt sind, umfassen im Prinzip alle Strukturen, die den motorischen, vegetativen und endokrinen Output kontrollieren. Einige dieser Strukturen besitzen eine differenzierte interne Gliederung, die es ihnen erlaubt, ein koordiniertes Set von Reizantworten zu triggern. Beispielsweise kontrollieren motorische Strukturen in den Basalganglien einige der somatischen Komponenten emotionaler Reizantworten (bei Menschen: Gesichtsausdrücke), während im Hypothalamus gelegene Regionen an der Ausführung emotionaler Angst- oder Aggressionsreaktionen beteiligt sind. Eine weitere wichtige Struktur ist die graue Substanz um den Aquädukt (»periaqueductal gray«; PAG), die aus vielen den Aquädukt im Mittelhirn umgebenden Nervenzellsäulen besteht. Seit langem ist bekannt, dass die Stimulation dieser Areale panikartiges Verhalten und vegetative Veränderungen auslöst und beim Menschen panikartige Gefühlswahrnehmungen auslöst. Darüber hinaus scheinen unterschiedliche Säulenanordnungen innerhalb des PAG für verschiedene Komponenten der emotionalen Antwort von Bedeutung zu sein (s. als Übersichten Bandler u. Shipley 1994; Panksepp 1998). ! Der Hypothalamus, Kerngebiete im Hirnstamm und in der grauen Substanz um den Aquädukt bewirken allesamt direkte Veränderungen im Körperzustand, der mit einer emotionale Antwort einhergeht. Diese Veränderungen betreffen das autonome Nervensystem, das Muskel-Skelett-System und den endokrinen Status des Lebewesens.

50.2

Untersuchungen am Menschen

Es überrascht kaum, dass die neuronalen Strukturen, die für das emotionale Verhalten bei Tieren wichtig sind, auch im emotionalen Verhalten von Menschen eine wichtige

Rolle spielen (. Abb. 50.1). Wiederum können diese eingeteilt werden in 1. Strukturen, die für die homöostatische Regulation und emotionale Reaktion wichtig sind, wie Hypothalamus und die graue Substanz um den Aquädukt (PAG) und 2. Strukturen, die die wahrgenommene Information damit verknüpfen, wie die Amygdala und der orbitofrontale Kortex. Darüber hinaus sind frontale und parietale Hirnregionen bei der Repräsentation von Veränderungen im eigenen Körperzustand des Organismus von Bedeutung. Dabei ist es wiederum auch hier wichtig, sich daran zu erinnern, dass alle diese Strukturen stark miteinander verknüpft sind und die meisten von ihnen zumindest eine gewisse Rolle bei mehreren Komponenten von Emotion spielen. Im Folgenden werden insbesondere diejenigen Strukturen erörtert, für welche die meisten Daten in Bezug auf den Menschen verfügbar sind: die Amygdala, der orbitofrontale Kortex und rechtsseitige somatosensorische Kortexareale.

50.2.1

Amygdala

Wissenschaftliche Erkenntnisse zur Funktion der Amygdala beim Menschen stammen in erster Linie von Läsionsstudien und von Arbeiten mittels funktioneller Bildgebung, wie Positronenemissionstomographie oder der funktionellen Magnetresonanztomographie. Diese Untersuchungen haben Hinweise darauf geliefert, dass die Amygdala auf emotional besonders eindringliche Stimuli der visuellen, akustischen, olfaktorischen und gustatorischen Modalitäten reagieren. Läsionsstudien beziehen sich auf Patienten, die Schäden der Amygdala aufgrund von Infektions- und Entzündungskrankheiten des Gehirns (wie z.B. der Herpes-simplex-Enzephalitis) oder aufgrund anderer seltener Krankheiten aufweisen oder aber sich einer neurochirurgischen Entfernung der Amygdala in einer Hirnhemisphäre unterzogen haben, um die Symptome einer bestehenden Epilepsie zu verbessern. Wie beim Tier scheint auch beim Menschen die Amygdala für die Angstkonditionierung wichtig zu sein: Läsionen der Amygdala beeinträchtigen die Fähigkeit konditionierte autonome Reizantworten auf Reize zu erwerben, die mit unkonditionierten aversiven Stimuli gekoppelt wurden (Bechara et al. 1995); in funktionellen Bildgebungsstudien mit gesunden Probanden aktiviert die Aquisition solcher konditionierter Reizantworten die Amygdala (Büchel et al.

50

540

50

Kapitel 50 · Physiologie und Anatomie der Emotionen

1998d). Eine Reihe neuropsychologischer Funktionstests wurden benutzt, um beim Menschen sowohl das Wiedererkennen von Emotionen auf Reize (wie z. B. das Wiedererkennen von Emotionen durch Betrachtung des Gesichtsausdrucks anderer Personen) als auch die Erfahrung von Emotionen, wenn sie durch emotionale Reize oder emotionale Gedächtnisinhalte getriggert werden, im Detail zu untersuchen. Eine Patientin mit einer selektiven, beidseitigen Amygdalaschädigung wurde besonders intensiv in Hinblick auf ihr Wiedererkennungsvermögen von Emotionen auf Fotos von Gesichtsausdrücken untersucht (. Abb. 50.2). Diese Patientin mit dem Codenamen SM046 zeigte in verschiedenen Tests eine deutliche und spezifische Beeinträchtigung in Hinblick auf Gesichter mit Angstausdruck. Wenn sie die Stärke der Emotionen bei bestimmten Gesichtsausdrücken bewerten sollte, konnte die Patientin stets die Emotionen Überraschung, Angst und Wut nicht als besonders intensiv bewerten. Insbesondere war sie in der Bewertung der Intensität von Angst schwer beeinträchtigt, gelang es ihr doch mehrfach nicht, überhaupt irgendeinen Angstausdruck auf einer Abbildung wiederzuerkennen, obwohl diese Abbildung geradezu prototypisch für einen angstvollen Gesichtsausdruck war (Adolphs et al. 1995). Die Fähigkeit der Patientin SM046, Emotionen, die sich auf Gesichtern zeigten, spontan zu benennen, war bei einem Beschreibungsexperiment mit identischen Reizen im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen deutlich eingeschränkt: Sie benutzte die Beschreibung »Angst« praktisch nie, sondern benannte typischerweise solche Gesichtsausdrücke fälschlicherweise als überrascht, wütend oder angeekelt. Dies bedeutet, dass die Behinderung der Patientin beim Wiedererkennen emotionaler Gesichtsausdrücke überproportional stark im Hinblick auf Angst ausgeprägt ist. Dennoch besitzt sie auch weitere, weniger stark ausgeprägte Defizite beim Wiedererkennen von stark erregenden Emotionen, die der Angst ähnlich sind, wie z.B. Wut. Dies ist vereinbar mit einer allgemeineren Schädigung der Wiedererkennungsfähigkeit negativer Emotionen, die auch bei anderen Patienten mit beidseitigem Amygdalaschaden beobachtet wurde (. Abb. 50.2) und führt zu der Frage, wie spezifisch die Rolle der Amygdala beim Wiedererkennen bestimmter Emotionen ist. Interessanterweise ist die Patientin darüber hinaus auch im Hinblick auf ihre Bewertungen des Schweregrads der Erregung, die auf Gesichtsausdrücken von Emotion zu sehen ist, beeinträchtigt. Auf die Aufforderung, Fotografien emotionaler Gesichtsausdrücke auf einem Raster anzuordnen, das aus orthogonalen Achsen mit Werten für die Wertigkeit (positiv/negativ) und für

den Erregungsgrad (niedrig/hoch) bestand, zeigte sie normale Werte was die Bewertung der Wertigkeit anging, aber von der Norm abweichende Resultate im Hinblick auf die Höhe des Erregungsgrads, welche sie negativen Gesichtsausdrücken zuordnete. Man kann also nicht davon ausgehen, dass eine beidseitige Schädigung der Amygdala alles Wissen im Hinblick auf Angst beeinträchtigt; vielmehr ist das Wissen um die Tatsache, dass Angst eine stark erregende Emotion ist, beeinträchtigt (zur Übersicht s. Adolphs 1999). Die Amygdala spielt also vermutlich eine Rolle beim Wiedererkennen von stark erregenden, unerfreulichen Emotionen – oder anders ausgedrückt, von Emotionen, die einen potentiellen Schaden für den Organismus signalisieren – und eine Rolle beim raschen Triggern physiologischer Zustände, die mit diesen Stimuli zusammenhängen. Bei Tieren triggert die Amygdala wahrscheinlich vor allem Verhaltensreaktionen; beim Menschen triggert sie möglicherweise sowohl Verhalten als auch bewusstes Wissen darum, dass der Reiz etwas »Böses« bedeutet. Funktionelle Bildgebungsstudien an gesunden Probanden stützen die Ergebnisse von Läsionsuntersuchungen, welche die Amygdala mit dem Wiedererkennen von Signalen von unerfreulichen und erregenden Emotionen in Verbindung bringen. Sowohl visuelle als auch akustische, olfaktorische und gustatorische Reize scheinen alle die Amygdala zu aktivieren, wenn sie unerfreuliche und erregende Emotionen signalisieren. In diesen Studien wurden sowohl das Kodieren und Wiedererkennen emotionaler Stimuli als auch emotionale Erfahrungen und emotionale Antworten untersucht (zur Übersicht s. Davidson u. Irwin 1999), aber es hat sich als überaus schwierig herausgestellt, alle diese unterschiedlichen Komponenten voneinander zu entflechten. Während mittlerweile eindeutige Befunde vorliegen, aus denen hervorgeht, dass die Amygdala während des Kodierens von emotionalem Material aktiviert wird, ist es weit weniger klar, ob die Amygdala auch während der Wiedererkennungsphase aktiviert wird. Weitere Erkenntnisse konnten aus Studien gewonnen werden, in denen Reize benutzt wurden, die nicht bewusst wahrgenommen werden konnten. Eine Aktivierung der Amygdala wurde auch dann festgestellt, wenn die Testpersonen Gesichtsausdrücke von Angst sahen, die so kurz gezeigt wurden, dass sie nicht bewusst erkannt werden konnten. Dies zeigt, dass die Amygdala auch eine Rolle bei der unbewussten Verarbeitung emotionaler Stimuli spielt (Whalen et al. 1998). Zusammenfassend besteht eine wichtige Funktion der Amygdala wahrscheinlich darin, Reizantworten zu triggern und Prozessierungsressourcen zu

541 50.2 · Untersuchungen am Menschen

a

. Abb. 50.2a,b. Die Amygdala ist für das Wiedererkennen von Emotionen aus Gesichtern von wesentlicher Bedeutung. a Zwei Beispiele von Patienten mit Schädigungen der Amygdala. Links: horizontale MRI-Aufnahme von Patientin SM-046, die ausschließlich Schädigungen an der Amygdala aufweist. Rechts: horizontale MRI-Aufnahme eines anderen Patienten, der eine dauerhafte Schädigung der Amygdala nach einer Herpes-simplex-Enzephalitis aufweist. Die letztgenannte Schädigungsart des Gehirns führt zu einer zusätzlichen Schädigung des Hippocampus und des temporalen Kortex, was typischerweise eine schwere Amnesie zur Folge hat. b Daten von 9-Patienten mit bilateraler Amygdalaschädigung nach Bearbeiten einer Wiedererkennungsaufgabe (Wiedererkennen von Emotionen anhand von Gesichtsausdrücken). Den Patienten wurden emotionale Gesichtsausdrücke gezeigt und sie wurden gebeten, die Intensität jeder der 6-Emotionen für alle Gesichtsstimuli zu bewerten. Auf der x-Achse sind die Gesichtsstimuli dargestellt; auf der y-Achse befinden sich die Emotionen, die durch die Patienten bewertet wurden; der Helligkeitswert repräsentiert die durchschnittliche Intensitätsbewertung (auf einer Skala von 0–4), die den Gesichtern zugeordnet wurden. Individuen mit Schädigung der Amygdala waren in ihrer Fähigkeit beeinträchtigt, die Intensität negativer Emotionen, einschließlich Angst und Wut, richtig einzuschätzen, und zwar sowohl wenn sie mit gesunden Kontrollpersonen verglichen wurden als auch im Vergleich zu Kontrollpersonen, die Schädigungen des Gehirns außerhalb der Amygdala aufwiesen. (Nach Adolphs et al. 1999)

b

50

542

Kapitel 50 · Physiologie und Anatomie der Emotionen

aktivieren, wenn ein Stimulus auftritt, der für den Organismus möglicherweise besonders wichtig oder bedrohlich ist (insbesondere dann, wenn kein bewusstes Erkennen des Situationsablaufes erforderlich ist). ! Die Amygdala spielt eine Rolle beim Wiedererkennen von stark erregenden, unangenehmen Emotionen – anders ausgedrückt von Emotionen, die einen möglichen Schaden für den Organismus signalisieren – und im raschen Triggern physiologischer Zustände, die mit diesen Reizen zusammenhängen.

50.2.2

50

Orbitofrontaler Kortex

Die Bedeutung der Frontallappen für das soziale und emotionale Verhalten wurde bereits Mitte des 19. Jahrhunderts u. a. aufgrund des berühmten Falles des Phineas Gage, der in Kap. 45 beschrieben wird, erkannt (s. auch Damasio et al. 1994). Der ventromediale frontale (VMF) Kortex ist an der Verknüpfung von Stimuli mit ihrer emotionalen und sozialen Signifikanz beteiligt. Diese Funktion weist einige Ähnlichkeiten zur Amygdala auf, birgt aber auch zwei wesentliche Unterschiede. Erstens ist mittlerweile klar, dass der VMF-Kortex eine ebenso wichtige Rolle bei der Verarbeitung von Reizen spielt, die belohnende Implikationen haben, während diese Rolle im Falle der Amygdala, zumindest beim Menschen, am deutlichsten für aversive (nicht aber belohnende) Implikationen ausgeprägt ist. Zweitens sind belohnungsbezogene Repräsentationen im VMFKortex weniger reizabhängig als in der Amygdala und könnten daher auch eine Rolle bei flexibleren Verarbeitungsprozessen spielen, die bestrafende oder belohnende Implikationen betreffen (Schoenbaum et al. 1998). Wie detaillierter in Kap. 45 beschrieben wird, können Patienten mit Schädigung des orbitofrontalen Kortex Defizite bei Aufgaben aufweisen, bei denen Entscheidungen v.a. durch Gefühle geleitet werden. Alle diese Befunde stützen die Hypothese, dass der VMF-Kortex wesentlicher Bestandteil jenes neuronalen Systems ist, mit dessen Hilfe wir die Einschätzung der Wertigkeiten unserer Handlungen erwerben, repräsentieren und wieder abrufen. Die Befunde unterstreichen auch die enge Verknüpfung zwischen Emotion und anderen Aspekten kognitiver Funktion wie Denken und dem Treffen von Entscheidungen. ! Sowohl die Amygdala als auch der orbitofrontale Kortex sind daran beteiligt, emotionale Reizantworten 6

hervorzurufen. Die Struktur einer solchen physiologischen emotionalen Antwort kann auch an mentalen Prozessen beteiligt sein, bei denen versucht wird zu rekonstruieren und zu imaginieren, wie es sich anfühlen würde in einem bestimmten (emotionalen oder sozialen) Zustand zu sein, und damit den inneren Zustand einer anderen Person zu simulieren. Im Falle der Amygdala deuten die bisherigen Befunde darauf hin, dass sie eine solche Rolle spezifisch im Hinblick auf Zustände übernimmt, die mit Bedrohung und Gefahr für das Individuum zusammenhängen; im Falle des orbitofrontalen Kortex könnte diese Funktion etwas weniger spezifisch sein.

50.2.3

Rechte Hemisphäre

Sowohl klinische Untersuchungen als auch experimentelle Studien legen die Vermutung nahe, dass beim Menschen und anderen Primaten die rechte Hemisphäre vorwiegend an der Prozessierung von Emotionen beteiligt ist. Läsionen des rechten Temporal- und Parietallappens führen nachgewiesenermaßen zu Störungen der emotionalen Erfahrung, Erregung und der Fähigkeit, sich Emotionen vorstellen zu können. Es wird vermutet, dass die rechte Hemisphäre Module für die nichtverbale Verarbeitung affektiver Prozesse besitzt, welche sich im Laufe der Evolution möglicherweise deshalb herausgebildet haben, um bestimmten Aspekten sozialen Erkennens zu dienen. Funktionelle Bildgebungsstudien unterstreichen die Bedeutung der rechten Hemisphäre für das Wiedererkennen von Emotionen anhand von Gesichtsausdrücken und anhand des sprachlichen Tonfalls. Gegenwärtig wird darüber debattiert, inwieweit die rechte Hemisphäre an der Prozessierung von Emotionen beteiligt ist: Ist sie darauf spezialisiert, alle Emotionen zu prozessieren (sog. »RechteHemisphäre-Hypothese«), oder ist sie nur auf die Verarbeitung von Emotionen mit negativer Wertigkeit spezialisiert, während die linke Hemispäre auf die Prozessierung von Emotionen mit positiver Wertigkeit spezialisiert ist [sog. »Wertigkeits- (oder Valenz-)Hypothese«]? Vermutlich hängt die Antwort auf diese Frage von einer präziseren Angabe derjenigen Emotionsbestandteile ab, um die es geht. Das Wiedererkennen emotionaler Gesichtsausdrücke kann nach Schädigung von kortikalen Sektoren der rechten Hemisphäre selektiv gestört sein. Sowohl PET-Befunde als auch neuronale Ableitungen unterstreichen die Bedeutung

543 50.2 · Untersuchungen am Menschen

dieser Region für die Verarbeitung emotionaler Gesichtsausdrücke. Beispielsweise führen Läsionen, die auf den rechten somatosensorischen Kortex beschränkt bleiben, zu einem gestörten Wiedererkennen von Emotionen anhand von visuell dargebotenen Gesichtsstimuli. Diese Störung scheint bei allen Arten von Emotionen zu bestehen, was mit der oben erwähnten »Rechte-Hemisphäre-Hypothese« in Einklang steht. Im Gegensatz zum Wiedererkennen emotionaler Stimuli scheint die emotionale Erfahrung nach einem Muster lateralisiert zu sein, das der Valenz-Hypothese entspricht, wonach die linke Hemisphäre eher bei positiven Emotionen, die rechte eher bei negativen Emotionen involviert ist. Richard Davidson (1992) hat eine Annäherungs-RückzugsDimension postuliert, wobei erhöhte Aktivität der rechten Hemisphäre mit einem stärkeren Rückzugsverhalten (einschließlich solchen Emotionen wie Angst oder Traurigkeit sowie depressiven Tendenzen) und erhöhte Aktivität der linken Hemisphäre mit einem stärkeren Annäherungsverhalten (einschließlich solchen Emotionen wie Glück) korreliert. Die Regionen in der rechten Hemisphäre, die am wichtigsten für das Wiedererkennen von Emotionen bei anderen Personen (z. B. anhand des Gesichtsausdrucks) sind, repräsentieren somatosensorische Information im Kortex. Eine Studie an über 100 Patienten mit fokaler Hirnschädigung zeigte, dass Individuen mit Läsionen der somatosensorischen Kortizes im Durchschnitt stärkere Störungen ihrer Fähigkeit, Emotionen anhand von Gesichtsausdrücken wiederzuerkennen, aufwiesen, als es bei einer Zufallsverteilung zu erwarten gewesen wäre (Adolphs et al. 2000). Dieser Befund zeigt, dass das Wiedererkennen von Emotionen bei anderen Personen möglicherweise die Rekonstruktion von somatosensorischen Repräsentationen erfordert, die simulieren, wie sich die signalisierte Emotion anfühlen würde. Die Rekonstruktion von Wissen über die von anderen Personen ausgedrückten Emotionen könnte also von einer Simulation abhängen, wie sich diese Emotion bei der wahrgenommenen Person anfühlen würde (dabei ist man sich möglicherweise des eigentlichen Simulationsprozesses gar nicht bewusst). Die Vorstellung, dass eine somatosensorische Simulation wesentlich ist, um Wissen über von anderen Individuen signalisierte Emotionen wieder abzurufen, hängt mit der von Philosophen und Kognitionswissenschaftlern vorgeschlagenen Idee zusammen, dass mentale Simulation unser Wissen darüber leitet, was im Denken anderer vor sich geht. Diese Hypothese fand kürzlich besondere Aufmerksamkeit als sog. »Spiegelneurone«

(»mirror neurons«) im präfrontalen Kortex von Affen gefunden wurden, die aktiviert werden, wenn der Affe ein anderes Individuum bei der Durchführung bestimmter Handlungen beobachtet (Gallese u. Goldman 1999). Von solchen Neuronen wurde auch beim Menschen berichtet: In einer Studie wurde herausgefunden, dass Neurone im anterioren Gyrus cinguli auf das Fühlen echter Schmerzen antworteten, aber auch dann reagierten, wenn die Versuchsperson ein anderes Individuum, das unter Schmerzen litt, beobachtete (Hutchison et al. 1999). Die Idee, dass wir möglicherweise von Zustandssimulationen abhängen, um Information über die Gefühle einer anderen Person zu erhalten, ist Teil einer weiterreichenden Debatte: Besitzen wir eine Theorie über den mentalen Status anderer Menschen (sog. »theory of mind«, hierzu auch 7 Abschn. 45.3) oder wissen wir über den mentalen Zustand anderer Menschen aufgrund einer Analogie mit unseren eigenen Zuständen, d. h. aufgrund von Empathie und Simulation (sog. »Simulations«-Standpunkt)? Diese Thematik wurde detailliert an Patienten mit bestimmten neuropsychiatrischen Erkrankungen untersucht, insbesondere Autismus, einer Erkrankung, bei der die betroffenen Patienten Schwierigkeiten hinsichtlich ihrer sozialen und emotionalen Interaktion mit Mitmenschen haben (zur Übersicht s. Baron-Cohen 1995). ! Das Wiedererkennen von Emotionen bei anderern erfordert in der wahrnehmenden Person die Rekonstruktion somatosensorischer Repräsentationen, welche simulieren, wie sich die signalisierte Emotion anfühlen würde. Das Wissen über das Fühlen einer Emotion hängt vermutlich vornehmlich von den somatosensorischen Kortexarealen in der rechten Hemisphäre ab.

50.2.4

Weitere Strukturen

Es gibt viele andere Strukturen im menschlichen Gehirn, die an verschiedenen Aspekten der Verarbeitung von Emotionen Anteil haben. Sofern kortikale Strukturen betroffen sind, wurden anteriores Cingulum, mediofrontaler Kortex und retrosplenialer Kortex mit unterschiedlichen Aspekten von Emotion in Verbindung gebracht, wobei allerdings die genauen Funktionen dieser anatomischen Strukturen bisher noch nicht hinreichend verstanden sind. Sogar noch weniger ist bekannt über die Rolle verschiedener subkortikaler Strukturen einschließlich der Basalganglien und der Kerngebiete im Mittelhirn und im Hirnstamm. Gegenwär-

50

544

Kapitel 50 · Physiologie und Anatomie der Emotionen

tig verstehen wir die Bedeutung dieser Strukturen nur sehr rudimentär. Einige verblüffende Befunde haben sich aus der elektrischen Stimulation von Hirnstrukturen bei seltenen neurochirurgischen Patienten ergeben: Beispielsweise führte die Stimulation der medialen Wand des linken supplementären motorischen Kortex dazu, dass bei einem Patienten ein Glücksgefühl und Lachen hervorgerufen wurde (Fried et al. 1998), während bei einem anderen Patienten die Stimulation einer Stelle in der Nähe der Substantia nigra im Mittelhirn zu Traurigkeit und Weinen führte (Bejjani et al. 1999). Solche seltenen Fallstudien werden gegenwärtig durch Untersuchungen an Gruppen mit größerer Fallzahl

ergänzt, wobei die Möglichkeiten der funktionellen Bildgebung genutzt werden. Allerdings sind die methodischen und technischen Herausforderungen gewaltig. Dennoch zeigen vorläufige Befunde, dass ein komplexes Mosaik von unterschiedlichen Hirnregionen an der Prozessierung von Emotion beteiligt ist, dass verschiedene Emotionen teilweise durch neuroanatomisch unterschiedliche Systeme prozessiert werden und dass unterschiedliche Aspekte von Emotion (wie Wissen, Reaktion und Erfahrung) von separaten, jedoch sich überlappenden neuronalen Systemen abhängen (s. Damasio et al. 2000).

Zusammenfassung Der Begriff Emotion umfasst eine ganze Reihe von Prozessen, die von einer großen Anzahl unterschiedlicher Hirnstrukturen realisiert werden. Die Verarbeitung einer initialen Wahrnehmung emotionaler Stimuli hängt von primären sensorischen und von Assoziationskortexarealen ab, die auch nichtemotionale Stimuli verarbeiten. Diese Wahrnehmungsprozesse sind dann mit einer Reihe von »limbischen« Strukturen verknüpft, welche die Aufgabe habe, Perzeption mit Emotion zu verknüpfen: Amygdala, orbitofrontaler Kortex und ventrales Striatum haben alle Anteil

50

an dieser Funktion. Diese Strukturen projizieren ihrerseits zu Effektorstrukturen, die dann die eigentlichen emotionalen Veränderungen im Körper des Organismus verursachen: der Hypothalamus, die graue Substanz um den Aquädukt und Kerngebiete im Hirnstamm. Schließlich wird der emotionale Zustand, der gerade im Körper eines Organismus existiert, im Gehirn als ein Fühlen einer Emotion repräsentiert; ein solches Gefühl hängt von Strukturen ab, die somatosensorische und viszerale Information abbilden, wie z. B. somatosensorische Kortexareale und die Inselregion.

545

51 Störungen des emotionalen Erlebens und Verhaltens Hermann Ackermann

51.1

Veränderungen des emotionalen Erlebens bei neurologischen Erkrankungen – 545

51.1.1 Unilaterale kortikale bzw. subkortikale Läsionen – 545 51.1.2 Funktionsstörungen des limbischen Systems – 546 51.1.3 Degenerative Erkrankungen der Basalganglien – 548 51.1.4 Funktionsstörungen des Kleinhirns – 548

51.2

Dissoziation von emotionalem Erleben und stimmlich-mimischem Verhalten – 549

51.2.1 Zwangslachen und -weinen – 549 51.2.2 Motorische Aprosodie (Hypophonie) und Amimie (Hypomimie) – 549

51.3

Beeinträchtigung der Wahrnehmung emotionalen Verhaltens – 550

51.3.1 Unilaterale kortikale bzw. subkortikale Läsionen – 550 51.3.2 Erkrankungen der Basalganglien – 550

)) Das folgende Kapitel beschreibt die im Rahmen erworbener umschriebener Hirnschädigungen oder morphologisch bzw. biochemisch definierter zerebraler Systemerkrankungen zu beobachtenden Affektstörungen. Veränderungen des emotionalen Erlebens und Verhaltens im Rahmen psychiatrischer Erkrankungen sollen nicht thematisiert werden, da diese Störungsbilder nicht zur traditionellen Domäne der Neuropsychologie gehören. Die meisten Untersuchungen zu den Affektstörungen bei neurologischen Erkrankungen stützen sich auf die Terminologie der klinischen Psychopathologie (Depression, Manie, Angststörung, Reizbarkeit etc.) und haben nicht systematisch einen Kanon an Grund- oder Basisemotionen überprüft. Aus diesen Gründen orientieren sich auch die folgenden Ausführungen am klinisch-psychiatrischen Sprachgebrauch.

51.1

Veränderungen des emotionalen Erlebens bei neurologischen Erkrankungen

51.1.1

Unilaterale kortikale bzw. subkortikale Läsionen

Gelegentlich findet sich in der älteren klinischen Literatur die Beobachtung, dass Patienten mit rechtshemisphärischer Läsion eine unangemessen wirkende indifferente oder sogar euphorische Stimmungslage aufweisen. Demgegenüber soll eine Schädigung der sprachdominanten Hirnhälfte mit Aphasie eher eine ängstlich-agitierte oder traurige Befindlichkeit hervorrufen (»catastrophic reaction«; vgl. Gainotti 1989). Umfangreiche klinisch-neuropsychologische Studien von Gainotti (1969, 1972, 1989) konnten diese differentiellen Lateralitätseffekte unilateraler Hirnschädigung bestätigen. Gainotti deutete die insbesondere mit einer Broca-Aphasie vergesellschaftete »catastrophic reaction«, gekennzeichnet durch Tränenausbrüche, aggressive Tendenzen etc., als dramatische, aber nachvollziehbare Antwort auf die wahrgenommene Behinderung, die Indifferenz der Probanden mit rechtshemisphärischer Läsion hingegen als mögliche Folge eines verminderten emotionalen »arousal«. Neben einer Gleichgültigkeit gegenüber Funktionsbeeinträchtigungen war nach Schädigung der rechten Hirnhälfte auch eine Neigung zu situativ unangemessener Lustigkeit bzw. Fröhlichkeit vorzufinden, die sich bemerkenswerterweise von der Hochstimmung manischer Patienten deutlich unterschied, und gelegentlich darüber hinaus die Entwicklung eines Gefühls von Hass auf die gelähmte Extremität (»Misoplegie«) zu bemerken. Die Untersuchungen von Gainotti konnten keine signifikante Häufung depressiver Verstimmungen (»a more stable depressive orientation of the mood«), die er von der »catastrophic reaction« abgrenzte, nach linkshemisphärischer Schädigung belegen. Nachfolgende Studien bei Pati-

51

546

51

Kapitel 51 · Störungen des emotionalen Erlebens und Verhaltens

enten mit neuroradiologisch dokumentierter zerebraler Durchblutungsstörung führten unter Verwendung standardisierter psychopathologischer Skalen teilweise zu abweichenden Ergebnissen. Eine »major depression« [nach den Kriterien des »Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders« (DSM-IV 1994); entspricht der »endogenen Depression« der 9. Revision der Internationalen Klassifikation psychischer Erkrankungen der WHO (ICD9) bzw. der »depressiven Episode« der ICD-10], gekennzeichnet u. a. durch niedergedrückte oder missmutiggelangweilte Stimmungslage, An-triebshemmung, Schuldbzw. Insuffizienzgefühle und Schlafstörungen, kann bei 10–30% der Patienten mit Schlaganfall beobachtet werden. Eine »minor depression« (Dysthymia) mit im Gegensatz zur depressiven Episode leichterer Verstimmung, u.U. nur als Einschränkung der affektiven Schwingungsfähigkeit imponierend, und weniger ausgeprägten Antriebsstörungen und Schuldgefühlen ist in 10–40% der Fälle nachweisbar (Robinson 1995). Während der Akutphase zeigt sich diese Symptomatik am häufigsten im Gefolge einer Durchblutungsstörung des linken Frontallappens oder der linksseitigen Basalganglien. Darüber hinaus scheint eine positive Korrelation von Schweregrad der Depression und Nähe der Gewebeschädigung zum Frontalpol vorzuliegen. Schließlich war kein wesentlicher Zusammenhang zwischen Ausmaß der Affektstörung und körperlicher Beeinträchtigung nachzuweisen (Abstand der sensorischen und motorischen Projektionsfelder vom Frontalpol!), ein Befund, der gegen die Annahme einer reaktiven Genese depressiver Verstimmungen nach Schlaganfall spricht. Allerdings konnten nicht alle einschlägigen Studien einen statistisch gesicherten Zusammenhang zwischen linkshemisphärischer Läsion und Auftreten einer Depression belegen (vgl. Gainotti 1989). Manien werden im Rahmen der psychiatrischen Taxonomie den Affektstörungen zugerechnet und zeichnen sich insbesondere durch eine von Situation und Anlass unabhängige Euphorie, u.U. im Wechsel mit Gereiztheit, und Antriebssteigerung aus (DSM-III und DSM-IV). Auch diese Zustände können im Gefolge einer zerebralen Durchblutungsstörung, allerdings deutlich seltener als depressive Verstimmungen, registriert werden. Hinsichtlich der psychopathologischen Symptomatik scheinen keine Unterschiede zu Manien ohne nachweisbare morphologische Hirnschädigung vorzuliegen (»manische Episode«). In den wenigen bislang dokumentierten Fällen einer Manie nach zerebralem Schlaganfall fand sich fast ausschließlich eine Läsion der rechten Hemisphäre, die sich auf den orbito-

frontalen Kortex, basale Anteile des Temporallappens, den Thalamus und/oder den Kopf des Nucleus caudatus erstreckte. Angststörungen finden sich häufig im Zusammenhang mit einem zerebralen Insult, allerdings meist vergesellschaftet mit einer Depression. ! Psychopathologische Untersuchungen bei Patienten mit unilateraler zerebraler Durchblutungsstörung konnten relativ häufig (bis zu 40% der Fälle) depressive Verstimmungen und Angststörungen nachweisen, sporadisch auch eine manische Symptomatik dokumentieren. Der linke Frontallappen, insbesondere präfrontale Anteile (rostral der Broca-Area!), und die ipsilateralen Basalganglien scheinen Prädilektionsorte der Ausbildung einer Depression darzustellen. In Anbetracht der Seltenheit einer sekundären Manie nach Schlaganfall setzt die Entwicklung dieser Symptomatik offensichtlich neben der Hirnschädigung, die sich fast ausschließlich auf »limbische« subkortikale und/oder kor tikale Areale der rechten Hemisphäre erstreckt, zusätzliche Risikofaktoren voraus. Die Pathomechanismen der Affektstö rungen nach un ilateraler Hirnschädigung sind noch weitgehend unaufgeklärt.

51.1.2

Funktionsstörungen des limbischen Systems

Broca (1878) hat den Ring an Hirnrinde, der im Bereich der Innenseite beider Hemisphären Balken und Zwischenhirn umschließt, als »grand lobe limbique« (lat. »limbus« = der Saum) bezeichnet. Diese kortikalen Areale und die mit ihnen über Projektionsbahnen verbundenen subkortikalen Strukturen wurden dann von MacLean (1949, 1952) unter dem Begriff des limbischen Systems zusammengefasst und als Korrelate der »Verarbeitung« von Emotionen eingestuft (. Abb. 51.1). Klinische und tierexperimentelle Untersuchungen konnten aber inzwischen herausarbeiten, dass wesentliche Komponenten dieses »Netzwerks«, insbesondere der sog. Papez-Kreis (Hippocampus, Fornix, Mamillarkörper, Tractus mamillothalamicus und Nucleus anterior thalami), in erster Linie Leistungen des deklarativen Gedächtnisses vermitteln (. Abb. 51.1). Einige Strukturen des limbischen Systems, v. a. Hypothalamus und Mandelkern (Amygdala), sind aber an der Kontrolle emotionalen Erlebens und Verhaltens beteiligt und Funktionsstörungen dieser Komponenten können im Tierexperiment als auch beim Menschen Veränderungen des

547 51.1 · Veränderungen des emotionalen Erlebens bei neurologischen Erkrankungen

Vorderer Thalamuskern (Nucleus anterior thalami)

Nucleus caudatus

Balken

Fornix

Vorderer zingulärer Kortex

Dorsomedialer Thalamuskern

Orbitofrontalhirn Hypothalamus Bulbus olfactorius Hippocampus Tractus olfactorius Hirnstamm Hypophyse

Amygdala

Mamillarkörper (Corpus mamillare)

. Abb. 51.1. An der Steuerung emotionalen Verhaltens beteiligte Strukturen wie Amygdala, Hypothalamus, vorderer zingulärer Kortex und Orbitofrontalhirn weisen enge Beziehungen zu den zwei wichtigsten zerebralen Netzwerken auf, die deklarative Gedächtnisleistungen vermitteln. 1 Hippocampus, Fornix, Mamillarkörper, Tractus

mamillothalamicus, Nucleus anterior thalami (Papez-Kreis); 2 Amygdala, unterer Thalamusstiel, dorsomedialer Thalamuskern. Beide Bahnsysteme projizieren zum vorderen zingulären Kortex und zum Präfrontalhirn. (Nach Huch u. Bauer 2003)

emotionalen Erlebens bzw. Verhaltens hervorrufen (hierzu auch 7 Kap. 50). Katzen, denen die Hirnrinde vollständig entfernt wurde, zeigen noch weitgehend unauffällige psychomotorische Reaktionen: Als Antwort auf Schmerzreize machen sie beispielsweise einen Buckel, legen die Ohren an, strecken die Krallen heraus, fauchen und beißen nach in der Nähe befindlichen Gegenständen (LeDoux 1998). Allerdings lassen sich im Gegensatz zu gesunden Tieren diese Reaktionen schon durch »triviale« (»nonoffensive«) Stimuli hervorrufen (»sham rage«, Wutreaktion). Die Wutreaktion bleibt aus, wenn neben der Hirnrinde auch der Hypothalamus, eine Gruppe von Kerngebieten an der Basis des Gehirns zwischen Sehnervenkreuzung und Hirnschenkel, entfernt wird. Auf der Grundlage dieser Befunde wurde der Hypothalamus als das »Zentrum des emotionalen Gehirns« apostrophiert. Gelegentlich kamen auch bei Patienten mit Hypothalamusläsion überschießende bzw. unmotivierte Wutreaktionen, evtl. in Verbindung mit Zwangslachen oder

-weinen, zur Beobachtung (Panksepp 1985). Möglicherweise wird diese Symptomatik in der Regel aber durch begleitende Vigilanz- oder Antriebsstörungen (dienzephaler akinetischer Mutismus; Ackermann u. Ziegler 1994) maskiert. Klüver u. Bucy (1937, 1939) beschrieben ein eigenartiges Syndrom an Verhaltensauffälligkeiten bei erwachsenen Affen nach beidseitiger Entfernung der vorderen Anteile des Temporallappens, u.a. gekennzeichnet durch eine Neigung, alle erreichbaren Gegenstände in den Mund zu nehmen (»oral tendency«), exzessives Sexual- und Fressverhalten sowie eine Beeinträchtigung der Furchtreaktionen (hierzu auch 7 Abschn. 50.1). Selten kann auch beim Menschen eine klinische Konstellation zur Beobachtung kommen, die eine gewisse Ähnlichkeit zum tierexperimentellen Modell eines Klüver-Bucy-Syndroms aufweist, u.a. bei degenerativen Erkrankungen der Hirnrinde wie M. Pick, bei Herpes-simplex-Enzephalitis oder Temporallappenepilepsie (Poeck 1985b). Diesen Befunden zufolge ist eine Läsion des vorderen cingulären und/oder mesiotempora-

51

548

Kapitel 51 · Störungen des emotionalen Erlebens und Verhaltens

len Kortex als pathologisch-anatomisches Korrelat der beobachteten »Zahmheit« anzunehmen: Entweder könnte somit eine Beeinträchtigung der durch die Amygdala vermittelten Furchtreaktionen vorliegen (LeDoux 1998) oder eine Antriebsminderung im Gefolge einer Funktionsstörung im Bereich des medialen vorderen Frontalhirns (Intimform des akinetischen Mutismus; vgl. Ackermann u. Ziegler 1994).

51.1.3

Degenerative Erkrankungen der Basalganglien

Parkinson-Erkrankung Als Kardinalsymptome dieses Störungsbildes gelten motorische Defizite wie Akinese, Rigor und Ruhetremor, die durch einen Dopaminmangel auf der Ebene der Basalganglien im Gefolge einer Degeneration der Substantia nigra des Mittelhirns bedingt sind. Schon die Erstbeschreibung des klinischen Bildes durch James Parkinson (1817; zit. in Heilman et al. 1993) erwähnt aber, dass diese Patienten »unglücklich« wirken. Neuere Studien dokumentierten eine hohe Prävelenz depressiver Verstimmungen selbst bei hinsichtlich ihrer Mobilität wenig beeinträchtigten Erkrankten. Die relativ schwache Korrelation zwischen motorischen und affektiven Auffälligkeiten lässt sich dahingehend deuten, dass die Depression zumindest nicht ausschließlich reaktiver Genese ist. Darüber hinaus kann die Affektstörung das Initialsymptom der Erkrankung darstellen. Schließlich spricht dieser Aspekt der klinischen Konstellation deutlich schlechter auf eine Dopaminsubstitutionstherapie an als die motorischen Beeinträchtigungen. Möglicherweise sind deshalb die affektiven Veränderungen der Parkinson-Patienten durch eine Dysfunktion serotonerger oder noradrenerger Transmittersysteme bedingt, die im Rahmen dieser Erkrankung auch beeinträchtigt sein können.

Huntington-Chorea

51

Die Huntington-Chorea ist eine autosomal-dominante Erkrankung, die durch einen Zellverlust insbesondere im Bereich des Nucleus caudatus gekennzeichnet ist und der auf molekularer Ebene die pathologische Verlängerung (Expansion) einer repetitiven Trinukleotidsequenz zugrunde liegt. Im Vordergrund des klinischen Bildes stehen einerseits unwillkürliche Bewegungen (Hyperkinesie) und andererseits eine demenzielle Entwicklung. Wohl jeder Patient, der an einer Huntington-Chorea leidet, wird früher oder

später, evtl. sogar vor dem Auftreten motorischer Defizite, auch Veränderungen im affektiven Bereich zeigen. Im Gegensatz zur Parkinson-Erkrankung ist das klinische Bild der Affektstörungen über die Patienten hinweg vielfältiger und umfasst neben einer depressiven Verstimmung auch Antriebsminderung, manische Zustände und vermehrte Reizbarkeit bis hin zu aggressiven Tendenzen. Darüber hinaus können bei ein und demselben Patienten im Verlauf der Chorea unterschiedliche emotionale Auffälligkeiten beobachtet werden. Die Genese der Affektstörungen bei der Huntington-Erkrankung ist noch weitgehend unaufgeklärt. Die Art der Auffälligkeiten, insbesondere die manischen Zustände und die vermehrte Irritabilität, als auch die begleitenden Persönlichkeitsveränderungen könnten auf eine Dysfunktion des Frontallappens, der enge Verbindungen zum Caudatum aufweist, hindeuten.

51.1.4

Funktionsstörungen des Kleinhirns

Ein klassisches Konzept der Neurologie besagt, dass Kleinhirnfunktionsstörungen mit einer Beeinträchtigung motorischer Leistungen (Ataxie) einhergehen, die sensorischen, vegetativ-affektiven und kognitiven Domänen aber aussparen. Allerdings haben tierexperimentelle Untersuchungen bei Säugern einschließlich subhumanen Primaten reziproke Verbindungen zwischen Kleinhirn einereits und limbischem System (Hypothalamus, cingulärer Kortex) andererseits herausgearbeitet. Tatsächlich wurde beispielsweise die elektrische Stimulation zerebellärer Strukturen zur Behandlung von Affekt- und Verhaltensstörungen im Rahmen psychotischer Erkrankungen eingesetzt (Ackermann u. Daum 1995, im Druck). Eine neuere Verlaufsstudie konnte bei einer Gruppe von Patienten mit auf das Cerebellum beschränkter Pathologie (Infarkt, Entzündung, Atrophie, Tumor) neben kognitiven Defiziten eine verminderte affektive Schwingungsfähigkeit und Persönlichkeitsveränderungen (impulsives, distanzgemindertes und/oder regressives Verhalten) belegen. Bemerkenswerterweise fanden sich diese Auffälligkeiten, die teilweise im Vordergrund des klinischen Bildes standen, nur bei Schädigung der Kleinhirnhinterlappen (»cerebellar cognitive affective syndrome«; Schmahmann u. Sherman 1997). ! Degenerative Erkrankungen, die mit einer Funktionsstörung der Basalganglien einhergehen, führen neben motorischen Defiziten häufig zu Auffälligkeiten 6

549 51.2 · Dissoziation von emotionalem Erleben und stimmlich-mimischem Verhalten

im affektiven Bereich (Huntington-Chorea: Depression, manische Hochstimmung, Aggressivität, Irritabilität; Parkinson-Syndrom: depressive Befindlichkeit). Die Genese dieser Affektstörungen ist noch nicht aufgeklärt, möglicherweise spiegeln sie eher eine Dyfunktion extrastriataler Strukturen wider. Neuere Untersuchungen deuten darauf hin, dass auch das Kleinhirn (Hinterlappen) in die Regulation des emotionalen Erlebens einbezogen sein könnte.

51.2

51.2.1

Dissoziation von emotionalem Erleben und stimmlichmimischem Verhalten

chiale Kerne) könnten an der Integration emotionalen Verhaltens beteiligt sein. Tierexperimentellen Befunden zufolge dürften diese Strukturen vom anterioren cingulären Kortex (limbisches System) kontrolliert werden. Im Falle des Zwangslachens und -weinens könnte eine Enthemmung der pontinen und mesenzephalen Kontrollzentren vorliegen, aufgrund einer Beeinträchtigung von Bahnsystemen, die emotionales Verhalten unter dem Einfluss neokortikaler Strukturen in den jeweiligen situativen Kontext einbinden.

51.2.2

Motorische Aprosodie (Hypophonie) und Amimie (Hypomimie)

Zwangslachen und -weinen

Insbesondere Patienten mit Schädigung der Capsula interna (vorderer Schenkel und/oder Knie) und der angrenzenden Basalganglien, evtl. unter Beteiligung thalamischer als auch hypothalamischer Areale, können ohne erkennbaren situativen Anlass und ohne entsprechende »innere« Befindlichkeit abrupt immer wieder in Lachen oder Weinen ausbrechen (Poeck 1985a). Weder im Bewegungsmuster der mimischen Muskulatur noch in der Stimmgebung oder in den begleitenden vegetativen Phänomenen unterscheiden sich diese »Enthemmungsphänomene« von den entsprechenden »natürlichen« Varianten emotionalen Verhaltens. Da Zwangslachen und -weinen auch im Rahmen eines »anterior operculum syndrome« (7 Abschn. 31.2.3) auftreten können, d.h. nach beidseitiger Läsion des motorischen Kortex in Verbindung mit beeinträchtigter Willkürinnervation der entsprechenden Muskelgruppen, sind diese Symptome, entgegen früherer Annahmen, nicht ausschließlich an subkortikale Dysfunktionen gebunden. Die Vermutung, dass Zwangslachen im Gefolge einer Läsion der rechten (Ausfallssymptom) oder eines epileptischen Focus der linken Hemisphäre (Irritationsphänomen) auftritt, Zwangsweinen den umgekehrten topographischen Zusammenhang aufweist, dürfte wohl nicht zutreffen (Poeck 1985a). Wilson (1924) nahm an, dass den Hirnnervenkernen vorgeschaltete, d.h. suprabulbäre Kerngebiete auf Höhe des Pons die am Lachen und Weinen beteiligten Muskelgruppen (Respiration, Stimmgebung, Mimik) koordinieren (»faciorespiratory mechanism«). Auch die bei subhumanen Primaten dokumentierten Vokalisationszentren im Bereich des Mesenzephalon (periaquäduktales Grau und parabra-

Ross u. Mesulam (1979) veröffentlichten 2 Fallstudien einer Dissoziation von emotionalem Erleben und Verhalten im Gefolge eines rechtshemisphärischen Infarkts, der sich auf posterior-frontale und parietale Anteile des suprasylviischen Kortex erstreckte. Beide Patienten sprachen mit leiser, monotoner, unmodulierter Stimme und zeigten nur spärliche mimische und gesturale Regungen. Darüber hinaus waren sie unfähig, spontan zu lachen oder zu weinen. Allerdings berichteten sie ausdrücklich eine unbeeinträchtigte affektive Schwingungsfähigkeit, d.h. fühlten beispielsweise tiefe Trauer bei einem Todesfall in der Familie, ohne dass aber diese Stimmung »zum Ausdruck« gekommen wäre. Unter der Vorstellung, dass die rechte Hirnhälfte in einer analogen Weise die affektiven Komponenten sprachlicher Äußerungen kontrolliert wie das sog. Broca-Zentrum den propositionalen Gehalt, wurde die beobachtete klinische Konstellation einer Dissoziation von emotionalem Erleben und Verhalten auf stimmlicher Ebene als motorische Aprosodie bezeichnet (vgl. Ackermann et al. 1993). Im Vergleich zur motorischen bzw. globalen Aphasie (7 Kap. 34) kommen aber motorisch-aprosodische Syndrome nur selten zur Beobachtung, obwohl die entsprechenden linksund rechtshemisphärischen Läsionen in etwa gleich häufig sein dürften. Alternative Erklärungsansätze des Verlustes affektiver Modulation sprachlicher Äußerungen nach rechtshemisphärischer Läsion nehmen an, dass an der Genese der motorischen Aprosodie auch Funktionsstörungen transkallosaler Bahnsysteme oder der Verbindungen der Basalganglien zum limbischen Kortex beteiligt sind (vgl. Ackermann et al. 1993). Hypophonie (leise, monotone Stimme) und Hypomimie (»maskenhafte« Mimik) stellen auch charakteristische

51

550

Kapitel 51 · Störungen des emotionalen Erlebens und Verhaltens

Symptome der Parkinson-Erkrankung dar. Obwohl diese Patienten nicht selten an einer depressiven Verstimmung leiden, können die genannten Beeinträchtigungen der Phonation und Mimik auch unabhängig vom oder sogar in Kontrast zum emotionalen Erleben auftreten und sind demzufolge am ehesten als eine Komponente der motorischen Defizite der Parkinson-Erkrankung einzustufen, z.B. als Akinesie der entsprechenden Muskelgruppen. ! Die Befindlichkeit eines Menschen »drückt« sich in Stimme, mimischen Regungen und Gestik aus. Eine Dissoziation von emotionalem Erleben und motorischem Verhalten kann sich einerseits als Zwangslachen und -weinen äußern oder als Unfähigkeit, emotionale Ausdrucksmuster zu generieren (motorische Aprosodie, Hypophonie, Amimie, Hypomimie). Diese klinischen Konstellationen werden insbesondere bei Funktionsstörungen der Basalganglien (Hypophonie, Hypomimie), des rechten Frontallappens (motorische Aprosodie), der motorischen Hirnrinde beidseits, bibzw. unilateralen Läsionen der Capsula interna als auch hypothalamischer Strukturen (Zwangslachen und -weinen) beobachtet.

51.3

Beeinträchtigung der Wahrnehmung emotionalen Verhaltens

51.3.1

Unilaterale kortikale bzw. subkortikale Läsionen

Haupt- und Nebenakzenten. Soweit überprüft blieb die Wahrnehmung linguistischer Prosodie unbeeinträchtigt. Nachfolgende Untersuchungen zur Diskrimination und Identifikation affektiver Prosodie bei hirngeschädigten Patienten führten zu diskrepanten Ergebnissen, sodass die funktionell-anatomische Einordnung des Syndroms einer auditorisch-affektiven Prosodie noch kontrovers diskutiert wird. Beispielsweise könnte der rechtshemisphärische temporoparietale Übergang weniger auf die (kategoriale) Repräsentation der verschiedenen Emotionen als vielmehr auf die Dekodierung tonaler Information (Intonation, Sprachmelodie), die einen wesentlichen Beitrag zur affektiven Prosodie leistet, ausgerichtet sein. Elektroenzephalographische und funktionell-kernspintomographische Untersuchungen deuten ebenfalls darauf hin, dass Identifikation und Diskrimination affektiver Prosodie bevorzugt durch rechtshemisphärische Strukturen vermittelt werden (Pihan et al. 1997, 2000), wobei neben temporoparietalen Regionen der Pars orbitalis der unteren Stirnhirnwindung in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle zuzukommen scheint (Wildgruber et al. 2005; . Abb. 51.2). Vor diesem Hintergrund könnte eine Beeinträchtigung der Perzeption affektiver Tönung sprachlicher Äußerungen zu den Verhaltensauffälligkeiten des sog. Orbitalhirnsyndrom beitragen (Damasio 1994). Es ist gut vorstellbar, dass die Unfähigkeit, den freundlichen, ärgerlichen, vorwurfsvollen etc. Ton einer Aussage zu erfassen, mit den Anforderungen an situativ angepasstes Handeln interferiert.

51.3.2

51

Sprachliche Aussagen »drücken« immer auch die Befindlichkeit des Sprechers aus, sind also in einem neutralen, freudigen, traurigen oder ängstlichen Tonfall formuliert (affektive bzw. emotive Prosodie, eine Komponente indexikalischer, d.h. sprecherbezogener Information). Dieser Aspekt verbaler Äußerungen wird vom Hörer sehr rasch dekodiert und beeinflusst oft unmittelbar seine Reaktion. Heilman et al. (1975) haben erstmals eine isolierte Beeinträchtigung der Identifikation affektiver Prosodie im Gefolge einer Läsion des rechtshemisphärischen temporoparietalen Übergangs dokumentiert [auditive Affektagnosie; Ross (1981): sensorische Aprosodie]. Sprechtempo- und rhythmus, Intonation und Lautstärkeverlauf stellen die wesentlichsten akustischen »cues« affektiver Prosodie dar. Diese sog. suprasegmentalen Merkmale vermitteln allerdings auch linguistische Information, z.B. den Unterschied von Aussage- und Fragesatz oder die Markierung von

Erkrankungen der Basalganglien

Mehrere Untersuchungen haben sowohl bei Parkinson- als auch bei Huntington-Patienten eine beeinträchtigte Perzeption affektiver Prosodie und mimischen Ausdrucks berichtet (Übersicht in Breitenstein et al. 1998). Diese Befunde könnten vor dem Hintergrund der James-LangeTheorie (7 Unter der Lupe »James-Lange-Theorie« in Kap. 49) dahingehend gedeutet werden, dass Funktionsstörungen der Basalganglien die zur Identifikation emotionalen Verhaltens erforderliche Reproduktion der entsprechenden vegetativ-autonomen und motorischen Leistungen vereiteln. Da die Amygdala Fluchtreaktionen koordiniert, wäre vor dem Hintergrund dieser Überlegungen eine relativ distinkte Beeinträchtigung der Wahrnehmung des stimmlichen oder mimischen Ausdrucks von Furcht bei umschriebener Schädigung des Mandelkerns zu erwarten. Tatsächlich konnte in Einzelfallstudien ein entsprechendes

551 51.3 · Beeinträchtigung der Wahrnehmung emotionalen Verhaltens

. Abb. 51.2. Die Identifikation stimmlich-emotionalen Ausdrucks (affektive Prosodie) scheint an orbitofrontale Strukturen beider Hemisphären gebunden zu sein (Pars orbitalis des Gyrus frontalis inferior, GFI; Brodmann Area 47). In diesem Experiment hatten Versuchspersonen entweder die affektiv-prosodische »Tönung« vorgegebener Satzäußerungen zu bestimmen oder eine Aufgabe zur Lautstruktur durch-

zuführen (Einzelheiten in Wildgruber et al. 2005). Dargestellt sind die Subtraktionen der jeweiligen Aktivierungsmuster; oben: Identifikation der Emotion (»Affekt«) minus Detektion von Sprachlautkategorien (»Vokal«); unten: Detektion von Sprachlautkategorien minus Identifikation der Emotion

Defizit belegt werden (7 Abschn. 50.2.1). Schließlich wurde bei Patienten mit Huntington-Chorea eine im Vergleich zu anderen Emotionen signifikant beeinträchtigte Identifikation des stimmlichen und mimischen Ausdrucks von Ekel beschrieben (Sprengelmeyer et al. 1996). Eine Pilotstudie unserer Arbeitsgruppe zur Perzeption von Emotionen bei gesunden jungen Probanden als Verhaltenskontrolle eines funktionell-bildgebenden Experimentes ergab ein weitgehend identisches Profil der Rekognitionsleistung, d. h. die Identifikation von Ekel war im Vergleich zu der anderer Emotionen deutlich mehr beeinträch-

tigt. Offensichtlich ist die Wahrnehmung der einzelnen Emotionen unterschiedlich schwierig und erfordert beispielsweise in unterschiedlichem Ausmaß kognitive Operationen wie die »Verrechnung« einzelner Stimuluskomponenten oder Plausibilitätskontrollen. Da Huntington-Patienten neben einer Hyperkinesie immer auch kognitive Defizie aufweisen, dürften diese Probanden bei der Wahrnehmung von Ekel überproportional »einbrechen«. Vor diesem Hintergrund muss die Annahme eines spezifisch-striatalen Netzwerks der Perzeption von Ekel mit einem Fragezeichen versehen werden.

Zusammenfassung In Übereinstimmung mit tierexperimentellen Befunden dokumentierten klinische Fallstudien beim Menschen Enthemmungsphänomene wie Wutreaktionen, Zwangslachen und -weinen im Gefolge hypothalamischer Läsionen und bei Schädigung anterior-mesiotemporaler Strukturen. Neben Funktionsstörungen dieser Komponenten des limbischen Systems können auch Erkrankungen, die in erster Linie mit einer Beeinträchtigung der Basalganglien einhergehen und durch Auffälligkeiten der Motorik gekennzeichnet sind (Parkinson-Syndrome, Huntington-Chorea), und möglicherweise auch zerebelläre Läsionen zu Affektstörungen führen. Schließlich deuten einige Beobachtun-

gen, ohne dass allerdings eine abschließende Beurteilung schon möglich wäre, auf eine spezifische Rolle neokortikaler Areale der rechten Hemisphäre im Rahmen »emotionaler Kommunikation« (Generierung affektiv-prosodischer, mimischer und gestischer Bewegungsmuster, Wahrnehmung stimmlichen und mimischen Ausdrucks) hin. Zu der Frage nach einer differentiellen Hemisphärenlateralität emotionalen Erlebens und Verhaltens auf der Ebene der Hirnrinde und der Basalganglien liegen diskrepante Daten vor. Präfrontale Strukturen der linken Hemisphäre und die ipsilateralen Basalganglien dürften aber die Prädilektionsorte depressiver Verstimmungen nach Schlaganfall darstellen.

51

XIII Störungseinsicht 52

Neuronale Grundlagen des Bewusstseins – 555 Henrik Walter

53

Anosognosie – 565 Hans-Otto Karnath

54

Verwirrtheitszustände Claus-W. Wallesch

– 576

555

52 Neuronale Grundlagen des Bewusstseins Henrik Walter

52.1 52.2 52.3

52.4

Die empirische Untersuchung von Bewusstsein – 555 Neuronale Korrelate von Bewusstsein als Wachheitsgrad – 556 Neuronale Korrelate von Bewusstsein als Eigenschaft repräsentationaler Zustände – 557 Neuronale Mechanismen des Bewusstseins – 559

52.4.1 Phasensynchrone Oszillationen – 559 52.4.2 Reziprozität und dynamischer Kern – 560 52.4.3 Bewusstsen als globaler, beeinflusster Wettbewerb – 561 52.4.4 Ein Rahmen für die empirische Erforschung des visuellen Bewusstseins – 561

52.5

Neuronale Korrelate personalen Bewusstseins – 562

)) Die Verwendung des substantivierten Infinitivs »Bewusstsein« (von lat. »conscientia«) ist im Deutschen erst seit 1719 gebräuchlich. Ursprünglich gleichbedeutend mit »moralischem Gewissen« oder »gemeinsamem Wissen über moralische Sachverhalte«, wurde er mit Descartes mehr und mehr zu einem psychologischen Begriff.

Gefühlen, Absichten oder Gedanken. Ein wesentliches Merkmal der letzten beiden Begriffe ist der vereinheitlichende, synthetisierende Charakter des Bewusstseins. ! Die 3 Hauptbedeutungen von Bewusstsein sind: 1. Bezeichnung von Wachheitsgraden, 2. subpersonale Eigenschaft repräsentationaler Zustände (Sinnesempfindungen, Wahrnehmungen, Stimmungen, Gefühle, Vorstellungen, Gedanken) und 3. personale Eigenschaft, d. h. Bezeichnung von integrierenden Gesichtspunkten oder Meinungen einer Person.

Obwohl inzwischen allgemein anerkannt ist, dass sich kognitive Aspekte des Bewusstseins (»Zugangsbewusstsein«) empirisch erforschen lassen, ist heftig umstritten, ob sich der Aspekt subjektiven Erlebens (»phänomenales Bewusstsein«) wissenschaftlich jemals vollständig erklären lassen wird. Eine vermittelnde These besagt, dass das Verständnis von Bewusstsein von kultur- und wissenschaftsgeschichtlichen Randbedingungen abhängt und das Problem der »Erklärungslücke« eines Tages dadurch verschwinden wird, dass sich das Konzept des Bewusstseins durch Erkenntnisse der neurowissenschaftlichen Bewusstseinsforschung selbst verändern wird (Kurthen et al. 1998).

52.1 »Bewusstsein« wird zur Bezeichnung verschie dener Phänomene gebraucht. Im Kontext dieses Artikels sollen 3 Hauptbedeutungen unterschieden werden. Einerseits wurde »Bewusstsein« zu einem medizinischen Begriff, der den Wachheitsgrad eines Organismus bezeichnet (7 Kap. 54). Anderseits entwickelte sich ein philosophisches Bewusstseinskonzept, das in engem Zusammenhang mit personalen Eigenschaften wie Rationalität, Reflektivität und Selbstbewusstsein steht. Im Zuge der kognitiven Wende in der Psychologie hat sich eine dritte, intermediäre Bedeutung etabliert, nämlich »Bewusstsein als Eigenschaft repräsentationaler Zustände«, d. h. von Wahrnehmungen,

Die empirische Untersuchung von Bewusstsein

Empirische Untersuchungen von Bewusstsein folgen in der Regel einem konstrastiven Ansatz, d.h. es werden mentale Prozesse untersucht, die bewusst oder unbewusst ablaufen können (Baars 2001; Kiefer 2000; Metzinger 2000, 2003; Keenan et al. 2005; Koch 2005). Ein Problem der empirischen Erforschung von Bewusstsein ist dessen Operationalisierung, d. h. die Angabe von Kriterien für das Vorliegen von Bewusstsein. Das am häufigsten verwandte Kriterium ist der verbale Bericht. Doch sind introspektive Berichte 1. nicht objektiv, 2. oft fehlerhaft und können 3. nicht im Tier-

52

556

52

Kapitel 52 · Neuronale Grundlagen des Bewusstseins

experiment verwandt werden. Bewusstsein lässt sich jedoch auch über »Verhaltensberichte« operationalisieren. Bei zweideutigen Figuren (sog. Kippfiguren) kann man etwa Versuchspersonen auffordern, dann eine Taste zu drücken, wenn sie ein bestimmtes Perzept wahrnehmen (Kleinschmidt et al. 1998). Oder man kann eine Versuchsperson auffordern, auf die Merkmalsausprägung eines sehr kurz dargebotenen oder »maskierten« Reizes zu reagieren (Kiefer 2002). Entspricht das Verhalten bei einer Serie von Stimuluspräsentationen nur der Ratewahrscheinlichkeit, wird von einer »unbewussten« Wahrnehmung ausgegangen. Zwar sind diese Operationalisierungen nicht unproblematisch (Kiefer 2000), haben aber den Vorteil, in ähnlicher Form auch bei Tieren erhoben werden zu können. ! Ein wesentliches Problem der empirischen Erforschung von Bewusstsein ist dessen Operationalisierung. Gängigstes Kriterium für Bewusstsein ist der verbale Bericht. Mit Hilfe von Verhaltensberichten kann (Un)bewusstsein auch bei Tieren operationalisiert werden.

Damit ein visueller Reiz überhaupt bewusst werden kann, scheint eine gewisse Zeit stabilen visuellen Inputs (etwa 100 ms) nötig. Neben den Reizbedingungen spielt für die bewusste Wahrnehmung auch die Aufmerksamkeit eine wesentliche Rolle. Dies zeigt in eindrucksvoller Weise das Phänomen der »change« bzw. »inattentional blindness« (Simons 2000). Bei wiederholter bzw. sich verändernder Darstellung visueller Szenen werden größere Veränderungen oft nicht bewusst wahrgenommen, wenn die Aufmerksamkeit auf etwas anderes gerichtet ist. Dies ist sowohl bei einfachen als auch bei komplexen Wahrnehmungen belegt: Wenn etwa die Aufgabe lautet, einem per Film aufgezeichneten Ballspiel von 2 weiss bzw. schwarz gekleideten Gruppen von 3 Personen vor einem Fahrstuhl zuzuschauen und die Anzahl der Ballwechsel zwischen den Gruppen zu zählen, so bemerken die meisten Versuchspersonen nicht, wenn eine Person in einem Gorillakostüm von rechts durchs Bild geht (Simons u. Chabris 1999). Viele Untersuchungen der experimentellen Psychologie erfolgen ohne Bezug auf das zugrunde liegende neuronale Substrat. Mit der Verbreitung moderner Verfahren zur nichtinvasiven Messung der Hirnaktivität (funktionelle Bildgebung) beginnt sich dies jedoch langsam zu ändern. Solche Untersuchungen ergänzen in idealer Weise neuropsychologische und tierexperimentelle Ansätze. Man spricht auch von der Suche nach den neuronalen Korrelaten des Bewusstseins (»neural correlates of consciousness«,

NCC). Eine Übersicht der Forschungsgebiete ist in . Tabelle 52.1 dargestellt (vgl. dazu v.a. Baars 2001; Frith et al. 1999; Kiefer 2002; Metzinger 2000).

52.2

Neuronale Korrelate von Bewusstsein als Wachheitsgrad

Der Wachheitsgrad eines Organismus (»level of consciousness«, »arousal«) reicht von Koma über Tiefschlaf, REM-Schlaf und Somnolenz bis hin zur Vigilanz und wird vom aufsteigenden retikulären aktivierenden System (RAS) im Hirnstamm reguliert. Er korreliert mit der Frequenz des kortikalen EEG: Je wacher, desto schneller und niedrigamplitudiger. Kürzlich wurde vorgeschlagen, das erweiterte RAS (»extended reticulo-thalamic activating system«; ERTAS) als zentrales Bewusstseinssystem anzusehen (Newman 1997). Das ERTAS umfasst eine netzartige Struktur in Hirnstamm

. Tabelle 52.1. Beispiele neuronaler Bewusstseinsforschung am Menschen Veränderte Bewusstseinszustände Komaforschung (Traum-)Schlafforschung Meditation und Hypnose Medikamente und Drogen Narkoseforschung Selektive Bewusstseinsstörungen nach Hirnläsionen Blindsehen/Blindhören Visuelle Agnosien Extinktion und Neglect Anosognosien »Anarchische« Hand Krankhafte Störungen »höherer Bewusstseinsformen« Das tiefenpsychologische Unbewusste Dissoziationen Ich-Störungen Halluzinationen Amnesie Funktionell bildgebende Untersuchungen bei Gesunden Maskierungsuntersuchungen Aufmerksamkeitsblinzeln (»attentional blink«) Wiederholungsblindheit (»repetition blindness«) Änderungsblindheit (»change blindness«) Binokuläre Rivalität Wahrnehmungsillusionen Episodisches Gedächtnis Willkürbewegungen Implizites Lernen

557 52.3 · Neuronale Korrelate von Bewusstsein als Eigenschaft repräsentationaler Zustände

und Mittelhirn aus cholinergen Neuronen, die mit den aufsteigenden serotonergen (Raphe-Kerne) und noradrenergen (Locus coeruleus) aktivierenden Systemen eng verbunden ist, sowie die damit verbundenen unspezifischen intra laminären (ILC) und retikulären (nrT) Thalamuskerne. Durch Kollateralen zu den spezifischen Thalamuskernen und von bidirektionalen thalamokortikalen Verbindungen sind die nrT nicht nur an der Modulation und Regulation sensorischen Inputs beteiligt, sondern auch an Funktionen der selektiven Aufmerksamkeit, des episodischen Gedächtnisses sowie volitionalen Prozessen (Newman 1997). Andere Autoren schreiben vor allem dem ILC eine entscheidende Rolle für Bewusstsein zu. ! Das ERTAS (»extended reticulo-thalamic activating system«) umfasst das aufsteigende retikuläre aktivierende System im Hirnstamm/Mittelhirn und die unspezifischen (intralaminären und retikulären) Kerne des Thalamus. Es ist entscheidend beteiligt an der Regulation des Wachheitsgrads, des Schlaf-WachRhythmus, der selektiven Aufmerksamkeit sowie möglicherweise höheren kognitiven Funktionen.

Der Traumschlaf ist ein weiteres Gebiet der Bewusstseinsforschung. Träume finden sich vorwiegend im REMSchlaf, der charakterisiert ist durch niedrigamplitudige, schnelle EEG-Aktivität, schnelle Augenbewegungen und aktive Inhibition des Muskeltonus. REM-Schlaf lässt sich auch bei Tieren nachweisen. Kürzlich konnte mit Hilfe von Ableitungen an ortsselektiven Zellen im Hippokampus bei Ratten, die im Wachzustand ein Labyrinth explorierten, plausibel gemacht werden, dass auch Ratten nachts von dem träumen, was sie tagsüber erlebt haben (Louie u. Wilson 2001). Eine besonders interessante Form des Träumens ist das »luzide Träumen«, während dessen dem Träumer bewusst ist, dass er träumt (Metzinger 2003; S. 529–544). Die vergleichende kognitive Neurowissenschaft von Traumschlaf, Tiefschlaf, normalem Wachzustand und traumähnlichen Zuständen wie Delir, Halluzinose und Wahn erlaubt, die neuronalen Mechanismen des Bewusstseins besser zu verstehen (Sonderheft BBS 2000). Die Möglichkeit, Bewusstsein durch Narkosemittel auszuschalten, hat einige Wissenschaftler inspiriert, auf dieser Grundlage subzelluläre Mechanismen des Bewusstseins zu postulieren. Eine dieser Hypothesen besagt, dass Bewusstsein durch quantenphysikalische Prozesse in Mikrotubuli entsteht (Penrose 2001). Sie findet, wie andere »Quantentheorien des Bewusstseins« in neurobiologischen Fach-

kreisen zu Recht jedoch wenig Resonanz (vgl. dazu Walter 1999, S. 194–204). Eine andere, seriösere Hypothese von Hans Flohr weist dem NMDA-Rezeptorkomplex eine entscheidende Rolle zu (vgl. Metzinger 2000, S. 245–280). Dieser sei vor allem an kortikalen Synapsen zu finden, die an der Produktion selbstreflexiver, repräsentationaler Strukturen höherer Ordnung beteiligt sind. Bewusstseinsprozesse sind auf die Bildung größerer Zellverbände (sog. »Zellassemblies«) angewiesen, und diese würden automatisch gebildet, wenn der Grad der Depolarisation der postsynaptischen Membran nahe der Aktivierungsschwelle des NMDA-Rezeptors gehalten werde. Unabhängig davon, ob diese Theorie zutrifft, stellt sich die Frage, ob sie mehr erklären kann, als eine notwendige Bedingung von Bewusstsein.

52.3

Neuronale Korrelate von Bewusstsein als Eigenschaft repräsentationaler Zustände

In einer wichtigen Arbeit von 1990 schlugen Francis Crick und Christof Koch als Forschungsstrategie vor, nach den Korrelaten einfacher Bewusstseinsformen, vor allem des visuellen Bewusstseins, zu suchen (Crick u. Koch 1990). Als paradigmatisches Beispiel dieses Ansatzes kann die Erforschung der binokulären Rivalität gelten: Wenn man beiden Augen getrennt voneinander gleichzeitig verschiedene Stimuli darbietet, wird immer nur einer dieser Stimuli bewusst wahrgenommen wird, es entsteht lediglich ein bewusstes Perzept (Wahrnehmungsbild). Nach einiger Zeit wechseln sich, je nach Stimulationsbedingungen, beide Perzepte miteinander ab. Ein Vorteil dieses Paradigmas besteht in seiner Anwendbarkeit bei Tieren. So können Affen darauf trainiert werden, über einen Verhaltensbericht mitzuteilen, welches von zwei unterschiedlichen orientierten Gittermustern sie »bewusst« wahrnehmen. Mit Einzelzellableitungen konnte demonstriert werden, dass der Perzeptwechsel nicht mit Aktivität in niederen, sondern in höheren visuellen Arealen, insbesondere im anterioren inferioren Temporalkortex, korrelierte (Sheinberg u. Logothetis 1997). Kürzlich wurde dies auch für Objekterkennung in naturalistischen Szenen gezeigt (Sheinberg u. Logothetis 2001). Offenbar ist erst auf dieser Verarbeitungstufe bewusste Objekterkennung möglich, was auch gut mit Läsionsstudien übereinstimmt. Inzwischen existieren auch funktionelle Studien beim Menschen. In einem fMRT-Experiment zur binokulären

52

558

52

Kapitel 52 · Neuronale Grundlagen des Bewusstseins

Rivalität von Gesichtern zeigte sich, dass die Aktivität im Gyrus fusiformis mit der bewussten Wahrnehmung des Perzeptes »Gesicht« korrelierte (Lumer et al. 1998). Sie ging auf ihren Ausgangswert zurück, wenn die Gesichtswahrnehmung durch die Wahrnehmung eines anderen Stimulus (eines Hauses) unterdrückt wurde (Tong et al. 1998). Ferner waren während der bewussten Gesichtswahrnehmung auch frontale Areale aktiv. Eine weitergehende Analyse der Daten ergab, dass ein rechts okzipitoparietofrontales Netzwerk während des Wechsels des Perzeptes besonders aktiv war. Dieses Netzwerk ähnelt demjenigen, das bei Aufgaben, die selektive Aufmerksamkeit erfordern, gefunden wird. In einer anderen fMRT-Untersuchung mit bistabilen Figuren wurde gezeigt, dass bewusst erlebte Perzeptwechsel mit Aktivierungen in ventrol-okzipitalen und intraparietalen Arealen einhergehen sowie mit Deaktivierungen im primären visuellen Kortex und dem Pulvinar (Kleinschmidt et al. 1998). Bewusste Perzeptwechsel sind beim Menschen also mit schnellen Neuverteilungen neuraler Aktivität in verschiedenen Hirnarealen und nicht nur in einer einzelnen Region korreliert. ! Das Phänomen der binokularen Rivalität ist ein viel genutztes Paradigma zur Erforschung von Bewusstseinszuständen bei Mensch und Tier. Es besteht darin, dass bei getrennter Darbietung von zwei verschiedenen Objekten für das linke und rechte Auge 1. immer nur eines dieser Objekte bewusst wahrgenommen wird und 2. je nach Stimulationsbedingungen die beiden Objekte nach einiger Zeit abwechselnd bewusst wahrgenommen werden.

In Experimenten wie diesen werden letztlich immer die gleichen Kenngrößen gemessen: operationalisierte Parameter der Stimulation, des Verhaltens, des Bewusstseins und deren neuronale Korrelate. Eine Systematik solcher Untersuchungen zeigt . Tabelle 52.2. Dort sind jeweils Beispiele aus der Forschung an Normalpersonen (1. Zeile jeder Zelle) bzw. bei Störungen (2. Zeile der Zelle) angeführt. Zu allen Beispielen gibt es inzwischen empirische Untersuchungen. Ein viel diskutiertes Beispiel aus dem Bereich der Handlungen sind Experimente zum Bereitschaftspotential (Gomes 1998; Libet et al. 1979). Libet et al. (1979) zufolge sind elektrophysiologische Korrelate der Bewegungsintention schon fast 500 ms, bevor sich die Versuchspersonen der Absicht bewusst werden, eine einfache Willkürbewegung auszuführen, nachweisbar. In einer neueren Arbeit konnten Haggard u. Eimer (1999) allerdings zeigen, dass die Zeit des Bewusstseins der Bewegungsabsicht nicht mit den frühen Komponenten des Bereitschaftspotentials korreliert, sondern vielmehr mit dem Beginn der späten, lateraliserten Komponente. Zudem können die Experimente von Libet deshalb kritisiert werden, da sie unterstellen, dass Bewusstsein zeitlich im Bereich von einigen Zehntelsekunden datiert werden kann und ferner ihre ursprüngliche Interpretation nicht die Intentionsbildung vor Beginn des Experimentes berücksichtigt (vgl. Walter 1999, S. 299–308). Der aus populärer Sicht interessante Aspekt von Experimenten vom Libet-Typ besteht darin, dass bewusste Handlungen durch informationsverarbeitende Prozesse eingeleitet werden, die ihrerseits nicht bewusst sind. Das ist für einen Neurowissenschaftler im Grunde allerdings

. Tabelle 52.2. Systematik neuronaler Bewusstseinsforschung. (Nach Frith et al. 1999)

Wahrnehmung

Gedächtnis

Handlung

Subjekte Erfahrung ändert sich, Stimulation und/oder Verhalten konstant

Binokuläre Rivalität Halluzinationen

Episodisches Gedächtnis Konfabulation

Absichtsbewusstsein Fremdbeeinflussung

Stimulation ändert sich, subjektive Erfahrung bleibt konstant

Nicht bewusst wahrgenommene Stimulusänderungen Stimulation im blinden Gesichtsfeld bei Blindsicht

Nicht erkannte, alte Stimuli

Stimuli, die unbewusste Handlungen evozieren

Nicht erkannte, alte Stimuli bei Amnesie

Stimuli, die unbeabsichtigte Handlungen evozieren

Richtiges Raten ohne Bewusstsein Richtiges Raten bei Formagnosie

Implizites Lernen

Unbeabsichtigte Handlungen

Verhalten ändert sich, subjektive Erfahrung bleibt konstant

Implizites Lernen bei Amnesie

559 52.4 · Neuronale Mechanismen des Bewusstseins

wenig überraschend: Da eine Vielzahl neuronaler Koordinationen nötig sind, damit Bewusstsein entsteht (7 unten), muss der Anfang eines solchen Prozesses notwendigerweise unbewusst sein. Interessant zu untersuchen jedoch bleibt, inwieweit a) unbewusst verarbeitete Reize auf bewusste Entscheidungen einwirken und b) wie der Einfluss bewusster Kontrolle entsteht (Goschke und Walter 2005). Dies kann man z. B. untersuchen, indem man eine freie Wahl durch subliminale Reize vor dieser Wahl in eine bestimmte Richtung lenkt oder indem man den Eindruck willentlicher Kontrolle dadurch verstärkt, dass man einen intendierten Effekt schon vor der Entscheidung subliminal darbietet. Experimente dieser Art zeigen eindeutig, dass der bewusste Eindruck, eine Handlung selbst zu steuern – zumindest unter bestimmten Bedingungen – illusionäre Anteile hat. Inzwischen gibt es kaum ein Hirnareal, das für die Lokalisation von Bewusstsein noch nicht als entscheidend angesehen wurde (Revonsuo 2000). Daher sind Ansätze, die nach allgemeinen Mechanismen für anstatt nach der Lokalisation von Bewusstsein suchen und die Interaktion von multiplen Hirnregionen als Korrelat bewusster Prozesse annehmen, von großem Interesse.

52.4

Neuronale Mechanismen des Bewusstseins

52.4.1

Phasensynchrone Oszillationen

Ein einflussreicher Ansatz zur empirischen Erforschung der neuronalen Grundlagen des Bewusstseins (»neural correlates of consciousness«; NCC) ist das Studium phasensynchroner Oszillationen. Experimente an leicht anästhesierten Katzen zeigen, dass im Bereich des primären visuellen Kortex die Feuerungsraten von merkmalsspezifischen Neuronen im γ-Bereich (30–60 Hertz) zeitlich synchronisiert (phasensynchron) sind, wenn die Merkmale zu einem Objekt gehören (vgl. Kap. 3). Diese zeitliche Kodierung stellt einen Mechanismus dar, der das Problem löst, wie das Gehirn Informationen über einzelne Objekteigenschaften zusammenbindet (»Bindungsproblem«). Das Phänomen der Phasensynchronizität wurde inzwischen im Wachzustand, bei anderen Tieren, in anderen Modalitäten, im EEG und beim Menschen nachgewiesen und wird durch selektive Aufmerksamkeit verstärkt (Singer 2000). Dem Bindungsproblem auf der Wahrnehmungsebene ähnelt das Problem der »Einheit des Bewusstseins« auf der

philosophischen Ebene. Schon früh wurde deshalb darüber spekuliert, ob phasensynchrone Oszillationen einen zentralen Mechanismus des visuellen Bewusstseins darstellen (Crick u. Koch 1990; vgl. auch Singer 2000 sowie die Beiträge mit kritischer Diskussion in Newman 1999). Dafür sprechen u. a. Experimente zur binokulären Rivalität. So wurden bei wachen Katzen beide Augen mit verschieden orientierten, sich bewegenden Gittermustern stimuliert (Fries et al. 1997). Verhaltensreport für die bewusste Perzeptwahrnehmung war die Richtung des optokinetischen Nystagmus. Die Feuerfrequenz der auf das jeweilige Muster spezialisierten Neurone änderte sich mit dem Wechsel des Perzepts nicht, wohl aber deren zeitliche Synchronisation im primären visuellen Kortex (V1). Dies steht in gewissem Widerspruch zu den oben referierten Ergebnissen zur binokulären Rivalität bei Affen, die Korrelate bewusster Perzeptwahrnehmung v.a. in höheren visuellen Arealen zeigten. Allerdings sind beide Experimente nicht direkt vergleichbar. Sowohl der Verhaltensreport (unwillkürlicher Nystagmus hier, antrainierter Hebeldruck dort) als auch die abhängige Variable (Synchronizität hier, Feuerungsrate dort) waren unterschiedlich. Crick u. Koch (1995, 2003) vertreten die Ansicht, dass der primäre visuelle Kortex für das visuelle Bewusstsein deswegen nicht relevant sei, weil erst die Kopplung visueller Areale mit dem frontalen Kortex, der entscheidend an Arbeitsgedächtnisprozessen beteiligt ist, zu bewusstem visuellem Erleben führt und diese Kopplung nur für höhere visuelle Areale gegeben ist. Erwähnenswert ist weiter, dass Crick u. Koch nicht mehr wie früher die Ansicht vertreten, dass phasensynchrone Oszillationen hinreichend für das Auftreten von visuellem Bewusstsein sind (Crick u. Koch 2003). Eine verwandte Theorie sieht thalamokortikale Oszillationen als neuronales Korrelat des Bewusstseins (für eine neuere Übersicht s. Llinas 2001). In Experimenten mit der Magnetoenzephalographie (MEG) konnten Oszillationen zwischen Thalamus und Kortex im γ-Bereich nachgewiesen werden (Ribary et al. 1991). Es wurde weiter oben schon erwähnt, dass dem Thalamus als derjenigen Struktur, durch die jeder sensorische Input hindurch muss (»Tor zum Bewusstsein«), eine wesentliche Rolle für das Bewusstsein zugeschrieben wird. Llinas vermutet nun, dass der Thalamus nicht nur an der Regulation der Wachheit beteiligt ist, sondern über thalamokortikale Oszillationen auch an kognitiven Bindungsprozessen. Der Thalamus besteht aus spezifischen Kernen, über die der sensorische Input verschaltet wird, sowie aus »unspezifischen Kernen« (7 oben). Entsprechend unterscheidet Llinas zwischen einer spezifischen

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Kapitel 52 · Neuronale Grundlagen des Bewusstseins

und einer unspezifischen thalamokortikalen Schleife, in der sich Oszillationen ausbilden. Die spezifische Schleife bindet sensorische Fragmente zu einzelnen zusammenhängenden Objekten des Bewusstseins zusammen. So entsteht die bewusste Wahrnehmung eines spezifischen Objektes, und damit wird das »Bindungsproblem« auf Objektebene gelöst. Es existiert aber auch ein Bindungsproblem auf höherer Ebene. Dieses besteht darin, wie einzelne Objekte des Bewusstseins so »zusammengebunden« werden, dass daraus die uns subjektiv vertraute »Einheit des Bewusstseins« entsteht. Dies wird Llinas zufolge durch die nichtspezifische Schleife gelöst. Sie liefert den allgemeinen Kontext, in dem die individuellen Objekte des Bewusstseins zu einer kohärenten globalen Repräsentation miteinander verbunden werden. Thalamokortikale Oszillationen wurden auch im REMSchlaf nachgewiesen und können Besonderheiten von Träumen erklären. Wie im Tierexperiment nachgewiesen ist, werden die Oszillationen durch Schrittmacherneurone intern, d.h. vom Gehirn selbst generiert. Da im Traumschlaf der Fluss sensorischer Information ins Gehirn blockiert ist, bestehen Träume häufig aus einzelnen sensorischen Fragmenten, die nicht durch stabilen, externen Input zu stabilen Objekten zusammengebunden werden. Dies erklärt die Bizarrheit von Träumen, in denen Objekte oft aus seltsamen Eigenschaftskombinationen bestehen oder sich plötzlich ändern. Im Wachzustand dagegen sorgt der stabile, koordinierte, externe Input für die Kohärenz des Erlebens. Anders ausgedrückt: Wachbewusstsein entsteht durch Modulation eines intrinsisch erzeugten Gehirnzustandes (Llinas 2001). ! Phasensynchrone Oszillationen können dazu dienen, Repräsentationen einzelner Merkmale von Objekten zusammenzubinden. Sie sind bei Tier und Mensch vor allem im visuellen System und zwischen Thalamus und Kortex nachgewiesen und sind ein möglicher Mechanismus von Bewusstseinsprozessen.

52.4.2

Reziprozität und dynamischer Kern

Eine weitere These zum NCC baut auf der Theorie der neuronalen Gruppenselektion auf (zur Übersicht s. Edelman u. Tononi 2000a, b). Deren Grundthese lautet, dass im Gehirn ähnliche Selektionsmechanismen wirken wie im Immunsystem: Die Passung zwischen Antikörpern und Antigenen kommt nämlich nicht dadurch zustande, dass ein Antigen die Bildung eines Antikörpers verursacht (Instruktionstheorie), sondern dadurch, dass das Immunsystem Millionen

verschiedener Antikörper bereithält, von denen einige wenige auf entsprechende Antigene passen (Selektionstheorie). Auf ähnliche Weise komme es zu »passenden« Repräsentationen im Gehirn. Eine wesentliche Bedingung für Selektionsprozesse, die auf höherstufigen Repräsentationen operieren, sind reziproke Verbindungen zwischen verschiedenen Hirnregionen, d. h. Verbindungen, die in beide Richtungen (bidirektional) funktionieren. Diese Reziprozität ist ein wesentliches Organisationsprinzip der Großhirnrinde. Sie ermöglicht, dass Hirnareale sich in einer Art Ping-Pong-System wechselseitig und wiederholt (iterativ) beeinflussen. Der Wiedereintritt (»reentry«) von Aktivität zwischen neuronalen Karten (»maps«) führt zur Bereitstellung einer Vielzahl von Aktivierungsmustern, von denen sich nur diejenigen stabilisieren, die verhaltensrelevant sind. In Simulationsexperimenten konnte gezeigt werden, wie durch Reentry ein Muster von kurzfristigen zeitlichen Korrelationen zwischen räumlich weit entfernten neuronalen Gruppen entstehen kann, das zu differenzierten Kartierungen und einem stabilen kohärenten Output führt. Integrationsprozesse entstehen so im Zeitraum von 100–250 ms nach der Präsentation eines Reizes. So kann einerseits das Bindungsproblem gelöst (Tononi et al. 1992) und andererseits erklärt werden, wie thalamokortikale Oszillationen entstehen (Lumer et al. 1997). Damit Bewusstsein entsteht, müssen die dazugehörigen Selektionsprozesse sehr schnell ablaufen, damit sie die Funktion einer »ultraschnellen Adaptation« erfüllen können (vgl. Walter 1999, S. 279 ff.). Genau dies fordert die Theorie des dynamischen Kerns: Eine neuronale Repräsentation kann nur dann bewusst werden, wenn sie Bestandteil eines verteilten, funktionell definierten Aktivitätsmusters wird, das durch Reentry im thalamokortikalen System entsteht und einen hohen Integrationsgrad im Zeitraum von wenigen hundert Millisekunden erreicht (Edelman u. Tononi 2000a,b). Dynamisch ist dieses Aktivitätsmuster, weil sich sein Kern rasch (und adaptiv) verändert. Damit eine Wahrnehmung bewusst bleibt, ist es notwendig, dass das funktionale Aktivitätsmuster stark differenziert ist, was sich wiederum durch ein mathematisch definiertes Komplexitätsmaß berechnen lässt. Empirisch wurde die Theorie mit Hilfe der Magnetoenzephalographie wiederum am Paradigma der binokulären Rivalität geprüft (Srinivasan et al. 1999; Tononi et al. 1998). Das experimentelle Design war so gewählt, dass die Repräsentation der konkurrierenden Perzepte durch Frequenzmodulation des MEG nachgewiesen werden konnte. Es

561 52.4 · Neuronale Mechanismen des Bewusstseins

handelte sich um zwei verschieden orientierte, verschiedenfarbige Gittermuster, die mit einer unterschiedlichen Flickerfrequenz (7,4 und 9,5 Hz) dargeboten wurden. Da visueller Input einer bestimmten Frequenz diese Frequenz im MEG induziert (»photic driving«), kann über die Frequenz der Hirnaktivität die neuronale Perzeptrepräsentation nachgewiesen werden. Es zeigte sich, dass die dem Perzept entsprechende Frequenz in weit verteilten Regionen des Gehirns nachweisbar war, unabhängig von der Bewusstheit der Wahrnehmung. Allerdings war bei unbewusster Wahrnehmung die Power der jeweiligen Frequenz in vielen Kanälen um ca. 50–85% reduziert (Tononi et al. 1998). Kohärenzanalysen zeigten zudem, dass weit voneinander entfernte kortikale Regionen während der bewussten Wahrnehmung eine stärkere Kohärenz zeigten als während der unbewussten Wahrnehmung (Srinivasan et al. 1999).

52.4.3

Bewusstsein als globaler, beeinflusster Wettbewerb

Die von Edelman postulierte Einbindung einer neuronalen Repräsentation in ein weit verteiltes, funktionell definiertes und dynamisches Aktivitätsmuster kann als neuronale Realisierung eines globalen Arbeitsspeichers verstanden werden. Auf der Grundlage zahlreicher empirischer Befunde hat der Psychologe Baars vorgeschlagen, Bewusstsein als aktiven, globalen Arbeitsspeicher (»workspace«) anzusehen (Baars 1988). Dies ist ein Speicher, in dem einzelne, aktivierte Repräsentationen zeitlich begrenzt und in wechselnder Kombination eingebunden und damit global verfügbar werden. Dehaene u. Neccache haben auf der Grundlage von Netzwerkmodellierungen (Dehaene et al. 1998b; 2003) ein erweitertes neuronales Modell eines »global workspace« vorgeschlagen, das auch für nichtsensorische Repräsentationen Gültigkeit beansprucht (Dehaene u. Naccache 2001). Es postuliert, dass der »global workspace« aus Hirnarealen bestehen muss, die über weite Distanzen bidirektional miteinander verknüpft sind, sowie fünf neuroanatomisch definierte Subsysteme, die situationsabhängig zum »global workspace« beitragen können. Der Unterschied zwischen bewussten und unbewussten Prozessen liegt dann genau darin, ob die Subsysteme in den zeitlich wechselnden globalen Arbeitsspeicher eingebunden sind oder nicht. Netzwerkmodellierungen zeigen, dass eine solche dynamische Mobilisierung durch intrinsische Netzwerkeigenschaften selbstorganisierend entstehen kann (Dehaene et al. 1998b).

In einer kürzlich erschienen Arbeit greifen Maia u. Cleeremanns (2005) das Modell des globalen Arbeitsspeichers auf und stellen konvergierende Entwicklungen in verschiedenen Disziplinen fest. In der kognitiven Neurowissenschaft, so die Autoren, sei es inzwischen allgemeine Ansicht, dass Phänomene wie selektive Aufmerksamkeit, Arbeitsgedächtnis oder kognitive Kontrolle auf einer Art Wettbewerb zwischen weit verteilten Repräsentationen beruhen. Dieser Wettbewerb wird durch Top-downVerbindungen, insbesondere des präfrontalen Kortex, beeinflusst, sodass einzelne Repräsentationen gegenüber anderen hervorgehoben werden (biased competition). Diese »Biased-competition-Modelle« sind inzwischen in verschiedenen konnektionistischen Modellen implementiert worden. Konnektionistische Modelle sind dafür besonders gut geeignet, da sie in der Lage sind, multiplen Randbedingungen gleichzeitig gerecht zu werden (»global constraint satisfaction«). Dies wiederum ist genau das, was das ursprünglich psychologisch motivierte Modell des globalen Arbeitsspeichers vollbringen soll. Deswegen sehen Maia und Cleeremanns es als verfehlt an, anzunehmen, dass es unterschiedliche neuronale Korrelate von selektiver Aufmerksamkeit, kognitiver Kontrolle und Bewusstsein gibt. Vielmehr muss man davon ausgehen, dass all diese psychologischen Konstrukte in der Dynamik eines globalen Wettbewerbs zu suchen sind, der durch den präfrontalen Kortex beeinflusst wird.

52.4.4

Ein Rahmen für die empirische Erforschung des visuellen Bewusstseins

Die letztgenannten Theorien sind von hohem Interesse, aber sehr allgemein. Um empirischen Gehalt zu haben, müssen sie in konkrete Hypothesen und Fragestellungen umgemünzt werden. In der letzten Formulierung ihrer Theorie des visuellen Bewusstseins haben Crick und Koch ein Grundgerüst vorgelegt, aus dem sich empirisch testbare Hypothesen ableiten lassen (Crick u. Koch 2003). Es besteht aus insgesamt zehn Annahmen (Koch 2005, S. 334– 345). Kurz zusammengefasst besagen sie: 1. Im Gehirn existiert eine Art nichtbewusster »Homunkulus« im präfrontalen Kortex, der das visuelle System im hinteren Hirnbereich »anschaut« oder »überwacht«. 2. Es existieren nichtbewusste »Zombiesysteme«, die einzelne Informationsverarbeitungsschritte routiniert durchführen. Bewusstsein ist nötig, um den aktuellen

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Kapitel 52 · Neuronale Grundlagen des Bewusstseins

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Zustand der Welt in einer Art »Abstrakt« zusammenzufassen und der Planung von Handlungen zugänglich zu machen. Bewusste Perzepte entstehen aus dynamischen Neuronenkoalitionen, die sich nach dem »Alles-oder-NichtsPrinzip« in einem globalen Wettbewerb bilden. Explizite Repräsentationen bestehen aus essenziellen Knoten, die ein bestimmtes Merkmal ohne viel weitere Verarbeitung »erkennen«. Bewusstsein entsteht erst auf den höheren Ebenen visueller Verarbeitung, d. h. nicht im primären visuellen Kortex, sondern im ventralen Pfad. Bottom-up-Verbindungen (von hinten nach vorne) sind treibend, während Top-down-Verbindungen eher modulierend sind. Perzeptuelles Bewusstsein entsteht aus einer Aneinanderreihung verschiedener »Schnappschüsse«, d. h. aus einer Abfolge statischer, für eine gewisse Zeit stabiler, Repräsentationen. Auch Aufmerksamkeit kann entweder bottom-up (selektive Aufmerksamkeit) oder top-down erfolgen (Bindung), wobei sich mindestens drei Formen der Bindung unterscheiden lassen (epigenetisch gesteuert, z. B. Lage von V1, auf Erfahrung beruhend, für neuartige Objekte). Synchronisierte Entladungen aus dem 30–60-Hz Bereich sind vermutlich ein Mechanismus, um stabile Neuronenkoalitionen zu bilden, sind aber nicht mehr unbedingt nötig, wenn eine erfolgreiche Neuronenkoalition einmal ins Bewusstsein vorgedrungen ist. Synchrone Entladungen aus dem 4–12-Hz-Bereich könnten dagegen mit der Schnappschussbildung korrespondieren. Eine siegreiche Neuronenkoalition rekrutiert ihre Mitglieder aus einigen zentralen Bereichen, die für Bewusstsein unverzichtbar sind, beeinflusst aber gleichzeitig eine ganze Reihe anderer Regionen, die nicht essentiell sind. Sie gehören zum Umfeld, der Penumbra, des Bewusstseins. Die Penumbra ist nötig, um bewusste Perzepte mit Bedeutung anzureichern. Es ist noch unklar, ob dafür lediglich eine synaptische Aktivierung der Penumbra genügt oder ob in der Penumbra Aktionspotentiale ausgelöst werden müssen.

Dieses Grundgerüst aus Annahmen ist für den Fall einer einfachen Form von Bewusstsein für einen empirischen Zugang sehr hilfreich. Doch wollen wir uns nunmehr höheren Bewusstseinsformen, insbesondere dem personalen Bewusstsein zuwenden.

! Verschiedene neuronale Bewusstseinsmodelle machen die hochgradige Vernetztheit des Gehirns mit reziproken Verbindungen zu ihrer Grundlage. Bewusstsein entsteht in diesen Modellen durch die dynamische, wechselseitige Beeinflussung von Hirnarealen und die Einbindung spezifischer Repräsentationen in einen globalen, funktional definierten Aktivierungszustand. Ein Vorteil dieser Bewusstseinmodelle ist ihre explizite Formulierung in Form von Netzwerkmodellen, die Simulationsexperimente erlaubt.

52.5

Neuronale Korrelate personalen Bewusstseins

Der philosophische Bewusstseinsbegriff ist eng mit personalen Eigenschaften und dem Begriff des Selbst verbunden. Inzwischen versuchen auch neurobiologisch orientierte Autoren, einem solchen personalen Bewusstsein gerecht zu werden (vgl. u.a. Newen u. Vogeley 2000; Kirch u. David 2003; Herrmann et al. 2005). Im Folgenden sollen exemplarisch 2 Beispiele geschildert werden.

Emotionen und verkörpertes Bewusstsein Ausgehend von seinen Untersuchungen an neuropsychologischen Patienten hat der Neurologe Antonio Damasio eine Theorie entworfen, die versucht zu erklären, wie es auf der Grundlage einfacher Bewusstseinsstufen zu einem personalen Bewusstsein kommen kann (Damasio 1999). Ein wesentlicher Aspekt seiner Theorie ist, dass sie Bewusstsein als Ergebnis der Interaktion zwischen einem hirnbesitzenden Organismus und der äußeren Umwelt versteht. Dabei spielen der Körper, dessen neuronale Repräsentationen und emotionale Wertungsprozesse eine wichtige Rolle (7 Kap. 50). Damasio unterscheidet zwischen dem Kernbewusstsein und dem erweiterten Bewusstsein. Die Funktion beider Bewusstseinsformen ist es, Information darüber bereitzustellen, dass zum einen ein Organismus in Relation zu einem Objekt steht und zum anderen darüber, dass das Objekt Veränderungen des Organismus verursacht. Objektrepräsentationen entstehen durch neuronale Kartierungen. Gleichzeitig entstehen Kartierungen des Organismus selbst (Karten 1. Ordnung) und Kartierungen der Relation zwischen Organismus und Objekt (Karten 2. Ordnung). Die Repräsentation des Organismus in Form seiner Kartierung wird von Damasio als Repräsentation des Selbst be-

563 52.5 · Neuronale Korrelate personalen Bewusstseins

zeichnet. Entsprechend den zwei Bewusstseinsstufen unterscheidet Damasio zwischen einem Proto-Selbst und einem autobiographischen Selbst. Proto-Selbst. Zu den neuronalen Strukturen, die an der Konstitution des Proto-Selbst wesentlich beteiligt sind, zählen der Hirnstamm mit den parabrachialen Kernen und dem periaquäduktalen Grau, ebenso wie der Hypothalamus, das basale Vorderhirn, die Insula und sekundär somatosensorische Areale. Diese Strukturen regeln einerseits die Funktionen des Körpers, andererseits repräsentieren sie den Zustand des Körpers. Sie sind an der Herstellung des Kernbewusstseins beteiligt. Kernbewusstsein entsteht dann, wenn die Repräsentation eines Objektes mit der Repräsentation des Organismus, der mit diesem Objekt interagiert, zusammen aktiviert ist. Dabei handelt es sich um ein vorübergehendes Phänomen, das unablässig für Bruchteile von Sekunden auftritt, und zwar so lange, wie die Objekte vorhanden sind. So kommt es zu einem rudimentären Selbstgefühl.

eigene Handlungen deshalb als selbst verursacht erlebt, weil das Gehirn die Ergebnisse der Handlungen vorherberechnet und die erfolgten Handlungen mit dieser Vorhersage vergleicht. Eine Störung dieses Selbstüberwachungsoder Monitoringsystems führt dazu, dass inneres Sprechen oder Handlungsabsichten nicht mehr als selbst verursacht erlebt werden und, in einem zweiten Schritt, äußeren Quellen zugeschrieben wird. So kommt es zum Stimmenhören oder zum Gefühl, von fremden Mächten kontrolliert und gesteuert zu werden. Neuronale Strukturen, die an diesen Mechanismen beteiligt sind, sind bildgebenden Experimenten zufolge sowohl der frontale Kortex wie auch der rechte inferiore parietale Kortex und wahrscheinlich auch das Kleinhirn. ! Neurobiologische Theorien des personalen Bewusstseins versuchen zu zeigen, wie personale Eigenschaften wie Reflexivität, Rationalität oder Selbstbewusstsein durch (hierarchisch aufeinander aufbauende) Interaktionen größerer neuronaler Systeme naturalistisch erklärt werden können.

Autobiographisches Selbst. Erweitertes Bewusstsein ent-

steht durch Erinnerungen. Eine bewusste Erinnerung besteht in der Aktivierung von Repräsentationen von Objekten der vergangenen Erfahrung des Organismus zusammen mit dem Kernbewusstsein. Die Gesamtheit der Erinnerungen ist das autobiographische Selbst. Eine höhere Bewusstseinsstufe entsteht, wenn Objektvorstellungen und die vielen Repräsentationen, deren Gesamtheit das autobiographische Selbst ausmachen, für eine gewisse Zeit gemeinsam aktiviert und aufrechterhalten werden. Auch hier entsteht ein »Selbstgefühl«, das verankert ist im Proto-Selbst, also letztlich der Körperrepräsentation. Zu den neuronalen Strukturen, die dieses höhere Selbst verankern, gehören Damasio zufolge vor allem der cinguläre Kortex und der Thalamus, vielleicht auch Teile des medialen parietalen Assoziationskortex und des präfrontalen Kortex.

Psychiatrie und Bewusstseinsforschung Ein weiterer Ansatz, um die neuronale Basis personalen Bewusstseins zu charakterisieren, besteht darin, Störungen »höherer Bewusstseinsformen« bei psychiatrischen Erkrankungen zu untersuchen (Walter 1998; Frith et al. 1999; Kircher u. David 2003; Walter 2005). Chris Frith etwa hat eine Theorie entwickelt, die versucht, bestimmte schizophrene Symptome neurokognitionswissenschaftlich zu erklären (Frith et al. 2000). Im gesunden Zustand werden

Die Verbindung personaler und subpersonaler Bewusstseinstheorien Einige der geschilderten Theorien haben Ähnlichkeiten zu philosophisch motivierten Theorien, die versuchen, subpersonale und personale Bewusstseinskonzepte so zusammenzubringen, dass wir, auf der Grundlage empirischer Erkenntnisse, zu verstehen beginnen, wie das Bewusstsein, das wir aus der Ersten-Person-Perspektive kennen, durch neuronale Prozesse zustande kommt. Ein Beispiel hierfür ist die Selbst-Modell-Theorie des Bewusstseins (Metzinger 1993, 2001, 2003). Eine notwendige Voraussetzung für Bewusstsein besteht darin, dass Modelle der aktuell repräsentierten Gegenstände in ein aktives Modell des Organismus selbst, in dem diese repräsentierenden Zustände ablaufen, in sein »Selbstmodell« also, eingebettet werden. In dieser Hinsicht ähnelt Metzingers Theorie denjenigen von Damasio, Edelmann und Llinas. Er identifiziert aber noch andere Bedingungen des Selbstbewusstseins, von denen die »semantische Transparenz« besonders interessant ist: Damit ein echtes bewusstes Selbst entsteht, ist es nötig, dass das System das von ihm selbst aktivierte Selbstmodell nicht mehr als Modell erkennt. Die Selbst-Gewissheit, die in unserem normalerweise vorhandenen naiven Realismus vorherrscht, beruht also gerade nicht auf Unfehlbarkeit introspektiven Wissens, sondern, im Gegenteil, auf einer Unfähigkeit, zu erkennen, was der Fall ist.

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Kapitel 52 · Neuronale Grundlagen des Bewusstseins

Allgemein lässt sich sagen, dass sich immer mehr die Ansicht durchsetzt, dass Bewusstsein nicht in einer oder mehreren neuroanatomischen Strukturen zu lokalisieren ist, sondern als ein bestimmter Verarbeitungsprozess aufgefasst werden muss (rückgekoppelte iterative Verarbeitungsschleifen, Phasenkopplung). Die Erforschung dieser Eigenschaften steht natürlich vor dem Problem, dass Experimente, die der Komplexität dieser Eigenschaften gerecht werden wollen, eben aufgrund dieser Komplexität schwierig bzw. multipel interpretierbar sind. Ein weiterer Fortschritt in der

Erforschung des NCC wird vermutlich nur dadurch zustande kommen, dass auf verschiedenen Ebenen geforscht wird, von subzellulären Ansätzen über Tierexperimente und Wahrnehmungsprozesse bis hin zu höherstufigen Bewusstseinsformen. Ob wir eines Tages vor der Komplexität des Bewusstsein kapitulieren, es erklärt haben werden oder unser intuitives, alltagspsychologisches Konzept des Bewusstseins einen starken Wandel durch die Neurowissenschaft selbst erfahren wird, wird nur die Zukunft zeigen.

Zusammenfassung Voraussetzung der empirischen Bewusstseinsforschung ist eine hinreichende Operationalisierung von Bewusstsein. Neurobiologische Korrelate des Bewusstseins werden auf mindestens 3 verschiedenen Ebenen erforscht. Für Bewusstsein als Wachheitsgrad sind vor allem die Phänomene des Traumschlafes, der Narkose und der Bewusstseinsstörung relevant. Die wichtigste neuronale Struktur in diesem Zusammenhang ist das ERTAS (»extended reticulo-thalamic activating system«). Der Hauptteil neurokognitionswissenschaftlicher Bewusstseinsforschung entfällt auf die Erforschung von Bewusstsein als Eigenschaft repräsentationaler Zustände. In solchen Untersuchungen werden Wahrnehmungs-, Gedächtnisoder Handlungsprozesse in einer kontrastiven Analyse untersucht. Exemplarisch zeigt dies das Beispiel der binokulären Rivalität, wo der Übergang von einer unbewussten in eine bewusste Wahrnehmung experimentell kon-

trolliert wird und neuronale Korrelate dieses Vorgangs untersucht werden. Während viele Theorien versuchen, neuronale Systeme des Bewusstseins zu lokalisieren, versuchen andere, neurobiologische Mechanismen des Bewusstseins zu finden. Neurobiologische Ansätze zur Erforschung des personalen Bewusstseins sind noch spekulativ, beruhen aber auf empirischen Grundlagen und sind teilweise experimentell getestet worden. Auch hier existieren ernstzunehmende Ansätze, welche die Behauptung, menschliches Bewusstsein könnte wissenschaftlich niemals erklärt werden, langsam zu untergraben beginnen. Die größte Herausforderung der experimentellen Erforschung des personalen Bewusstseins wird darin bestehen, wie man die existierenden Theorien in klar formulierte Hypothesen gießen kann, die experimentell auf ihre Richtigkeit oder Falschheit hin überprüft werden können.

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53 Anosognosie Hans-Otto Karnath

53.1 53.2 53.3 53.4 53.5

Anosognosie der kortikalen Blindheit – 565 Anosognosie der Hemianopsie – 566 Anosognosie der Halbseitenlähmung – 567 Selektivität der Anosognosie – 569 Erklärungshypothesen – 570

53.5.1 Störungen der Informationsaufnahme und -weiterleitung – 570 53.5.2 Psychologisch-psychodynamische Theorien 53.5.3 Entdeckungstheorie – 572 53.5.4 Störungen neuronaler »Bewusstseinssysteme« – 573

– 571

)) Als Anosognosie bezeichnen wir das mit einer Hirnschädigung einhergehende Nichterkennen von Krankheit. Patienten mit Anosognosie verhalten sich so, als ob sie von der eingetretenen Schädigung nichts wüssten. Es scheint, als ob ihnen das Bewusstsein für ihre Erkrankung fehlen würde. Dieses Phänomen wurde erstmals durch von Monakow (1885) beschrieben. Der Begriff Anosognosie zur Bezeichnung der Symptomatik wurde 30 Jahre später durch Babinski (1914) eingeführt. Manchmal benennen Patienten ihre Erkrankung zwar, benehmen und äußern sich jedoch darüber, als ob es sich um eine Lappalie handeln würde. Diese pathologische Indifferenz gegenüber der Erkrankung wird auch »Anosodiaphorie« (Babinski 1914) genannt. Wenn wir von Anosognosie sprechen, meinen wir jedoch nicht Störungen, wie z. B. Muskel- oder Darmerkrankungen, die wir selbstverständlich auch nicht erkennen können, solange sie keine Schmerzen oder andere Symptome verursachen. Gemeint sind nur solche Defizite, die durch Hirnschädigungen (zumeist akute Schlaganfälle) hervorgerufen werden und potentiell auch wahrgenommen werden können. Hierzu zählen im engeren Sinne die Halbseitenlähmung, die kortikale Blindheit, die Hemianopsie und die kortikale Taubheit. Typischerweise versichern 6

solche Patienten, dass ihre Arme, Beine, das Sehen oder das Hören normal funktionieren, obwohl dies offensichtlich nicht der Fall ist. Der entscheidende Unterschied zwischen einem hirngeschädigten Patienten mit Anosognosie und einem ohne Anosognosie besteht also darin, dass die gleichen körperlichen Symptome von beiden Patienten unterschiedlich interpretiert werden.

! Anosognosie ist das mit einer umschriebenen Hirnschädigung einhergehende, pathologische Nichterkennen einer offensichtlich bestehenden Halbseitenlähmung, kortikalen Blindheit, Hemianopsie oder Taubheit.

53.1

Anosognosie der kortikalen Blindheit

1885 beschrieb von Monakow den Fall eines 70-jährigen Mannes mit kortikaler Blindheit und Aphasie. Während sich der Kranke seiner allgemeinen Gebrechlichkeit wohl bewusst war und häufig Anspielungen auf sie machte, erkannte er demgegenüber nicht, dass er vollständig erblindet war. Stattdessen wähnte er sich des öfteren in einer dunklen Grube oder einem Keller. Die Untersuchung des Gehirns nach seinem Tod zeigte Schädigungsareale in den Okzipitallappen beider Hemisphären. Darüber hinaus fand sich eine Schädigung im linken Temporallappen, die die Sprachverständnisstörung des Patienten erklärt. Damit beschrieb von Monakow sowohl das charakteristische Verhalten als auch bereits die für diese Symptomatik typische Lokalisation der Hirnschädigung. Historisch gesehen ist es daher nicht zutreffend bei der Anosognosie für kortikale Blindheit vom »Anton-Syndrom« zu sprechen, obwohl Anton das Verdienst zukommt, auf die Bedeutung dieses Phänomens in einer Serie von Publikationen seit 1893 aufmerksam gemacht zu haben. So beschrieb er auch den Fall der Patientin Ursula M., die – wie der Patient von Monakows – ihre kortikale Blindheit nicht erkannte (Anton 1896). Demgegenüber war die Patientin sehr wohl in der Lage, ihre gleichfalls bestehenden, diskreten Wortfindungsstö-

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Kapitel 53 · Anosognosie

rungen zu bemerken, worüber sie – im Gegensatz zu der Erblindung – sehr klagte. Patienten mit einer Anosognosie für kortikale Blindheit verhalten sich so, als ob sie normal sehen könnten. Die Patienten lassen jede emotionale Betroffenheit über die eingetretene Erblindung vermissen. Vielmehr versichern sie, alles sehen zu können. Suggeriert man den Patienten, dass man ihnen verschiedene Gegenstände zeigen würde (ohne dies jedoch tatsächlich zu tun) und bittet sie diese zu benennen, so berichten sie häufig Namen beliebiger Objekte. Einen solchen Patienten beschrieb auch Bychowski (1920) nach einer Schussverletzung beider Okzipitallappen. Dieser behauptete trotz seiner Erblindung, die Zeitung lesen zu können. Auf die Frage des Untersuchers worüber die Zeitungen denn berichten würden, antwortete der Patient: »Wie gewöhnlich über den Krieg«. Als er aufgefordert wurde, laut aus der Zeitung vorzulesen, gab der Patient ausweichende Erklärungen wie »Ich bin jetzt nicht aufgelegt zu lesen« oder »Ich habe Kopfschmerzen«. Kollidieren Patienten, die an einer Anosognosie für kortikale Blindheit leiden, beim Umhergehen mit Gegenständen, wird dies z. B. damit erklärt, dass der »Raum zu dunkel ist« oder dass man »schon immer etwas ungeschickt gewesen sei«.

Patienten findet, die ebenfalls nach bilateralen Läsionen der Okzipitallappen eine kortikale Blindheit jedoch keine Anosognosie entwickeln. Sehr selten wurde eine Anosognosie für kortikale Blindheit nach peripheren Schädigungen der Sehbahn, nach bilateraler Optikusatrophie, bilateraler traumatischer Optikusneuropathie sowie bei frontal gelegenen Hirntumoren beschrieben. Gerade bei letzteren Schädigungslokalisationen – wie aber auch ganz allgemein für das Phänomen der Anosognosie – wird diskutiert, ob für das Auftreten einer Anosognosie zusätzlich eine deutliche Störung des Intellekts, des Gedächtnisses und/oder der Aufmerksamkeit entscheidend ist. Gloning et al. (1968) fanden, dass sich die von ihnen untersuchten Patienten mit und ohne Anosognosie für kortikale Blindheit dahingehend unterschieden, dass die Anosognosiepatienten zusätzlich zu der Sehstörung alle entweder eine reduzierte Bewusstseinslage, eine allgemeine Verwirrung, eine räumliche und/oder zeitliche Desorientiertheit oder eine Demenz aufwiesen. Allerdings wurden von anderen Autoren auch immer wieder Fälle berichtet, bei denen einen Anosognosie für kortikale Blindheit ohne eine wesentliche kognitive Leistungsminderung bestand.

Lokalisation

53.2

Die bei einer Anosognosie für kortikale Blindheit typischerweise vorliegenden Hirnschädigungen sind Läsionen der Okzipitallappen beider Hemisphären (. Abb. 53.1), die zumeist durch eine Embolie aus der A. basilaris in beide Aa. cerebri posteriores verursacht sind. Bislang nicht systematisch untersucht ist, ob sich diese Schädigungsareale charakteristisch von denen unterscheiden, die man bei

Auch die akut auftretende Halbseitenblindheit (Hemianopsie) kann wie die vollständige kortikale Blindheit nicht erkannt werden. Diesen Patienten ist nicht bewusst, dass sie einen halbseitigen Gesichtsfeldausfall erlitten haben. So gehen manche auch wie selbstverständlich davon aus, dass sie weiter selbstständig mit dem Auto fahren können.

. Abb. 53.1. Typischerweise finden sich bei Patienten mit Anosognosie für kortikale Blindheit Schädigungen im Bereich beider Okzipitallappen (blaue Markierungen). Bislang ist jedoch nicht geklärt, ob

sich die okzipitalen Schädigungsareale von kortikal erblindeten Patienten mit und ohne Anosognosie für die Blindheit voneinander unterscheiden

Anosognosie der Hemianopsie

567 53.3 · Anosognosie der Halbseitenlähmung

Dass ihnen jedoch die visuelle Information der gesamten kontraläsionalen Gesichtsfeldhälfte nicht mehr zur Verfügung steht, bleibt unbemerkt. Die Häufigkeit dafür, dass ein eingetretener Gesichtsfelddefekt von den Betroffenen nicht erkannt wird, ist hoch. Celesia et al. (1997) untersuchten 32 Patienten, bei denen nach einem Schlaganfall eine Hemianopsie aufgetreten war. Von diesen wiesen 62% eine Anosognosie für die Hemianopsie auf. Die Autoren fanden keinen Unterschied zwischen links- und rechtshemisphärischen Hirnschädigungen; eine Anosognosie für die Hemianopsie der jeweils kontralateralen Gesichtsfeldhälfte fand sich gleich häufig. In einer Untersuchung von 32 Patienten mit rechtsseitigen Hirnschädigungen und dementsprechend linksseitigen Gesichtsfelddefekten fanden Bisiach et al. (1986) eine Anosognosie für die Hemianopsie sogar in 88% der Fälle.

Lokalisation Um zu klären, welches Hirnareal für das Auftreten einer Anosognosie für Hemianopsie verantwortlich ist, verglichen Celesia et al. (1997) die Läsionslokalisationen von Hemianopsie-Patienten mit und ohne Anosognosie. Sie fanden keine für das Auftreten der Anosognosie charakteristische Läsionslokalisation. Wie bei Hemianopsiepatienten ohne Anosognosie befanden sich die Läsionen vornehmlich im Bereich der hinteren Sehbahn und des primären visuellen Kortex des Okzipitallappens. Insgesamt wies die Gruppe der Patienten mit Anosognosie der Hemianopsie jedoch größere Hirnläsionen als die Vergleichsgruppe auf.

53.3

Anosognosie der Halbseitenlähmung

Patienten mit einer Anosognosie der Halbseitenlähmung (Hemiparese) verhalten sich so, als ob sie nicht wüssten, dass sie halbseitig gelähmt sind. Bereits 1893 beschrieb Anton erstmals einen solchen Patienten (Wilhelm H.), der eine linksseitige Hemiparese erlitten hatte. Patienten wie Wilhelm H. versichern, dass beide Beine und/oder Arme normal funktionieren. Sie könnten die Extremitäten normal bewegen. Wenn man sie darauf hinweist, dass sie das gelähmte Bein, den gelähmten Arm tatsächlich aber nicht bewegt hätten, antworten solche Patienten z. B., dass sie einfach »keine Lust« hätten, es zu bewegen. Das (gelähmte) Bein sei gesund und sie könnten selbstverständlich auch normal laufen.

Werden Patienten mit einer Anosognosie der Hemiparese gebeten, die betroffene Extremität zu bewegen (z.B. die Arme hoch zu heben), reagieren sie entweder gar nicht oder bewegen nur die nicht gelähmte Seite; in beiden Fällen sind sie aber davon überzeugt, die Aufgabe erfolgreich ausgeführt zu haben. Die Konfrontation mit Fakten, die auf das Gegenteil hinweisen, wie z. B. das Fehlen des akustischen Geräusches beim Klatschen mit den Händen, wird entweder ganz ignoriert oder nur kurz bemerkt. In jedem Fall führt diese Erfahrung nicht zu einem Erkennen der Bewegungsunfähigkeit ihres gelähmten Armes. Die Patienten kommentieren das offensichtliche Nichtbewegen der gelähmten Extremität häufig mit Konfabulationen wie z. B. »Das Bein ist jetzt müde«, »Der Arm ist faul«. ! Die Konfrontation mit Tatsachen, die den Patienten mit Anosognosie eindeutig beweisen, dass bei ihnen ein Defizit eingetreten ist, führt nicht zu einem Erkennen der Behinderung.

Von einer Asomatognosie sprechen wir, wenn Patienten gar leugnen, dass die betroffene Extremität zu ihnen gehört. Solche Patienten versuchen manchmal auch, die gelähmte Extremität aus dem Bett zu schieben. Als Somatoparaphrenie wird ein Symptom bezeichnet, bei dem die Patienten die betroffene Extremität anderen Personen zuschreiben (»Dies ist nicht mein Arm, er gehört meiner Mutter bzw. er gehört dem Patienten nebenan« etc.). Beide Phänomene treten jedoch nur sehr selten bei Patienten mit Anosognosie für Hemiparese auf und sind häufig von einer allgemeinen Desorientiertheit begleitet. Ebenfalls ist es nicht typisch für Anosognosiepatienten, dass sie trotz ihrer Unfähigkeit, die eigene Lähmung wahrzunehmen, eine Halbseitenlähmung bei Mitpatienten nicht erkennen können. Das Gegenteil wurde bislang nur von 2 Patienten berichtet (Ramachandran u. Rogers-Ramachandran 1996) und erfordert eine weitere Prüfung.

Lokalisation Ungefähr 10% der Patienten, die nach einem Schlaganfall eine Halbseitenlähmung erlitten haben, weisen eine Anosognosie der Hemiparese auf (Baier u. Karnath 2005). Übereinstimmend wurde in mehreren Studien ferner beobachtet, dass die Symptomatik deutlich häufiger nach rechts- als nach linkshemisphärischen Schädigungen auftritt. Bei ca. 70–80% der Patienten mit Anosognosie für Hemiparese fanden sich Infarkte der rechten Hemisphäre (Nathanson et al. 1952; Cutting 1978; Starkstein et al. 1992; Ellis u. Small 1997). Da man jedoch mit linkshemisphärisch geschädig-

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Kapitel 53 · Anosognosie

ten Patienten und Aphasie häufig nicht ein so differenziertes Gespräch über die Erkrankung führen kann, wie dies mit rechtshemisphärisch geschädigten Patienten ohne Sprachstörungen möglich ist, wurde diskutiert, ob diese Statistik möglicherweise ein Artefakt der verschiedenen Untersuchungsmöglichkeiten darstellen könnte. Dagegen ist einzuwenden, dass viele Kranke jedoch trotz der Sprachstörung verbal oder gestisch andeuten können, dass sie eine Halbseitenlähmung erfahren haben. Darüber hinaus fanden Starkstein et al. (1992) in einer Untersuchung von 96 Patienten mit einem Schlaganfall auch dann noch ein Übergewicht von rechts- gegenüber linkshemisphärischen Läsionen beim Auftreten einer Anosognosie, wenn alle Patienten, die von ihnen aufgrund einer Aphasie nicht untersucht wurden, vorsichtshalber als »Anosognosiepatienten« gezählt wurden. Für eine rechtshemisphärische Dominanz beim Auftreten der Anosognosie für Hemiparese sprechen ferner die Beobachtungen, die bei Durchführung des »Wada-Tests« gemacht wurden. Diesem Test werden Patienten unterzogen, bei denen vor einem neurochirurgischen Eingriff genau festgestellt werden muss, welche Hemisphäre die sprachdominante Hemisphäre ist. Den Patienten wird

nacheinander in die linke und die rechte A. carotis interna ein kurzwirksames Barbiturat injiziert, das zu einer wenige Minuten anhaltenden Anästhesie der durch diese Arterie versorgten Hemisphäre führt. Die Patienten bleiben wach; es kommt jedoch zu einer Lähmung der jeweils kontralateralen Extremitäten und – bei Anästhesie der sprachdominanten Hemisphäre – zusätzlich zu Benennstörungen oder einem vorübergehenden Verstummen der Sprache (»speech arrest«). Breier et al. (1995) haben mit dieser Technik 37 Patienten untersucht. Nach Anästhesie der linken wie der rechten Seite wurden die Patienten gefragt, ob sie (a) »irgendwo eine Schwäche gefühlt hätten, nachdem sie das Medikament erhalten haben« und (b) ob sie »irgendwelche Schwierigkeiten mit ihrer Sprache bemerkt hätten«. Erstaunlicherweise waren 89% der Patienten nach rechtsseitiger Anästhesie der Meinung, dass sie sicher keine Schwäche erfahren hätten, obwohl diese tatsächlich aber aufgetreten war. Dagegen führte die Anästhesie der linken Seite bei denselben Patienten nur bei 49% der Fälle zu einer Anosognosie der Hemiparese. Offen bleibt bei diesem Experiment zu welchem Anteil möglicherweise auch Gedächtnisstörungen zu den Antworten der Probanden beigetragen haben. Dass solche Störungen beim Wada-Test tatsächlich

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. Abb. 53.2. a Typische Läsionslokalisationen (blaue Markierungen) bei 3 Patienten mit Anosognosie für Hemiparese (M.I., S.A., G.M.; Bisiach et al. 1986). In der Regel finden sich große frontotemporoparietale Läsionen in der rechten Hemisphäre. b Der Vergleich der Hirnläsionen von hemiparetischen Patienten mit und ohne Anosognosie für Hemiparese (Karnath et al. 2005a) hat ergeben, dass möglicherweise die Schädigung der posterioren Insel (blaue Markierung) für das Auftreten der Anosognosie für Hemiparese entscheidend ist

569 53.4 · Selektivität der Anosognosie

auftreten ist nicht unwahrscheinlich, da es während der Untersuchung zu einer vorübergehenden Minderversorgung des medialen Temporallappens kommt (De Silva et al. 1999). In der Regel finden sich bei einer Anosognosie für Hemiparese große frontotemporoparietale Läsionen im Versorgungsbereich der A. cerebri media (. Abb. 53.2a). Um zu klären, welche kortikalen Areale spezifisch beim Auftreten einer Anosognosie für Hemiparese geschädigt sind, verglichen Karnath et al. (2005a) die Läsionslokalisationen von hemiparetischen Patienten mit und ohne Anosognosie. Da viele der Anosognosiepatienten gleichzeitig auch einen Neglect hatten, achteten die Autoren darauf, dass die Vergleichsgruppe aus Patienten bestand, die ebenso häufig einen Neglect aber keine Anosognosie der Hemiparese aufwiesen. Der Vergleich ergab, dass das Schädigungsareal bei den Patienten mit Anosognosie für Hemiparese überzufällig häufig die rechte posteriore Inselregion betraf (Karnath et al. 2005a). Der insuläre Kortex integriert eine Vielzahl multimodaler, häufig bidirektionaler Verbindungen. Während der anteriore Teil der Insel ausgedehnte Projektionen zu limbischen, paralimbischen, olfaktorischen, gustatorischen und autonomen Strukturen besitzt, weist der hintere Anteil enge Verbindungen zu somatosensorischen, auditiven und motorischen Arealen auf. Die Befunde von Karnath et al. (2005a) zeigen, dass die rechte posteriore Inselregion möglicherweise eine wichtige Funktion für das bewusste Wahrnehmen von Körperteilen und das Erkennen des (Funktions)zustandes der kontralateralen Extremitäten hat. Hierzu passen PET-Befunde, die eine Beteiligung der rechten posterioren Insula berichteten, wenn gesunde Versuchspersonen zu beurteilen hatten, ob Bewegungen, die sie auf einen Spiegel projiziert sahen, von ihnen selbst oder von jemand anderem ausgeführt wurden (Farrer et al. 2003). Ferner wurde beobachtet, dass die Schädigung der posterioren Insel zu einem Fremdheitsgefühl gegenüber den linksseitigen Extremitäten und sogar zu einem Nicht-Erkennen des eigenen Armes führen kann (Cereda et al. 2002). Zusammengenommen könnten diese Befunde bedeuten, dass die posteriore Insel ein wichtiger Teil des neuronalen Systems ist, das unser Bewusstsein für den eigenen Körper vermittelt. Auch rein subkortikal gelegene Schädigungen können zu einer Anosognosie der Hemiparese führen. Hier fand sich am häufigsten eine einseitige Schädigung des Thalamus oder der Basalganglien (Bisiach et al. 1986; Starkstein et al. 1992; Ellis u. Small 1997). Dabei scheint die Aus-

prägung der Anosognosie für Hemiparese nach Basalganglienläsionen weniger stark ausgeprägt zu sein als nach Schädigungen anderer Hirnareale (Ellis u. Small 1997). Extrem selten wurden auch kleine, in der Brücke (Pons) gelegene Läsionen zusammen mit einer Anosognosie für Hemiparese berichtet (Bakchine et al. 1997; Evyapan u. Kumral 1999). Die Untersuchung eines solchen Patienten mittels SPECT ergab, dass neben der Ponsläsion auch eine frontoparietale Minderperfusion des Kortex bestand. Es ist daher denkbar, dass, obwohl der Kortex nach solchen subkortikal im Bereich des Thalamus oder der Pons gelegenen Infarkten morphologisch unversehrt geblieben ist, kortikale Areale eine Minderperfusion aufweisen und daher ebenso wie die subkortikalen Areale an der Entstehung der Symptomatik beteiligt sein können. ! Die Anosognosie für Hemiparese tritt typischerweise mit ausgedehnten frontotemporoparietalen Infarkten der rechten Hemisphäre auf. Seltener finden sich linkshemisphärische oder subkortikale Schädigungen. Der Vergleich der Hirnläsionen von hemiparetischen Patienten mit und ohne Anosognosie für Hemiparese hat ergeben, dass möglicherweise die Schädigung der posterioren Insel für das Auftreten der Anosognosie für Hemiparese entscheidend ist. Möglicherweise ist die posteriore Insel ein wichtiger Teil des neuronalen Systems, das unser Bewusstsein für den eigenen Körper vermittelt.

53.4

Selektivität der Anosognosie

Bereits an den frühen Beschreibungen der Symptomatik durch von Monakow (1885) und Anton (1896) wird deutlich, dass das Phänomen des Nichterkennens einer Erkrankung bei mehreren gleichzeitig bestehenden Funktionsstörungen spezifisch nur eines der Defizite betreffen kann. Demselben Patienten, der eine Anosognosie für z. B. eine kortikale Erblindung aufweist, mag das Erkennen einer anderen, gleichzeitig bestehenden Störung keine Probleme bereiten. In Übereinstimmung mit diesen Beobachtungen fanden Bisiach et al. (1986) in einer systematischen Untersuchung dieser Fragestellung, dass von 12 hirngeschädigten Patienten, die sowohl an einer schweren Hemiparese als auch an einer Hemianopsie litten, ein Drittel eine Anosognosie für nur eines der beiden Defizite aufwies. Vergleichbare Beobachtungen wurden auch bei Durchführung des Wada-Tests gemacht (Breier et al. 1995). Wenn den Patienten das Medikament in die linke A. carotis

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Kapitel 53 · Anosognosie

interna injiziert wurde, zeigten 43% der Patienten, die eine Anosognosie entwickelten, diese allein für die Hemiparese, nicht aber auch für die gleichzeitig aufgetretene Aphasie. Umgekehrt fand sich bei 5% der Patienten mit Anosognosie ein Nichterkennen der Aphasie, während die Hemiparese wahrgenommen wurde. Nur weitere 5% wiesen eine Anosognosie für beide Defizite auf. Diese differentielle Beeinträchtigung der beiden durch die linksseitige Anästhesie ausgelösten Defizite spricht gegen die Überlegung (7 Abschn. 53.3 »Lokalisation«), dass das Barbiturat möglicherweise nur zu einem Nichterinnern (statt zu einem Nichterkennen) der Defizite, also zu einer Störung des Gedächtnisses und nicht zu einer Anosognosie geführt hat. Vielmehr bestätigt dieser Befund die klinischen Beobachtungen, dass eine Anosognosie selektiv nur für eines von mehreren gleichzeitig bestehenden Defiziten bestehen kann. ! Treten nach einem Schlaganfall mehrere funktionelle Beeinträchtigungen gleichzeitig auf, kann das Nichterkennen selektiv nur eines dieser Defizite betreffen.

53.5

Erklärungshypothesen

Seit der ersten Beschreibung des Phänomens durch von Monakow (1885) wurden zahlreiche Erklärungen der Anosognosie vorgeschlagen. Diskutiert wurden Störungen der Informationsaufnahme und -weiterleitung, Defizite der Selbstbeobachtung, Störungen neuronaler »Bewusstseinssysteme«, Mechanismen der Selbsttäuschung sowie psychodynamische Faktoren. Bis heute ist es jedoch nicht befriedigend gelungen, die Ursache bzw. die Ursachen für das Auftreten von Anosognosie zu identifizieren. Im Folgenden werden die Überlegungen dargestellt, die für und die gegen die vorgeschlagenen Erklärungshypothesen sprechen.

53.5.1

Störungen der Informationsaufnahme und -weiterleitung

Sensibilität Babinski (1918) nahm an, dass für das Auftreten einer Anosognosie für Hemiparese der Verlust der Sensibilität, insbesondere der Tiefensensibilität und des Lagesinns, in dem betroffenen Körperteil von ausschlaggebender Bedeutung ist. Er ging davon aus, dass diese afferente Information entscheidend für das bewusste Wahrnehmen eines Körperteils ist. Zusammen mit dem durch die Hirnschädigung ver-

ursachten Unvermögen, die Aufmerksamkeit auf die gelähmte Extremität zu richten, würde dieser Sensibilitätsverlust dazu führen, dass der Patient den betroffenen Körperteil nicht beachtet und die Bewegungsunfähigkeit nicht erkennt. In Übereinstimmung mit dieser auch als »FeedbackHypothese« bezeichneten Vorstellung fanden Levine et al. (1991) sensible Defizite bei Patienten mit einer Anosognosie für Hemiparese schwerer ausgeprägt als bei hemiparetischen Patienten ohne Anosognosie. Der überwiegende Teil der Studien fand jedoch nur einen schwachen Zusammenhang zwischen dem Vorliegen einer Anosognosie für Hemiparese und einer Sensibilitätsstörung der betroffenen Extremitäten (z.B. Cutting 1978; Bisiach et al. 1986; Small u. Ellis 1996). Die Mehrzahl der Patienten, die an einer halbseitigen Lähmung mit Sensibilitätsstörung leiden, haben keine Anosognosie für die Hemiparese. Umgekehrt finden sich Patienten mit einer Anosognosie für Hemiparese, die keine oder nur sehr gering ausgeprägte Sensibilitätsstörungen aufweisen. Diese Beobachtungen sprechen dafür, dass ein Sensibilitätsverlust in dem betroffenen Körperteil keine hinreichende Bedingung für das Auftreten einer Anosognosie darstellt.

Neglect Ähnlich wie für den Verlust der Sensibilität wurde vermutet, ob nicht möglicherweise ein gleichzeitig vorhandener Neglect das Nichterkennen einer linksseitigen Hemiparese oder einer linksseitigen Hemianopsie erklären könnte. Möglicherweise würde das bei Neglect zur rechten, ipsiläsionalen Seite hin verschobene Explorationsfeld (. Abb. 21.3) den Patienten weniger Gelegenheit geben, die Lähmung der kontraläsionalen Körperseite oder den halbseitigen Gesichtsfelddefekt zu entdecken. In unterschiedlichen Studien fand sich jedoch, dass Patienten, die nach einem rechtshemisphärischen Infarkt eine Hemiparese sowie eine Anosognosie für diese Lähmung entwickelt hatten, nur zu ca. 70% auch einen Neglect aufwiesen (Cutting 1978; Bisiach et al. 1986; Levine et al. 1991; Starkstein et al. 1992; Ellis u. Small 1997). Umgekehrt hatten die Patienten, die ebenfalls eine Hemiparese, aber keine Anosognosie für diese Lähmung zeigten, in ca. 20% der Fälle ein Neglect. In der Gruppe der Patienten mit Neglect fand sich nur zu 70–80% auch eine Anosognosie für Hemiparese; 20–30% der Neglectpatienten hatten also keine Anosognosie der Halbseitenlähmung. Eine vergleichbare Dissoziation wurde auch für das Auftreten von Neglect und von Anosognosie für Hemianopsie beobachtet (Bisiach et al. 1986). Zusammen-

571 53.5 · Erklärungshypothesen

fassend lässt sich daher sagen, dass das Auftreten einer Anosognosie zwar häufig mit einem Neglect assoziiert, jedoch nicht durch diesen bedingt ist. ! Das Auftreten einer Anosognosie ist zwar häufig mit einem Neglect assoziiert, jedoch nicht durch diesen bedingt. Ebenso ist eine Sensibilitätsstörung in dem betroffenen Körperteil keine hinreichende Erklärung für das Nichterkennen einer Lähmung.

Diskonnektion Anton (1896) erklärte das Phänomen der Anosognosie für kortikale Blindheit mit einer nahezu kompletten Unterbrechung der Verbindungen des primären visuellen Kortex mit den übrigen Teilen des Gehirns. Pötzl (1924) ging dagegen davon aus, dass eine bewusste Wahrnehmung eine intakte thalamokortikale Interaktion voraussetzt. Eine Anosognosie der Hemiparese würde durch eine Unterbrechung des Zusammenspiels von rechtem Thalamus und rechtem Parietalkortex hervorgerufen. Demgegenüber sah Geschwind (1965) die Unterbrechung der Verbindung zwischen den Hemisphären als Ursache der Symptomatik. Er vermutete, dass bei Patienten mit Anosognosie die geschädigte rechte Hemisphäre von der linken, sprachdominanten Hemisphäre abgekoppelt ist. Ohne Informationen über den Zustand der linken Extremitäten, die von der rechten Hemisphäre vermittelt werden, würde die linke Hemisphäre lediglich über deren Funktionszustand konfabulieren, nicht aber der Realität entsprechend berichten können. Geschwinds Spekulation scheint jedoch wenig wahrscheinlich. Nach seinen Annahmen sollten die konfabulatorischen Antworten ausbleiben, wenn die linke Hemisphäre die Information erhält, dass die linke Körperseite gelähmt ist. Tatsächlich sind Patienten mit Anosognosie für Hemiparese aber auch dann noch davon überzeugt, dass sie den kontraläsionalen linken Arm normal bewegen können, wenn ihnen die Bewegungsunfähigkeit dieses Armes auf der rechten Seite, d.h. in einem Bereich demonstriert wird, der weder durch einen Gesichtsfelddefekt noch durch Vernachlässigung betroffen ist. ! I. Hypothesen gestörter Informationsaufnahme und -weiterleitung zur Erklärung der Anosognosie Das Nichterkennen einer Beeinträchtigung wie Hemiparese, Hemianopsie etc. beruht auf 4 einem Verlust der Sensibilität in dem betroffenen Körperteil zusammen mit dem Unvermögen, die 6

Aufmerksamkeit auf diesen Körperteil zu richten (Babinski 1918). 4 einem Neglect, der verhindert, dass das Defizit der kontraläsionalen Körper- oder Gesichtsfeldhälfte entdeckt wird. 4 einer Unterbrechung intra- und/oder interhemisphärischer Verbindungen (Anton 1896; Pötzl 1924; Geschwind 1965).

53.5.2

Psychologisch-psychodynamische Theorien

Mehrere Autoren vermuteten, dass bei Patienten mit Anosognosie eine umfassende mentale Schädigung einhergehend mit Konfusion und/oder intellektueller Beeinträchtigung vorliegen würde (Redlich u. Dorsey 1945; Nathanson et al. 1952). Demgegenüber nahmen die im Folgenden dargestellten Erklärungen an, dass das Nichterkennen einer Erkrankung nicht allein durch die aufgetretene Hirnschädigung bedingt ist, sondern zusätzlich durch psychologisch-psychodynamische Faktoren mitverursacht ist. So begriffen Weinstein u. Kahn (1955) das Auftreten von Anosognosie als Abwehrmechanismus (»denial of illness«). Sie nahmen an, dass das Nichterkennen den aktiven Versuch der Patienten reflektiert, der Erfahrung einer plötzlich aufgetretenen neurologischen Behinderung, eine »persönlich stimmige« Interpretation zu geben und sich so der veränderten Situation »anzupassen«. Guthrie u. Grossman (1952) vermuteten demgegenüber, dass dem Auftreten von Anosognosie eine grundlegende Persönlichkeitseigenschaft zugrunde liegt, nämlich eine ausgeprägte Verweigerungshaltung bei Konfrontation mit der Realität. Anders als Weinstein u. Kahn gingen sie nicht davon aus, dass es sich um einen Abwehrmechanismus handelt, der erst nach dem Auftreten einer neurologischen Schädigung einsetzt, sondern dass es sich um eine bereits lebenslang bestehende Eigenschaft des Individuums handelt. Die Autoren sahen die Erklärung durch Beobachtungen an 2 Patienten mit Anosognosie bestätigt. Die eine Patientin litt an einer linksseitigen Parese, der andere Patient an einer kortikalen Blindheit. Beide Patienten konnten ihren rechten Arm also normal bewegen. In einem kleinen Experiment immobilisierten die Autoren diesen funktionstüchtigen rechten Arm, indem sie ihn an der Unterlage festbanden. Danach baten sie die Patienten, die Seiten eines vor ihnen liegenden Buches mit der rechten Hand umzu-

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Kapitel 53 · Anosognosie

blättern. Beide Patienten versuchten nun ihren gesunden (aber festgebundenen) Arm zu bewegen. Wenn sie daraufhin gefragt wurden, warum sie die Seiten denn nicht umblättern würden, berichteten sie nicht etwa, dass sie ihren rechten Arm durch die Fixierung nicht bewegen könnten, sondern dass das Umblättern mit der rechten Hand prinzipiell möglich sei (»Geben sie mir nur etwas Zeit«) bzw. dass der gesunde, ipsiläsionale Arm »nicht zu mir gehört – er ist krank«. Mehrere Argumente sprechen gegen die hier dargestellten Hypothesen. Bei den meisten Patienten bildet sich eine Anosognosie mit der akuten Phase der Erkrankung zurück. In der Regel können die Kranken nach wenigen Tagen bis Wochen ihre Defizite erkennen (Hier et al. 1983; Ellis u. Small 1997; Maeshima et al. 1997), obwohl die neurologische Behinderung weiter fortbesteht. Wenn grundlegende Persönlichkeitseigenschaften oder umfassende intellektuelle Beeinträchtigungen tatsächlich die entscheidenden Faktoren für die Ausbildung von Anosognosie wären, würde man einen sehr viel höheren Prozentsatz an Patienten erwarten, die auch noch nach mehreren Monaten ihre immer noch bestehende Behinderung nicht erkennen können. Darüber hinaus kann man klinisch bei vielen Patienten mit Anosognosie für z. B. Halbseitenlähmung bereits in der akuten Phase der Symptomatik beobachten, dass sie keine generelle Tendenz zeigen, Erkrankungen zu verbergen oder zu leugnen. So nehmen sie z.T. sehr aufmerksam Veränderungen oder Beschwerden wahr, die ihre nicht gelähmte Körperseite betreffen. Ebenso nur schwer mit der Annahme einer grundlegenden Persönlichkeitseigenschaft, eines allgemeinen Abwehrmechanismus oder einer umfassenden intellektuellen Beeinträchtigung zu vereinbaren ist das deutlich häufigere Auftreten von Anosognosie nach Läsionen der rechten gegenüber der linken Hemisphäre. Das Auftreten einer rechtsseitigen Lähmung nach linkshemisphärischer Schädigung ist für die Betroffenen sicherlich ebenso schwer zu ertragen wie eine linksseitige Lähmung nach rechtsseitiger Schädigung. Ein Nichterkennen sollte also links- wie rechtsseitige Lähmungen gleichermaßen betreffen. Dies ist jedoch nicht der Fall (7 Abschn. 53.3 »Lokalisation«). Auch passt die Beobachtung schlecht, dass das Nichterkennen nicht alle durch den Infarkt verursachten Störungen gleichermaßen betreffen muss, sondern spezifisch für nur eines der Defizite bestehen kann. Gegen eine psychologisch-psychodynamische und für eine neurologische Ursache der Symptomatik spricht ferner, dass die Anosognosie für Hemiparese während der kalorischen Stimulation eines Gleichgewichtsorgans vorüber-

gehend aufgehoben werden kann (Cappa et al. 1987; Bisiach et al. 1991; Ramachandran 1995). ! II. Psychologisch-psychodynamische Theorien zur Erklärung der Anosognosie Beim Auftreten von Anosognosie handelt es sich um 4 eine umfassende mentale Schädigung mit Konfusion und intellektueller Beeinträchtigung (Redlich u. Dorsey 1945; Nathanson et al. 1952). 4 einen Abwehrmechanismus, der dazu dient, sich den veränderten Bedingungen durch eine persönlich »stimmige« Interpretation der Symptomatik anzupassen (Weinstein u. Kahn 1955). 4 eine grundlegende Persönlichkeitseigenschaft im Sinne einer ausgeprägten Verweigerungshaltung bei Konfrontation mit der Realität (Guthrie u. Grossman 1952).

53.5.3

Entdeckungstheorie

Levine (1990) ging davon aus, dass das entscheidende Moment für die Entstehung einer Anosognosie ein Defizit der Selbstbeobachtung und der Selbstdiagnose sei. Eine notwendige, aber nicht hinreichende Bedingung sei der Verlust der sensiblen Qualitäten, d.h. insbesondere der Tiefensensibilität und des Lagesinns bei einer Hemiparese oder des Sehens bei einer kortikalen Blindheit. Der Verlust der Sensibilität würde jedoch nicht gleichzeitig mit dem Einsetzen der Schädigung auftreten, sondern müsste von dem Betroffenen erst aktiv durch Beobachtung und Inferenz »entdeckt« werden. Dieses »Entdecken« der Schädigung würde durch 1. einen zusätzlich bestehenden Neglect und/oder 2. eine kognitive Leistungsminderung, die vor allem das schlussfolgernde Denken und das Gedächtnis betrifft, verhindert oder erschwert. Für Levines (1990) Auffassung spricht, dass sich die Anosognosie in der Regel innerhalb einiger Wochen nach dem Auftreten des akuten Ereignisses zurückbildet, obwohl die Behinderung unter Umständen noch Jahre weiter fortbesteht. Dies könnte so gedeutet werden, dass die Patienten in der ersten Zeit nach dem schädigenden Ereignis Erfahrungen mit dem Defizit gesammelt haben, die langsam zu einem Erkennen der eingetretenen Veränderungen geführt haben. Auch weisen viele Patienten mit Anosognosie tatsächlich einen Neglect auf. Umstritten ist dagegen, ob Patienten mit Anosognosie häufiger als andere hirngeschädigte Patienten ohne Anosognosie Beeinträchtigungen kognitiver Funktionen, wie dem Gedächtnis oder der verbalen

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und nichtverbalen Intelligenz haben (Levine et al. 1991; Small u. Ellis 1996). Weniger gut zu der von Levine gegebenen Interpretation passen die Beobachtungen, dass 1. die Anosognosie selektiv nur eines von mehreren gleichzeitig bestehenden Defiziten betreffen kann und dass 2. sich in mehreren Studien nur ein schwacher Zusammenhang zwischen dem Vorliegen einer Anosognosie (für Hemiparese) und dem Vorhandensein von Sensibilitätsstörungen fand (z.B. Cutting 1978; Bisiach et al. 1986; Small u. Ellis 1996). Ebenso nur schwer mit Levines Theorie zu vereinbaren ist, dass eine Anosognosie für Hemiparese auch dann persistiert, wenn ein gleichzeitig bestehender Neglect durch den Untersucher kurzzeitig überwunden wird (»cueing«; 7 Abschn. 21.2.3) oder dem Patienten die linksseitige Lähmung auf der rechten Seite, d. h. in dem von ihm beachteten Bereich, demonstriert wird. ! III. Endeckungstheorie zur Erklärung der Anosognosie 4 Das entscheidende Moment für die Entstehung von Anosognosie ist ein Defizit der Selbstbeobachtung und der Selbstdiagnose. Eine neu aufgetretene Behinderung muss von dem Betroffenen erst aktiv »entdeckt« werden (Levine 1990).

53.5.4

Störungen neuronaler »Bewusstseinssysteme«

»Conscious awareness system« McGlynn u. Schacter (1989) gingen davon aus, dass jedes bewusste Erleben die Aktivierung eines neuronalen Systems voraussetzt, das sie »conscious awareness system« (CAS) nannten. Dieses System erhält seinen Input aus hierarchisch untergeordneten Systemen wie der Sprache, dem Gedächtnis oder der Wahrnehmung. Diese Untersysteme aktivieren das CAS sobald es zu einer signifikanten Änderung des »Ruhezustandes« gekommen ist. Die Autoren nahmen an, dass das CAS im posterioren parietalen Kortex lokalisiert ist. Das CAS selbst projiziert zum frontalen Kortex und hat somit unmittelbaren Einfluss auf »exekutive Funktionen« (7 Kap. 44 u. 45), wie Planen, Problemlösen oder die Ausführung von Handlungen. Eine direkte Schädigung des CAS führt zu einer globalen Anosognosie für Störungen aller untergeordneten Systeme, während es bei Störung der Verbindung zwischen dem CAS und lediglich einem der Subsysteme zu einer Anosognosie eines spezifisch in diesem System aufgetretenen Defizites kommt (z.B. zur Anosognosie für Hemiplegie bei gleichzeitig auch

bestehender Hemianopsie, die dem Patienten aber bewusst ist). Abweichend von McGlynn u. Schacter nahmen Bisiach et al. (1986) an, dass statt eines einzigen übergeordneten »Bewusstseinssystems«, mehrere modalitätsspezifische Monitorsysteme für die verschiedenen kognitiven Funktionen existieren. Als Ursache der Anosognosie eines Defizites (z. B. kortikale Blindheit) nahmen sie eine Störung der höchsten Ebene der Organisation sensomotorischer Aktivität dieser spezifischen Funktion (z. B. der Sehfunktion) an. Diese Vorstellungen wurden später in ein umfassenderes Erklärungsmodell integriert, bei dem die Autoren davon ausgingen, dass die Anosognosie, wie auch der Neglect, durch eine Störung eines neuronalen Netzwerkes hervorgerufen wird, dessen Aufgabe es ist, die visuelle Außenwelt mental abzubilden (Bisiach u. Geminiani 1991).

Theorie der Selbsttäuschung Wie McGlynn u. Schacter (1989) vermutete auch Ramachandran (1995), die Schädigung eines abstrakten neuronalen Systems als Ursache der Anosognosie. Seiner Ansicht nach besteht die Aufgabe der linken Hemisphäre darin, die Kohärenz und Kontinuität des Verhaltens des Individuums, sein sog. Skript, aufrechtzuerhalten. Ereignet sich nun etwas, das mit diesem Skript nicht übereinstimmt, werden von dieser Hemisphäre auch beim Gesunden Verleugnungen, Konfabulationen und Verdrängungen produziert, um diese Ungereimtheiten mit dem Skript in Einklang zu bringen. Demgegenüber hat die rechte Hemisphäre die Aufgabe eines »Anomaliendetektors«. Wenn Anomalien, d.h. nicht zum Skript passende Informationen, erkannt werden und ein bestimmtes Toleranzmaß übersteigen, veranlasst die rechte Hemisphäre die linke Hemisphäre, das bisherige Skript aufzugeben und ein neues zu erstellen. Nach Ramachandrans Vorstellung funktioniert die linke Hemisphäre bei einem Patienten mit Anosognosie normal, d. h. beim Auftreten kontroverser Information kommt es wie beim Gesunden zu Verleugnung, Verdrängung und Konfabulationen um das bestehende Skript zu erhalten. Demgegenüber ist jedoch die Funktion der rechten Hemisphäre gestört. Anders als beim Gesunden veranlasst die geschädigte rechte Hemisphäre die linke Hemisphäre nicht zum Paradigmenwechsel, wenn die neue, kontroverse Information für das Individuum relevant ist. Aus diesem Grund setzt der Patient mit Anosognosie seine Verleugnungen und Konfabulationen trotz der veränderten Situation weiter fort.

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Kapitel 53 · Anosognosie

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. Abb. 53.3. Als Ursache der Anosognosie für Hemiparese nimmt die »Feedforward-Hypothese« das Ausbleiben einer Bewegungsintention mit der betroffenen Extremität an (s. lädiertes Intentionssystem links oben). Der neuronale Komparator (grau) empfängt dann vom Intentionssystem und von den Effektoren übereinstimmende Informationen: (a) »Es wurde keine Bewegung initiiert« und (b) »Es wurde keine Bewe-

gung ausgeführt«. Eine Lähmung kann in diesem Modell aber nur erkannt werden, wenn der Betroffene versucht, die gelähmte Extremität zu bewegen. Erst dann kann der Komparator ein Missverhältnis zwischen (a) der Erwartung (= »Eine Bewegung wurde initiiert«) und (b) der Ausführung der Bewegung (= »Es wurde keine Bewegung ausgeführt«) detektieren und die Lähmung erkennen. (Nach Heilman 1991)

Ramachandran (1995) untermauerte seine Überlegungen durch ein Experiment an (allerdings nur) einer rechtshemisphärisch geschädigten Patientin mit Anosognosie für Hemiplegie. Er forderte diese Patientin auf, ihre rechte funktionstüchtige Hand auf und ab zu bewegen. Die Patientin kam dieser Aufforderung in einer mit mehreren Spiegeln versehenen Apparatur korrekt nach. Durch entsprechende Spiegelbilder wurde ihr jedoch visuell suggeriert, dass sich ihre Hand gar nicht bewegen würde. Erstaunlicherweise behauptete die Patientin dennoch, dass sie deutlich sehen könne, wie sich ihre rechte Hand auf und ab bewegt. Obwohl die Erklärung Ramachandrans anschaulich bestimmte Verhaltensaspekte von Patienten mit Anosognosie aufgreift, bleibt die Attribution der Aufgaben der linken Hemisphäre als »Skriptbewahrer« und der rechten Hemisphäre als »Anomaliendetektor« doch sehr grob und spekulativ.

zwischen der Rückmeldung über eine intendierte Bewegung und der aktuellen Ausführung dieser Bewegung nicht übereinstimmt (»mismatch«). Wenn ein linksseitig gelähmter Patient also plant, seinen linken Arm anzuheben und diese geplante Bewegung auch initiiert, obwohl der Arm aufgrund seiner Lähmung tatsächlich aber nicht angehoben werden kann, so stimmen Intention und Ausführung nicht überein und der Patient bemerkt sein Defizit. Die Ursache der Anosognosie ist nach Heilman also die fehlende Initiierung einer Bewegung (. Abb. 53.3). Patienten mit Anosognosie würden erst gar nicht versuchen, die betroffene Extremität zu bewegen. Aus diesem Grund käme es auch zu keiner Bewegungserwartung und dementsprechend zu keinem Missverhältnis von Erwartung und aktueller Ausführung in dem für diesen Abgleich zuständigen neuronalen Komparator. Initiiert der Patient keine Bewegung, so stimmt die Bewegungserwartung (= »keine Bewegung«) mit der sensorischen Information über die aktuelle Bewegungsausführung (= »keine Bewegung«) überein, sodass der neuronale Komparator kein Missverhältnis meldet und die Lähmung nicht erkannt wird. Der Komparator befindet sich bei einem Patienten mit Anosognosie für Hemiparese also in demselben Zustand wie bei einem Gesunden, der eine normale Bewegung ausführt. Auch beim Gesunden korrespondiert dann die Bewegungserwartung (= »Bewegung wurde initiiert«) mit der sensori-

Feedforward-Hypothese Die Grundannahme der von Heilman (1991) zur Erklärung der Anosognosie für Hemiparese vorgeschlagenen Theorie ist, dass eine Lähmung nur erkannt werden kann, wenn der Patient überhaupt versucht, die gelähmte Extremität zu bewegen. Ein Patient ohne Anosognosie erkennt eine aufgetretene Lähmung dadurch, dass der neuronale Abgleich

575 53.5 · Erklärungshypothesen

schen Information über die aktuelle Bewegungsausführung (= »Bewegung findet statt«). Wieder entdeckt der neuronale Komparator kein Missverhältnis. Wie der Patient mit Anosognosie empfindet dadurch auch der Gesunde, dass alles normal funktioniert, d.h. keine Lähmung vorliegt. Für die Feedforward-Hypothese sprechen Befunde, die allerdings an bisher nur einem Patienten mit Anosognosie erhoben wurden (Gold et al. 1994). Die Autoren beobachteten, dass es bei diesem Patienten nicht wie bei Gesunden oder hemiparetischen Patienten ohne Anosognosie zu einer Innervation der von beiden Hemisphären versorgten, rumpfnahen proximalen Muskulatur kam, wenn er versuchte, die kontraläsionale, gelähmte Hand zuzudrücken. Sie schlossen daraus, dass ihr Patient die geforderte Bewegung mit der linken Hand erst gar nicht initiiert hat. Gegen die Feedforward-Hypothese sprechen Befunde, die ebenfalls an bisher nur einem Patienten mit Anosognosie erhoben wurden (Hildebrandt u. Zieger 1995). Die von den Autoren untersuchte Patientin litt an einer rechtshemisphärischen Blutung mit linksseitiger Hemiplegie und Neglect. Darüber hinaus war sie der Überzeugung, dass ihre linke Hand einer anderen Person gehören würde (Somatoparaphrenie). Während die Patientin verschiedene Aufgaben durchführen sollte, die eine bimanuelle Ausführung unter Beteiligung der gelähmten linken Hand erfordert hätten, registrierten die Autoren, dass es zu einer elektromyographischen und elektrodermalen Aktivität in der gelähmten Hand kam. Dies könnte dafür sprechen, dass sie tatsächlich den Versuch unternommen hat, die geforderte Bewegung auch zu initiieren. Sicherlich sind jedoch weitere Studien

erforderlich, um die von Heilman und Mitarbeitern vorgeschlagene Erklärungshypothese zu prüfen. ! IV. Hypothesen gestörter neuronaler »Bewusstseinssysteme« zur Erklärung der Anosognosie 4 Jedes bewusste Erleben setzt die Aktivierung eines neuronalen Systems voraus – des »conscious awareness system« (CAS). Anosognosie wird durch eine Schädigung dieses Systems hervorgerufen. (McGlynn u. Schacter 1989) 4 Anosognosie wird durch eine Störung eines neuronalen Netzwerkes hervorgerufen, dessen Aufgabe es ist, die visuelle Außenwelt mental abzubilden (Bisiach u. Geminiani 1991). 4 Die rechte Hemisphäre hat die Funktion eines »Anomaliendetektors«. Ihre Schädigung bewirkt, dass die linke Hemisphäre sich bei veränderten Verhältnissen nicht auf die neue Situation einstellen kann und weiterhin Verleugnungen und Konfabulationen produziert (Ramachandran 1995). 4 Eine Lähmung kann nur erkannt werden, wenn der Betroffene versucht, die gelähmte Extremität zu bewegen. Erst dann kann ein Missverhältnis zwischen Ausführung und Erwartung der Bewegung entstehen, was für das Erkennen einer Lähmung entscheidend ist. Die Ursache der Anosognosie für Hemiparese ist die fehlende Initiierung von Bewegungen mit der betroffenen Extremität (Heilman 1991).

Zusammenfassung Als »Anosognosie« wird das mit einer umschriebenen Hirnschädigung einhergehende Nichterkennen von neurologischen Störungen wie der Halbseitenlähmung, kortikalen Blindheit, Hemianopsie oder Taubheit bezeichnet. Den betroffenen Patienten scheint das Bewusstsein für ihre Erkrankung zu fehlen. Sie verhalten sich so, als ob sie von der eingetretenen Schädigung nichts wüssten. Die Patienten lassen jede emotionale Betroffenheit über die eingetretene Behinderung vermissen. Vielmehr versichern sie, dass alles in Ordnung sei. Die Konfrontation mit Tatsachen, die den Patienten eindeutig beweisen, dass bei ihnen eine Beeinträchtigung der Muskelkraft, des Sehens etc. vorliegt, führt nicht dazu, dass sie ihre Behinderung erkennen. Die Anosognosie für Hemiparese tritt typischerweise mit ei-

nem ausgedehnten frontotemporoparietalen Infarkt der rechten Hemisphäre, die Anosognosie für Hemianopsie mit einseitigen und die Anosognosie für kortikale Blindheit mit beidseitigen Läsionen der Okzipitallappen auf. Zahlreiche Erklärungen des Phänomens wurden vorgeschlagen, ohne dass es jedoch bislang befriedigend gelungen wäre, den zugrunde liegenden Mechanismus zu identifizieren. Diskutiert wurden Störungen der Informationsaufnahme und -weiterleitung, Defizite der Selbstbeobachtung, Störungen neuronaler »Bewusstseinssysteme«, Mechanismen der Selbsttäuschung sowie psychodynamische Faktoren. Es spricht jedoch einiges dafür, dass die Symptomatik eine neurologische Ursache hat und nicht die psychische Reaktion auf die eingetretene Behinderung darstellt.

53

54 Verwirrtheitszustände Claus-W. Wallesch

54 54.1 54.2

Neurophysiologische Grundlagen – 577 Neuropsychologische Störungen – 578

)) Verwirrtheitszustände sind Störungen des Bewusstseins. Bekanntlich ist »Bewusstsein« ein Konstrukt, welches der philosophischen und psychologischen Analyse erhebliche Probleme bereitet (7 Kap. 52). Auch neueste neuro- und kognitionswissenschaftliche Theorien haben das LeibSeele-Problem bisher nicht lösen können (Diskussionen zum Thema bei Searle 1990; Velmans 1991; Gray 1995 und Kap. 52). Etwa 15% der über 65-jährigen Patienten internistischer oder chirurgischer Kliniken leiden zu irgendeinem Zeitpunkt ihres Krankenhausaufenthaltes unter einem Verwirrtheitszustand. Postoperativ, z. B. nach Herzoperationen, ist das Risiko deutlich höher. Besonders gefährdet sind außerdem Demenzpatienten (»sundowning« – abendliche agitierte Verwirrtheit).

Verwirrtheitszustände sind die häufigste Form akuter organischer Psychosyndrome. International hat sich die Bezeichnung »Delir« durchgesetzt. Im deutschen Sprachraum wird der Begriff des Delirs häufig auf eine Untergruppe mit Halluzinationen und Erregtheit sowie vegetativer Begleitsymptomatik (Prototyp: Alkoholentzugsdelir) eingeengt. Nach dem Diagnostisch-statistischen Manual für psychiatrische Erkrankungen DSM-IV (1996) ist das Delir gekennzeichnet durch eine sich über einen kurzen Zeitraum entwickelnde Bewusstseinsstörung, Aufmerksamkeitsstörung und eine Veränderung kognitiver Funktionen (7 »Unter der Lupe«).

Unter der Lupe

Diagnostische Kriterien des Delirs im DSM-IV (1996) 4 Vorliegen einer Bewusstseinsstörung in Verbindung mit einer verminderten Fähigkeit, Aufmerksamkeit zu fokussieren, aufrechtzuerhalten oder den Aufmerksamkeitsfokus zu wechseln. 4 Veränderung der kognitiven Funktionen und/ oder Entwicklung einer Wahrnehmungstörung, die nicht durch das Vorliegen einer Demenz erklärt werden kann. 4 Das Störungsbild entwickelt sich in der Regel innerhalb kurzer Zeit und fluktuiert im Tagesverlauf.

Pragmatisch lassen sich Störungen des Bewusstseins als Veränderungen in 3 Modalitäten beschreiben (Wallesch 1999): 1. Das Bewusstseinsniveau kennzeichnet auf einer kontinuierlichen Skala von Bewusstlosigkeit bis zu vollem Bewusstsein den aktuellen Zustand. 2. Der Bewusstseinsinhalt beschreibt die Integrität und den inneren Zusammenhang von Erleben, Gedächtnis und Affekt mit den Extremen einerseits der vollständigen Eindeutigkeit, Ordnung und Kohärenz und andererseits dem Zerfall dieser Struktur in der Verwirrtheit. Dabei beruht die Einheit von Erleben, Gedächtnis und Affekt auf der Intaktheit neuropsychologischer Funktionssysteme der Wahrnehmung, des Gedächtnisabrufs und der affektiven Bewertung. Sensorische Beeinträchtigung, Aufmerksamkeitsdefizite und affektive Belastung (Angst) erschweren die Integration des Bewusstseinsinhalts und stellen Risikofaktoren für das Auftreten von Verwirrtheit dar. Ein klinisch häufig verwendeter Ausdruck des adäquaten Bewusstseinsinhalts ist die umfassende Orientiertheit (nach Ort, Zeit, Person und Situation). 3. Schließlich sind Bewusstseinsstörungen durch Veränderungen der Wachheit (Bewusstseinsklarheit) gekennzeichnet.

577 54.1 · Neurophysiologische Grundlagen

! Bewusstseinsstörungen lassen sich als Veränderungen in den Modalitäten Bewusstseinsniveau, Bewusstseininhalt und Wachheit/Bewusstseinsklarheit beschreiben.

Mit neuropsychologischen Methoden beschreibbar und bei geeigneter Methodik im Verwirrtheitszustand untersuchbar sind Wahrnehmungsstörungen, Gedächtnisstörungen, Defizite von Aufmerksamkeits- und exekutiven Funktionen sowie Sprachstörungen. Hinsichtlich der zugrunde liegenden Modelle wird auf die entsprechenden Kapitel in diesem Buch, zum Zusammenhang auf Shallice (1988) verwiesen. ! Der Verwirrtheitszustand ist eine sich rasch entwickelnde, fluktuierende Verhaltensänderung, die charakterisiert ist durch eine Absenkung des Bewusstseinsniveaus, eine veränderte (meist reduzierte) Wachheit, Aufmerksamkeitsstörungen, Inkohärenz von Sprache, Denken und Handeln, Merk- und Erinnerungsschwäche, Desorientiertheit, intellektuelle Leistungsminderung, emotionale Labilität sowie eine Störung des Schlaf-Wach-Rhythmus.

54.1

Neurophysiologische Grundlagen

Verwirrtheitszustände können durch eine Vielzahl von metabolischen und strukturellen Schädigungen des Gehirns ausgelöst werden [Intoxikationen, Substanzentzug, Medikamentennebenwirkung, Hypoxie (Sauerstoffmangel), Hypoglykämie (Unterzuckerung), Elektrolytstörungen, Dehydratation, Leber-, Pankreas-, Niereninsuffizienz, endokrinologische Störungen, Epilepsie, Infektionen, akute und subakute Hirnerkrankungen, Schlafentzug], jedoch auch durch sensorische Deprivation. Bereits Bonhoeffer (1910) hatte beobachtet, dass unterschiedliche Ursachen zu wenigen, psychopathologisch gleichförmigen Typen akuter organischer Psychosyndrome (»akute exogene Reaktionstypen«) führen, von denen der Verwirrtheitszustand der häufigste ist. Daran schließt sich die Vermutung einer gemeinsamen pathophysiologischen oder pathobiochemischen Endstrecke an. Die meisten der oben genannten Ursachen führen zu einer globalen Reduktion des zerebralen oxidativen Metabolismus, der zu einer verminderten Synthese von Neurotransmittern führt. Die cholinerge Neurotransmission (= Synapsen, die Azetylcholin als Neurotransmitter verwenden) hat den größten Verbrauch, daher den größten Bedarf an Neusynthese des Transmitters und damit auch

den höchsten Energiebedarf. Sie ist vom metabolischen Defizit am stärksten betroffen. Es wurde daher vermutet, dass ihre Dysfunktion bei vielen Verwirrtheitszuständen im Vordergrund steht. Diese Hypothese, die sog. »cholinerge Defizithypothese«, wird gestützt durch die große Ähnlichkeit von Verwirrtheitszuständen unterschiedlicher Ursache mit den Symptomen einer Intoxikation mit Anticholinergika (= Wirkstoffe, die die Wirkung von Azetylcholin herabsetzen, z.B. das Atropin der Tollkirsche) sowie durch die große Potenz von Medikamenten mit anticholinerger Wirkung oder Nebenwirkung, Verwirrtheitszustände auszulösen. Dem cholinergen System wird mittlerweile eine zentrale Bedeutung in der zerebralen Repräsentation von Bewusstseinsleistungen zugeschrieben (Perry et al. 1999). Die cholinerge Defizithypothese stellt vermutlich eine zu weitgehende Vereinfachung einer komplexeren Situation dar. Sie erklärt z.B. nicht hinreichend das Auftreten und die Symptomatik der Verwirrtheit bei dopaminerger Überstimulation bei Parkinson-Patienten, des Delirs bei Suchtmittelentzug oder auch der Verwirrtheit nach SchädelHirn-Trauma. Vermutlich sind die meisten Verwirrtheitszustände Ausdruck eines generellen Ungleichgewichts der Neurotransmission. Dabei scheinen verschiedene Symptome auf unterschiedlichen Neurotransmitterimbalancen zu beruhen (. Tabelle 54.1). Verwirrtheit kann Symptom akuter, umschriebene Hirnschäden sein. Dabei sind vor allem Patienten mit rechtshirnigen Läsionen betroffen. Auch die vorliegenden PET-und SPECT-Studien von Patienten mit Verwirrtheitszuständen weisen auf einen überwiegend rechtshirnigen Hypometabolismus hin (Übersicht bei Trzepacz 1994). Elektrophysiologisch gehen Verwirrtheitszustände mit

. Tabelle 54.1. Zuordnung von Symptomen eines Verwirrtheitszustandes zu Störungen der Neurotransmission. (Nach Trzepacz 1994)

Symptom

Gestörte Neurotransmitterfunktion

Aufmerksamkeitsstörung

Dopamin, Azetylcholin, Noradrenalin, GABA, Glutamat

Psychomotorik

Dopamin, Azetylcholin, Serotonin

Gedächtnisstörung

Azetylcholin, Noradrenalin, Serotonin, Dopamin, NMDA

Desorientiertheit

Dopamin, Noradrenalin, Azetylcholin

Visuell-räumliche Defizite

Azetylcholin, Dopamin

Affektive Störung

Gaba, Noradrenalin, Dopamin, Azetylcholin

54

578

54

Kapitel 54 · Verwirrtheitszustände

EEG-Allgemeinveränderung und Veränderungen später Komponenten evozierter Potientiale einher. Trzepacz (1999) hat das derzeitige Wissen zu einer funktionell-anatomischen Theorie zusammengefasst, nach der Dysfunktionen des präfrontalen Kortex und des vorderen Thalamus bilateral sowie von Strukturen des rechten temporobasalen und parietalen Kortex und ihrer jeweiligen thalamischen Assoziationskerne eine gemeinsame funktionale Endstrecke in der Entstehung von Verwirrtheitszuständen darstellen und die Kernsymptome (Desorientierheit, kognitive Störungen und Sprachstörungen, Störung des Schlaf-Wach-Rhythmus) hervorrufen. Andere Symptome, wie Wahn, Halluzinationen, Illusionen, affektive Störungen, seien dagegen der jeweiligen spezifischen Ätiologie zuzuordnen. Das von Trzepacz (1999) vorgeschlagene Modell hat große Ähnlichkeit mit den anatomischen Strukturen, deren Schädigung verhaltensneurologischen Enthemmungssymptomen zugrunde liegen sollen (Starkstein u. Robinson 1997). ! Eine Vielzahl von Allgemein- und Hirnkrankheiten sowie Intoxikationen und Substanzentzug können zur Verwirrtheit führen. Dem Syndrom liegt ein Ungleichgewicht von Neurotransmittern zugrunde. Rechtshirnige kortikale und subkortikale Strukturen scheinen schwerpunktmäßig betroffen zu sein.

54.2

Neuropsychologische Störungen

Systematische neuropsychologische Untersuchungen an verwirrten Patienten fehlen weitgehend. Dies überrascht, da das akute organische Psychosyndrom ein wichtiges Modell für neuropsychologische Funktionen und ihre Störungen darstellt. Im Verwirrtheitszustand besteht eine enge zeitliche und inhaltliche Beziehung zwischen Störungen der Neurotransmission und ihren neuropsychologischen Korrelaten. Anders als bei neurodegenerativen Erkrankungen spielen bei akuten organischen Psychosyndromen Kompensationsprozesse eine untergeordnete Rolle. Die wenigen vorliegenden empirischen Untersuchungen werden nur überblicksartig dargestellt.

liegen nur für Patienten nach Schädel-Hirn-Trauma, vor Lebertransplantation und nach Herzoperation vor. Gedächtnis. Untersucht wurden vor allem Verwirrtheits-

zustände nach Schädel-Hirn-Trauma. Dabei zeigte sich, dass sowohl das deklarative als auch das prozedurale Gedächtnis beeinträchtigt ist. Untersuchungen bei Verwirrtheitszuständen nach Herzoperation geben darüber hinaus Hinweise für eine zusätzlich zur Gedächtnisstörung bestehende Konfabulationsneigung (Produktion falscher, »erfundener« Gedächtnisinhalte). Wahrnehmung. Hier stehen Störungen der visuellen Ana-

lyse, meist in Form von illusionären Verkennungen, die in Elementen der Umrissform, seltener in Detailinformationen mit dem Wahrnehmungsgegenstand übereinstimmen, im Vordergrund. Szenische Halluzinationen kennzeichnen das Alkoholentzugsdelir und das dopaminerge Delir bei Parkinson-Patienten. Sprache. Wortfindungsstörungen sind bei Verwirrtheitszuständen häufig. Wallesch u. Hundsalz (1994) fanden keinen Zusammenhang zwischen Wortfindungsstörung und Frequenz des Zielworts sowie im Vergleich zwischen akut verwirrten Patienten und Alzheimer-Patienten. Bei Verwirrten stellten sie eine größere Häufigkeit von semantisch (hinsichtlich der Wortbedeutung) und visuell (hinsichtlich Objekteigenschaften wie z.B. Form) unrelationierten Fehlbenennungen sowie häufiger Perseverationen (= Wiederholung von vorher Gesagtem) fest, vor allem vom Typ der Intrusion (Perseveration nach dazwischenliegender, anderer Antwort). Dies ist deswegen bedeutsam, weil Intrusionen als Symptom einer cholinergen Dysfunktion angesehen werden. Visuokonstruktive Störungen. Im Verwirrtheitszustand bestehen deutliche visuokonstruktive Defizite (Walzer et al. 1997). Patienten, die einen Verwirrtheitszustand erlitten hatten, weisen im Vergleich zu angeglichenen Kontrollen visuokonstruktive Defizite auf, sodass bei vorbestehenden rechtshirnigen Schädigungen möglicherweise eine besondere Vulnerabilität besteht (Mach et al. 1996).

Aufmerksamkeit. Eine Vielzahl von Autoren sehen in der

Störung von Aufmerksamkeitsfunktionen das neuropsychologische Kernsymptom des Verwirrtheitszustands, das weitere Symptome wie Desorientiertheit, Gedächtnisstörung, Denkstörung begünstigt oder hervorruft (Übersicht bei Seltzer u. Mesulam 1988). Empirische Untersuchungen

! Neuropsychologisch stehen beim Verwirrtheitszustand Störungen von Aufmerksamkeit, Gedächtnis und Wahrnehmung (v. a. Verkennungen) im Vordergrund. Hinzu treten Disinhibitionssymptome wie Perseveration, Intrusionen und Konfabulationen.

579 54.2 · Neuropsychologische Störungen

Zusammenfassung Verwirrtheitszustände (»delirium«) treten im Gefolge einer Vielzahl von metabolischen und strukturellen Schädigungen des Gehirns auf. Sie beruhen auf komplexen Störungen der Neurotransmission und/oder einer gestörten Funktion überwiegend rechtshirniger kortikaler und subkortikaler Strukturen. Ihre Symptomatik beinhaltet Be-

wusstseinsstörungen und neuropsychologische Defizite, die bislang unzureichend charakterisiert sind. Klinisch stehen Aufmerksamkeits-, Gedächtnis- und Wahrnehmungsstörungen im Vordergrund. Der Verwirrtheitszustand könnte ein klinisches Modell für die Neuropsychologie der gestörten Neurotransmission darstellen.

54

XIV Lateralität 55

Anatomie der kortikalen Verbindungen – 583 Fahad Sultan, Susanne Gräber

56

Hirnanatomische Asymmetrien

– 586

Lutz Jäncke

57

Funktionale Links-rechts-Asymmetrien – 595 Lutz Jäncke

58

Händigkeit – 605 Monika Pritzel

59

Verhaltensstörungen durch hirnanatomische Asymmetrien? Lutz Jäncke

– 610

583

55 Anatomie der kortikalen Verbindungen Fahad Sultan, Susanne Gräber

55.1 55.2 55.3

Die Kommissuren der Großhirnrinde – 583 Die Verbindungen des Corpus callosum – 584 Vergleich von Corpus callosum und intrahemisphärischen kortikokortikalen Verbindungen – Hinweise aus der Phylogenese – 585

)) Die anatomische Struktur des Corpus callosum ist schon seit Galen (129–216 n. Chr.) bekannt. Die Funktion dieser und anderer kortikaler Verbindungen blieb jedoch lange unklar und über die Jahrhunderte Gegenstand rein spekulativer Betrachtungen. Einige sahen seine Aufgabe eher praktisch und mechanisch im Zusammenhalten der beiden Hemisphären, andere hingegen gingen so weit, hier den Sitz der Seele zu postulieren. Erst im 20. Jahrhundert erkannte man den Zweck des Corpus callosum im Informationsaustausch zwischen den Hemisphären. Bahnbrechende Arbeiten von Bykov (1886–1959), einem Schüler Pavlovs, und Arbeiten von Sperry (1913–1994) trugen hierzu bei.

55.1

zungen der Anzahl der Fasern beim Menschen haben ergeben, dass das Corpus callosum um die 250 Mio. Fasern enthält (Blinkov u. Glezer 1968). Da die menschliche Großhirnrinde 20–30 Mrd. Nervenzellen besitzt (Pakkenberg u. Gundersen 1997), ergibt sich daraus, dass insgesamt nur 1% aller Nervenzellen der Großhirnrinde Faserverbindungen zur jeweilig anderen Hemisphäre ausbilden. Man muss jedoch annehmen, dass die tatsächliche Anzahl der Fasern größer ist als diese Schätzung. Bei Untersuchungen an menschlichen Gehirnen von Verstorbenen ist die Feinstruktur nicht mehr gut genug erhalten, um sehr dünne, zum Teil unmyelinisierte Faserverbindungen zu erfassen. Man riskiert somit eine Unterschätzung der Faseranzahl. Zahlen aus Tierexperimenten stellen hier sicherlich eine bessere Abschätzung dar. Beim Rhesusaffen kann die zellulläre Feinstruktur unter Laborbedingungen sehr gut erhalten werden und Zählungen (LaMantia u. Rakic 1990)

Die Kommissuren der Großhirnrinde

Es gibt 4 Nervenfasertrakte, welche die Großhirnrinde beider Hemisphären miteinander verbinden und generell als Kommissuren bezeichnet werden. Neben diesen kortikalen Kommissuren existieren zahlreiche Kommissuren zwischen nichtkortikalen Hirnstrukturen, wie z. B. die Commissura posterior zwischen den Habenulae. Die Zahlenmäßig wichtigeste kortikale Kommissur, über die fast alle Verbindungen der Großhirnhälften verlaufen, ist das Corpus callosum, so genannt wegen seiner festen Konsistenz (lat. »callus« = hart) (. Abb. 55.1). Früher ging man daher davon aus, dass die Hauptaufgabe dieser Struktur der Zusammenhalt der Hemisphären sei. Schät-

. Abb. 55.1. Ansicht des Gehirns (medialer Schnitt). Die Pfeile markieren die Lage des darunter befindlichen Corpus callosum (weiss). I. Der Kreis markiert die Kommissura anterior. Die basale telenzephalische Kommissur liegt vor dem Bündel der Kommissura anterior. II. Lage der hippocampalen Kommissur

55

584

55

Kapitel 55 · Anatomie der kortikalen Verbindungen

ergaben, dass gerade diese sehr dünnen Fasern, die sich wie gesagt bei Menschen nur in geringer Zahl nachweisen lassen, bis zu 30% aller Fasern ausmachen. Daher überrascht es nicht, dass beim Rhesusaffen der Anteil von Neuronen, die die Faserverbindungen des Corpus callosums ausbilden, bei 2–3% der gesamten Neurone des Neokortex liegt. Eine weitere wichtige Kommissur liegt unterhalb des vorderen Anteils des Corpus callosums und wird daher Commissura anterior genannt (. Abb. 55.1). Sie ist im Tierreich unterschiedlich stark ausgeprägt. Während sie bei Säugetieren in der Größe deutlich hinter dem Corpus callosum rangiert, übernimmt sie bei Beuteltieren die Funktion des Balkens. Diese Tiere werden daher auch als acallosal, also ohne Corpus callosum bezeichnet. Beim Menschen sind 3 Mio. Fasern in der Commisura anterior enthalten. Die Kommissur besitzt 2 Anteile: ein Crus anterior, das Hirnstrukturen, die mit olfaktorischen Prozessen betraut ist, verbindet, und ein Crus posterior, das die Schläfenlappen verbindet. Neben den bisher beschriebenen 2 Kommissuren gibt es auch noch die Commissura hippocampi, die unmittelbar unterhalb des hinteren Anteils des Corpus callosum liegt und die Hippocampi, die Subiculi und die parahippocampalen Regionen in beiden Hemisphären verbindet. Schließlich gibt es bei Säugetieren eine Kommissur, die vor der Commissura anterior liegt und basale telenzephalische Kommissur genannt wird. Sie verbindet basale Regionen des vorderen Anteils der Großhirnrinde und möglicherweise Teile der piriformen und entorhinalen Kortizes. ! Komissurale Fasern, die die Hemisphären verbinden, verlaufen über 4 verschiedene Fasertrakte, wobei das Corpus callosum das zahlenmäßig bedeutendste ist. Nur ca. 1–3% aller Nervenzellen des Großhirns entsenden kommissurale Fasern.

55.2

Die Verbindungen des Corpus callosum

Durch den Einsatz moderner Färbemethoden zur Darstellung von Faserverbindungen in den letzten Jahrzehnten, den sog. »Tracern«, konnten die interhemisphärischer Verbindungen anatomisch genauer beschrieben werden. Generell kann man homotope von heterotopen Verbindungen unterscheiden. Die homotopen Verbindungen ziehen symmetrisch von einem Hirnareal zum entsprechenden Hirnareal der anderen Hemisphäre. Diese Verbindungen sind sehr präzise und zeigen kolumnenartige Terminalien-

felder. Neben diesen zahlreichen homotopen Verbindung existieren häufig auch zusätzliche heterotope Verbindungen. Experimente von Schwartz u. Goldman-Rakic (1982) sprechen dafür, dass Areale mit zusätzlichen heterotopen Projektionen Verbindungen etablieren, die oft den assoziativen Verbindungen desselben Hirngebietes innerhalb seiner Hemisphäre gleichen. Konkret fanden die Autoren, dass bei einer »Tracer« Injektion in einem Kortexareal ipsilateral und kontralateral spiegelbildliche Areale gefärbt wurden. Insgesamt kann ein gegebenes Kortexareal also nicht nur verschiedene, weit gestreute Kortexareale ipsilateral aktivieren, sondern über die kommissuralen Fasern mono- oder polysynaptisch auch die korrespondierenden kontralateralen Areale (Schüz u. Preißl 1996). Primäre Areale des visuellen, somatosensorischen und motorischen Kortex sind größtenteils acallosal. Die wenigen callosalen Verbindungen beschränken sich hier auf bilaterale Repräsentationsfelder der gleichen Körperteile oder Sinnesfelder. So beschränken sich im primären visuellen Kortex die callosalen Verbindungen auf die Repräsentationen des vertikalen Meridian. Auch im primären somatosensorischen Kortex sind hauptsächlich mittelliniennahe Regionen (z.B. die vertikalen Mittellinien der vorderen und hinteren Torsoflächen) stark verbunden, während die kortikalen Repräsentationsfelder der Hände kaum callosale Fasern austauschen. LaMantia u. Rakic (1990) zufolge beträgt der Anteil callosaler Fasern, die präfrontale Hirnareale verbinden, 40% und die entsprechenden Zahlen lauten für prämotorische und motorische Areale 16%, für somatosensorische Areale 5%, für parietotemporale Areale 26% und für den primären visuellen Kortex 12%. Diese Angaben unterstreichen, dass die assoziativen Areale stärker über den Balken verbunden sind als die primären sensorischen und motorischen Areale. Die callosalen Verbindungen entstammen exzitatorischen Pyramidenzellen der kortikalen Schichten III–V, wobei die überwiegende Mehrzahl der supragranulären Schicht III entstammt. Die callosalen Axone terminieren an Pyramidenzellen derselben Schichten. Mehrheitlich bestehen die callosalen Verbindungen aus myelinisierten Fasern. Der Durchmesser dieser Fasern (ohne Myelinschicht) beträgt beim Rhesusaffen im Durchschnitt 0,7 µm (LaMantia u. Rakic 1990), was einer Leitungsgeschwindigkeit von ungefähr 5 m/s entspricht. Dickere Fasern wurden vor allem in den primären und sekundären sensorischen Arealen gefunden (mit Ausnahme der akustischen Hirnrinde). Der Anteil unmyelinisierter Fasern beträgt beim Rhesusaffen 16%, wobei dieser Anteil in Abhängigkeit von der fron-

585 55.3 · Vergleich von Corpus callosum und intrahemisphärischen kortikokortikalen Verbindungen

tookzipitalen Lage der betrachteten Region stark variiert. Im Bereich des präfrontalen Kortex beträgt der Anteil unmyelinisierter Axone um die 30%, während im Bereich des okzipitalen Kortex dieser Anteil nur 5% beträgt. ! Die meisten Fasern des Corpus callosum verbinden homotope Areale der beiden Hemisphären. Während viele primäre sensorische Areale fast acallosal sind, d. h., keine Faserverbindung zur anderen Hemisphäre über das Corpus callosum haben, findet man zahlreiche Verbindungen zwischen den Arealen des Assoziationskortex der beiden Hemisphären.

55.3

Vergleich von Corpus callosum und intrahemisphärischen kortikokortikalen Verbindungen – Hinweise aus der Phylogenese

Der Vergleich von Volumina, Flächen oder der Anzahl von Neuronen eines gegebenen Hirnteiles bei verschiedenen Tierarten kann wichtige Anhaltspunkte für die Bedeutung einer Hirnregion in der Evolution sein. Oft lässt sich auch die mögliche Funktion eines Hirnteils durch solch einen Ansatz eingrenzen. Eine Frage, die sich vor diesem Hintergrund mit Blick auf das Corpus callosum aufdrängt, ist die, ob sich die Ausprägungen interhemisphärischer Verbindungen über das Corpus callosum und die intrahemisphärischer Verbindungen entwicklungsgeschichtlich parallel verhalten? Einen ersten, für die Suche nach einer Antwort wichtigen Hinweis liefert eine Betrachtung der Gehirne von Walen. Sie weisen nämlich ein Corpus callosum auf, dessen Größe unter Berücksichtigung der Größe ihrer Gehirne weit kleiner als erwartet ausfällt. So besitzt der Killerwal ein

ähnlich großes Corpus callosum wie der Mensch, obwohl diese Zahnwalart ein 5-mal größeres Gehirn besitzt. Eine vergleichbare inverse Beziehung zwischen relativer Größe des Corpus callosum und absoluter Hirngröße (und damit auch des Volumens der weißen Substanz einer Hemisphäre) konnte auch für andere Walgruppen, wie etwa Delphine gezeigt werden (Tarpley u. Ridgway 1994). Dass diese inverse Beziehung kein Spezifikum von Meeressäugetieren ist, sondern vielmehr eine Gesetzmäßigkeit darstellt, die auch für andere Säugetiergruppe, wie etwa Primaten gilt, konnten Rilling u. Insel (1999) zeigen. Die inverse Beziehung zwischen Größe des Corpus callosum und Volumen der intrahemisphärischen weißen Substanz drückt aus, dass mit zunehmender Hirngröße die relative Bedeutung intrahemisphärischer Kommunikation gegenüber der interhemisphärischer Kommunikation wächst. Man könnte spekulieren, dass die interhemisphärische Kommunikation bei großen Gehirnen deswegen unbedeutender werden könnte, weil die zunehmend längeren interhemisphärischen Verbindungen und die damit anwachsenden Laufzeiten die Verlässlichkeit und Präzision des interhemisphärischen Informationsaustasches zunehmend gefährden. Diese Begrenzung wäre dann letzendlich der Grund für die Hemisphärenspezialisierung, die größere Gehirne, wie die des Menschen, kennzeichnet (Ringo et al. 1994; 7 Kap. 56). Hemisphärenspezialisierung in großen Gehirnen könnte natürlich auch den Abstimmungsbedarf zwischen den Hemisphären mindern. In diesem Falle wäre also umgekehrt die relative Rückbildung des Corpus callosum Folge der Hemisphärenspezialisierung. ! In der Phylogenese nimmt die Größe des Corpus callosum relativ zur Gehirngröße ab.

Zusammenfassung Ungefähr 1–3% aller Neurone der Großhirnrinde sind mit Neuronen der anderen Hemisphäre verbunden. Die meisten dieser kommissuralen Fasern verlaufen über das Corpus callosum und verbinden mehrheitlich homotope Hirnregionen. Diese homotopen Verbindungen ziehen symmetrisch von einem Hirnareal zum entsprechenden Hirnareal der anderen Hemisphäre. Bei den Hirnregionen,

die auf diese Weise miteinander verbunden sind, handelt es sich mehrheitlich um den Assioziationskortex der beiden Hemisphären. Dagegen sind die primären sensorischen wie motorischen Kortexareale (also z. B. das Sehzentrum oder der Motorkortex) größtenteils ohne callosale Faserverbindungen zur gegenüberliegenden Hemisphäre.

55

56 Hirnanatomische Asymmetrien Lutz Jäncke

56.1 56.2

Die Sylvi’sche Fissur – 587 Globale Rechts-links-Unterschiede

– 588

56.2.1 Die Planum-temporale-Asymmetrie – 589

56

56.3 56.4 56.5

Asymmetrien im handmotorischen Areal – 590 Der interhemisphärische Informationsaustausch – 591 Weitere anatomische Asymmetrien – 593

)) Unter anatomischen Hemisphärenasymmetrien fasst man makroskopische und mikroskopische anatomische (zyto-, myelo, glio- oder angioarchitektonische) Unterschiede zwischen beiden Hirnhemisphären zusammen. Solche Rechts-links-Unterschiede werden auch oft kurz als Asymmetrien oder, wenn das Phänomen der Asymmetrie im Vordergrund steht, als Lateralisierung bezeichnet. Makroanatomische Rechts-links-Unterschiede können im Volumen der Hemisphären bestimmter Hirnareale, in der Gyrierung sowie in der Form und Länge bestimmter Sulci ausgemacht werden. Hinsichtlich der mikroskopischen Asymmetrien kann die Anzahl und das Volumen von Neuronen und Gliazellen sowie das Ausmaß der intrahemisphärischen Verkabelung Rechts-links-Unterschiede ausmachen.

Strukturelle hirnanatomische Rechts-links-Asymmetrien wurden schon Ende des vorigen Jahrhunderts an post mortem untersuchten Gehirnen beobachtet. Die ersten Berichte bezogen sich vornehmlich auf den asymmetrischen Verlauf der Sylvi’schen Fissur, mit einem ausgeprägten horizontalen Anteil auf der linken Hemisphäre und einem stärkeren vertikalen Anteil auf der rechten Hemisphäre. Während anfangs kein direkter Zusammenhang mit funktionalen Asymmetrien hergestellt wurde, spekulierten in der Folgezeit eine Reihe von Forschern, dass diese Asymmetrie mit der Sprachlateralisierung zusammenhängen könnte. In den 30er-Jahren untersuchte der deutsche Anatom Pfeifer den Heschl’schen Gyrus, auf dem das

primäre auditorische Sprachzentrum liegt, und den dahinter liegenden Hirnbereich, den er Planum temporale nannte. Pfeifer stellte fest, dass der Heschl’sche Gyrus auf der rechten Hirnseite häufiger aus 2 Gyri besteht, während der linke Heschl’sche Gyrus überwiegend nur einen Gyrus umfassen sollte. Für das hinter dem Heschl’schen Gyrus zu identifizierende Planum temporale stellte Pfeifer eine größere linksseitige Fläche fest, was er nur implizit mit der funktionalen Sprachlateralisierung in Verbindung zu bringen wagte. In der Folgezeit wurden hirnanatomische Seitenunterschiede als zufällige Variationen der Hirnentwicklung betrachtet und kein direkter Bezug zu funktionalen Asymmetrien hergestellt. Erst seit der Arbeit von Geschwind u. Levitsky (1968), in der bei 100 post mortem untersuchten Gehirnen ein volumetrisches Linksüberwiegen des Planum temporale festgestellt wurde, werden anatomische Asymmetrien vor allem in perisylvischen Hirnbereichen mit funktionalen Asymmetrien in Verbindung gebracht. Eng verbunden mit der anatomischen und funktionalen Lateralisierung ist auch der interhemisphärische Informationsaustausch über das Corpus callosum. So wird z.B. vermutet, dass die Individuen, die eher »ambilateral« orientiert sind (funktional keinen ausgeprägten Rechts-linksUnterschied aufweisen), über einen intensiveren interhemisphärischen Informationsaustausch verfügen, während deutlich lateralisierte Personen einen vergleichsweise geringen Informationsaustausch zeigen. Neuerdings wird sogar diskutiert, dass die Entwicklung der interhemisphärischen »Verkabelung« wesentlich für die Entwicklung der funktionalen Hemisphärenlateralisierung sei. In weiteren Arbeiten zur In-vivo Morphometrie konnten auch Volumenasymmetrien hinsichtlich frontaler, okzipitaler und parietaler Hirnbereiche, des hinteren Hippocampus, des Sulcus centralis, des Kleinhirns, und der Motoneuronanzahl in verschiedenen Rückenmarkssegmenten nachgewiesen werden. Im Folgenden wird ein Überblick über diesen Forschungsbereich geliefert.

587 56.1 · Die Sylvi’sche Fissur

56.1

Die Sylvi’sche Fissur

Die Fissura lateralis, auch Sylvi’sche Fissur genannt, ist eine der auffälligsten Fissuren des Primatenhirns. Anders als die meisten Fissuren resultiert sie nicht aus einer »Einfaltung« des Kortex, sondern aus einem im Vergleich zum Wachstum innerer kortikaler Strukturen stärkeren Wachstum äußerer Kortexteile. Diese morphologische Besonderheit führt zu einer großen intra- und interindividuellen Variabilität zwischen den Hemisphären, die sich unter anderem auch in einer Asymmetrie der Länge und Form der Sylvi’schen Fissur äußern kann. Vor allem die starke Volumenzunahme des parietalen und temporalen Operculums soll den Verlauf der Sylvi’schen Fissur beeinflussen, wobei davon ausgegangen wird, dass vor allem das parietale Operculum der linken Hemisphäre stärkere Volumenzunahmen aufweist als das rechte parietale Operculum. Durch diese morphologischen Bedingungen hat sich ein typischer Verlauf der Sylvi’sche Fissur ergeben, der durch einen längeren horizontalen mit gleichzeitig kurzem vertikalen Verlauf auf der linken Hemisphäre gekennzeichnet ist. Auf der rechten Hemisphäre fällt eher ein kurzer horizontaler und langer vertikaler Verlauf auf (. Abb. 56.1). Dieses Verlaufsmuster kann bei ca. zwei Dritteln aller Gehirne festgestellt werden. Eine Reihe von Autoren haben auch den Verlauf der Sylvi’sche Fissur bei Fetengehirnen untersucht und konnten feststellen, dass selbst bei Feten die oben berichtete charakteristische Asymmetrie der Sylvischen Fissur zu beobachten war. Es ist also zu vermuten, dass diese Asymmetrie genetisch fixiert ist und nicht auf ein asymmetrisches vorgeburtliches »Sterben« von Neuronen oder sonstigen bislang unbekannten Einflüssen während der Ontogenese zurückzuführen ist. Bemerkenswert sind auch die Befunde, welche Links-rechts-Asymmetrien der Sylvischen Fissur bei verschiedenen Primaten belegen, wobei dem Menschen näher stehende Primaten eine ausgeprägte Asymmetrie aufweisen als ihm entferntere Primaten. Diese Befunde ließen die Vermutung entstehen, dass die Asymmetrie der Sylvi’schen Fissur sich stammesgeschichtlich spät entwickelt hat und ein morphologisches Substrat der Sprachentwicklung sein könnte. Die Sylvi’sche Fissur ist umgeben von Hirnarealen, die für die Kontrolle von höheren kognitiven Funktionen verantwortlich sind. Die »suprasylvischen« Hirnareale umfassen frontale und parietale und die »infrasylvischen« Areale temporale Hirnteile, die primär für sensorische Funktionen, Sprachperzeption und Handlungskontrolle verantwortlich sind. Viele dieser kognitiven Funktionen werden

. Abb. 56.1. Lateralansicht des Kortex mit schematischer Darstellung der Sylvi’schen Fissur. ASF vorderer Teil der SF; HSF horizontaler Teil der SF; VSF vertikaler Teil der SF; S rostraler Pol der SF; PAR Ramus posterior ascendens; PDR Ramus posterior descendens; S1 Ende des PAR; S2 Ende des PDR; B Bifurkation der SF in HSF und VSF; C Sulcus centralis; C1 Schnittpunkt der Verlängerung von C mit SF; H Punkt, wo der Heschl’sche Sulcus transversus den lateralen Rand der SF trifft; PC Sulcus postcentralis; AHR Ramus anterior horizontalis; AAR Ramus anterior ascendens. AHR und AAR haben als gemeinsamen Stamm den Ramus anterior. Typische Befunde: HSF > VSF auf der linken Hemisphäre, VSF rechts > VSF links, HSF links > HSF rechts

bevorzugt von perisylvischen Hirngebieten (Hirngebiete um die Sylvische Fissur) einer Hemisphäre kontrolliert. Aus diesem Grunde wird auch noch heute den morphologischen Besonderheiten der Sylvi’schen Fissur viel Aufmerksamkeit geschenkt, da man vermutet, hieraus Kennwerte für die anatomische Grundlage der funktionalen Hemisphärenasymmetrie zu gewinnen. In neueren Arbeiten wurden die Asymmetrien der Sylvi’schen Fissur mit funktionalen Asymmetrien insbesondere mit der Händigkeit in Verbindung gebracht. Hervorzuheben ist eine Arbeit, in der 67 Gehirne von Krebspatienten untersucht wurden, die vor ihrem Tode neuropsychologisch getestet worden waren und die auch ihr Einverständnis für die spätere Post-mortem-Untersuchung gegeben hatten (Witelson u. Kigar 1992). Neben dem oben schon beschriebenen Befund, dass die Länge des horizontalen Anteils der Sylvi’schen Fissur (HSF; . Abb. 56.1) auf der linken Hemisphäre deutlich größer als auf der rechten Hemisphäre ist, fiel auf, dass Männer eine stärkere linksseitige HSF-Asymmetrie aufwiesen als Frauen. Des weiteren zeigte sich, dass für rechtshändige Männer eine hohe Korrelation zwischen dem Ausmaß der Händigkeit und der Länge der HSF bestand. Weiterhin stellten die Autoren fest, dass die »nicht konsistent« rechtshändigen Männer einen

56

588

Kapitel 56 · Hirnanatomische Asymmetrien

längeren vorderen Anteil der Sylvi’schen Fissur (ASF;

a

b

. Abb. 56.1) aufwiesen. Da sich die Gehirngewichte von

56

»konsistent« und »nicht konsistent« rechtshändigen Männern nicht voneinander unterschieden, wird vermutet, dass bei den »nicht konsistent« rechtshändigen Männern anteriore Hirnareale kompensatorisch an Volumen gewonnen haben könnten. Auffallend war, dass die Händigkeit nicht mit der Längen-Asymmetrie der Sylvi’schen Fissur zusammenhing, sondern dass die Gesamtlänge der HSF (rechts + links) mit dem Ausmaß der Händigkeit bei Männern korrelierte. Für Frauen konnte kein Zusammenhang zwischen Händigkeit und Längenmaßen der Sylvischen Fissur festgestellt werden. ! Perisylvische Hirngebiete weisen beim Menschen hinsichtlich ihrer Form starke Seitenunterschiede auf. Diese Seitenunterschiede hängen wahrscheinlich noch vom Geschlecht und der Händigkeit ab.

56.2

Globale Rechts-linksUnterschiede

Vor allem in älteren computertomographischen Studien konnten wiederholt unterschiedlich geformte frontale und okzipitale Hirnbereiche für beide Hemisphären festgestellt werden. Diese Asymmetrien wurden mittels geeigneter »Weiten-« und »Längenmaße« operationalisiert. Als »okzipitale Weite« wird die Distanz vom lateralen Rand des okzipitalen Großhirns bis zum Mittelpunkt des Fissura centralis verstanden (. Abb. 56.2). Unter »frontaler Weite« versteht man die Distanz vom lateralen Rand des frontalen Großhirns bis zum Mittelpunkt der Fissura centralis. Konsistent wurde bislang berichtet, dass Rechtshänder häufiger über eine größere »okzipitale Weite« auf der linken Hemisphäre verfügen als Linkshänder. Bei Linkshändern dagegen wurden etwas häufiger symmetrische »okzipitale Weiten« festgestellt als bei Rechtshändern. Auffallend war auch, dass die »okzipitalen Weiten« negativ mit den »frontalen Weiten« korrelierten. Das bedeutet, dass jene Individuen, die über eine größere »okzipitale Weite« auf der linken Hemisphäre verfügen, häufig auch eine größere »frontale Weite« auf der rechten Hemisphäre aufweisen. Die größeren »okzipitalen Weiten« auf der linken Hemisphäre werden i. Allg. einer Volumenzunahme linksseitiger perisylvischer und okzipitaler Hirnstrukturen zugeschrieben und auch in direkten Zusammenhang mit anderen perisylvischen Asymmetrien und der Sprachlateralisierung gebracht.

. Abb. 56.2a, b. Definition von »frontaler« und »okzipitaler« Weite (a) und »frontaler« und »okzipitaler« Länge (b) anhand zweier schematisierter transversaler Hirnschnitte. FWL frontale Weite links; FWR frontale Weite rechts; OWL okzipitale Weite links; OWR okzipitale Weite rechts; FLL frontale Länge links; FLR frontale Länge rechts; OLL okzipitale Länge links; OLR okzipitale Länge rechts. Die »Weitenmaße« werden auf der rostrokaudalen Ausrichtung von den Autoren unterschiedlich definiert. Gebräuchlich sind Definitionen, wonach 10–15% (bzw. 85– 90%) der rostrokaudalen Gesamtlänge als Punkte bzw. Regionen definiert werden, wofür die »Weitenmaße« erhoben werden. Hierbei werden gelegentlich auch Mittelwerte über diese »Weitenbereiche« berechnet

Ein weiteres relativ häufig beobachtetes Phänomen, nämlich die asymmetrische Verlängerung des okzipitalen und frontalen Hirnpols (okzipitale und frontale »petalia« bzw. okzipitale und frontale Längen), wird ebenfalls der oben schon erwähnten Volumenzunahme zugeschrieben (. Abb. 56.2). Diese »Gehirnverlängerungen« sollen sich sogar in Verformungen des Schädelknochens sowie in charakteristischen Schädelabdrücken niederschlagen. Die Analyse von 250 Schädeln hinsichtlich dieser Längenmerkmale ergab, dass bei ca. 37% aller Schädel deutliche Anzeichen von linksseitigen und bei nur ca. 19% aller Schädel Anzeichen von rechtsseitigen okzipitalen Schädelverformungen festzustellen waren (Hadziselimovic u. Cus 1966). Asymmetrische frontale und okzipitale Hirnverlängerungen sind überzeugend mittels Computertomographie (CT) beschrieben worden, wobei typischerweise ein links im Vergleich zu rechts längerer okzipitaler Pol konstatiert wurde. Andererseits wird i. Allg. auch häufiger im Vergleich zum linken Hirn ein längerer rechter frontaler Pol festgestellt. Linkshänder scheinen bei diesen Maßen etwas mehr zur Symmetrie zu tendieren. Grundsätzlich sind die Befunde dieser Studien so zu interpretieren, dass eine asymmetrische (vor allem beim Rechtshänder) linksseitig dominierende Volumenzunahme im perisylvischen und okzipitalen Hirnbereich vorzuliegen scheint.

589 56.2 · Globale Rechts-links-Unterschiede

56.2.1

Die Planum-temporale-Asymmetrie

Das Hirngebiet, welches hinsichtlich möglicher StrukturFunktions-Beziehungen bislang am besten untersucht wurde, ist das Planum temporale (. Abb. 56.3). Das Planum temporale ist ein Hirngebiet, das auf dem hinteren Teil der Supratemporalfläche lokalisiert ist. Die Bedeutung des Planum temporale für die funktionale Lateralisierung wird im wesentlichen durch 4 Aspekte begründet (Steinmetz 1996): 1. Zunächst ist festzustellen, dass das Planum temporale im Zentrum der »Wernicke-Region« liegt, bei deren Ausfall auf der sprachdominanten Hemisphäre eine sensorische Aphasie auftritt. 2. Positronenemissionstomographische Messungen der Hirndurchblutung und des Glukosestoffwechsels haben gezeigt, dass verbal auditorische Stimulationen zu erhöhten Aktivierungen bilateraler Hirnareale führen, die auch das Planum temporale einschließen. 3. Wenn während der auditorisch-verbalen Stimulation phonetische Diskriminationsaufgaben von den Testpersonen verlangt werden, werden erhöhte Blutdurchflusswerte vor allem im linken Gyrus temporalis superior, also dem Hirngebiet, auf dessen Oberfläche das Planum temporale lokalisiert ist, festgestellt. 4. Weite Bereiche des Planum temporale sind als stark granulärer Kortextyp zu identifizieren, dessen zytoarchitektonischer Aufbau dem des Assoziationskortex ähnelt. Dieser Kortextyp unterscheidet sich deutlich von dem Kortex der primären Hörrinde und deutet an, dass Bereiche des Planum temporale in der sekundären und tertiären Verarbeitung auditorischer Informationen involviert sind. Zusammengefasst konnten bei ca. 75% der bislang untersuchten Leichengehirne größere Planum-temporale-Areale auf der linken Hemisphäre festgestellt werden. Bei ca. 13% der untersuchten Gehirne ist das rechte Planum temporale größer als das linke, und bei weiteren ca. 12% fiel eine Planum-temporale-Symmetrie auf. Im Rahmen neuer Invivo-Studien mittels Magnetresonanztomographie konnten bei gesunden und jungen Personen die Post-mortemBefunde bzgl. der Rechts-links-Planum-temporale-Asymmetrie bestätigt werden (Steinmetz 1996). Darüber hinaus zeigte sich, dass Rechtshänder eine deutlichere linksgerichtete Planum-temporale-Asymmetrie aufwiesen als Linkshänder. Diese Links > rechts-Asymmetrie ist bereits bei Kindern im Alter von 8 Jahren vollständig ausgeprägt (Preis

. Abb. 56.3. Horizontalschnitt durch die Sylvi’sche Fissur mit den Heschl’schen Windungen und dem Planum temporale. Das Planum temporale (dunkelgraue Fläche) ist auf der linken Seite größer als auf der rechten. (Nach Schlaug et al. 1995)

et al. 1999). Daten für jüngere Kinder liegen derzeit nicht in ausreichendem Umfang vor, sodass sich weitreichende Interpretationen verbieten. Aufgrund des Zusammenhangs zwischen der Händigkeit und der Sprachlateralisierung und dem Umstand, dass das Planum temporale weitgehend in höhere auditorische Analysen eingebunden ist, wird vermutet, dass diese Links-rechts-Asymmetrie die strukturelle Grundlage der Sprachlateralisierung darstellt. Diese Vermutung wird auch dadurch genährt, dass bei rechtshändigen Musikern mit absolutem Gehör eine exzessive linksgerichtete Asymmetrie vorliegt. Dieser Personenkreis ist in der Lage, einen Ton ohne Zuhilfenahme eines Referenztones verbal zu benennen. Es wird vermutet, dass sich diese zusätzliche verbale Funktion in Form von zusätzlichen neuronalen Netzwerken im Planum-temporale-Bereich etabliert hat. Hiermit ist wahrscheinlich eine Volumenzunahme im Planum-temporale-Bereich verbunden (Schlaug et al. 1995). Unklar ist lediglich, ob sich diese Asymmetrie infolge des bei Absoluthörern typischerweise auftretenden frühen Beginns des musikalischen Trainings eingestellt hat oder ob diese Asymmetrie vorgeburtlich festgelegt war und die Entwicklung des absoluten Hörens gefördert hat. Eine genetische Determinierung des Ausmaßes der Planum temporale Asymmetrie ist allerdings unwahrscheinlich, da praktisch keine Konkordanz hinsichtlich Richtung und

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590

Kapitel 56 · Hirnanatomische Asymmetrien

Ausmaß der Planum-temporale-Asymmetrie bei eineiigen Zwillingen festgestellt werden konnte (Steinmetz et al. 1995). ! Das Planum temporale ist volumetrisch linksseitig vergrößert, wobei das Ausmaß und die Richtung dieser Asymmetrie von der Händigkeit abhängt. Möglicherweise beeinflusst auch das Ausmaß frühkindlicher Erfahrung (z. B. beim Erwerb von Musikfähigkeiten) die Entwicklung der Planum-temporale-Asymmetrie.

56.3

56

Asymmetrien im handmotorischen Areal

Es ergibt sich die Frage, ob die offensichtlichste funktionale Asymmetrie »Händigkeit« (7 Kap. 58) ähnlich wie die Sprachlateralisierung eine strukturelle Grundlage – oder zumindest ein strukturelles Korrelat – aufweist. Hinweise für händigkeitsrelevante Struktur-Funktions-Beziehungen liefern neuere Arbeiten (Amunts et al. 1997, 2000), in denen ein Linksüberwiegen der Tiefe des Sulcus centralis im Bereich des handmotorischen Areals festgestellt wurde (. Abb. 56.4). Die Sulcus-centralis-Tiefe kann als ein Indikator für die Größe des handmotorischen Areals aufgefasst werden, wobei anzunehmen ist, dass das Volumen dieses Hirnbereiches von der Neuronen- und Gliazellenanzahl, sowie der Synapsenanzahl determiniert wird. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass Linkshänder durch ein reduziertes Linksüberwiegen der Sulcus-centralis-Tiefe oder gar durch ein Rechtsüberwiegen der Sulcus-centralis-Tiefe auffielen. Besonders interessant waren auch die Befunde bei den ebenfalls untersuchten professionellen rechtshändigen Musikern. Diese Musiker verfügten über eine reduzierte Links>rechts-Asymmetrie der Sulcus-centralis-Tiefe. Bemerkenswert ist auch, dass die Sulcus-centralis-Tiefen bei Musikern auf der rechten und linken Hemisphäre deutlich größer als bei Normalpersonen sind und dass jene Musiker, die besonders früh mit dem musikalischen Training begonnen hatten, besonders große Sulcus-centralisTiefen aufwiesen. Diese Ergebnisse konnten kürzlich mittels einer neuen anatomischen Auswertungsmethode (der Voxelbasierten Morphometrie; 7 Kap. 2) bestätigt werden (Lüders et al. 2004). Diese Befunde lassen vermuten, dass der außerordentlich frühe Beginn des motorischen (musikalischen) Trainings zu makroanatomisch feststellbaren Veränderungen im handmotorischen Areal führt und möglicherweise eine Vergrößerung des handmotorischen Areals bedingt. Es ist darauf hinzuweisen, dass bei diesen Musi-

. Abb. 56.4. Schematische Darstellung der Sulcus-centralis-Tiefe. Im oberen Bild sind die Horizontalebenen eingezeichnet, in denen die Sulcus-centralis-Tiefen vermessen wurden. Auf dem unteren Bild ist exemplarisch ein Horizontalschnitt mit den vermessenen Sulcus-centralisTiefen beider Hemisphären (Länge der schwarzen Striche) aufgeführt. Der Stern auf dem oberen Bild indiziert die Position des Horizontalschnittes hinsichtlich der Inferior-superior-Position. Das Handareal für die rechte und linke Hand ist durch weiße Pfeile indiziert. SC Sulcus centralis

kern eine mit dem Beginn des musikalischen Trainings korrelierende Reduktion der Handgeschicklichkeitsasymmetrie (rechte und linke Hand sind nahezu gleich gut bei Geschicklichkeitsaufgaben) beobachtet werden konnte (Jäncke et al. 1997a). Interessanterweise koinzidieren diese Befunde auch mit Resultaten, wonach Streicher über ein vergrößertes sensomotorisches Areal verfügen (Elbert et al. 1995c). Diese makroanatomischen Befunde lassen vermuten, dass einerseits mehr Neurone für die Kontrolle der dominanten Hand zur Verfügung stehen und dass andererseits bei professionellen Musikern grundsätzlich mehr Neurone für die Handkontrolle (auch der subdominanten Hand) vorgesehen sind. Die Links>rechts-Asymmetrie der Sulcus-centralis-Tiefe scheint eine Entsprechung auf Rückenmarksniveau zu haben: Eine kürzlich erschienene Arbeit konnte zeigen, dass in den entsprechenden Rückenmarkssegmenten, die die Motoneurone enthalten, welche die Handmuskulatur innervieren, auf der rechten Seite größere Motoneurone vorzufinden waren als auf der linken Seite. Diese spinale Rechts-links-Asymmetrie ist nicht in jenen Rückenmarkssegmenten zu finden, welche die unteren Extremitäten innervieren (Melsbach et al. 1996). ! Offenbar ist das Handareal kontralateral zur dominanten Hand anatomisch vergrößert.

591 56.4 · Der interhemisphärische Informationsaustausch

56.4

Der interhemisphärische Informationsaustausch

Es ist ein zunehmendes Interesse daran zu beobachten, anatomische Auffälligkeiten des Corpus callosum (7 auch Kap. 55) mit neuropsychologischen Befunden in Beziehung zu setzen. In den ersten Arbeiten zu diesem Thema wurde dargelegt, dass die Gehirne von nicht konsistenten Rechtshändern (insbesondere bei Männern) ein größeres Corpus callosum (objektiviert anhand der Mittsagittalfläche des Corpus callosum) aufweisen sollen, als die Gehirne konsistenter Rechtshänder (Witelson 1989). Vor allem das Splenium und der Isthmus (posteriore Teile der Corpus-callosumMittsagittalfläche; . Abb. 56.5) sollten bei nicht konsistenten Rechtshändern größer sein. Witelson vermutete, dass die größere Balkenfläche bei nicht konsistenten Rechtshändern Ausdruck einer stärkeren bihemisphärischen Repräsentation kognitiver Funktionen sei. Diese Vermutung ist dadurch begründet, dass die Händigkeit mit anderen lateralisierten Funktionen (z. B. auditorische Lateralisierung, Sprachperzeption und -verarbeitung) korreliert. Es ist also zu vermuten, dass nicht konsistente Rechtshänder auch hinsichtlich anderer lateralisierter Funktionen eher geringer lateralisiert sind und eine Tendenz zur funktionalen Symmetrie aufweisen. Symmetrisch angelegte Hemisphären und Verarbeitungsmechanismen erfordern wahrscheinlich einen intensiven interhemisphärischen Informationsaustausch, der möglicherweise durch eine größere Anzahl von Kommissuren begünstigt wird. Im Rahmen neuerer Untersuchungen mittels Magnetresonanztomographie (MRT) wurden auch junge und gesunde Personen präzise in vivo morphometrisch vermessen und die Größe der Corpus-callosum-Mittsagittalflächen ermittelt. Die bislang zu diesem Thema publizierten Studien konnten kein klares Bild bezüglich des Zusammenhanges zwischen der Größe des Corpus callosum und der funktionalen Lateralisierung aufdecken (zusammenfassend Jäncke et al. 1997a). Es konnte allerdings gezeigt werden, dass ein inverser Zusammenhang zwischen dem Gehirnvolumen und der Corpus-callosum-Größe besteht, der möglicherweise Geschlechtsunterschiede und unterschiedliche anatomische und funktionale Asymmetrien erklären könnte: Große Gehirne fielen durch ein relativ kleines Corpus callosum (Corpus callosum relativiert am Gehirnvolumen) auf, während kleine Gehirne erstaunlicherweise relativ große Corpus-callosum-Areale aufwiesen. Unter der Voraussetzung, dass große und kleine Gehirne sich nicht hinsichtlich der Neuronendichte und der interneuronalen

a

b . Abb. 56.5. a Schematische Darstellung eines Mittsagittalschnittes des Corpus callosums. Angegeben sind die üblichen Einteilungen des Corpus callosums in ein vorderes Drittel (1: Rostrum und Genu), ein mittleres Drittel (2: Truncus) und ein hinteres Drittel, das den Isthmus (3) und das Splenium (4) beinhaltet. Die Einteilung wird anhand einer gedachten Linie vorgenommen, welche die anteriore (AC) und posteriore (PC) Kommissur miteinander verbindet. b Mittsagittalschnitt eines MR-Bildes mit Corpus callosum (weißer Pfeil)

Vernetzung unterscheiden, und dass die Mittsagittalfläche des Corpus callosum Anzahl und/oder Dicke der die Mittellinie kreuzenden Axone indiziert, mag man nun spekulieren, dass große Gehirne verglichen mit kleinen Gehirnen über eine relativ reduzierte interhemisphärische Kommunikation verfügen. Diese Vermutung wird durch Simulationsrechnungen gestützt, die wahrscheinlich machen konnten, dass die mit zunehmender Hirngröße größer werdenden interhemisphärischen Distanzen zu groß werden, um in angemessener Zeit überbrückt zu werden. Um z. B. bei einem großen Gehirn die interhemisphärische Transmissionszeit für alle Axone in etwa der Größenordnung konstant zu halten, wie sie für kleinere Gehirne zu veranschlagen ist, müsste das Corpus callosum in Folge starker Myelinisierung besonders (überproportional) groß werden, ein Umstand, der nicht den oben besprochenen Befunden ent spricht. Hieraus könnte man ableiten, dass die funktionale Lateralisierung unter anderem (vielleicht sogar im Wesentlichen) eine Funktion der Hirngröße ist, wobei die funktio-

56

592

Kapitel 56 · Hirnanatomische Asymmetrien

. Tabelle 56.1. Zusammenfassende Darstellung der wesentlichen anatomischen Links-rechts-Asymmetrien

Anatomische Struktur

Typische Asymmetrie

Spezielle Befunde

Sylvi’sche Fissur

Links ausgeprägter horizontaler und kurzer vertikaler Verlauf Rechts kurzer horizontaler und längerer vertikaler Verlauf

Typischer Verlauf bei ca. 2/3 aller Gehirne

Heschl-Gyrus

Häufiger auf der rechten Hemisphäre zwei Heschl’sche Gyri

Planum temporale

Links>rechts (Volumen)

5 Bei Rechtshändern stärkere L>R-Asymmetrie als bei Linkshändern 5 Bei Linkshändern Tendenz zur Symmetrie 5 L>R-Asymmetrie bei Kindern im Alter von 8 Jahren in vollem Ausmaß vorhanden

56

5 Keine Konkordanz im Ausmaß und der Richtung der Planum temporale Asymmetrie 5 Bei absoluten hörenden Musikern exzessive L>R-Asymmetrie Auditorische Kortex (Heschl-Gyrus und Planum temporale)

Links > rechts

Volumen der weißen Substanz

Parasagittale Corpuscallosum-Bereiche

Rechts > links

Callosale Dicke des CCs im anterioren Truncus und im vorderen Drittel

Frontale Weite

Rechts>links

Etwas ausgeprägter bei Rechtshändern

Frontale Länge

Rechts>links

Kann auch auf fossilen Schädeln festgestellt werden

Okzipitale Weite

Links>rechts

Etwas ausgeprägter bei Rechtshändern

Okzipitale Länge

Links>rechts

Kann auch auf fossilen Schädeln festgestellt werden

Gyrus frontalis inferior Pars triangularis Pars opercularis

Links>rechts (Volumen) Links>rechts (Volumen)

Bei Rechtshändern stärker als bei Linkshändern Asymmetrieausmaß korreliert mit verbaler Flüssigkeit

Links>rechts (Tiefe auf Transversalschnitten)

5 Bei rechtshändigen Männern stärker als bei linkshändigen Männern

Sulcus centralis

5 Links>rechts-Asymmetrie bei professionellen Musikern geringer als bei Nichtmusikern 5 Sulcus-centralis-Tiefe korreliert mit dem Alter, bei dem Musiker mit dem musikalischen Training begonnen haben Kleinhirn

Rechts>links (Volumen)

Bei Rechtshändern stärker als bei Linkshändern

Hippocampus

Rechts>links (Volumen)

5 Insbesondere posteriore Hippocampusbereiche 5 Taxifahrer mit exzeptionellen räumlichen Orientierungsfähigkeiten weisen besonders große rechtsseitige hintere Hippocampusareale auf.

Größe der Motoneurone in Rückenmarkssegmenten, welche die Handmuskeln innervieren

Rechts>links (Volumen)

Inferiorer Parietallappen

Stärkere linkshemisphärische Faltung

593 56.5 · Weitere anatomische Asymmetrien

nale Lateralisierung sich in Folge der Notwendigkeit zur schnellen Kommunikation innerhalb funktionsverwandter neuronaler Netzwerke ergibt. Insofern könnte man auch in Frage stellen, ob, wie häufig vermutet, der Geschlechtsunterschied hinsichtlich des Ausmaßes von funktionalen Lateralisierungen direkt durch geschlechtsspezifische Einflüsse oder einfach durch den bekannten Gehirnengrößenunterschied zwischen den Geschlechtern zu erklären ist. In der Tat konnte gezeigt werden, dass Frauen mit großen Gehirnen in etwa gleich große Mittsagittalflächen des Corpus callosum aufweisen wie Männer mit großen Gehirnen. Komplementär hierzu fielen die Mittsagittalflächen des Corpus callosums bei Männern mit kleinen Gehirnen genauso groß (absolut) aus wie bei Frauen mit kleinen Gehirnen. ! Die Corpus-callosum-Mittsagittalfläche indiziert die Anzahl der durch das Callosum verlaufenden Axone. Kleine Gehirne verfügen über ein relativ großes Corpus callosum, während große Gehirne durch relativ kleine Corpus-callosum-Mittsagittalflächen auffallen.

56.5

Weitere anatomische Asymmetrien

Korrespondierend zu den Befunden bzgl. der Links> rechts-Asymmetrie der Sulcus-centralis-Tiefe, wurde eine Rechts>links-Volumenasymmetrie des Kleinhirns bei Rechtshändern aufgedeckt (Snyder et al. 1995). Da infolge der neuronalen Verschaltungsprinzipien die Hand vom ipsilateralen Kleinhirn und vom kontralateralen Motorkortex kontrolliert wird, könnten diese anatomischen Asymmetrien eine funktional bedingte Volumenasymmetrie des motorischen Systems widerspiegeln. Diese Volumenasymmetrien könnten dann entsprechende Unterschiede in der Anzahl und oder Größe der kortikalen und zerebellären Neurone indizieren. Neben den anatomischen Asymmetrien in diesen motorischen Arealen konnte neuerdings auch eine Links>rechtsVolumenasymmetrie in der Pars triangularis und Pars opercularis des Gyrus frontalis inferior nachgewiesen werden. Des weiteren konnte gezeigt werden, dass auf der lin-

ken Hemisphäre eine ausgeprägtere Fissurisierung des inferioren Frontalkortex vorliegt, da die den Pars triangularis abgrenzenden Sulci (Ramus anterior ascendens und Ramus anterior horizontalis (. Abb. 56.1) auf der linken Hemisphäre stärker ausgeprägt sind und auch auf dieser Hemisphäre häufiger zu finden sind. Diese anatomischen Asymmetrien im Bereich des »klassischen« Broca-Areals werden im Zusammenhang mit den in diesen Arealen lokalisierten expressiven Sprachfunktionen gesehen. Dieser Zusammenhang wird auch noch durch Befunde bestätigt, die eine Korrelation zwischen dem Ausmaß der Links>rechtsAsymmetrie und der Wortflüssigkeit belegen (Foundas et al. 1996; Ide et al. 1996). Hinsichtlich der Asymmetrien im Parietallappenbereich sind bislang eher qualitative Befunde berichtet worden, die allerdings eine stärkere kortikale Faltung auf der linken Hemisphäre nahelegen, da auf der linken Hemisphäre häufiger der intraparietale Sulcus sowie auch kleinere Sulci (z. B. Sulcus accessorius) feststellbar sind. Diese stärkere linkshemisphärische Faltung wird mit einer asymmetrischen Volumenzunahme im Parietallappen in Verbindung gebracht, welche im Zusammenhang mit der Etablierung höherer kognitiver Funktionen beim Menschen eingetreten sein soll (Ide et al. 1996). Neben diesen Links>rechts-Asymmetrien wird zunehmend auf eine Rechts>links-Asymmetrie des enthorhinalen Kortex und des Hippocampus hingewiesen. Hierbei fällt auf, dass offenbar der hintere Teil des Hippocampus eine besonders starke rechtsseitige Volumenasymmetrie aufweist. In diesem Zusammenhang interessant ist der neuerdings berichtete Befund, dass Taxifahrer mit einem hervorragend entwickelten räumlichen Gedächtnis einen besonders großen hinteren Hippocampus aufweisen (Maguire et al. 2000). Möglicherweise deutet dieser Befund darauf hin, dass die über einen längeren Zeitraum erworbenen räumlichen Orientierungsfähigkeiten mit einer Volumenzunahme in den für räumliche Gedächtnisfunktionen spezialisierten Hippocampusbereich einhergehen. Ein zusammenfassende Darstellung der wesentlichen anatomischen Links-rechts-Asymmetrien gibt . Tabelle 56.1.

56

594

Kapitel 56 · Hirnanatomische Asymmetrien

Zusammenfassung

56

Anatomische Asymmetrien sind schon früh beschrieben worden. Solche Asymmetrien wurden insbesondere für das Volumen und die Form perisylvischer Hirnbereiche aber auch für globale Kopfformmaße berichtet. Neuere In-vivo-Morphometriemethoden konnten diese älteren Befunde teilweise bestätigen und komplettieren. Hierbei zeigte sich, dass insbesondere das Planum temporale bei Rechtshändern hinsichtlich des Volumens auf der linken Hemisphäre signifikant größer als auf der rechten Hemisphäre ist. Dieses volumetrische Linksüberwiegen des Planum temporale korreliert auch mit einem asymmetrischen Verlauf der Sylvi’schen Fissur mit einem längeren horizontalen Abschnitt auf der linken Hemisphäre und einem längeren vertikalen Teil auf der rechten Hemisphäre. Neben diesen Asymmetrien konnten auch deutliche Asymmetrien hinsichtlich der Länge und Form des Sulcus centralis nachgewiesen werden, wonach die Tiefe des Sulcus centralis auf der linken Hemisphäre bei Rechtshän-

dern deutlicher ist als auf der rechten Hemisphäre. Weitere Asymmetrien werden konsistent für den Hippocampus und das Kleinhirn (rechts > links) berichtet. Bei einigen psychiatrischen Erkrankungen sind darüber hinaus Abweichungen vom normalen Asymmetriemuster festzustellen, sodass sich möglicherweise anhand der anatomischen Asymmetriemuster differentialdiagnostische Zeichen ergeben könnten. Im engen Zusammenhang mit diesen anatomischen Asymmetrien sind auch anatomische Kennwerte der interhemisphärischen Verkabelung zu sehen. Hierbei scheint sich anzudeuten, dass die Medianfläche des Corpus callosum in Abhängigkeit der Gehirngröße variiert. Diese Fläche nimmt mit zunehmendem Hirnvolumen lediglich unterproportional zu, was dadurch zu erklären ist, dass die interhemisphärische Kommunikation mit zunehmendem Hirnvolumen immer weniger effizient wird (insbesondere wegen den längeren Zeitverzögerungen), sodass mehr auf intrahemisphärische Assoziationsbahnen zurückgegriffen wird.

595

57 Funktionale Links-rechts-Asymmetrien Lutz Jäncke

57.1

Die Sprache: eine Funktion der linken Hemisphäre – 595

57.1.1 Experimentalpsychologische Befunde – 596 57.1.2 Untersuchungen an Split-brain-Patienten – 599

57.2

Weitere lateralisierte Funktionen

– 600

57.2.1 Die Entwicklung funktionaler Hemisphärenasymmetrien – 600 57.2.2 Geschlechtsunterschiede hinsichtlich funktionaler Asymmetrien – 602 57.2.3 Das Problem der »Dualisierung« – 603

)) Unter funktionalen Asymmetrien fasst man Leistungsunterschiede zwischen den Hirnhemisphären in der Wahrnehmung, Kognition sowie der motorischen Kontrolle zusammen. Solche Leistungsunterschiede wurden erstmalig durch Läsionsstudien in der Mitte des 19. Jahrhunderts aufgedeckt. Im Rahmen dieses Kapitels werden die wesentlichsten funktionalen Asymmetrien dargestellt, soweit sie an gesunden Personen erhoben werden können. Funktionale Asymmetrien im Zusammenhang mit neurologischen Erkrankungen werden in den entsprechenden Kapiteln dieses Lehrbuches gewürdigt (z. B. Aufmerksamkeitsstörungen, Aphasien, Apraxien und Agnosien). Die am häufigsten untersuchte funktionale Asymmetrie »Händigkeit« wird in einem gesonderten Kapitel dargestellt (7Kap. 58).

57.1

Die Sprache: eine Funktion der linken Hemisphäre

Unter Sprachlateralisierung versteht man, dass perzeptive und expressive Sprachfunktionen bevorzugt oder effizienter von einer Hemisphäre verarbeitet werden. Die für die Verarbeitung der Sprachfunktionen effizientere Hemisphäre wird allgemein auch als »sprachdominante« Hemisphäre bezeichnet. Im Rahmen von umfangreichen neurologi-

schen Studien konnte die linkshemisphärische Verarbeitungs- bzw. Kontrolldominanz für Sprachmaterial differenziert belegt werden (zusammenfassend bei Bryden et al. 1996). So wurde z. B. die Aphasieprävalenz bei Vorliegen von rechts- und linkshemisphärischer Läsion in Abhängigkeit von der Händigkeit der Patienten überprüft. Erkenntnisse über die Sprachlateralisierung liefern auch Befunde, die mit dem sog. Wada-Test erzielt wurden. Hierbei wird den Patienten ein sehr schnell und kurzzeitig wirkendes Barbiturat (Natrium-Amobarbital) in die linke oder rechte A. carotis interna injiziert. Während der Injektion treten Hemiparesen und je nach Seite der Injektion und Sprachlateralisierung des Patienten aphasische Symptome auf. Treten z. B. bei Hemmung der linken Hemisphäre aphasische Symptome auf, so kann man davon ausgehen, dass der Patient eindeutig linkshemisphärisch sprachdominant ist. An neurologisch gesunden, aber endogen depressiven Patienten wurden während der Elektrokrampftherapie Befunde erhoben, die Rückschlüsse auf die Sprachlateralisierung erlauben. Hierbei wurden den Patienten unilateral Elektroschocks an der linken und rechten Kopfhälfte appliziert und nachfolgende Dysphasien registriert. Zusammengefasst konnte in all diesen Studien zur Sprachlateralisierung festgestellt werden, dass fast alle Rechtshänder über eine linkshemisphärische Sprachdominanz zu verfügen scheinen. Hinsichtlich der Sprachlateralisierung von Linkshändern sind die Befunde recht heterogen. So schwanken die Schätzungen für linkshemisphärische Sprachdominanz bei Linkshändern zwischen 23 und 78%, während bihemisphärische Sprachorganisation bei 9–66% und rechtshemisphärische Sprachorganisation bei 11–19% der Linkshänder konstatiert wird. ! Fast alle Rechtshänder verfügen über eine linkshemisphärische Sprachdominanz (ca. 99%). Auch Linkshänder verfügen wahrscheinlich überwiegend über eine linkshemisphärische Sprachdominanz (ca. zwei Drittel aller Linkshänder). Nur wenige Linkshänder weisen eine bihemisphärische oder rechtshemisphärische Sprachlateralisieungen auf.

57

596

Kapitel 57 · Funktionale Links-rechts-Asymmetrien

57.1.1

Experimentalpsychologische Befunde

LG Temporal

57

Prävalenzschätzungen für das Vorliegen links- und rechtshemisphärischer Sprachdominanz können insbesondere anhand der Befunde von verbalen dichotischen Hörtests und tachistoskopischen gesichtsfeldabhängigen Präsentationen von verbalem Material geleistet werden. Die gesichtsfeldabhängige tachistoskopische Darbietung von diversen Reizen ist eines der am häufigsten verwendeten neuropsychologischen Testverfahren, mit denen selektiv eine der beiden Hemisphären gereizt werden kann. Hierbei werden den Versuchspersonen kurzzeitig (ca. 100–200 ms) Buchstaben, Wörter oder diverse Objekte entweder im rechten oder linken Gesichtsfeld dargeboten. Gelegentlich werden auch beide Gesichtsfelder gleichzeitig stimuliert. Die kurzen Darbietungszeiten sollen verhindern, dass die Versuchspersonen durch selbst initiierte kurze Augenbewegungen das jeweils andere Gesichtsfeld reizen. Das mittels dieser Technik eine spezifische Reizung einer der beiden Hemisphären möglich ist, liegt an der Verschaltung der Sehnerven, welche dazu führt, dass das rechte Gesichtsfeld mit der linken und das linke Gesichtsfeld mit der rechten Hemisphäre direkt verbunden ist. Hierbei projizieren die Nerven aus dem nasalen Retinabereich des rechten Auges und die Nerven aus dem temporalen Bereich des linken Auges in den linken primären visuellen Kortex (Area 17, 18 nach Brodmann; 7 auch Kap. 8). Temporale Retinabereiche des rechten Auges und nasale Retinabereiche des linken Auges projizieren in den rechten primären visuellen Kortex (. Abb. 57.1). Im Wesentlichen konnte mittels dieser Versuchsanordnung gezeigt werden, dass Rechtshänder die im rechten Gesichtsfeld dargebotenen Wörter und Buchstaben schneller und präziser erkennen, als wenn diese Reize im linken Gesichtsfeld dargeboten werden. Andererseits haben mehrere Untersuchungen nachgewiesen, dass Gesichtsabbildungen, die in der linken Gesichtsfeldhälfte dargeboten werden, schneller und präziser erkannt werden, als wenn sie in der rechten Gesichtsfeldhälfte gezeigt werden. Aus anderen Arbeiten wissen wir, dass sich Vpn besser an die Lage von Punkten auf einer Karte erinnern können, wenn das Material zunächst der linken Gesichtsfeldhälfte präsentiert wird. Diese Befunde werden häufig als Beleg dafür angeführt, dass sich in den Gesichtsfeldunterschieden Hemisphärenunterschiede widerspiegeln. Der Vorteil der rechten Gesichtsfeldhälfte gibt die Spezialisierung der linken Hemisphäre für Sprachfunktionen wieder, und der Vorteil der

RG

Nasal Chiasma opticum

Temporal

Pulvinar Nucleus geniculatum laterale Colliculus superior Radiatio optica Primäre Sehrinde

. Abb. 57.1. Schematische Darstellung der neuronalen Verschaltung der an der gesichtsfeldabhängigen tachistoskopischen Darbietung beteiligten Hirnstrukturen. LG linkes Gesichtsfeld; RG rechtes Gesichtsfeld

linken Gesichtsfeldhälfte wird auf die rechtshemisphärische Spezialisierung für die Verarbeitung visuell-räumlicher Informationen zurückgeführt. Die oben dargestellten Leistungsunterschiede werden im Wesentlichen durch 2 Modelle zu erklären versucht. Das erste ist das »Modell des direkten Zugriffs« (»direct access model«) und das zweite das »Weiterleitungsmodell« (»relay model«). Im Rahmen des ersten Modells wird angenommen, dass die Information von derjenigen Hemisphäre verarbeitet wird, welche zuerst diese Information übermittelt bekommt. Dies würde bedeuten, dass Bearbeitungsdefizite auftreten, wenn die Information in die für die übermittelten Reize subdominante bzw. nichtspezialisierte Hemisphäre übertragen würde. Beim »Weiterleitungsmodell« geht man davon aus, dass die Verarbeitung bestimmter Informationen immer durch die spezialisierte Hemisphäre erfolgen soll. Werden die Informationen mittels der gesichtsfeldabhängigen Reizung in die nicht spezialisierte Hemisphäre übertragen, werden diese Informationen gemäß dieser Modellvorstellung über die Kommissuren in die spezialisierte Hemisphäre weitergeleitet. Durch diesen interhemisphärischen Informationsaustausch soll dann ein Informationsverlust oder auch die Abnahme des Signal-Rauschen-Verhältnisses stattfinden, das den Nachteil der dem subdominanten Gesichtsfeld angeschlossenen neuronalen Strukturen bedingen soll. Dass dem interhemisphärischen Informationsaustausch eine wichtige Bedeutung bei der gesichtsfeldabhängigen tachistoskopischen Reizung zukommt, konnte Sperry (1974) an Patienten mit durchtrenntem Corpus callosum nachweisen. Allerdings zeigen neuere Untersuchungen

597 57.1 · Die Sprache: eine Funktion der linken Hemisphäre

unter Verwendung der tachistoskopischen Darbietungstechnik an Patienten mit einer Corpus-callosum-Agenesie, dass diese Patienten »Gleich-verschieden«-Urteile treffen können, wenn sie aufgefordert werden, die in die beiden Hemisphären übermittelten Informationen miteinander zu vergleichen. Solche Befunde gaben Anlass zu der Vermutung, dass bei solchen Patienten auch extracallosale Informationswege (auch über die vordere Kommissur) zum interhemisphärischen Informationsaustausch eingesetzt werden können. Allerdings konnten Karnath et al. (1991a) im Rahmen einer Fallstudie zeigen, dass solche interhemisphärischen Informationsaustauschprozesse bei Corpus-callosum-Agenesie, also einer Anlagestörung des Corpus callosum, nur für relativ einfache Reizkonstellationen gelingen, was daran erkennbar ist, dass nur einfache Vergleiche zwischen den Hemisphären möglich sind. Differenziertere Urteile, z. B. beim Vergleich von Objekten, die sich nur in wenigen Aspekten unterscheiden, sind praktisch gar nicht mehr möglich. ! Anhand von 2 Modellen wird das Zustandekommen von funktionalen Asymmetrien zu erklären versucht: das Weiterleitungsmodell (»callosal relay«) und das Modell des direkten Zugriffs (»direct access«).

Der dichotische Hörtest ist eines der gebräuchlichsten Verfahren, mittels dessen man funktionale auditorische Lateralisationen zu messen glaubt. Ursprünglich wurde dieses Verfahren entwickelt, um selektive Aufmerksamkeitsprozesse zu studieren. Kimura (1961) verwandte als erste die Methode der dichotischen Darbietung von auditiven Signalen, um Lateralisierungen von auditiven Sprachfunktionen beim Menschen nachzuweisen. Wesentlichstes Prinzip dieser Methodik ist es, den Versuchspersonen auf beiden Ohren gleichzeitig unterschiedliche akustische Reize darzubieten (. Abb. 57.2). Kimura konnte mittels dieser Technik einen engen Zusammenhang zwischen der Hemisphärenlateralisierung und dem Ergebnis des dichotischen Tests feststellen: Individuen, die bezüglich der Sprachverarbeitung linkshemisphärisch dominant waren, reproduzierten bei der dichotischen Darbietung von sprachlichem Material die akustischen Reize präziser, die dem rechten Ohr zugeleitet wurden. Die Individuen, die bezüglich der Sprachverarbeitung rechtshemisphärisch dominant waren, reproduzierten solches Material akkurater, wenn es dem linken Ohr dargeboten wurde. Das heißt, es ist eine Rechtsohrüberlegenheit (ROV: Rechtsohrvorteil) für die Verarbeitung von sprachlichem Material in der Regel nur bei kortikal linksdominanten Personen und eine Linksohr-

. Abb. 57.2. Schematische Darstellung des Prinzips der dichotischen Hörtestung und der neuronalen Verschaltung der beim dichotischen Hören beteiligten Hirnstrukturen. L, R linke und rechte Hemisphäre

überlegenheit (LOV: Linksohrvorteil) bei kortikal rechtsdominanten Personen zu beobachten. Zu beachten ist, dass diese Ohrvorteilseffekte in der Regel nur bei dichotischen, aber nicht monauralen Testsituationen auftreten. Daher wird vermutet, dass bei der dichotischen Stimulation bereits subkortikal Selektionsprozesse ausgelöst werden, die letztlich die Ohrvorteilseffekte bedingen (Hugdahl et al. 1990). Es soll allerdings darauf hingewiesen werden, dass die physiologischen Ursachen der Ohrvorteilseffekte bislang noch ungeklärt sind. Diskutiert werden diesbezüglich unterschiedliche physiologische Modelle (Hugdahl 1995). Am wahrscheinlichsten scheinen Interaktionen zwischen lateralisierten spezialisierten neuronalen Netzwerken und Top-down-Mechanismen für diese Ohrvorteilseffekte verantwortlich zu sein. Sofern verbale Reize dichotisch dargeboten werden, sind wahrscheinlich die auf dem linken Gyrus temporalis superior für die Sprachverarbeitung spezialisierten neuronalen Netzwerke stärker aktiviert und scheinen im Sinne eines Top-down-Mechanismus die kontralaterale Hörbahn zu »bahnen« (Jäncke et al. 2001). Obwohl dieses Modell plausibel erscheint und mit älteren Verhaltensexperimenten übereinstimmt, muss eine endgültige Bestätigung noch erbracht werden. Die mit den dichotischen und tachistoskopischen Tests ermittelten Befunde hinsichtlich der Sprachlateralisierung lassen sich wie folgt zusammenfassen: 85–94% der Rechtshänder und 70–80% der Linkshänder weisen einen linkshemisphärischen Vorteil bei der Verarbeitung von verbalem Material auf (Bryden 1988; McKeever et al. 1995). Einen signifikanten Linksohrvorteil und/oder einen signifi-

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598

Kapitel 57 · Funktionale Links-rechts-Asymmetrien

kanten Vorteil der linken Gesichtfeldhälfte für verbales Material zeigen lediglich 5% der Rechts- und maximal 15% der Linkshänder. Diese Befunde bestätigen teilweise die bereits dargestellten Befunde, welche anhand von Läsionsstudien und Wada-Tests gewonnen wurden. Allerdings lassen die Studien an gesunden Probanden vermuten, dass etwas mehr Linkshänder, als es ältere neurologische Studien vermuten lassen, über eine »typische« linkshemisphärische Sprachdominanz zu verfügen scheinen. ! Klassische experimentalpsychologische Tests zur Ermittlung von funktionalen Asymmetrien sind der dichotische Hör test und die gesichtsfeldabhängige tachistoskopische Stimulation.

57

In Folge der voranschreitenden technischen Entwicklung werden zunehmend moderne Methoden (fMRT, PET, MEG, TMS, EEG und funktionelle Dopplersonographie) erfolgreich in der Hemisphärenasymmetrieforschung eingesetzt. Obwohl in diesen Studien relativ kleine Probandengruppen untersucht wurden, die eine Verallgemeinerung der Befunde erschweren, sind diese Befunde für die Asymmetrieforschung von besonderer Bedeutung, da sie neurophysiologische Hirnarealen zuzuordnen sind. Folgende Befunde konnten festgestellt werden: 1. Visuell oder auditorisch dargebotene Wörter, Buchstaben oder Sätze sind bei Rechtshändern in der Regel mit linksseitig dominierenden Aktivierungen in perisylvischen Hirngebieten (Wernicke- und Broca-Areal) assoziiert. Bei Linkshändern sind die asymmetrischen Aktivierungen entweder schwächer oder nicht mehr vorhanden (Josse u. Tzourio-Mazoyer 2004). 2. Auditorisch dargebotene Phonem-Identifikationsaufgaben (z.B. bei der Diskrimination zwischen stimmhaften und stimmlosen Konsonanten) evozierten starke hämodynamische Reaktionen im linksseitigen Planum temporale (Jäncke et al. 2002). 3. Diskrimination kurzer audiorischer Intervalle ist mit linksseitigen Aktivierungen im posterioren auditorischen Kortex assoziiert (Zaehle et al. 2004). 4. Prosodische Diskriminationsaufgaben führten zu gesteigerten Durchblutungen im rechten Gyrus frontalis inferior (Buchanan et al. 2000). 5. Wortgenerierungsaufgaben sind mit starken linkseitigen Aktivierungen vor allem im Gyrus frontalis inferior verbunden (Rowan et al. 2004).Unter Verwendung der nichtinvasiven Dopplersonographie der A. cerebria media konnten bei Wortgenerierungsaufgaben gesteigerte Durchblutungen auf der linken Seite festgestellt

werden. Im Übrigen kehrt sich die Asymmetrie bei konsistenten Linkshändern um. Die asymmetrischen Durchblutungen korrelieren auch sehr gut mit WadaTestergebnissen bezüglich der Hemispärenasymmetrie (Knecht et al. 2000). 6. Semantische Entscheidungsaufgaben sind bei Rechtshändern mit linksseitigen Aktivierungen im inferioren Teil des Gyrus frontalis assoziiert (Noesselt et al. 2003) 7. Elementare Aufmerksamkeitsfunktionen (z.B. intrinsische Alertness) werden über ein rechtsseitig lokalisiertes Netzwerk unter Einschluss des Frontal- und Parietallappens kontrolliert (Sturm et al. 2004) 8. Objektorientierte Aufmerksamkeitsprozesse werden eher durch linksseitige neuronale Netzwerke um den intraparietalen Sulcus kontrolliert (Wilson et al. 2005) 9. Linksseitige Amygdalaaktivierungen sind häufiger und intensiver bei emotionalen visuellen und auditorischen Stimuli (Baas et al. 2004) 10. Stärkere linksseitige Aktivierungen wurden für Annäherungsemotionen (»approach«) gefunden, während negative Emotionen (z.B. »withdrawal«) mit ehr bilateralen Aktivierungen verbunden waren (Murphy et al. 2003). 11. Während autobiographischer Gedächtnisprozesse zeigte der dorsale Amygdala-Hippocampus-Komplex eine eher rechtsseitige Aktivitätsdominanz, wobei diese Dominanz abnimmt, je weiter die zu erinnernden Informationen zeitlich zurückreichen (Maguire u. Frith 2003). 12. Der rechtsseitige Parietallappen unter Einschluss des intraparietalen Sulcus ist stärker in der Verarbeitung von visuell-räumlichen Informationen eingebunden (Sack et al. 2002). 13. »Set-shifting« getestet mit Aufgaben, die dem Wisconsin-Card-Sorting-Test sehr ähnlich sind, sind insbesondere mit bilateralen Aktivierungen im frontalen Kortex verbunden. Negative Rückmeldungen im Zusammenhang mit dem Lösen dieser Aufgaben führen allerdings zu deutlich rechtsseitig dominierenden Aktivierungen. Linksseitige Frontalhirnstrukturen sind insbesondere dann aktiv, wenn neue Verhaltensmuster angepasst werden müssen (Konishi et al. 2002). 14. Der linksseitige Frontallkortex ist besonders effizient in verschiedene Gedächtnis- und Arbeitsgedächtnisprozesse eingebunden. Diskutiert wird immer noch das so genannte HERA-Modell (Hemispheric Encoding Retrieval Asymmetry; Enkodieren linksseitig und Retrieval rechtsseitig) (Fletcher u. Henson 2001).

599 57.1 · Die Sprache: eine Funktion der linken Hemisphäre

! PET- und fMRT-Studien ergeben klare Hinweise für lateralisierte Aktivierungen für unterschiedliche Funktionen.

57.1.2

Untersuchungen an Split-brain-Patienten

Eine besondere Bedeutung für die Hemisphärenasymmetrieforschung haben die Befunde, welche im Zusammenhang mit neuropsychologischen Untersuchungen von Split-brain-Patienten erhoben werden konnten. Hierbei handelt es sich um Patienten, deren Corpus callosum neurochirurgisch vollständig durchtrennt worden ist. Diese Operation wurde seinerzeit als notwendig erachtet, um die Ausbreitung epileptischer Anfälle von einer auf die andere Hemisphäre zu unterbinden. Eine größere Gruppe von ca. 2 Dutzend Patienten wurde in den 60er-Jahren des 20. Jahrhunderts von den Neurochirurgen Bogen und Vogel diesbezüglich operiert. Es zeigte sich, dass dieser operative Eingriff in der Tat zur Abmilderung der epileptischen Symptomatik beitrug. Nachfolgende neuropsychologische Untersuchungen unter Einsatz experimentalpsychologischer Techniken (7 oben) legten nahe, dass die beiden Hemisphären solcher Patienten nahezu unabhängig voneinander arbeiten, wobei jede Hemisphäre typische Verarbeitungspräferenzen aufweist. Diese Erkenntnis ist im Wesentlichen den Arbeiten von Roger Sperry und seinen Kollegen zu verdanken (Sperry 1974), wobei Sperry für diese Arbeiten letztlich den Nobelpreis für Physiologie erhielt. Die Unabhängigkeit und Spezialisierung beider Hemisphären konnte Sperry im Wesentlichen durch die Anwendung von 3 Methoden beweisen, nämlich der tachistoskopischen Darbietung von visuellen Stimuli in jeweils getrennte Gesichtsfelder, der taktilen Stimulation einer Hand ohne visuelle Begleitinformation sowie der dichotischen Hörtestung (7 oben). Die Split-brain-Patienten, welche ursprünglich von Bogen und Vogel operiert worden waren und als »Bogen-Vogel-Serie« oder »California-Serie« in die Literatur eingegangen sind, sind bis zum heutigen Zeitpunkt unzählige Male untersucht worden. Zusammengefasst konnte festgestellt werden, dass die selektive Stimulation der linken Hemisphäre (entweder visuell, auditorisch oder taktil) dazu führte, dass die so präsentierten Stimuli verbal benannt bzw. verarbeitet werden konnten. Sofern allerdings die Stimuli selektiv der rechten Hemisphäre zugeführt wurden, war die verbale Bearbeitung bzw. Verarbeitung defizitär bzw. nicht möglich. Neben

diesen klassischen Befunden konnten auch selektive Bevorzugungen der rechten Hemisphäre für emotionale bzw. holistische Reize gefunden werden. Besonders interessant sind Befunde, welche in den 70er- und 80er-Jahren relativ wenig Beachtung gefunden haben, die allerdings für die gegenwärtige – auch von den Neurowissenschaften – forcierte Bewussteinsforschung von besonderer Bedeutung sind. Man konnte nämlich zeigen, dass Aufforderungen zu Handlungen, welche in die weniger sprachkompetente Hemisphäre projiziert wurden, wahrscheinlich von der linken Hemisphäre gemäß personentypischer kognitiver Schemata interpretiert werden. Wenn z. B. einem Splitbrain-Patienten der Befehl »steh auf und geh zur Tür« tachistoskopisch in die rechte Hemisphäre projiziert wird, dann wird er diesen Befehl ausführen und zur Tür gehen. Auf die Frage, warum er zur Tür geht, wird der Patient nicht angeben, dass er durch einen verbalen Befehl zu diesem Verhalten aufgefordert wurde, sondern er wird sein Verhalten gemäß eines ihm logischen kognitiven Schemas interpretieren. So wird er möglicherweise antworten, dass er gerade aufgestanden sei, um Kaffee zu holen. Wird der Befehl allerdings in die sprachkompetente linke Hemisphäre projiziert, wird der Patient ebenfalls aufstehen und zur Türe gehen, auf Nachfrage allerdings angeben, dass ihm dieser Befehl auf dem Projektionsschirm präsentiert wurde. Es besteht insofern kein Interpretationsbedarf, da ja die sprachkompetente linke Hemisphäre »weiß«, dass der Grund für das Verhalten eine verbale Aufforderung ist. Diese und ähnliche Befunde lassen vermuten, dass die linke Hemisphäre intensiv in die (verbale) Interpretation der Umwelt und unseres Verhaltens involviert ist. Gelegentlich wird auch vermutet, dass beide Hemisphären über getrennte »Willenssysteme« verfügen, wobei in unserer sprachdominierten Kultur das sprachlich kontrollierte »Willenssystem« der linken Hemisphäre dominieren soll. Insofern wäre das Corpus callosum ein »Organ« mit dem eine Einheit zwischen beiden Hemisphären bzw. »Willenssystemen« herbeigeführt wird. In diesem Zusammenhang soll auf weitere interessante Befunde hingewiesen werden. Wie schon dargestellt, sind diese Split-brain-Patienten sehr intensiv untersucht worden. Einige dieser Patienten haben ein hohes Alter erreicht und scheinen im Laufe ihres Lebens den Grad der Hemisphärenasymmetrie verändert zu haben. So berichtet z. B. Michael Corballis (1991) von einem Split-brain-Patienten, der mit der Zeit gelernt hatte, räumliche Verarbeitungsfunktionen nicht nur mit der rechten Hemisphäre exzellent zu bearbeiten (was normal ist), sondern auch mit der linken

57

600

Kapitel 57 · Funktionale Links-rechts-Asymmetrien

Hemisphäre (was untypisch ist). Offenbar hat unser Gehirn die Fähigkeit, sich im Zuge unterschiedlicher Erfahrungen auch hinsichtlich der funktionalen Hemisphärenasymmetrie zu reorganisieren.

57.2

57

Weitere lateralisierte Funktionen

Die Analyse von funktionalen nonverbalen Asymmetrien ergab verglichen mit den funktionalen verbalen Asymmetrien ein etwas heterogeneres Bild. Die Befunde hierzu sind in den . Tabellen 57.1 und 57.2 zusammengefasst. Man erkennt hier, dass für nichtverbale tachistoskopische Aufgaben, in denen das Zählen von Punkten, die Identifikation von Gesichtern, das Erkennen von Mustern und die Analyse von Linienorientierungen gefordert wurde, Bevorzugungen des linken Gesichtsfeldes festzustellen waren. Auffallend war auch, dass mentale Rotationsaufgaben, welche immer als klassisches Beispiel für rechtshemisphärische Funktionen galten, keine deutlichen funktionalen Asymmetrien hervorriefen. Hinsichtlich auditorischer Funktionen sind es vor allem Musikreize, welche einen Linksohrvorteil (rechtshemisphärische Verarbeitungsdominanz) evozieren. Grundsätzlich ist allerdings aus . Tabelle 57.1 ersehbar, dass die Lateralisierungseffekte bei nonverbalen Aufgaben durchweg geringer ausfallen als bei verbalen Aufgaben. Möglicherweise deutet sich hier an, dass viele der nonverbalen Aufgaben durch räumlich verteiltere Netzwerke und nicht durch lateralisierte fokale Netzwerke verarbeitet werden. Experimentalpsychologische Befunde belegen, dass die linke Hemisphäre eine »lokale«, während die rechte Hemisphäre eine »globale« Verarbeitungsstrategie bevorzugt. Hierunter versteht man, dass z.B. bei Darbietung visueller Reize, die rechte Hemisphäre die globale Form des Reizes analysiert, während die linke Hemisphäre eher die Details also die »lokalen« (besser fokalen oder detaillierten) Aspekte des visuellen Reizes bevorzugt analysiert. Kürzlich konnten Fink et al. (1996a) diesen interhemisphärischen Verarbeitungsunterschied anhand einer eindrucksvollen PETStudie deutlich machen. Bei der Beachtung der »globalen« Reizaspekte ergab sich eine Aktivierung des rechten Gyrus lingualis, während die »lokale« Reizanalyse mit Aktivierungen des linken inferior okzipitalen Kortex einherging. Letztlich soll noch erwähnt werden, dass sich zunehmend Befunde mehren, die Hemisphärenasymmetrien mit der Kontrolle von Emotionen bzw. mit der Verarbeitung von emotionalen Reizen in Zusammenhang bringen. So ist

z. B. aus der klinisch neuropsychologischen Literatur bekannt, dass bei rechtshemisphärischen Läsionen prosodische Aspekte der Sprache und affektive Inhalte von visuellen Reizen (z.B. Gesichtsausdrücken) nicht mehr angemessen verarbeitet und auch nicht mehr generiert werden können. Gestützt werden diese Befunde auch durch Arbeiten an gesunden Probanden, bei denen gezeigt werden konnte, dass im verbalen dichotischen Hörtest ein Linksohrvorteil (Verarbeitungsdominanz der rechten Hemisphäre) evoziert werden konnte, wenn bei den dargebotenen Wörtern die Analyse der emotionalen Stimmung und nicht die Analyse des phonetischen oder semantischen Kontextes im Vordergrund stand. Stand bei den gleichen verbalen Reizen die Analyse phonetischer Aspekte im Vordergrund, ergab sich wieder der bekannte Rechtsohrvorteil, welcher eine linkshemisphärische Verarbeitungsdominanz indiziert (Bulman Fleming u. Bryden 1994). Obwohl die rechte Hemisphäre offenbar stärker in die Verarbeitung emotionaler Prozesse involviert ist, bedeutet dies aber nicht, dass die linke Hemisphäre ausschließlich mit der Analyse nichtaffektiver Informationen betraut ist. Die Arbeiten von Davidson et al. (1999) legen vielmehr nahe, dass die linke Hemisphäre (insbesondere frontale Hirnbereiche) in die Kontrolle von Annäherungsverhalten bzw. der Analyse von Reizen, die mit Annäherungsverhalten in Zusammenhang zu bringen sind, involviert ist. Die rechte Hemisphäre dagegen soll eher mit der Kontrolle und Analyse von Abwehrverhalten beschäftigt sein. In diesem Sinne ist zu vermuten, dass beide Hemisphären in die Analyse und Kontrolle von Emotionen eingebunden sind, nur wahrscheinlich in unterschiedlicher Weise. ! Nichtsprachliche psychische Funktionen sind meist weniger stark lateralisiert.

57.2.1

Die Entwicklung funktionaler Hemisphärenasymmetrien

Hinsichtlich der Ontogenese von funktionalen Asymmetrien ergaben klinische und nichtklinische Studien, dass Asymmetrien schon im Säuglingsalter existieren. Feten führen bevorzugt den rechten und nicht den linken Daumen zum Mund, um an ihm zu saugen. Im Säuglingsalter fallen auch die typischen funktionalen Asymmetrien, z.B. Bevorzugung einer, meist der rechten Hand und der Rechtsohrvorteil für sprachliches Material im dichotischen Test, auf. Auffallend ist lediglich, dass klinische Studien eine größere funktionale Plastizität nach unilateraler Läsion bei

601 57.2 · Weitere lateralisierte Funktionen

. Tabelle 57.1. Metaanalytische Befunde der Lateralisierungseffekte für gesichtsfeldabhängige tachistoskopische Reizungen und dichotische Hörtests. Die Effektgröße gibt die an der geschätzten Standardabweichung normierte Leistungsdifferenz zwischen dem linken und rechten Gesichtsfeld (lGF, rGF), bzw. dem linken und rechten Ohr (lOhr, rOhr) wieder. (Nach Voyer 1996)

Reizklasse

Testmodalität

Asymmetrierichtung

Effektgröße

Benennen

Visuell

rGF > lGF

1,04a

Buchstaben

Visuell

rGF > lGF

0,65a

Zahlwörter

Visuell

rGF > lGF

0,63a

Lexikalische Entscheidungen

Visuell

rGF > lGF

0,58a

Bild-Wort-Vergleich

Visuell

rGF > lGF

0,50a

Verbale Stimuli

Auditorisch

rOhr > lOhr

0,52a

Punkte aufzählen

Visuell

lGF > rGF

0,65a

Gesichtererkennen

Visuell

lGF > rGF

0,49a

Mustererkennen

Visuell

lGF > rGF

0,36a

Linienorientierungen

Visuell

lGF > rGF

0,34a

Objekte erkennen

Visuell

lGF > rGF

0,29a

Punkte erkennen

Visuell

lGF > rGF

0,26a

Nonverbale Stimuli (Musik)

Auditorisch

lOhr > rOhr

0,39a

Verbale Aufgaben

Nonverbale Aufgaben

a

Signifikante Asymmetrie mit p < 0.05.

. Tabelle 57.2. Zusammenfassung der Reizklassen und Systeme, für die lateralisierte Verarbeitungen festgestellt wurden. Aufgeführt sind auch Reizklassen, die im Text keine Erwähnung fanden (hierzu auch Davidson u. Hugdahl 1995)

Linke Hemisphäre

Rechte Hemisphäre

Visuell

Buchstaben Wörter lokale Informationen

Komplexe geometrische Muster Tiefeninformationen, stereoskopisches Sehen Globale Informationen Gesichter Farben

Auditorisch

Sprachlaute Kurz aufeinanderfolgende auditorische Reize

Musik Umgebungsgeräusche Länger aufeinanderfolgende auditorische Reize

Motorisch

Feinmotorik, Zielmotorik

Haltung, Stand

Systeme

Sprache (allgemein) Emotion( Annäherung) Verbales Gedächtnis Arithmetik

Prosodie Emotion (Abwehr) Visuelles Gedächtnis

Somatosensorisch

Taktiles Erkennen komplexer Muster (Braille)

Verarbeitung sequentieller Informationen

Aufmerksamkeit (übergeordnet) Verarbeitung von Mustern

57

602

Kapitel 57 · Funktionale Links-rechts-Asymmetrien

Kindern nahelegen. So scheinen linksseitige Läsionen bei Kindern, welche den Spracherwerb noch nicht abgeschlossen haben, mit Aphasien assoziiert zu sein, die sich schneller zurückbilden. Offenbar verfügen junge Gehirne über eine überlegene Fähigkeit, sich nach Läsionen neu zu organisieren (zusammengefasst bei Previc 1991). Es wurde versucht, die auffälligen funktionalen Hemisphärenasymmetrien mit Hilfe von Modellen zu erklären, die genetische, reifungsbiologische oder exogene Faktoren, wie z.B. soziale Beeinflussung oder Geburtstraumata, favorisieren (zusammenfassend in Provins 1997a). Im Folgenden werden einige wesentliche Aspekte hinsichtlich der möglichen Ursachen von Hemisphärenasymmetrien angesprochen.

57

Genetische oder nichtgenetische Modelle zur Erklärung der Hemisphärenasymmetrie Im Rahmen der genetischen Modelle werden ein oder zwei Gene postuliert, welche die Händigkeit und die kortikale Sprachdominanz entweder getrennt oder gekoppelt genetisch prädisponieren sollen. Die zur Unterstützung dieser Modelle angefertigten Modellrechnungen können zwar die Prävalenz von Rechts- und Linkshändigkeit recht gut erklären, sind allerdings ungeeignet, die Händigkeitsprävalenz bei eineiigen Zwillingen vorherzusagen bzw. zu erklären. So ist z.B. bekannt, dass ca. 20% aller eineiigen Zwillinge eine diskordante Händigkeit aufweisen (ein Zwilling rechts- und der andere Zwilling linkshändig). Solche Diskordanzen sind im Rahmen »strenger« genetischer Modelle nicht möglich, denn die Zwillinge sollten dann auch eine ähnliche, wenn nicht gar die gleiche Hemisphären- und Handdominanz aufweisen. Das etwas »moderatere« genetische Modell von Marian Annett (1996b) kann dieses Problem durch einen zusätzlich aufgenommenen »Zufallsfaktor« erklären, der beim Fehlen eines »Händigkeitsgens« Richtung und Ausmaß der Asymmetrie per Zufall entstehen lassen soll. Trotz der teilweise einleuchtenden Resultate der Modellrechnungen darf allerdings nicht außer Acht gelassen werden, dass bislang keine empirische Evidenz für genetische Ursachen von funktionalen Asymmetrien vorliegt. So erbrachten Zwillingsstudien bislang keinerlei Hinweise für eine Konkordanz innerhalb eineiiger Zwillinge hinsichtlich funktionaler Asymmetrien (Jäncke u. Steinmetz 1994, 1995). Nicht nur die vorliegende empirische Evidenz, sondern auch theoretische Überlegungen lassen die genetischen Modelle der Lateralisierungsgenese zweifelhaft erscheinen. Derzeit ist es als höchst spekulativ zu werten, ein oder gar zwei Gene, welche für die Determinierung von Lateralisie-

rungen verantwortlich sein sollen, zu postulieren. Solche Modelle müssen sich mit bislang völlig ungelösten Problemen auseinandersetzen. Zum Beispiel ist unklar, welche asymmetrischen Funktionen und/oder anatomischen Merkmale hinsichtlich ihrer Asymmetrie genetisch beeinflusst werden. Ist es die Händigkeit, die Sprachlateralisierung, oder sind es gar die raumbezogenen Verarbeitungsprozesse? Sind es ein, zwei oder gar mehrere Gene? Determinieren die einzelnen Gene Richtung und/oder Ausmaß von Asymmetrien? Worin liegt der evolutionäre Vorteil zur Ausbildung von Asymmetrien? Auch Spekulationen, die eine Koppelung zwischen verschiedenen Funktionen vermuten (z. B. zwischen der Händigkeit und Sprache), sind höchst fragwürdig. Wie oben bereits dargestellt, ist die Korrelation zwischen der Händigkeit und der Sprachlateralisierung eher mäßig. Auch die Korrelationen zwischen verschiedenen funktionalen Asymmetriemaßen sind bescheiden oder gelegentlich nicht vorhanden. Aufgrund dieser Inkonsistenzen in der Modellbildung werden zunehmend wieder Lern- und Sozialisationseinflüsse als bestimmende Faktoren vorgeschlagen (Jäncke et al. 1997c; Provins 1997b). ! Hinsichtlich der Ontogenese von funktionalen Asymmetrien existieren noch keine genauen Kenntnisse. Diskutiert werden genetische, reifungsbiologische, aber auch Lernaspekte.

57.2.2

Geschlechtsunterschiede hinsichtlich funktionaler Asymmetrien

Neben den allgemeinen Geschlechtsunterschieden, welche hinsichtlich der oben aufgeführten kognitiven Funktionen häufig berichtet werden, finden sich auch geschlechtsspezifische funktionale Asymmetrien. So kann z. B. eine ca. 2–3,5% größere Linkshändigkeitsprävalenz bei Männern im Vergleich zu Frauen festgestellt werden. Auch für andere psychische Funktionen können geschlechtsspezifische Asymmetrien nachgewiesen werden. Die Metaanalyse von Voyer (1996) konnte des weiteren bestätigen, dass Frauen in einigen Bereichen reduzierte funktionale Asymmetrien aufwiesen (. Tabelle 57.3). So ergaben sich bei Frauen im Durchschnitt bei visuell nonverbalen Aufgaben geringere Asymmetrien. Auditorisch dargebotene verbale und nonverbale Stimuli evozierten schwache Lateralisierungsunterschiede zwischen den Geschlechtern. Hinsichtlich taktil dargebotener Reize ergaben sich zwar numerisch größere Geschlechtsunterschiede, diese Unterschiede blie-

603 57.2 · Weitere lateralisierte Funktionen

. Tabelle 57.3. Metaanalytische Befunde hinsichtlich der Geschlechtsunterschiede in funktionalen Asymmetriemaßen. Eine von Null abweichende positive Effektgröße indiziert eine bei Frauen geringere funktionale Asymmetrie. (Aus Voyer 1996)

Anzahl der Studien

Effektgröße

Verbale Aufgaben

123

0,058

Nonverbale Aufgaben

112

0,076a

Verbale Aufgaben

94

0,062

Nonverbale Aufgaben

26

0,070a

Verbale Aufgaben

17

0,129

Nonverbale Aufgaben

24

0,155

Visuelle Modalität

! Frauen fallen statistisch durch leicht reduzierte funktionale Asymmetrien auf. Wahrscheinlich hängt das Ausmaß der funktionalen Asymmetrie bei Frauen von der Phase des Menstruationszyklus ab.

57.2.3

Auditorische Modalität

Taktile Aufgaben

a

Lateralisierung) in der 2. Menstruationsphase durch das dann vermehrt ausgeschüttete Progesteron gehemmt werden (Hausmann u. Güntürkün 2000).

p < 0,05.

ben aber infolge der relativ geringen Anzahl von publizierten Studien zu dieser Modalität statistisch unauffällig. Obwohl im Durchschnitt eher schwache, aber konsistente Geschlechtsunterschiede hinsichtlich der oben aufgeführten Funktionen festzustellen sind, ist bemerkenswerterweise konsistent eine Varianzvergrößerung hinsichtlich der gemessenen Lateralisierungsparameter in den Stichproben mit weiblichen Personen zu bemerken (Hausmann u. Güntürkün 2000). Dieser Umstand macht deutlich, dass Geschlechtsunterschiede nur mit relativ großen Stichproben konsistent nachzuweisen sind. Möglicherweise ist dies der Grund, weshalb häufig widersprüchliche Befunde auf diesem Forschungsgebiet berichtet werden. Als Beispiel für dieses statistische Problem mögen neuere kernspintomographische Studien dienen, in denen Hirndurchblutungskorrelate bei der Beurteilung von Reimen gemessen wurden. In einer Studie zeigten Frauen symmetrische Aktivierungen in frontalen Hirnbereichen während Männer durch linksdominante Aktivierungen bei Beurteilung von Reimen auffielen (Shaywitz et al. 1995). Eine neuere Studie konnte diesen geschlechtsspezifischen Unterschied an einer größeren Stichprobe (n = 80) allerdings nicht mehr replizieren (Frost et al. 1999). Trotz der wiedersprüchlichen Befunde hinsichtlich grundsätzlicher Lateralisierungsunterschiede sind kürzlich Befunde publiziert worden, die eine Modifikation des Lateralisierungsausmaßes von kognitiven Funktionen in Abhängigkeit vom Menstruationszyklus bei Frauen nahelegen. So soll die interhemisphärische Kommunikation (und damit die funktionale

Das Problem der »Dualisierung«

Abschließend soll noch auf ein grundsätzliches Problem der Hirnasymmetrieforschung eingegangen werden, nämlich der vermeintlichen Dualität beider Hemisphären. Auch wenn beide Hemisphären offenbar für einige Funktionen besonders spezialisiert zu sein scheinen, bedeutet dies allerdings keineswegs, dass die für eine Funktion dominierende Hemisphäre alleine die entsprechende Funktion kontrolliert. So ist mittlerweile klar, dass selbst Sprachinformationen nicht ausschließlich in der sprachverarbeitungsdominanten Hemisphäre verarbeitet werden, sondern auch in der hierfür nicht spezialisierten Hemisphäre. Dies wird insbesondere durch die erwähnten PET- und fMRT-Studien deutlich. Dies bedeutet wahrscheinlich, dass mehr oder weniger simultan auf beiden Hemisphären unterschiedliche Aspekte der Sprache verarbeitet werden können. Es ist auch sehr wahrscheinlich, dass beide Hemisphären in Abhängigkeit von der Komplexität des zu verarbeitenden Materials miteinander interagieren, eine Vermutung, welche durch neuere Befunde genährt werden konnte. So konnte gezeigt werden, dass funktionale Hemisphärenasymmetrien mit zunehmender Komplexität des Reizmaterials größer werden. Einfache Reize können z.B. im Sinne des »Direct-access«-Modells auch noch von der nicht spezialisierten Hemisphäre angemessen verarbeitet werden. Des weiteren ist auch noch darauf hinzuweisen, dass seltener als man erwarten würde, eine sog. »komplementäre« Hemisphärenasymmetrie zu beobachten ist. Hierunter sind Asymmetriemuster mit typischer linkshemisphärischer Sprachdominanz und gleichzeitiger rechtshemisphärischer nichtsprachlicher Verarbeitungsdominanz subsumiert. Man kann also nicht zwangsläufig davon ausgehen, dass eine Hemisphäre grundsätzlich für diese und die andere für jene Funktion spezialisiert ist. In Zukunft wird mehr die Interaktion beider Hemisphären beim Bewältigen der vielfältigen Anforderungen, sowie die individuelle Ausprägung der kortikalen Organisation und damit des Lateralisierungsmusters im Vordergrund stehen.

57

604

Kapitel 57 · Funktionale Links-rechts-Asymmetrien

Zusammenfassung

57

Unter funktionalen Asymmetrien fasst man Leistungsunterschiede zwischen den Hirnhemisphären in der Wahrnehmung, Kognition sowie der motorischen Kontrolle zusammen. Diese Leistungsunterschiede konnten durch Läsionsstudien aber auch durch experimentalpsychologische Studien an gesunden Probanden bestätigt werden. Diese funktionalen Asymmetrien werden traditionell mittels des »Direct-access«- oder des »Callosal-relay«-Modells zu erklären versucht. Neuere Arbeiten, welche funktionale Asymmetrien im Zusammenhang mit bildgebenden Verfahren untersucht haben, legen nahe, dass bei der Verarbeitung auch hoch spezialisierter Funktionen beider Hemisphären möglicherweise komplementär beteiligt sind. Eine Reihe von Befunden weisen darauf hin, dass offenbar Frauen statistisch betrachtet über eine geringere

funktionale Hemisphärenasymmetrie verfügen. In diesem Zusammenhang wird derzeit diskutiert, ob diese (eher geringen) Geschlechtsunterschiede auf hormonelle oder soziale Einflussfaktoren zurückzuführen sind. Hinsichtlich der biologischen Ursachen für funktionale Hemisphärenasymmetrien besteht derzeit noch kein Konsens. Diskutiert werden in diesem Zusammenhang verschiedene Einflussfaktoren. Das derzeit erfolgreichste Modell zur Erklärung von funktionalen Asymmetrien geht von einer Interaktion zwischen genetischen und Zufallsfaktoren aus (Annett-Modell). Dieses Modell kann auch die bei Zwillingen häufige Konstellation von diskordanten Händigkeitspräferenzen bzw. funktionalen Hirnasymmetrien gut erklären. Ungeklärt bleibt allerdings, inwieweit aus diesen funktionalen Asymmetrien Evolutionsvorteile entstanden sind.

605

58 Händigkeit Monika Pritzel

58.1 58.2

Handpräferenz und Handgeschicklichkeit Hypothesen zur Händigkeit – 606

– 605

58.2.1 Abkehr von Spiegelbildhypothesen – 606 58.2.2 Unterschiedlich verteilte Informationsverarbeitung bei Rechts- und Linkshändern – 607

)) Die Hände haben – wie das Gehirn auch – im Laufe der Evolution einen großen Funktionswandel erfahren. Aus den Vorderpfoten eines Säugers, der auf allen Vieren geht, entwickelten sich über Millionen von Jahren unsere Hände, die – mit einem Drehgelenk ausgestattet – zu räumlichzeitlich hochdifferenzierten Greif-, Dreh-, Stoß- und Ziehbewegungen in der Lage sind. In der daraus resultierenden (Hand-)Geschicklichkeit werden wir Menschen, sowohl was die Komplexität als auch die Präzision möglicher Bewegungsabfolgen angeht, von keinem anderen auf zwei Beinen gehenden Primaten übertroffen (Wilson 2000).

Diesem enormen Funktionswandel, der durch fraktionierte (die Finger können einzeln bewegt werden) und unabhängige (die Finger einer Hand können unabhängig von der Bewegungen der anderen bewegt werden) Willkürbewegungen der beiden Hände und ihrer einzelnen Finger zum Ausdruck kommt, wird durch eine überproportional große Repräsentation im motorischen Kortex Rechnung getragen. Eine streng genetisch determinierte Zuordnung des »Aufgabenbereichs« der einen oder anderen Hand ist jedoch 1. durch den Ort der Repräsentation im wenig hereditär vorbestimmten Kortex, 2. durch die im Verhältnis zu anderen Extremitäten überproportional großen und multiplen Abbildungen in verschiedenen motorischen Arealen und 3. durch die Variabilität der neuronalen Repräsentation unserer Hände eher unwahrscheinlich. Das heißt aber keinesfalls, dass genetische Prädispositionen keine Rolle mehr spielen, sondern legt nahe, dass diese eher durch Faktoren zum Tragen kommen, die sich indirekt auf die Händigkeit eines Menschen auswirken, z.B. solche, die mit der Planung und Durchführung von Handlungen, der Imagi-

nation von Bewegungsabläufen und der zeitlich-räumlichen Koordination komplexer Bewegungen in Beziehung stehen. Auch anthropologisch orientierte Feldstudien ergeben Hinweise darauf, dass allein mit der Durchführung komplexer Tätigkeiten, der »Handfertigkeit«, das Phänomen der Händigkeit nur teilweise zu beschreiben ist, denn unser Begriff von Händigkeit steht auch mit der Übernahme lateralisierter Handlungen im Zusammenhang, die der Tradition eines Kulturkreises, dem kollektiven Gedächtnis, entspringen. Tradition und individuelle Geschicklichkeit stellen somit jeweils die Endpunkte einer gedachten bipolaren Skala dar, auf der Handpräferenz und Handgeschicklichkeit mit wechselnden Anteilen abgebildet werden können.

58.1

Handpräferenz und Handgeschicklichkeit

Die Präferenz für der Verwendung einer Hand hängt von mehreren Faktoren ab: Zum einen von der sensomotorischen Seitigkeit eines Menschen, d.h. seiner Tendenz zu spontanen leichten Drehbewegungen während der Ausrichtung auf ein Ziel hin. Dadurch wird die eine oder andere Körperhälfte und damit auch der rechte oder linke Arm und die jeweilige Hand nach vorn geschoben und gewissermaßen »handlungsbereit« ausgerichtet. Zum zweiten besteht eine enge Beziehung zwischen Handpräferenz und Rechts- bzw. Linksdominanz ritueller Handlungen, die in einem Kulturkreis überliefert sind und praktiziert werden. So zählt man z.B. Moslems und Christen zu ausgeprägten »Rechtskulturen« in denen rechts und links, Heil und Unheil, Gut und Böse in einen starken dogmatischen Gegensatz gebracht wurden oder werden (z.B. schwören, sich bekreuzigen). Der Einfluss der Tradition bestimmt jedoch nicht nur die Handpräferenz der oben genannten rituellen Handlungen, etwa die Begrüßung mit der rechten Hand, die vom Linkshänder vermutlich gegen eine bestehende senso-

58

606

58

Kapitel 58 · Händigkeit

motorische Präferenz eingeübt werden muss. Der durch die Überlieferung ausgeübte soziale Druck erstreckt sich auch auf eine Lateralisierung von Handlungen, die im Wesentlichen auf der Geschicklichkeit eines Menschen beruhen, z.B. das Schreiben mit der rechten Hand. Neurophysiologisch betrachtet kann man Geschicklichkeit als Zusammenspiel räumlicher und zeitlicher Variablen in Relation zu einer bestimmten Aufgabenstellung beschreiben, die das Gehirn in Abhängigkeit von der dabei erforderlichen Feinauflösung unterschiedlich lateralisiert. Bei der Mehrzahl der Menschen, den »Rechtshändern«, resultiert aus diesem räumlich-zeitlichen Zusammenspiel, dass ein kohärenter Handlungsplan durch die linke Hemisphäre motorisch umgesetzt wird. Die Lateralisierung für bestimmte Aufgabenstellungen hat sich darüber hinaus bei Rechtshändern sowohl intra- als auch interindividuell als recht stabil erwiesen, was gleichzeitig auch die Aufrechterhaltung von Überlieferungen durch diese als ›homogen‹ zu bezeichnende Gruppe der rechtshändigen Menschen begünstigt. Viele »Linkshänder« und »Beidhänder« hingegen erreichen bei verschiedenen Aufgabenstellungen rechtshemisphärisch, manchmal auch linkshemisphärisch eine hohe zeitlich-räumliche Auflösung, weshalb ihr Hand-

lungsentwurf variabler ist, zumindest aber anderen Regeln zu folgen scheint als der von Rechtshändern (Pritzel 1997). Inwieweit nun sowohl »soziale«, d. h. eher modifizierbare, als auch »physiologische«, d. h. wenig veränderbare, sensomotorische Asymmetrien in der neuronalen Verschaltung von Präferenz und Geschicklichkeit einander beeinflussen, ist noch wenig untersucht. Bekannt ist z. B., dass Händigkeit (im Sinne von Geschicklichkeit und Präferenz einer Hand) mit Seitigkeit, (ausgedrückt durch die sensomotorische Bevorzugung einer Körperseite) bei rechtshändigen Menschen zumindest nur mäßig korrelieren (Pritzel 1997). Das bedeutet, dass ein rechtshändiger Mensch nicht notwendigerweise auch z.B. das rechte Bein bevorzugt.

58.2

Hypothesen zur Händigkeit

58.2.1

Abkehr von Spiegelbildhypothesen

Eine klinische bedeutsame Beziehung stellt die zwischen Händigkeit und Sprachlateralisation dar. In der Medizin

Unter der Lupe

Händigkeitsbestimmung In der Psychologie erfolgt die begriffliche Abgrenzung von Links- und Rechtshändern üblicherweise durch Tests. Dabei versucht man zu ermitteln, welche Hand bei der Durchführung bekannter Tätigkeiten dominant ist, z.B. Zähneputzen, Ball spielen etc. Da diese Handlungen teils unter visueller, teils unter sensorischer Kontrolle stehen und unterschiedliche Anteile an sensomotorischer Präferenz, Schnelligkeit und Subjekt-Objekt-Relationen involvieren, sind die Ergebnisse naturgemäß schwierig zu interpretieren. Auch kann man mit den dazu generell verwendeten »Papier-und-Bleistift«-Tests die Händigkeit nur über die Asymmetrie in der Imagination eines bekannten Bewegungsablaufes zu erfassen versuchen. So erfragt man in einer Subjekt-Objekt-Relation (z.B. bei der Benutzung eines Werkzeuges oder Sportgerätes), wie sich die Person (bezogen auf die »dominante Hand«) vorstellt, dass sie handeln würde (Maruff et al. 1999). In Kenntnis der Schwierigkeiten bei der Händigkeitsbestimmung aufgrund der »Schreibhand« und – was besonders in früheren Jahren noch wichtig war – an-

gesichts des gesellschaftlichen Drucks zur Präferenz einer Hand bei der Verwendung von Essbesteck und der Begrüßung mit Handschlag, werden diesbezügliche Fragen manchmal weggelassen. Das räumt jedoch nur die Fehlerquellen aus, die mit der Verinnerlichung des kulturellen Erbes zu tun haben. Eine Reihe anderer Einflussfaktoren bleibt unberücksichtigt. Nur am Rande wird auch zwischen Aufgaben unterschieden (Capman u. Chapman 1987; Oldfield 1971), die Händigkeit und Seitigkeit in unterschiedlichen Anteilen abbilden. Und nur selten (Healey et al. 1986) wird darauf geachtet, ob Bewegungsfolgen einer besonderen Geschicklichkeit bedürfen. Grundfragen der Unterscheidung von sensomotorischer Seitigkeit und Handgeschicklichkeit werden auch durch manuelle Tests (z. B. Annett 1992) bisher nur teilweise gelöst. Die Möglichkeit, dass Linkshänder und Rechtshänder eine unterschiedliche mentale Repräsentation ihrer Hände haben (Gentilucci et al. 1998) und deshalb Aufgaben mit gänzlich unterschiedlichen Bewegungsolgen umsetzen könnten, fließt bislang in die Erfassung des Phänomens ebenfalls noch nicht ein.

607 58.2 · Hypothesen zur Händigkeit

wird diesem Zusammenhang etwa seit dem zweiten Drittel des 19. Jahrhunderts unter dem Sammelbegriff der »Spiegelbildhypothesen« Beachtung geschenkt. Als »kritisches Datum« dafür gilt ein Bericht Paul Brocas aus den 1860erJahren über motorische Sprachstörungen eines rechtshändigen Patienten mit linkshemisphärischer Hirnschädigung. Broca selbst stellte die Kombination von Rechtshändigkeit und Linksdominanz der Sprache als Regel dar. Als Ausnahmen davon wurde zum einen die Linkshändigkeit betrachtet, die für 8–10% der Menschen galt und bei der eine spiegelbildliche Sprachlateralisation als »natürlich« angesehen wurde. Zum anderen wurde die »überkreuzte Sprachdominanz«, also eine rechtshemisphärische Sprachdominanz bei Rechtshändern, die bei etwa 5% der Fälle gefunden wird, als Ausnahme angesehen. Erst ab der Mitte des 20.-Jahrhunderts setzte sich allmählich die Auffassung durch, dass bei der Kombination von Sprachlateralisation und Linkshändigkeit mit »Spiegelbildhypothesen« keine sicheren Vorhersagen getroffen werden können. In der Gruppe der Linkshändigen weisen etwa 70% eine linkshemisphärische Sprachdominanz auf. Bei den verbleibenden 30% der linkshändigen Menschen scheint die Sprachfähigkeit teilweise rechtshemisphärisch, teilweise bilateral organisiert zu sein. Letztlich beschreibt diese der Sprache zugeordnete Lokalisation bei links- und rechtshändigen Menschen auch nur einen Ausschnitt unserer Kommunikationsfähigkeit, nämlich die Fähigkeit des Sprechens in syntaktisch und semantisch sinnvollen Sätzen und des Verstehens gesprochener Sprache. Sprachmelodie, Mimik oder Gestik bleiben z.B. unberücksichtigt bzw. werden auch bei rechshändigen Menschen eher rechtshemisphärisch abgebildet. Annahmen über eine Spiegelbildlichkeit von Bewegungsabläufen sind außerdem implizit auf rechtshändige Aktivitäten von Rechtshändern begrenzt. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass auch diese manche Aufgabenstellungen mehrheitlich mit links lösen. So ergreifen fast alle z. B. die Saiten eines Streichinstrumentes mit links und erlernen mit der linken Hand Blindenschrift. Das verdeutlicht zum einen, dass bei Rechtshändern die feinmotorische Geschicklichkeit der linken Hand der rechten in nichts nachsteht und dass zum anderen Händigkeit auch immer in Abhängigkeit von der Aufgabenstellung zu betrachten ist, d.h. von der zeitlich-räumlichen Auflösung, die eine bestimmte (sensorische) Aufgabenstellung erfordert. Die Fähigkeit zu feinmotorischen Willkürbewegungen der Finger sind somit für sich genommen kein entscheidendes Kriterium zur Bestimmung der Händigkeit.

Wie der Begriff der »dominanten Hand« bereits nahelegt, arbeiten sowohl Rechts- als auch Linkshänder bei vielen Aufgabenstellungen mit beiden Händen zusammen. Geschieht dies bei Problemstellungen, die eine hohe räumlich-zeitliche Auflösung erfordern, so werden vom Gehirn zunächst die Raumkoordinaten festgelegt. Das »übernimmt« bei Rechtshändern eher die rechte Hemisphäre. In diesen Raumkoordinaten wird daraufhin wenige Millisekunden später und hauptsächlich durch Aktivität der linken Hemisphäre, d.h. mit der rechten Hand, auf die Umwelt eingewirkt (Nikolaenko u. Egorov 1996). Folglich sind eine ganze Reihe von Variablen zu berücksichtigen, die die Händigkeit eines Menschen bestimmen, wobei nur in ganz seltenen Fällen Bewegungen und Bewegungsfolgen von Rechts- und Linkshändern einander gerade entgegengesetzt sind. ! Händigkeit ist am ehesten entlang eines Kontinuums abbildbar, das von »ausgeprägter Rechtshändigkeit« bis zu »ausgeprägter Linkshändigkeit« reicht, und dadurch viele Zwischenformen zulässt, von denen Personen, die sowohl mit der einen als auch der anderen Hand eine ähnliche Geschicklichkeit aufweisen (sog. Ambidexter), benannt sind. Eine Gruppe von Personen, die etwa 70% der Population umfasst und ziemlich homogen in ihrer Zusammensetzung ist, kann man als »rechtshändig« bezeichnen. Zu den anderen 30% gehören 1. Menschen, die für verschiedene Tätigkeiten die eine oder die andere Hand benutzen können und oftmals die linke nehmen, wenn Rechtshänder die rechte einsetzen, als auch 2. Personen, die Tätigkeiten mit hohem sozialen Erwartungsdruck rechtshändig ausführen, andere mit der linken, und schließlich 3. Menschen, die die überwiegende Mehrzahl der in Tests abgefragten einhändig durchzuführenden Tätigkeiten, inklusive des Schreibens, links ausführen.

58.2.2

Unterschiedlich verteilte Informationsverarbeitung bei Rechts- und Linkshändern

Nachdem sich in den letzten Jahren immer deutlicher zeigte, dass »einfache« von der Rechtshändigkeit abgeleitete Umkehrbeziehungen die Bewegungsabläufe bei »Linkshändern« nicht adäquat beschreiben können, gewann die

58

608

58

Kapitel 58 · Händigkeit

Frage nach dem »Warum« – nach dem »Überlebensvorteil einer Rechtshändigkeit des Menschen« – immer mehr an Bedeutung. Eine genetische Prädisposition für eine lateralisierte Verarbeitung von Informationen und damit für eine lateralisierte Motorik könnte als ein solcher »evolutionärer Vorteil« betrachtet werden (Viviani 1998). Denn wenn statt einer simultanen eine sukzessive, also eine zeitlich verteilte Informationsverarbeitung zustande kommt, so »erspart« die Lateralisation dem Gehirn eine übergeordnete Überwachung der Folge von Verarbeitungsschritten in beiden Hemisphären (Small u. Hofman 1994). Dies gilt insbesondere auch für beidhändig ausgeführte Tätigkeiten, in der die linke und rechte Hand unterschiedliche Aufgaben wahrnehmen (Donchin et al. 1999). Eine Lateralisationsannahme genügt für sich genommen jedoch nicht, um gerade die linke Hemisphäre für eine höhere »Raum-Zeit-Auflösung« zu prädistinieren, wie es für die Mehrzahl der rechtshändigen Menschen angenommen wird, und trägt somit auch nicht zur Klärung der Auflösungsverhältnisse bei Linkshändern bei. Bei der Suche nach möglichen Lösungen dieser Fragestellung sind Hypothesen aus dem Bereich der Genetik natürlich ebenfalls willkommen. Besonderen Einfluss hatten in den letzen Jahren solche, die ganz gezielt Rechts- oder Linkshändigkeit (Annett 1996a) sowie eine Kombination von Linkshändigkeit und lateralisierter motorischer Sprachkontrolle (Levy u. Nagylaki 1972; McManus 1985) mittels Gesetzmäßigkeiten der Vererbung zu klären versuchen. Allerdings stellte sich immer wieder heraus, dass damit nur ein überraschend kleiner Teil der Varianz im Auftreten von Links- und Rechtshändigkeit aufgedeckt werden kann (Bishop 1990). So ist zwar die Wahrscheinlichkeit, ein linkshändiges Kind zu haben, bei einem linkshändigen und einem rechtshändigen Elternteil 2- bis 3-mal größer als bei zwei rechtshändigen Elternteilen und steigt auf einen 3- bis 4fach so hohen Wert, wenn beide Eltern linkshändig sind. Allerdings liegen diese Werte in Hinblick auf die nach den Gesetzmäßigkeiten der Vererbungsregeln zu erwartenden zu niedrig. Eine Zeitlang versprach man sich deshalb durch eine Kombination von Daten über Vererbung und Hormonwirkung im Gehirn den Anteil

linkshändiger Menschen genauer bestimmen zu können. So plädierten z. B. Geschwind und Mitarbeiter für eine korrelative Beziehung zwischen Linkshändigkeit, Geschlecht, Gehirnentwicklung (Kelly et al. 1999) und dem fötalen Testosteronspiegel sowie der Entwicklung des Immunsystems (Geschwind u. Behan 1982; Geschwind u. Galaburda 1987). Auch aus der Tatsache, dass die verhältnismäßig kleine Gruppe der linkshändigen Menschen recht heterogen zusammengesetzt zu sein scheint, wurden verschiedene Hypothesen abgeleitet. Am verbreitetsten und leider auch am ehesten diskriminierend ist hierbei die der Unterscheidung in eine »genetisch determinierte« und eine »pathologische« Linkshändigkeit, die besonders in den 80er-Jahren viele Anhänger hatte. Während die »genetisch determinierte« Linkshändigkeit eine ansonsten »normale Entwicklung« vorhersagt, nimmt die »pathologische« Linkshändigkeit kleinere perinatale Entwicklungsstörungen (eines eigentlich rechtshändigen Babys) an. Heute gilt diese Einteilung nicht mehr als das Differenzierungsmodell der Wahl, sie kursiert aber noch im Allgemeinwissen. In jüngster Zeit wendet man sich in der Neurowissenschaft bevorzugt dem Problem zu, wie eine variable Penetranz der genetischen Prädispositon zusammen mit verteilter Informationsverarbeitung im Gehirn für das Zustandekommen der Händigkeit betrachtet werden könnte. Insbesondere die Verarbeitung aufmerksamkeitsbe zogener Reize, die Einspeicherung und der Abruf verschiedener Gedächtnisinhalte sowie der Einfluss emotionaler Variablen können – unterschiedlich lateralisiert, gewichtet und kombiniert – die genetische Prädisposition der Händigkeit eines Menschen durchaus beeinflussen (Pritzel 1997). Eine die Lateralisierung eines Verarbeitungsprozesses prägende Mitwirkung durch die genannten Variablen wird um so wahrscheinlicher, da die Informationsverarbeitung im Gehirn bereits bei »leichten Aufgaben«, wo weder Emotion noch Gedächtnis eine große Rolle spielen, bereits außerordentlich komplex ist. Dies wird z. B. bei sog. »einfachen Fingerbewegungen« von Rechtshändern deutlich, wo die zeitgleich zur Bewegung registrierte Aktivität im Gehirn weder bei rechts- noch bei linksseitiger Fingerbewegung auf nur eine Gehirnhälfte begrenzt bleibt.

609 58.2 · Hypothesen zur Händigkeit

Unter der Lupe

Händigkeit bei unseren »Vorfahren« Auf der Suche nach entscheidenden Faktoren, welche die phylogenetische Entwicklung der Händigkeit erklären helfen könnten, sind in den letzten Jahren interessante Hypothesen formuliert worden. Sie gehen über die bekannten klassischen Annahmen hinaus, welche z.B. den aufrechten Gang und die Entwicklung einer beweglichen Daumenwurzel mit der Entwicklung der Händigkeit in einen ursächlichen Zusammenhang bringen. Das ergab Probleme, da von unseren »Vorfahren« nur manche Affenarten, z. B. Gorillas und Schimpansen, eher eine »Rechtshändigkeit« entwickeln, wohingegen andere, z.B. Gibbons, eher »Linkshänder« sind. Beide zeigen sie aber, ähnlich wie wir Menschen, eine Lateralität in der Steuerung der für den Bipedalismus notwendigen Axialmuskulatur und eine vorherrschende Händigkeit der gesamten Spe-

zies. Möglicherweise üben bei Primaten sowohl eine Seitenpräferenz bei der Steuerung der axialen Muskulatur, wie sie z.B. durch Ganzkörperdrehungen zum Ausdruck kommt, als auch die lateralisierte Verarbeitung sensorischer Reize einen Einfluss auf die Lateralität der distalen Muskulatur aus (Ward u. Cantalupo 1997). Zum Beispiel gehen in der Regel zielgerichteten Hand- oder Fingerbewegungen eine Drehung des Körpers und des Kopfes und damit auch eine Reaktionsbereitschaft und Aufmerksamkeit voraus. Man kann deshalb annehmen, dass ein Handlungsplan in der Hemisphäre entwickelt werden muss, in der die Steuerung von Körperhaltung, Axial-, Schulter- und Armmuskulatur mit Sinnesempfindungen von Auge und Ohr zusammengeführt und mit einer lateralisierten Manipulationskomponente von Finger- und Handbewegungen in Verbindung gebracht wird (Bourassa et al. 1996; Porac u. Coren 1981).

Zusammenfassung Rechts- und linkshändige Menschen kommen in verschiedenen Kulturen mit unterschiedlicher Häufigkeit vor, was darauf schließen lässt, dass neben genetischen auch kulturelle Einflüsse für die Ausprägung der Händigkeit wesentlich sind. Es ist zu vermuten, dass die Ausprägung der Handpräferenz eines Menschen durch mehrere Faktoren mitbestimmt wird. Zum einen durch Lernen in Form von Nachahmung im Familienkreis (Lernen am Modell) und durch eine im kollektiven Gedächtnis verankerte Verstärkung im traditionsgebundenen Gebrauch der einen oder anderen Hand. Zum anderen ist Handpräferenz als eine Ausformung der Seitenpräferenz zu verstehen, die bislang im Wesentlichen erst im Hinblick auf die Seitenpräferenz von Sinnesorganen (bevorzugtes Auge und Ohr) und den unteren Extremitäten (bevorzugtes Bein, bevorzugter Fuß) untersucht ist. Unser Begriff von Händigkeit wird darüber hinaus entscheidend davon geprägt, welche Tätigkeiten man hierfür als ausschlaggebend ansieht. Im Bereich der Schule be-

stimmt immer noch hauptsächlich die Verwendung der Schreibhand die Händigkeit. Bei psychologischen Tests wird durch tatsächliche Ausübung oder über durch Imagination gut geübter Alltagstätigkeiten die »dominante Hand« erfragt. Kraft, Schnelligkeit und Zielgenauigkeit legen dabei Händigkeits- und damit teilweise Geschicklichkeitswerte fest. Fragen der Interaktion von proximaler und distaler Muskulatur, der mentalen Repräsentation von Bewegungsabläufe etc. bleiben offen. In der überwiegenden Anzahl der Befunde wird heute die Ausprägung der Händigkeit unter dem Aspekt einer variablen genetischen Penetranz und der plastischen Repräsentation mentaler Vorgänge im Gehirn im Hinblick auf Umweltereignisse betrachtet. Hierbei wird bei Aufgaben mit hoher räumlicher und/oder zeitlicher Auflösung einer Hemisphäre letztlich die »Dominanz« beim Erstellen eines Handlungsplanes zugeordnet. Der Anteil der so ermittelten »nicht rechtshändigen« Menschen wird auf etwa 30% geschätzt.

58

59 Verhaltensstörungen durch hirnanatomische Asymmetrien? Lutz Jäncke

59.1 59.2 59.3

Anatomische Asymmetrien und Legasthenie bzw. Dyslexie – 610 Atypische Asymmetrien bei Schizophrenien – 611 Weitere atypische anatomische Asymmetrien – 612

))

59

Für eine Reihe von Verhaltensauffälligkeiten wurden atypische Hemisphärenasymmetrien als Ursache diskutiert. So wurde schon sehr früh die Hypothese geäußert, dass verzögerte Sprachentwicklung, Legasthenie und Stottern mit unklaren bzw. atypischen kortikalen Dominanzverhältnissen zusammenhängen würden. Unter atypischen Dominanzverhältnissen versteht man dabei eine von der Norm abweichende Asymmetrie. Wie in Kap. 56 dargelegt wurde, ist z. B. die volumetrische Links > rechts-Asymmetrie des Planum temporale als typische bzw. normgerechte Asymmetrie zu bezeichnen. Alle davon abweichenden Asymmetrien (reduzierte Links > rechts-Asymmetrie, Rechts > linksAsymmetrie) oder Symmetrie (links = rechts) werden demzufolge als atypisch bezeichnet. Die Vermutung, dass für die oben genannten Sprach- und Sprechstörungen atypische kortikale Dominanzverhältnisse vorliegen würden, wird dadurch genährt, dass bei diesen Störungen gehäuft Linkshändigkeit oder andere atypische funktionale Asymmetrien festgestellt werden. In neuerer Zeit werden auch unklare kor tikale Dominanzverhältnisse mit psychiatrischen Störungen wie Schizophrenie, endogene Depression, Aufmerksamkeits-/Hyperaktivitätsstörungen, Gillesde-la-Tourette Syndrom und Zwangsstörungen in Verbindung gebracht. Es soll allerdings nicht unerwähnt bleiben, dass bislang noch nicht eindeutig geklärt ist, ob diese Lateralisierungsauffälligkeiten die Folge oder die Ursache der Verhaltensstörungen sind. Der größte Teil der bislang zu 6

diesem Thema publizierten Arbeiten bezieht sich auf atypische Asymmetrien in perisylvischen und temporalen Hirnbereichen. Es werden allerdings auch atypische Asymmetrien für den Frontalkortex, den Hippocampus, die Amygdala, den Ncl. caudatus, das Putamen und den Globus pallidus berichtet.

59.1

Anatomische Asymmetrien und Legasthenie bzw. Dyslexie

Die Ursachen von Lese-Rechtschreib-Schwächen (LRS, Legasthenie, Dyslexie) sind bis heute ungeklärt. Eine Vielzahl von möglichen Erklärungen wird derzeit angeboten, welche reifungsbiologische Aspekte, visuelle oder auditorische Defizite oder pädagogische Fehler in den Vordergrund stellen. Mit der Entwicklung neuer bildgebender Verfahren sind wieder ältere neuroanatomisch bzw. hirnphysiologisch orientierte Ansätze interessant geworden. Insbesondere Geschwind u. Galaburda (1985) haben diese älteren Theorien erneut aufgegriffen und mit eigenen zytoarchitektonischen und neuroanatomischen Befunden in Zusammenhang gebracht. Im Zentrum der Überlegungen von Geschwind u. Galaburda steht das Planum temporale (7 Abschn. 56.2.1). Bezogen auf das Planum temporale vermuteten Geschwind u. Galaburda einen engen Zusammenhang zwischen ›atypischer‹ Planum-temporale-Asymmetrie (Planum temporale symmetrisch oder rechts > links) und Verhaltensauffälligkeiten wie Legasthenie, Stottern und Lernstörungen. Häufig wird sogar vermutet, dass diese »atypische« Planum-temporale-Asymmetrie durch physiologische Entwicklungsstörungen oder Mikroläsionen evoziert wird. Durch die fortschreitende technische Entwicklung wird es auch zunehmend möglich, dass diese Theorien an größeren Stichproben und von unterschiedlichen Arbeitsgruppen geprüft werden. Seit 1978 sind eine Reihe von Arbeiten publiziert worden, die untersucht haben, ob bei Legasthenikern häufiger Anzeichen für »atypische« anatomische Asymmetrien im perisylvischen Hirnbereichen vorliegen (zusammengefasst s. Jäncke 1998).

611 59.2 · Atypische Asymmetrien bei Schizophrenien

Man kann im Wesentlichen zwei methodische Zugänge unterscheiden, nämlich die In-vivo-Techniken, bei denen mittels CT und MRT bei lebenden Personen bestimmte Hirngebiete dargestellt und vermessen wurden, und die Post-mortem-Arbeiten, in deren Rahmen auch zytoarchitektonische Studien betrieben wurden. Fasst man diese Studien zusammen, erkennt man, dass in einigen Studien eine Tendenz zur Symmetrie oder zum volumetrischen Rechtsüberwiegen perisylvischer Hirnstrukturen festgestellt wurde. Grundsätzlich scheinen diese Arbeiten also die oben dargestellten Theorien zu unterstützen, die »atypische« Hirnasymmetrie im perisylvischen Hirnbereich und Legasthenie in engem Zusammenhang sehen. Da eine Planum-temporale-Symmetrie oder eine atypische Planum-temporale-Asymmetrie nicht bei jedem Legastheniker zu beobachten ist, kann sie auch nicht der Faktor sein, welcher der Legasthenie ursächlich zugrunde liegt. Möglicherweise ist die Planum-temporale-Symmetrie als eine nichtpathologische Variation von perisylvischen Größenverhältnissen aufzufassen, welche dann ungünstig ist, sofern andere kortikale Dysfunktionen ausgeglichen werden müssen. Hierbei ergibt sich die Frage, welche anderen kortikalen Dysfunktionen heranzuziehen wären, die das Entstehen von Legasthenie determinieren könnten. Da Galaburda und Mitarbeiter gehäuft bei Legasthenikern kortikale »Mikroläsionen« (Ektopien, Dysplasien und kortikale Narben) festgestellt haben, räumen sie diesen Anomalien eine besondere Bedeutung in der Entstehung von funktionalen Defiziten ein (Humphreys et al. 1990). Allerdings darf nicht unerwähnt bleiben, dass solche Mikroläsionen in weiten Teilen des Gehirns bei Legasthenikern und auch Nichtsprachgestörten gefunden wurden, sodass bislang noch völlig offen ist, welche funktionalen Konsequenzen hierdurch zu erwarten sind. Diese kurz angeschnittenen Hypothesen sollen aber nicht darüber hinwegtäuschen, dass die Forschung sich hier noch auf spekulativem Boden befindet. ! Es gibt Anzeichen dafür, dass atypische anatomische Asymmetrien in perisylvischen Hirnbereichen mit Dyslexie bzw. Legasthenie zusammenhängen.

59.2

Atypische Asymmetrien bei Schizophrenien

Aufgrund theoretischer Überlegungen und Befunden, welche im Zusammenhang mit der Untersuchung von funktionalen Asymmetrien bei Schizophrenen erhoben werden

konnten, wird vermutet, dass schizophrene Erkrankungen mit atypischen Hemisphärenasymmetrien zusammenhängen könnten. Diese Hypothese wird besonders nachdrücklich von dem britischen Psychiater Timothy Crow vertreten. Da sich die schizophrenen Erkrankungen unabhängig von Umwelteinflüssen entwickeln, vermutet Crow (1990), dass Schizophrenien als »genetische Enzephalopathien« (genetisch bedingte Hirnerkrankungen) aufgefasst werden können. Aufgrund der Tatsache, dass Schizophrenien sehr häufig mit reduzierten oder atypischen funktionalen Hemisphärenasymmetrien einhergehen (z.B. reduzierter Rechtsohrvorteil etc.), vermutet Crow, dass sich im Wesentlichen die Hirnareale der temporoparietalen Region auf der sprachdominanten linken Hemisphäre suboptimal entwickelt haben. Eine Reihe von anatomischen Studien scheinen diese Hypothese zumindest im Hinblick auf die linkshemisphärischen Auffälligkeiten zu stützen. In diesen Arbeiten konnten atypische anatomische Asymmetrien in perisylvischen Hirnbereichen festgestellt werden. Diese atypischen anatomischen Asymmetrien umfassen abweichende Formen und Ausdehnungen der Sylvischen Fissur, atypische Planumtemporale-Asymmetrien, atypische Volumenasymmetrien des inferioren Parietallappens sowie reduzierte Volumina des linken Temporallappens, die auch mit vergrößerten linksseitigen lateralen Ventrikeln einhergehen. Am besten untersucht ist hierbei die Planum-temporale-Asymmetrie. Obwohl nicht alle Studien die gleichen morphometrischen Vermessungskriterien des Planum temporale verwendet haben, kann man alle Studien mit akzeptabler Methodik wie folgt zusammenfassen (Shapleske et al. 1999): Während normale rechtshändige Kontrollpersonen eine deutliche Links > rechts-Planum-temporale-Asymmetrie aufweisen, ist für schizophrene Patienten eine deutliche Tendenz zur Symmetrie festzustellen (. Abb. 59.1). Auffällig ist, dass die reduzierte Planum-temporale-Asymmetrie bzw. -Symmetrie auf ein im Vergleich zu Normalpersonen deutlich vergrößertes rechtes Planum temporale zurückzuführen ist, während das linke Planum temporale in etwa die gleiche Größe wie bei gesunden Personen aufweist. Wie oben bereits erwähnt, werden neben den atypischen Planum temporale Asymmetrien für schizophrene Patienten auch atypische Volumenasymmetrien des Gyrus angularis, reduzierte Längen der linken Sylvischen Fissur, Volumenreduktionen des linken Temporallappens und größere Volumina des linken unteren Seitenventrikels berichtet. Neuerdings wird auch von einem ausgeprägteren Faltungsgrad im rechtsseitigen Gyrus frontalis superior bei

59

612

Kapitel 59 · Verhaltensstörungen durch hirnanatomische Asymmetrien?

. Abb. 59.1. Mittlere Fläche der Planum temporale (PT) Areale auf der rechten und linken Hemisphäre jeweils getrennt für Normale (607 Gehirne) und Schizophrene (201 Gehirne). (Nach Shapleske et al. 1999)

59

schizophrenen Patienten berichtet (Narr et al. 2004). Möglicherweise indizieren diese atypischen Asymmetrien eine strukturelle Störung bzw. Anomalie des linken Temporallappens und des angrenzenden Parietallappens. Da in diesen Hirnregionen höhere kognitive Funktionen (Sprache, verschiedene Wahrnehmungsfunktionen etc.) lokalisiert sind, ist nicht auszuschließen, dass diese strukturellen Defizite ausschlaggebend für die Entwicklung der Schizophrenien sein könnten. In diesem Zusammenhang soll darauf hingewiesen werden, dass kürzlich gezeigt werden konnte, dass Schizophrene während akustischer Halluzinationen bilaterale Durchblutungszunahmen im Heschl’schen Gyrus aufweisen (Dierks et al. 1999). Dies könnte darauf hinweisen, dass bei schizophrenen Patienten der primäre auditorische Kortex unmoduliert und teilweise ungehemmt aktiviert wird. Als Folge hiervon könnten dann »ungehemmte« bzw. unkontrollierte neuronale »Entladungen« auftreten, die entweder zu Halluzinationen oder zu Denk- bzw. Sprachstörungen führen können. Neben diesen atypischen anatomischen Asymmetrien scheinen schizophrene Patienten auch über eine kleinere Mittsagittalfläche des Corpus callosum zu verfügen. Dies könnte darauf hinweisen, dass bei diesen Patienten infolge der oben aufgeführten Temporal- und Parietallappenanomalien reduzierte interhemisphärische Verkabelungen vorliegen. Diese Corpus-callosum-Auffälligkeiten scheinen insbesondere für weibliche schizophrene Patienten vorzuliegen (Highley et al. 1999). ! Auch für schizophrene Erkrankungen scheint ein Zusammenhang mit atypischen Asymmetrien in perisylvischen Hirngebieten vorzuliegen.

59.3

Weitere atypische anatomische Asymmetrien

Während für schizophrene Erkrankungen auf der Verhaltensebene vielfältige Hinweise vorliegen, die das Vorliegen atypischer funktionaler Asymmetrien rechtfertigen, sind diesbbezügliche Befunde bei depressiven und bipolaren psychiatrischen Erkrankungen uneinheitlich. Dass diese Krankheitsformen mit lateralisierten Verarbeitungsprozessen und damit mit lateralisierten Strukturen in Verbindung gebracht werden, kann im Zusammenhang mit Befunden gesehen werden, welche lateralisierte Verarbeitungen für positive und negative Affekte nahelegen. Die konsistentesten Befunde hierzu entstammen den Arbeiten von Davidson (1992), der nachweisen konnte, dass negativer Affekt mit einer α-Blockade im EEG über dem rechten Frontalkortex korreliert, während positiver Affekt mit einer α-Blockade über dem linken Frontallappen korreliert. Hieraus schließt Davidson, dass der rechte Frontalkortex in die Kontrolle von Abwehr und Vermeidungsreaktionen und der linke Frontalkortex in die Kontrolle von Annäherungsverhalten eingebunden ist. In diesem Zusammenhang sind auch Befunde interessant, welche nahelegen, dass Personen mit konsistenter und starker Aktivierung des rechten Frontallappens über weniger »Killerzellen« innerhalb der Immunsystems verfügen, als Personen mit konsistent starker Aktivierung des linken Frontallappens (Kang et al. 1992). Vorstellbar ist, dass unausbalancierte Aktivierungen der Frontallappens bedingt durch Mikro- oder Makroläsionen im rechten Frontalhirnbereich die Grundlage für affektive Störungen insbesondere für endogene Depressionen und bipolare Störungen sein könnten. Bislang sind die Befunde bezüglich anatomischer Auffälligkeiten bei diesen Erkrankungen uneinheitlich (zusammenfassend . Tabellen 59.1 und 59.2).

613 59.3 · Weitere atypische anatomische Asymmetrien

. Tabelle 59.1. Auffälligkeiten hinsichtlich anatomischer Asymmetrien bei Schizophrenen

Anatomische Struktur

Maß

Anatomische Auffälligkeit bei schizophrenen Patienten

Planum temporale

Fläche

Reduzierte L > R-Asymmetrie Symmetrie (L = R)

Linker Gyrus temporalis superior

Volumen

Reduziert

Rechter Gyrus frontalis superior

Kortikaler Faltungsgrad

Größer bei Schizophrenie

Sylvische Fissur

Länge

Sylvische Fissur auf der linken Hemisphäre kleiner als bei Normalen

Lobus temporalis

Volumen

Reduzierte L > R-Asymmetrie Symmetrie (L = R) Umgekehrte Asymmetrie (R > L)

Lobus parietalis inferior

Volumen

Umgekehrte Asymmetrie (R > L)

Lobus frontalis

Volumen

Reduzierte R > L Asymmetrie Umgekehrte Asymmetrie (L > R) Symmetrie (L = R)

Linker Seitenventrikel

Volumen

Größer als bei Gesunden

Linke Hemisphäre

Volumen

Reduziert

Rechte Amygdala

Volumen

Reduziert

Cerebellum, Hemisphäre

Volumen

L > R-Asymmetrie größer als bei Normalen

Corpus callosum

Fläche

Mittsagittalfläche kleiner, vor allem bei Frauen

. Tabelle 59.2. Auffälligkeiten hinsichtlich anatomischer Asymmetrien bei Patienten mit endogenen Depressionen

Anatomische Struktur

Maß

Anatomische Auffälligkeit bei endogen depressiven Patienten

Hippocampus

Volumen

Linker Hippocampus reduziert (16%)

Amygdala

Volumen

Rechte Amygdala reduziert

Lobus frontalis

Volumen

Reduzierte R>L-Asymmetrie

Gelegentlich werden reduzierte R > L-Volumenasymmetrien des Frontalkortex bei depressiven Patienten berichtet. Andererseits werden depressive Symptome häufig mit Läsionen des linken und manische Symptome mit Läsionen des rechten Präfrontalkortex in Verbindung gebracht (Starkstein et al. 1990). Etwas konsistenter werden atypische Volumenasymmetrien im Hippocampus-AmygdalaKomplex berichtet, wobei bei den depressiven Patienten insbesondere der linksseitige Hippocampus um ca. 16% im Vergleich zu Normalpersonen reduziert zu sein scheint. Hinsichtlich der Amygdala fallen rechtsseitige Volumenreduktionen auf. Obwohl diese anatomischen Befunde

noch weiterer Kreuzvalidierung bedürfen, ist allerdings festzustellen, dass strukturelle Auffälligkeiten in einem neuronalen Netz vorzuliegen scheinen, das den Präfrontalkortex, die Amygdala und den Hippocampus mit einschließt. Insofern sind anatomische Auffälligkeiten berichtet worden, die typischerweise in die Kontrolle von Affekten eingebunden sind (Davidson u. Irwin 1999). Atypische anatomische Asymmetrien wurden auch vereinzelt für andere psychiatrische und neurologische Erkrankungen festgestellt. Zum Beispiel fallen hyperaktive aufmerksamkeitsgestörte Patienten und Patienten mit Gilles-de-la-Tourette-Syndrom gelegentlich dadurch auf, dass sie reduzierte Volumina des Nucleus caudatus auf der linken Hemisphäre und des Globus pallidus auf der rechten Hemisphäre aufweisen (Castellanos et al. 1996a,b). Inwieweit diese atypischen anatomischen Asymmetrien als Prädiktor für diese Erkrankungen dienen, müssen zukünftige morphometrische Studien zeigen. Für das Verständnis der möglichen Rolle atypischer anatomischer Asymmetrien ist der Fall eines Patienten hilfreich, der von Geburt an kein Corpus callosum besitzt (Jäncke et al. 1997b). Dieser Patient fällt durch ein erheblich reduziertes Volumen rechtsseitiger perisylvischer

59

614

Kapitel 59 · Verhaltensstörungen durch hirnanatomische Asymmetrien?

Strukturen (Planum temporale und Planum parietale) bei gleichzeitig normalem Volumen linksseitiger perisylvischer Strukturen auf. Interessant ist auch, dass eine Reihe von psychischen Funktionen, welche normalerweise von der rechten Hemisphäre verarbeitet werden, bei ihm von der linken Hemisphäre kontrolliert werden. Vermutlich haben sich die linksseitigen anatomischen Strukturen normgerecht entwickelt und eine Reihe von wesentlichen Funktionen der rechten Hemisphäre übernommen. Hierdurch könnten die rechtsseitigen perisylvischen Strukturen durch mangelnde Stimulation »verkümmert« sein, sodass weniger synaptische Kontakte aufgebaut wurden. Dieses Beispiel könnte als Modell für die oben erwähnten atypischen anatomischen Asymmetrien dienen Vorstellbar ist, dass vorgeburtliche anatomische und/oder neuro-

physiologische Defekte die Entwicklung von verschiedenen anatomischen Strukturen behindern können. Dies könnte dann in der Folgezeit zu atypischen anatomischen Asymmetrien und zur kortikalen Reorganisation von psychischen Funktionen führen. Diese Reorganisation muss nicht unbedingt optimal verlaufen, sie kann auch zu einer Reihe von Verhaltensproblemen führen, welche sich letztlich als psychiatrische oder neurologische Störungen zeigen. ! Neben Dyslexie und Schizophrenie werden weitere Störungsbilder diskutiert, die mit atypischen Asymmetrien in perisylvischen Hirnbereichen gekoppelt sind. Möglich ist auch, dass atypische Asymmetrien in den genannten Hirnbereichen sich infolge von plastischen Prozessen herausgebildet haben.

Zusammenfassung

59

Obwohl für einige psychiatrische und neurologische Erkrankungen atypische anatomische Asymmetrien festgestellt werden konnten, ist derzeit noch offen, ob diese Auffälligkeiten Ursache oder Folge der Erkrankungen sind. Am häufigsten scheinen atypische anatomische Asymmetrien bei Schizophrenen und bei Personen mit Lese-Rechtschreib-Schwächen vorzuliegen. Diese atypischen anatomischen Asymmetrien sind vor allem in perisylvischen Hirnbereichen (Planum temporale, Sylvische

Fissur, Gyrus temporalis superior, Temporallappen, Seitenventrikel) festgestellt worden. Auffallend ist allerdings, dass diese atypischen Asymmetrien nicht bei jedem Patienten zu finden sind. Deshalb ist es unwahrscheinlich, dass atypische anatomische Asymmetrien alleinige Ursache dieser Erkrankungen sind. Vorstellbar ist, dass diese anatomischen Auffälligkeiten mit anderen Faktoren interagieren (neurophysiologische oder soziale), um zu Verhaltensstörungen zu führen.

XV Entwicklung, Funktionsanpassung und Plastizität 60

Perzeptuelles Lernen

– 617

Manfred Fahle

61

Motorisches Lernen

– 624

Jürgen Konczak

62

Sprachentwicklung

– 632

Zvi Penner, Jürgen Weissenborn, Angela D. Friederici

63

Kortikale Reorganisation

–640

Thomas Elbert, Brigitte Rockstroh

64

Funktionsanpassung im motorischen und im sprachlichen System – 654 Michel Rijntjes, Cornelius Weiller

617

60 Perzeptuelles Lernen Manfred Fahle

60.1 60.2 60.3 60.4 60.5

Übung verbessert die visuelle Wahrnehmung – 617 Abgrenzung verwandter Begriffe – 617 Veränderungen primärer sensorischer Kortizes während des perzeptuellen Lernens – 618 Die neuronalen Grundlagen perzeptuellen Lernens – 621 Unterschiedliche Kortexebenen für perzeptuelles Lernen (Modellvorstellungen) – 621

)) Unsere Leistungen bei einer Vielfalt von Aufgaben verbessern sich durch Übung und Lernen. Dieses Kapitel behandelt Verbesserungen von Wahrnehmungsleistungen durch Lernen. Die erreichten Verbesserungen beruhen in der Regel nicht auf einer verbalisierbaren Einsicht, sondern vollziehen sich im Verlaufe des Trainings unter dem wesentlichen Einfluss von Rückmeldesignalen und gerichteter Aufmerksamkeit quasi automatisch. Perzeptuelles Lernen betrifft eine Vielzahl kortikaler Ebenen, von rein »kognitiven« bis hinunter zu primär sensorischen. Die Erkenntnis, dass auch primär sensorische Ebenen des Kortex bei Erwachsenen noch veränderbar sind, ist relativ neuen Datums und diese starke Beteiligung sehr früher kortikaler Ebenen führt zu einer Sonderstellung des perzeptuellen Lernens innerhalb des Gebietes der Lernforschung.

60.1

Übung verbessert die visuelle Wahrnehmung

Schaut man sich zum ersten Mal histologische Präparate an, dann erscheinen viele schwer unterscheidbar, doch nach kurzer Übung springen die Unterschiede ins Auge. Übung verbessert die Leistung nicht nur bei dieser komplexen Unterscheidungsaufgabe, sondern auch bei weit elementareren Aufgaben. Bereits vor Jahrzehnten wurde eine Verbesserung der Schwelle für stereoskopische Tie-

fendiskrimination, Noniusunterscheidung sowie Orientierungsdiskrimination (7 unten) nach Übung beschrieben (Ramachandran u. Braddick 1973; McKee u. Westheimer 1978; Vogels u. Orban 1985). Perzeptuelles Lernen ist dagegen ein relativ neuer Zweig der Lernforschung, der sich mit hoher Geschwindigkeit entwickelt. Die grundlegende Andersartigkeit dieser Form des sensorischen Lernens wurde erst später erkannt. Perzeptuelles Lernen kann definiert werden als eine relativ dauerhafte und konsistente Veränderung der Wahrnehmung von Reizen aufgrund vorangehender Erfahrung und/oder Übung, oft mit Beteiligung relativ »peripherer« Ebenen der kortikalen Informationsverarbeitung (vgl. Gibson 1963). Die Wahrnehmungsveränderung besteht in der Regel in einer Leistungsverbesserung, außer beispielsweise im Falle unrichtiger Fehlerrückmeldung. ! Perzeptuelles Lernen führt zu relativ dauerhaften und oft sehr spezifischen Veränderungen der Leistungen bei Wahrnehmungsaufgaben.

60.2

Abgrenzung verwandter Begriffe

Begriffe wie Lernen, Einsicht, Plastizität, Adaptation, Habituation, Nacheffekt, Priming, Entwicklung und Reifung gehören dem gleichen Begriffsraum wie perzeptuelles Lernen an und müssen zur Vermeidung von Missverständnissen abgegrenzt werden. Lernen beinhaltet natürlich alle sensorischen und motorischen Veränderungen bleibender Natur. Das Spezifikum perzeptuellen Lernens ist seine rein sensorische Natur und sein »automatischer«, in der Regel nicht verbalisierbarer Verlauf. Der Begriff Einsicht sollte dagegen für kognitive, verbalisierbare Veränderungen der Informationsverarbeitung reserviert bleiben. Plastizität bezeichnet die Veränderbarkeit sowohl der anatomischen als auch der funktionellen Organisation des zentralen Nervensystems, die zu einer Anpassung an die Erfordernisse der äußeren Welt führt – beispielsweise nach Läsionen des Nervensystems. Adaptation steht in der Regel für eine kurzfristige Anpassung innerhalb

60

618

Kapitel 60 · Perzeptuelles Lernen

eines vorgegebenen Bereiches ohne langfristigere Folgen wie im Beispiel der Lichtadaptation. Habituation oder Sättigung scheint ein Spezialfall der Adaptation zu sein: eine vorübergehende Anhebung der Erregungsschwelle nach mehrfacher Reizdarbietung. Auch Nacheffekte können als selektive und kurzfristige Adaptationseffekte interpretiert werden, wenn die Wahrnehmung das Ergebnis antagonistischer neuronaler Mechanismen ist, von denen einer selektiv adaptiert wurde, wie im Beispiel der Wasserfallillusion. Priming ist die Bahnung einer nachfolgenden Reiz-Reaktions-Beziehung. Reifung und Entwicklung beziehen sich im Gegensatz zu Lernen auf Verhaltensveränderungen, die überwiegend durch genetische und nicht durch Umweltfaktoren bedingt sind.

60.3

Veränderungen primärer sensorischer Kortizes während des perzeptuellen Lernens

Bis vor kurzem wurde der primäre visuelle Kortex Erwachsener als eine weitgehend »fest verdrahtete«, also nicht veränderbare erste kortikale Filter- und Verarbeitungsstufe der visuellen Information angesehen (z. B. Marr 1982). Diese Stufe sollte bestimmte elementare Merkmale aus den komplexen Bildern der Netzhaut extrahieren und durch die Phylo- und Ontogenese optimal für diesen Zweck ausgebildet worden sein. Veränderungen dieser Stufe während des Lernens einer Aufgabe könnten daher negative Auswirkungen auf die Lösung anderer Wahrnehmungsaufgaben

60

a

c . Abb. 60.1a–d. Beispiele für Wahrnehmungsleistungen, mit deren Hilfe perzeptuelles Lernen untersucht wurde: a Noniusdiskrimination: Ist das untere (rechte) Element relativ zum oberen (linken) nach rechts oder links (oben oder unten) versetzt? b Drei-Punkt-Nonius: Liegt der mittlere Punkt rechts oder links einer imaginären Linie durch die End-

b

d punkte? c Drei-Punkt-Unterteilung (»bisection«): Liegt der mittlere Punkt näher am oberen oder näher am unteren Punkt? d Texturunterscheidungsaufgabe: Ist ein Rechteck, das durch die drei schräg orientierten Elemente definiert wird, horizontal oder vertikal orientiert? (Nach Karni u. Sagi 1991)

60

619 60.3 · Veränderungen primärer sensorischer Kortizes während des perzeptuellen Lernens

haben und sollten unterbleiben. Tatsächlich führt das Abdecken eines Auges junger Katzen zu Veränderungen der kortikalen Architektur, die nur während der Jugendzeit reversibel sind (Wiesel u. Hubel 1965). Ähnliches gilt für Kinder, die unter durch Schielen bedingter Schwachsichtigkeit eines Auges leiden: Auch sie können nur während der Kindheit effektiv therapiert werden. Es scheint also eine kritische Phase während der Entwicklung zu existieren, während derer die primären sensorischen Kortizes noch veränderbar sind, während sie diese Plastizität später verliert. Daher nahm man an, dass alle Leistungsverbesserungen bei Wahrnehmungsaufgaben von Erwachsenen auf nachgeschalteten Ebenen der Informationsverarbeitung bewirkt werden müssten.

Eine Reihe psychophysischer (d.h. auf Verhaltensexperimenten beruhender) und elektrophysiologischer Ergebnisse hat diese Ansicht jedoch während des letzten Jahrzehntes widerlegt. Ein erster Hinweis war die Tatsache, dass die Leistungsverbesserung nach Training im Falle der Unterscheidung zwischen komplexen Gittermustern nach Drehen der Muster um 90° verschwand (Fiorentini u. Beradi 1981). Das gleiche galt für eine Noniusdiskriminationsaufgabe, bei der die Versuchspersonen zwischen Rechts- und Linksversetzung des oberen relativ zu einem fast kolinearen unteren Element unterscheiden mussten (. Abb. 60.1a) sowie für eine stereoskopische Tiefendiskriminationsaufgabe. Diese Art von Reizen bietet den Vorteil, dass die erreichten Schwellenwerte unterhalb eines Photo-

. Abb. 60.2. a Verbesserung der Noniusdiskrimination durch einstündiges Training (80 Reizdarbietungen pro Datenpunkt) und nachfolgender Abfall mit Neulernen nach 90°-Rotation des Reizes. Mittelwerte und Standardfehler von 12 Versuchspersonen. b Kein Abfall der Ergebnisse bei gleichbleibender Reizorientierung (6 Versuchspersonen). (Nach Poggio et al. 1991)

a

. Abb. 60.3. Positionsspezifität des perzeptuellen Lernens: An jeder von 8 Gesichtsfeldpositionen verbesserten die Versuchspersonen (n = 8) ihre Ergebnisse im Durchschnitt um ca. 7% (z.B. von 80 auf 87% richtiger Antworten) innerhalb von 1 h. Beim Übergang zu einer neuen Gesichtsfeldposition nahm die Leistung jedoch im Durchschnitt um den gleichen Betrag ab. FP Fixationspunkt. (Nach Fahle et al. 1995)

b

620

Kapitel 60 · Perzeptuelles Lernen

rezeptorendurchmessers liegen und die Verbesserungen im Verlaufe eines Experiments daher sehr sensitiv anzeigen (. Abb. 60.2). Der Leistungsabfall nach Drehen der Reize (. Abb. 60.2) war nicht dadurch bedingt, dass sich die Anweisung geändert hatte und die Versuchspersonen sich zunächst an die veränderte Anweisung gewöhnen mussten, denn eine Vertauschung der Antwortknöpfe (rechter Knopf statt zuvor linker Knopf und linker statt rechter) hatte keinerlei Leistungsabfall zur Folge. Die Leistungsverbesserung bei Noniusdiskriminationsaufgaben ist zumindest teilweise spezifisch für die Position im Gesichtsfeld (Karni u. Sagi 1991; Beard et al. 1995; Fahle et al. 1995; . Abb. 60.2). Wenn die Noniusaufgabe an einem

60

. Abb. 60.4. a Bei monokularem Training steigt das Leistungsniveau innerhalb einer Trainingszeit von 5 h an, die Wahrnehmungsschwellen nehmen daher kontinuierlich ab, steigen aber beim Übergang auf das andere Auge sogar über das Ausgangsniveau hinaus an (Mittelwerte und Standardfehler von 6 Versuchspersonen; nach Fahle et al. 1995). b Sechs Versuchspersonen trainierten zunächst eine Drei-Punkt-Noniusaufgabe (. Abb. 60.1b), weitere sechs Versuchspersonen eine Drei-PunktUnterteilung (. Abb. 60.1c). Nach 1 h Trainingszeit wurden die Aufgaben getauscht. Trotz der Ähnlichkeit der Reizmuster trat kein Transfer des Lernerfolgs zwischen den Auf-gaben ein. (Nach Fahle u. Morgan 1996)

a

b

Gesichtsfeldort 1 h lang trainiert wurde, verbesserten sich die Leistungen signifikant, fielen aber beim Übergang auf einen anderen Gesichtsfeldort gleicher Exzentrizität wieder ebenso stark ab (. Abb. 60.3). Bei einer Texturunterscheidungsaufgabe (. Abb. 60.1d), bei der die Versuchspersonen eine Gestalt vom Hintergrund aufgrund der Orientierung der Reizelemente unterscheiden mussten, ergab sich eine Spezifität des Lernerfolges von dem bei monokularer Darbietung trainierten Auge (Karni u. Sagi 1991). Die gleiche Spezifität für das »trainierte Auge« fand sich auch für Noniusdiskrimination: Die Schwellen verbesserten sich während des Trainings mit einem Auge, stiegen aber auf das Ausgangsniveau an, sobald das zuvor abgedeckte Auge

621 60.5 · Unterschiedliche Kortexebenen für perzeptuelles Lernen (Modellvorstellungen)

getestet wurde (Poggio et al. 1991; . Abb. 60.4a). Eine Verbesserung durch motorisches Lernen, beispielsweise aufgrund besserer Akkommodation oder Fixation konnte ausgeschlossen werden, da kein Transfer des Lernerfolges zwischen einer Drei-Punkt-Noniusaufgabe (. Abb. 60.1b) und einer Drei-Punkt-Unterteilungsaufgabe (. Abb. 60.1c) auftrat, obwohl sich die Reize für beide Aufgaben um weniger als einen Photorezeptorendurchmesser unterschieden (Fahle u. Morgan 1996; . Abb. 60.4b). ! Die hohe Spezifität des perzeptuellen Lernens für viele Reizeigenschaften, wie Orientierung und gereiztes Auge, weist darauf hin, dass perzeptuelles Lernen ganz wesentlich auf Veränderungen relativ »früher« oder »peripherer« Kortexanteile beruht, die noch keine Invarianz für diese Reizeigenschaften aufweisen.

60.4

Die neuronalen Grundlagen perzeptuellen Lernens

Die Spezifität des perzeptuellen Lernens für sowohl das trainierte Auge als auch die trainierte Reizorientierung ist ein starkes Argument dafür, dass der primäre visuelle Kortex an der Leistungsverbesserung beteiligt ist, denn nur dort sind die Nervenzellen sowohl monokular –im Gegensatz zu »höheren« Kortexarealen, in denen fast alle Neuronen von beiden Augen erregt werden können – als auch orientierungsspezifisch – im Gegensatz zu den Neuronen in Netzhaut und Corpus Geniculatum Laterale, die rotationssymmetrische rezeptive Felder aufweisen und daher nicht zwischen Reizen unterschiedlicher Orientierung differenzieren können (. Abb. 60.5). Diese Hypothese der Beteiligung des primären visuellen Kortex steht im Einklang mit neuen elektrophysiologischen Befunden. Nach Zerstörung von Teilen der Netzhaut erwachsener Affen verändern die kortikalen Zielneurone der zerstörten Netzhautneurone in der primären Sehrinde ihre rezeptiven Felder, also ihre Position im Gesichtsfeld, selbst bei erwachsenen Affen (Gilbert u. Wiesel 1992; . Abb. 60.6). Auch die Mikroschaltkreise im primären visuellen Kortex, die für die rezeptiven Felder kortikaler Neurone wichtig sind, können sich nach umschriebenen Läsionen des visuellen Kortex relativ weitgehend verändern: In der Umgebung der kortikalen Läsion vergrößern sich die rezeptiven Felddurchmesser und übernehmen so einen Teil der Repräsentation der Außenwelt, die zuvor von den läsionierten Neuronen abgedeckt wurde (Eysel 2001). Auch visuell evozierte Hirnpotentiale können sich durch Training verändern. Die Latenz von durch das

Auftauchen von Noniusversetzungen evozierten Potentialen verkürzt sich durch Training signifikant und die Potentialverteilung über dem okzipitalen Kortex verändert sich gleichzeitig hochsignifikant (Fahle u. Skrandies 1994), für kurze Latenzen besonders ausgeprägt über dem primären visuellen Kortex.

60.5

Unterschiedliche Kortexebenen für perzeptuelles Lernen (Modellvorstellungen)

Es ergibt sich ein gewisser Widerspruch aus dem bisher Gesagten: Einerseits können Probleme entstehen, wenn Lernen zu Veränderungen auf den ersten Stufen der Musterverarbeitung führt – insbesondere zu Interferenzen mit der Lösung anderer Wahrnehmungsaufgaben. Andererseits weisen die experimentellen Befunde zur Spezifität des Lernerfolges darauf hin, dass genau dies passiert: eine lernbedingte Veränderung auch auf der Ebene des primären visuellen Kortex. Die Lösung des Widerspruchs ist vermutlich in der Tatsache zu finden, dass perzeptuelles Lernen auf mehreren Ebenen des (visuellen) Kortex angreift. Befunde wie die starke Abhängigkeit der Lerngeschwindigkeit von Aufmerksamkeit und Fehlerrückmeldung (Ahissar u. Hochstein 1997; Herzog u. Fahle 1998) deuten auf eine Beteiligung höherer kortikaler Ebenen hin. Daher betonen neuere Modelle des perzeptuellen Lernens zunehmend die Tatsache, dass perzeptuelles Lernen auf verschiedenen Ebenen der kortikalen Verarbeitung auftreten kann – sowohl auf »höheren«, schon immer für Lernvorgänge reklamierten, als auch auf »niedrigen« Ebenen, als Ausdruck der Reizspezifität. Eine elegante Auflösung des oben angesprochenen Widerspruchs liegt in der Annahme, dass die Reizverarbeitung auf den niedrigen Ebenen durch sog. »Topdown«-Einflüsse von zentralen kortikalen Verarbeitungsebenen modifiziert wird. Dadurch würde einerseits der primäre visuelle Kortex optimal auf die Verarbeitung des jeweiligen Reizes abgestimmt und könnte während des perzeptuellen Lernens neue rezeptive Feldeigenschaften erlernen, die optimal für die Erkennung und Diskrimination des neuen Reizes wären. Andererseits hätten diese Modifikationen keinen Einfluss auf die Verarbeitung der übrigen Reize. Das visuelle System hätte gewissermaßen viele Eingangsfilter zur Verfügung, die für die jeweils dargebotenen Reize optimiert wären, und nicht bloß einen einzigen Filter. Einziger Nachteil dieser Lösung wäre eine gewisse Verlangsamung: Für optimale Detektion wird etwas längere Zeit

60

622

Kapitel 60 · Perzeptuelles Lernen

. Abb. 60.5. Schema der Sehbahn. Die Nervenzellen in der Netzhaut und im Corpus Geniculatum Laterale (CGL) haben rotationssymmetrische rezeptive Felder und können daher nicht spezifisch für eine bestimmte Reizorientierung trainiert werden. Im primären visuellen Kortex sind die Neurone dagegen orientierungsspezifisch und noch teilweise ausschließlich von einem Auge erregbar. Sie können daher selektiv durch dieses Auge trainiert werden, während die Neurone in »höheren« Arealen überwiegend binokular sind, d.h. von beiden Augen gleich stark erregt werden

60

benötigt, da der primäre visuelle Kortex erst auf den Reiz abgestimmt werden muss. Die starke Reizspezifität des perzeptuellen Lernens geht, wie oben erwähnt, teilweise beim Erlernen relativ einfacher Diskriminationsaufgaben verloren, während die Reizspezifität am höchsten für schwierige Aufgaben ist (Ahissar u. Hochstein 1997). Dieses Phänomen könnte durch die Annahme erklärt werden, dass die einfacheren Aufgaben auf höheren Ebenen der Informationsverarbei-

tung erlernt werden, da hier die bessere Auswertung der von den peripheren Ebenen angelieferten Information ausreicht – die peripheren Ebenen selbst müssen nicht verändert werden. Für schwierige Aufgaben ist diese verbesserte Auswertung der vorgefilterten Information dagegen nicht ausreichend, sondern die Vorverarbeitung in der Peripherie muss verbessert werden. Die hierzu erforderlichen Änderungen der Verarbeitung sollten hochspezifisch für den Reiz sein.

623 60.5 · Unterschiedliche Kortexebenen für perzeptuelles Lernen (Modellvorstellungen)

. Abb. 60.6. Veränderung der Position der rezeptiven Felder kortikaler Neurone nach Zerstörung der zugehörigen Netzhauteingänge. Die rezeptiven Felder der kortikalen Neurone (Rechtecke), die vor der Läsion einen bestimmten Netzhautbereich repräsentierten (angedeu-

tet durch Kreis), sind nach 2 Monaten in Richtung auf intakte Netzhautbereiche verlagert worden, d. h., sie liegen außerhalb des Kreises. (Aus Gilbert u. Wiesel 1992)

! Perzeptuelles Lernen kann unterschiedliche Ebenen der Informationsverarbeitung dauerhaft verändern, möglicherweise über »Top-down«-Einflüsse von höheren auf vorgeschaltete kortikale Ebenen.

Zusammenfassung Perzeptuelles Lernen unterscheidet sich insbesondere durch seine Reiz- und Aufgabenspezifität sowie seine nicht verbalisierbare und rein sensorische Natur von den meisten anderen Arten von Lernen. Es basiert vermutlich auf funktionellen Veränderungen auf verschiedenen Ebenen der Informationsverarbeitung, mit hoher Wahrscheinlichkeit einschließlich des primären sensorischen Kortex. Perzeptuelles Lernen scheint auf den ersten Blick eine relativ komplexe kognitive Leistung darzustellen und insofern eher deklarativen Formen des Lernens zu gleichen, also solchen, deren Ergebnisse verbalisierbar sind. Die Reizspezifität für solch elementare Reizeigenschaften wie Orientierung, Gesichtsfeldposition und trainiertes Auge deutet dagegen auf eine Beteiligung des primären visuellen Kortex bei diesen Lernvorgängen hin, da dort die Neuronen orientierungsspezifisch, aber teilweise noch von nur einem Auge erregbar sind. Diese Beteiligung des primären visuellen Kortex stände auch im Einklang mit der Nichtverbalisierbarkeit des Lernerfolges; die Versuchs-

personen sind nach Erlernen schwieriger Wahrnehmungsaufgaben nicht in der Lage, konsistente Angaben darüber zu machen, wie sie gelernt haben. Die Abhängigkeit von Fehlerrückmeldung und »Einsicht« zeigt andererseits die Wichtigkeit von »Top-down«-Einflüssen aus nachgeschalteten kortikalen Ebenen und die große Rolle höherer kognitiver Kortexareale. Die Ergebnisse der Untersuchungen zum perzeptuellen Lernen führen uns nicht nur das überraschende Ausmaß an Plastizität selbst im erwachsenen peripheren sensorischen Kortex vor Augen. Sie legen vielmehr auch nahe, dass die kortikale Informationsverarbeitung nicht als ein rein vorwärtsgekoppeltes (»feedforward«), hierarchisch organisiertes System aufeinanderfolgender neuronaler Ebenen anzusehen ist. Vielmehr stellt sie ein komplexes und plastisches (also lernfähiges) rückgekoppeltes (»feedback«) System dar, in dem »Top-down«-Einflüsse eine wesentliche Rolle spielen, beispielsweise durch eine aufgabenspezifische Einstellung der rezeptiven Feldeigenschaften auf den frühen Kortexebenen.

60

61 Motorisches Lernen Jürgen Konczak

61.1 61.2

Motorische Adaptationsfähigkeit ist die Voraussetzung für den Erwerb von Fertigkeiten – 625 Die neuronale Basis motorischen Lernens – 627

61.2.1 Mit erhöhter motorischer Kompetenz verengt sich die neuronale Aktivität der Großhirnrinde auf die primär-motorische Area – 627 61.2.2 »Spiegel«-Neurone sind beim Nachahmungslernen aktiv – 627 61.2.3 Das Cerebellum kann ein motorisches Fehlersignal für Feedback-Lernen generieren – 627

))

61

Im weitesten Sinne bezeichnet motorisches Lernen eine Veränderung des beobachtbaren Verhaltens oder wird verkürzt als Erwerb von Fertigkeiten verstanden. Allgemein verstanden, bezieht sich der Begriff motorisches Lernen jedoch auf das gesamte menschliche Bewegungsrepertoire. Die Spannbreite dieses Repertoires reicht von der Konditionierung eines Reflexes bis zum Erwerb hochkomplexer Bewegungssequenzen wie beispielsweise Klavierspielen.

Motorisches Lernen wird in der Psychologie häufig als prozedurales oder implizites Lernen klassifiziert (Squire u. Cohen 1984). Es unterscheidet sich von deklarativem oder explizitem Lernen, das primär auf den Erwerb von kognitiven Wissensinhalten (Fakten, Beziehungen) ausgerichtet ist (. Abb. 61.1; zum expliziten Lernen 7 Kap. 40). Diese Einteilung in verschiedene Lernformen basiert auf der Erkenntnis, dass deklaratives und prozedurales Wissen in neuroanatomisch unterschiedlich lokalisierten Gedächtnisspeichern abgelegt ist. Verschiedene Studien mit dem Epilepsie Patienten H.M. (z. B. Corkin 1968), bei dem beidseitig mediale Anteile des Temporallappens unter Einschluss des Hippocampus und der Amygdala entfernt worden waren, zeigten seine massiven Störungen des expliziten oder deklarativen Gedächtnisses (z. B. Speichern und Abruf von Wörtern, Bildern und Ereignissen). Der Patient war jedoch in der Lage, neue Bewegungsmuster zu erlernen. Er behielt das Erlernte über Tage, obwohl er an jedem neuen Tag erklärte, er könne sich weder an die Aufgabe erinnern, noch daran, sie am vorherigen Tag trainiert zu haben. Diese Befunde belegen eindrucksvoll, dass implizites und explizites Lernen eine unterschiedliche neuronale

. Abb. 61.1. Klassifikation verschiedener Lernprozesse. Unter prozeduralem Lernen werden nichtassoziatives Lernen (Habituation und Sensibilisierung), klassische Konditionierung (Pawlow’sches Lernen) und der Erwerb von Fertigkeiten zusammengefasst. Prozedurales Lernen wird als implizit bezeichnet, da es im allgemeinen unbewusst abläuft, im Gegensatz zum bewussten expliziten Lernen. (Nach Sqire u-. Zola-Morgan 1991)

nichtassoziatives Lernen

Fakten

klassische Konditionierung

motorische Fertigkeiten

Ereignisse

625 61.1 · Motorische Adaptationsfähigkeit ist die Vorraussetzung für den Erwerb von Fertigkeiten

Basis haben müssen. Sonst wäre nicht zu erklären, warum seine motorische Lernfähigkeit erhalten, aber seine Fähigkeit, Erinnerungen und Fakten zu speichern, verloren gegangen war. Motorisches Lernen kann aber auch kognitive Komponenten aufweisen, die eher mit explizitem Lernen verbunden sind. Beispielsweise ist das Erlernen einer neuen, komplexen Bewegungsform häufig von der Formierung einer mentalen Bewegungsvorstellung begleitet, und mentales Training einer Bewegungssequenz kann die Qualität der Ausführung verbessern. Dabei sind teilweise die gleichen Hirnareale aktiv, die auch während der willentlichen Bewegungsausführung aktiviert werden (Decety et al. 1990). ! Motorisches Lernen wird als prozedurales oder implizites Lernen klassifiziert. Implizit bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Lernprozess dem Lernenden in der Regel unbewusst bleibt.

Eine weitere in der Physiologie verbreitete Form der Klassifizierung ist die Unterscheidung in sensorisches und motorisches Lernen. Hier wird der Erwerb bzw. die Veränderung perzeptueller Fähigkeiten dem Erlernen von Bewegungssequenzen gegenübergestellt (zum perzeptuellen Lernen 7 Kap. 60). Diese Art der Einteilung ist jedoch problematisch, da sie suggeriert, dass motorisches Lernen ohne Sensorik möglich ist. Dies ist nicht richtig, da ohne sensorische Information keine gezielte Änderung des motorischen Verhaltens erreicht werden kann – auch wenn diese Information im Gedächtnis gespeichert ist und für den motorischen Lernprozess erst später abgerufen wird. Selbst basale Formen motorischen Lernens wie die Konditionierung des Lidschlussreflexes auf einen Luftstoß benötigen einen sensorischen Stimulus (7 Unter der Lupe »Klassische Konditionierung«). Daher ist es eigentlich sinnvoller, von sensomotorischem Lernen zu sprechen.

61.1

Motorische Adaptationsfähigkeit ist die Vorraussetzung für den Erwerb von Fertigkeiten

Motorisches Lernen kann nicht losgelöst von den Eigenschaften und Fähigkeiten des motorischen Kontrollsystems betrachtet werden. Vielmehr bedingt die Art der Kontrolle und die Vielfalt der zur Verfügung stehenden sensorischen Information (z. B. auditiv, vestibular, propriozeptiv, visuell) den sensomotorischen Lernprozess. Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Arten der motorischen Kontrolle – Steu-

erung und Regelung (im Englischen: »feedforward« und »feedback control«). Steuerung basiert auf einem motorischen Plan, Regelung benötigt einen oder mehrere sensorische Eingänge, um eine bestimmte Istgröße (z. B. räumliche Abweichung von einem zu ergeifenden Gegenstand) einer vorgegebenen Sollgröße anzugleichen. Im menschlichen Gehirn laufen beide Prozesse parallel, so dass die beobachtbare Bewegung immer das Produkt beider Kontrollmodi ist. Neuere Studien (z. B. Wolper et al. 1995) zeigen, dass die Grundbausteine der neuronalen Steuerung so genannte invers dynamische Modelle (IDM) sind, die die physikalischen Eigenschaften des Körpers und der auf ihn wirkenden Kräfte abbilden. Das heißt, ein IDM enthält nicht die Anweisung für eine bestimmte Bewegungsequenz, es ist kein motorisches Programm. Vielmehr ist es eine neuronale Repräsentation des Muskel-Skelett-Systems, auf das äußere Kräfte wie die Gravitation einwirken (für eine Einführung in IDM 7 Kap. 26). Ein IDM, das die Biomechanik des Körpers exakt abbildet, ist ein idealer Kontroller, der garantiert, dass motorischer Plan und Ausführung übereinstimmen (. Abb. 61.2). Dieser neuronale Kontroller muss adaptiv sein, da sich die Biomechanik des menschlichen Körpers im Laufe der Entwicklung durch Wachstum stark verändert und im Alltag die Größe der äußeren Kräfte durch die Handhabung von Gegenständen und Werkzeugen ständig wechseln (z. B. zusätzliche Trägheits- und Corioliskräfte). Das heißt, das IDM muss den veränderten physikalischen Gegebenheiten entsprechend aktualisiert werden. Dieser Prozess beruht auf der Verarbeitung spinaler Afferenzen und benötigt propriozeptive Information über die Kinematik (z. B. Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung) des Körpers und seiner Gliedmaßen als Eingangsvariablen. Fehlende oder falsche kinematische Information führt zu einer schlechten neuronalen Schätzung der Gelenkdynamik (der an den Gliedmaßen wirkenden Kräfte). Beispielsweise erfahren wir solche Fehleinschätzungen, wenn wir die Masse eines zu hebenden Gegenstands überschätzen. Als Folge dieser Überschätzung werden höhere Muskelkräfte als notwendig generiert, die dann zu überschießenden Armbewegungen führen. Evidenz für die Existenz neuronaler IDM stammt aus Experimenten, in denen Probanden Armbewegungen zu verschiedenen Zielen in einem unbekannten äußerem Kraftfeld durchführen mussten (z. B. Gandolfo et al. 1996; Shadmehr u. Mussa-Ivaldi 1994). Unter normalen Bedingungen führten die Trajektorien der Hand geradlinig zum Ziel. Nach dem Aufschalten einer für die Probanden unbekannten, viskösen Kraft zeigten die Handtrajektorien

61

626

Kapitel 61 · Motorisches Lernen

2

Motorischer Plan

Arm-Position

1 0

Korrektes IDM

–1 –2

Zielobjekt

Inkorrektes IDM

0

61

0

Zeit (s)

3

. Abb. 61.2. Beispiel eines IDM-Kontrollers, dessen neuronale Schätzung der Armmasse größer ist als die tatsächliche Masse des Arms. Gezeigt sind die Ergebnisse einer computergestützten Simulation einer Unterarmbewegung. Der motorische Plan (ein Beschleunigungsprofil) ist in beiden Fällen identisch. Wenn der Kontroller eine genaue

Schätzung der Armmasse hat, wird das Zielobjekt erreicht, d. h. der motorische Plan wird exakt umgesetzt. Wird die Armmasse überschätzt, werden höhere Drehmomente als notwendig generiert und der Arm überschießt das Ziel

eine starke Krümmung in Richtung der wirkenden Kraft (. Abb. 26.5). Nach längerem Üben (ca. 750 Versuche), wurden die Trajektorien wieder geradlinig. Als dann das äußere Kraftfeld abgeschaltet wurde, wiesen die Trajektorien eine Abweichung in die umgekehrte Richtung auf. Dieser Nacheffekt und die Tatsache, dass die Probanden versuchten, unter dem neuen Kraftfeld dieselben Trajektorien zu formen wie unter normalen Verhältnissen, weist darauf hin, dass die Probanden ihren kinematischen Plan beibehielten und die Veränderung der Dynamik kompensierten. Auch konnte nachgewiesen werden, dass sich diese Kompensationsfähigkeit nicht nur auf die erlernten Ziele erstreckte, sondern auch auf benachbarte Regionen extrapoliert werden konnte. Eine solche Fähigkeit zur Extrapolation spricht dafür, dass es sich nicht nur um ein assoziatives Verknüpfen von Kraftfeld und bestimmten Orten im Arbeitsbereich des Probanden handelt, sondern um ein neuronales Modell der inversen Dynamik. Theoretische Erkenntnisse und neurobiologische Befunde sprechen heute dafür, dass das neuronale motorische System nicht nur aus einem, sondern aus einer Anzahl interner motorischer Modelle besteht, die wahrscheinlich im Kleinhirn und im motorischen Kortex lokalisiert sind (Wolpert et al. 1998). Eindrucksvoller als diese Adaptationsfähigkeit des motorischen Systems ist für viele die Fähigkeit des Menschen,

komplexe Bewegungsmuster zu erlernen. Neue Fertigkeiten werden wahrscheinlich durch eine Mischung von assoziativem und Nachahmungslernen erworben. Bisher war man der Ansicht, dass nur Säugetiere und insbesondere höhere Primaten Handlungen imitieren können, doch neuere Studien zeigen, dass auch Vögel zur Nachahmung fähig sind (Zentall 2004). Es würde den Rahmen dieses Kapitels sprengen, die bestehende Literatur über den Erwerb von Fertigkeiten aufzuarbeiten. Man kann jedoch feststellen: 1. Unzählige Studien zum visuo- oder audiomotorischen Lernen zeigen eindrucksvoll, dass der Mensch im Rahmen der Aufgabenstellung und seiner Biomechanik so ziemlich jede Bewegungsgröße kinematischer oder dynamischer Art anhand festgelegter Kriterien erlernen und optimieren kann (z. B. Nelson 1983). Es gibt keine eindeutige Evidenz dafür, dass das Nervensystem bei der Planung aller willkürmotorischen Bewegungen eine einzige biomechanische Kostenfunktion zu minimieren versucht. 2. Zu Beginn eines sensomotorischen Lernprozesses stehen immer Regelungsprozesse im Vordergrund, die in der Könnensphase durch Steuerungsprozesse abgelöst werden.

627 61.2 · Die neuronale Basis motorischen Lernens

! Motorisches Lernen ist immer sensomotorisches Lernen, da ohne sensomotorische Rückmeldung kein motorisches Lernen möglich ist. Motorische Adaptation basiert auf einer neuronalen Repräsentation der Dynamik des Körpers, so genannter invers dynamischer Modelle. Fehlerhafte IDM führen zu Dyskoordination und verhindern den Erwerb von Fertigkeiten.

61.2

Die neuronale Basis motorischen 61.2.2 Lernens

Während beim deklarativen Lernen Neurone der temporalen Hirnrinde und des Hippocampus eine erhöhte Aktivität zeigen, sind beim motorischen Lernen besonders die motorischen Zentren der Großhirnrinde (M1, SMA, PM), das Cerebellum und die Basalganglien aktiviert.

61.2.1

der kortikalen Aktivität auf die primär-motorische Area ist auch tierexperimentell nachgewiesen. Bei Katzen ist der somatosensorische Kortex notwendig, um eine neue Folge von Supinationsbewegungen der Vorderpfote zu erlernen (um an eine verborgene Futterquelle zu gelangen). Ist Bewegungssequenz einmal erlernt, bleibt sie auch nach Entfernung des somatosensorischen Kortex erhalten (Asanuma u. Keller 1991).

Mit erhöhter motorischer Kompetenz verengt sich die neuronale Aktivität der Großhirnrinde auf die primär-motorische Area

Große Teile des menschlichen Großhirns sind während des motorischen Kontrollprozesses aktiv. Der prämotorische und der primär-motorische Kortex (M1), die supplementär motorische Area (SMA), die somatosensorischen Kortizes (S1, S2) und die höheren, dorsalen Anteile des visuellen Kortex partizipieren alle an motorischer Planung und der Ausführung von Willkürmotorik (. Abb. 61.3). Es ist auch erwiesen, dass sich die neuronalen Repräsentationen von Körpergliedmaßen im motorischen Kortex als Folge motorischen Lernens verändern (Sanes et al. 1992). Diese Art der neuronalen Plastizität motorischer kortikaler Karten ist einer der Grundbausteine des motorischen Lernens. Während der initialen Lernphase sind auch solche zerebralen Areale aktiv, die nicht im eigentlichen Sinne motorische Information kodieren. Beispielsweise zeigen beim Erlernen einer Sequenz von Fingerbewegungen der rechten Hand die somatosensorischen Kortizes einen erhöhten Metabolismus (Seitz u. Roland 1992), der jedoch abnimmt, wenn die Sequenz erlernt ist. Ebenso verringerte sich die Aktivität im Frontallappen (Gyrus inferior frontalis) mit zunehmender Bewegungsautomatisation; die Probanden berichteten, dass sie in dieser Phase nicht mehr auf verbale Instruktionen angewiesen waren. Diese Verengung

»Spiegel«-Neurone sind beim Nachahmungslernen aktiv

Die Fähigkeit Handlungen zu imitieren ist eine wichtige Voraussetzung für das Erlernen komplexer Bewegungen. Die neuronale Basis des Nachahmungslernens ist nur unvollständig geklärt. Aus Studien mit Affen ist bekannt, dass ein Netzwerk kortikaler Neurone nicht nur dann aktiviert wird, wenn der Affe eine bestimmte Bewegung ausführt, sondern auch, wenn er beobachtet, wie diese Bewegung von jemand anderem ausgeführt wird. Diese Neurone, im Englischen »mirror neurons« genannt, sind beim Menschen in zwei Regionen lokalisiert: dem kaudalen Anteil des Gyrus frontalis inferior und dem angrenzenden prämotorischen Kortex sowie im rostralen Anteil des unteren Parietallappens (Rizzolatti et al. 2001). Eine Studie mit Nicht-Musikern, die Gitarrenakkorde erlernen sollten, zeigte, dass dieses »Spiegel«-Neuronen Netzwerk bei ihnen während der Beobachtung eines Gitarrenlehrers aktiv war. Als die Probanden anschliessend versuchten, die Akkorde nachzuspielen, waren zusätzlich Hirnregionen aktiv, die an motorischen Planungsprozessen beteiligt sind (Buccino et al. 2004).

61.2.3

Das Cerebellum kann ein motorisches Fehlersignal für Feedback-Lernen generieren

Von allen Hirnarealen, die als mögliche Zentren des motorischen Lernens diskutiert werden, hat das Cerebellum (Kleinhirn) die größte Aufmerksamkeit erfahren. Das Kleinhirn erhält vom Großhirn eine Kopie der motorischen Kommandos (Efferenzkopie), die für die spinalen motorischen Neurone bestimmt sind. Gleichzeitig bekommt es bereits verarbeitete Information von fast allen sensorischen Bereichen des Großhirns und aktuelle Information über die augenblickliche Position und Geschwindigkeit der Glied-

61

628

Kapitel 61 · Motorisches Lernen

M1

SMA PM

Cerebrum

Cerebellum

61 N. dentatus

Efferenzkopie

Motorische Kommandos zum Rückenmark

Propriozeptive Information vom Rückenmark . Abb. 61.3. a. Lateralsicht von Cerebrum (Großhirn) und Cerebellum (Kleinhirn). Die Zellen des primärmotorischen Kortex (M1) liegen im präzentralen Gyrus (Brodmann-Area 4). Anterior zu M1 liegen der prämotorische Kortex (PM) und die supplementär-motorische Area (SMA), deren Neurone auf M1 projizieren, aber auch direkte Projektionen zu spinalen Neuronen haben. b. Die zerebrozerebelläre Funktionschleife. Die efferenten Signale der Neurone der motorischen Kortizes gelan-

gen auf direktem (kortikospinaler Trakt) oder indirektem Wege (Bulbus) zu den Motorneuronen im Rückenmark. Ein Kopie dieser efferenten, motorischen Kommandos wird über die pontinen Kerne zum Kleinhirnkortex geleitet. Das Kleinhirn wiederum schickt efferente Signale über die tiefen Kleinhirnkerne (z. B. N. dentatus) vornehmlich an M1 und PM, aber auch an Regionen im Temporallappen sowie im präfrontalen Kortex (Assoziationskortex)

629 61.2 · Die neuronale Basis motorischen Lernens

. Abb. 61.4. Schematische Darstellung der Verbindungen im Kleinhirnkortex und der efferenten Projektionen des Kleinhirns. Sensomotorische Informationen vom Großhirnkortex (die Efferenzkopie der geplanten Bewegung) gelangen über den Pfad Moosfasern–Körnerzellen–Parallelfasern zu den Purkinje-Zellen im Kleinhirnkortex (Moosfasern und Körnerzellen sind hier nicht gezeigt). Die Purkinje-Zellen haben weit verzweigte Dendriten und erhalten so Afferenzen von einer großen Anzahl Parallelfasern (7 Ausschnitt links). Um den Den-

dritenbaum einer Purkinje-Zelle windet sich jeweils eine Kletterfaser. Über die Kletterfaser wird afferente Information von der Peripherie zum Kleinhirnkortex geleitet. Die Purkinje-Zellen intergrieren die Signale beider Quellen und projizieren ein motorisches »Fehlersignal« direkt auf die tiefen Kleinhirnkerne (CN). Über den Thalamus werden die efferenten Signale des Kleinhirns an die Hirnrinde des Großhirns geleitet. CN zerebelläre Nuclei; TH ventrolateraler Thalamus; NR Nucleus ruber; VN Nucleus vestibularis; RS reticulospinales System

maßen von spinalen Afferenzen (. Abb. 61.3). Als zentraler Lernmechanismus wird angenommen, dass diese sensomotorische Information, die über den Pfad Moosfasern– Körnerzellen–Parallelfasern zu den Purkinje-Zellen des zerebellären Kortex gelangt und durch die afferenten Signale eines zweiten Pfades (untere Olive–Kletterfasern– Purkinje-Zellen) modifiziert wird (Albus 1971; Marr 1969). Über die Moosfasern erhält das Kleinhirn eine Kopie der geplanten Bewegung, über die Kletterfasern Information zum augenblicklichen Zustand des Bewegungsapparats.

Da benachbarte Purkinje-Zellen durch Parallelfasern verbunden sind, aber jeweils nur von einer Kletterfaser innerviert sind, wird auf diese Weise die massive sensomotorische Information vom Großhirn, die jede Purkinje-Zelle über die Parallelfasern erreicht, gebündelt und kann durch das Signal der jeweiligen Kletterfaser verändert werden (. Abb. 61.4). Das Ergebnis dieser neuronalen Operationen wird über die tiefen Kleinhirnkerne vornehmlich an motorische und präfrontale Anteile des Großhirns projiziert und kann so mittelbar zur Behebung eines »Bewegungsfehlers«

61

630

61

Kapitel 61 · Motorisches Lernen

benutzt werden. Der Kleinhirnkortex funktioniert in diesem Fall wie ein klassicher Regler (. Abb. 61.4), der eine Kopie des motorischen Plans mit der augenblicklichen Sensorik vergleicht und daraus ein Fehlersignal generiert. Im Einklang mit diesem vorgeschlagenen Lernmechanismus sind die Ergebnisse tierexperimenteller Studien zur Reflexkonditionierung. Die klassische Konditionierung des Lidschluss- und des vestibular-okulären Reflexes ist nach zerebellärer Läsion nicht möglich. Die Verstärkung dieser Reflexe ist nicht normal. Ein weiteres Indiz für die spezielle Rolle der unteren Olive als «Lehrer” ist, dass ihre neuronale Aktivität während der Lernphase höher ist als in der Könnensphase (als Übersicht siehe: Thompson et al. 1998). Diese Befunde zeigen, dass zumindest basale Formen motorischen Lernens ein intaktes Kleinhirn voraussetzen. Es sollte jedoch nicht unerwähnt bleiben, dass die Ergebnisse zur Reflexkonditionierung nicht universell repliziert werden konnten. Die Rolle des Kleinhirns für das Erlernen komplexer Bewegungsformen beim Menschen ist weniger eindeutig geklärt. Unbestritten ist, dass das Kleinhirn für die motorische Kontrolle von Bedeutung ist. Die Vorausberechnung der an den Gelenken wirkenden Kräfte und die Interaktionen dieser Kräfte bei Mehrgelenkbewegungen sind entscheidend für eine koordinierte Bewegungsausführung. Bei Patienten mit Kleinhirnläsionen ist diese Art der Prädiktion gestört, und es kommt zu ataktischen Bewegungen, besonders bei schnellen Bewegungen. Auch scheint das Kleinhirn an visuomotorischen oder propriozeptivmotorischen Transformationen beteiligt zu sein. Beispielsweise ist die Prismenadaptation bei Kleinhirnpatienten gestört. Bei rechtsverschiebenden Prismengläsern werfen Gesunde in einem Dart-Spiel die Pfeile zunächst rechts am Ziel vorbei. Durch mehrmaliges Üben können sie diesen Fehler verringern und kompensieren die Verschiebung des visuellen Feldes nahezu vollständig. Patienten mit Läsionen der unteren Olive, des Pedunculus inferior oder der unteren Regionen des Kleinhirnkortex zeigen keine oder nur eine unvollständige Prismenadaptation. Bei Schädigung der superior anterioren Anteile des zerebllären Kortex bleibt die visuomotorische Adaptionsfähigkeit erhalten (Martin et al. 1996).

Unter der Lupe

Klassische Konditionierung Dieses Verfahren wurde vom russischen Psychologen Iwan Pawlow (1849–1936) entwickelt. Wird beispielsweise einem Hund Nahrung angeboten (unbedingter Stimulus = US), löst dies bei ihm vermehrten Speichelfluss aus (unbedingter Reflex = US). Wird wiederholt kurz vor dem US ein weiterer, neutraler Stimulus gesetzt – z. B. das Ertönen einer Glocke (konditionierter Stimulus = CS), so löst bald das alleinige Klingeln der Glocke den Speichelfluss aus. Bei der klassischen Konditionierung wird also der biologisch bedeutsame Reiz durch einen neutralen Reiz ersetzt und ein so genannter bedinter Reflex (konditionierter Reflex = CR) ausgelöst. In Kurzform: Aus CS → US → UR wird CS → CR.

Weiterhin kann es bei Kleinhirnstörungen zu einer gestörten Anpassung der Motorik an externe Kräfte kommen. Patienten mit degenerativen Kleinhirnerkrankungen lernten nicht, eine äußere Störkraft zu kompensieren, die ihren Arm während einer Zielbewegung auslenkte (Maschke et al. 2004). Je fortgeschrittener die Degeneration war, desto größer war der Verlust an adaptivem Lernen. Fraglich ist immer noch, ob das Kleinhirn über die Adaptations- und Prädiktionsfähigkeit eine spezifische Rolle für das Erlernen komplex motorischer Aufgaben hat. Der augenblickliche Forschungsstand bietet hierfür keine eindeutigen Belege. ! Es gibt kein neuroanatomisch lokalisiertes »Zentrum motorischen Lernens«. Motorisches Lernen ist ein neuroanatomisch verteilter Prozess, im Gegensatz zum deklarativen Lernen mit seiner TemporallappenHippocampus-Basis. Das Kleinhirn zeigt bei impliziten Lernprozessen eine erhöhte Aktivität. Die visuomotorische Adaptationsfähigkeit ist bei Schädigung der inferioren Anteile des Kleinhirnkortex erloschen. Die Fähigkeit, Bewegungen an veränderte Umweltkräfte anzupassen, ist bei Patienten mit Kleinhirnschädigung ebenfalls beeinträchtigt.

631 61.2 · Die neuronale Basis motorischen Lernens

Zusammenfassung Motorische Lernprozesse können dem Bewusstsein zugänglich gemacht werden, bleiben dem Lernenden aber in der Regel unbewusst – man spricht daher von implizitem Lernen. Die Grundlage für den Erwerb von Fertigkeiten ist die Fähigkeit des motorischen Systems, auf Veränderungen der am Körper und Gliedmaßen wirkenden Kräfte zu reagieren. Der Verlust dieser motorischen Adaptationsfähigkeit führt zu einem gestörten Bewegungsablauf und zum Verlust der Koordination. Während der

initialen Lernphase sind neben den klassischen motorischen Area auch Teile der Großhirnrinde aktiv, die nicht im eigentlichen Sinne motorische Information kodieren (z. B. der somatosensorische Kortex). Mit dem Erreichen der Könnensphase verengt sich die neuronale Aktivität auf den motorischen Kortex. Ebenso ist die Aktivität des Kleinhirns beim motorischen Lernen erhöht. Sensomotorische Adaptationsprozesse sind bei Kleinhirnläsionen gestört.

61

62 Sprachentwicklung Zvi Penner, Jürgen Weissenborn, Angela D. Friederici

62.1 62.2 62.3

Die Entwicklung der Sprachwahrnehmung – 632 Sprachproduktion: Die Entwicklung der Phonologie, des Lexikons und der Syntax – 635 Läsions-Verhaltens-Studien bei Kindern – 637

bislang nur zum Teil verstanden. Neuropsychologische Studien geben jedoch erste Hinweise.

62.1

Die Entwicklung der Sprachwahrnehmung

)) Die Muttersprache zu erwerben bedeutet für das Kind jene Regeln zu erlernen, die das sprachliche Wissen der Erwachsenen ausmachen. Es gilt 2 Ebenen diese Wissens zu unterscheiden: 1. das sprachliche Wissen in engerem Sinne, nämlich Phonologie, Morphologie, Syntax, Lexikon und Semantik, und 2. das kommunikative Wissen. Im Folgenden fokussieren wir auf eine Darstellung des Erwerbs des sprachlichen Wissens im engeren Sinne. Beschrieben wird die Entwicklung des Sprachverstehens und der Sprachproduktion in den ersten 3 Lebensjahren sowie deren mögliche neuronale Grundlage.

62

Unabhängig von dem jeweiligen theoretischen Ansatz legen zahlreiche Untersuchungen zum Erwerb der unterschiedlichsten Sprachen in den letzten Jahren nahe, dass das Kind über spezifische Veranlagungen verfügt, die es ihm ermöglichen, seine Muttersprache schnell und auch unter sehr wechselnden und eingeschränkten Wahrnehmungsbedingungen (Blindheit, Taubheit) erfolgreich zu erwerben. Das heißt, bei ungestörtem Verlauf des Spracherwerbs werden die wichtigsten Regeln von Phonologie, Morphologie, Syntax und Lexikon bis zum Alter von 2 1/2 Jahren erworben und zwar unabhängig davon, wie komplex einem Erwachsenen die Struktur einer Sprache erscheinen mag. Bemerkenswert ist die zu beobachtende Kontinuität im frühen Spracherwerb. Auch wenn das Kind zunächst noch unvollständige sprachliche Strukturen verwendet, so befolgt es doch die syntaktischen, phonologischen und lexikalischen Regeln und vermeidet Abweichungen von der Zielsprache. Welche Prinzipien diesem Erwerbsprozess zugrunde liegen und was die neurale Basis dieses Erwerbsprozesses ist, ist

Die . Tabelle 62.1 zeigt einen Überblick über die verschiedenen Stadien der Entwicklung der Sprachperzeption. 5.–6. Schwangerschaftsmonat. Es mehren sich die Befun-

de, dass die Lautwahrnehmung schon im 5.–6. Monat der Schwangerschaft ausgeprägt ist. Dies zeigt z. B. die Beschleunigung des Herzschlags des Fötus bei Lautstärken über 105 Dezibel. 8. Schwangerschaftsmonat. Im 8. Schwangerschaftsmonat konnte eine Verlangsamung des Herzschlags bei der Vertauschung zweier Silben, »babi« – »biba«, beobachtet werden, nachdem zunächst eine Weile die Silbenfolge »babi« präsentiert worden war. Dies deutet darauf hin, dass das Sprachlernen schon intrauterin beginnt. Gleich nach der

Unter der Lupe

»High-amplitude-sucking«-(HAS-)Methode Dem Säugling wird, während er nuckelt, zunächst z. B. die Silbe »ba« akustisch präsentiert. Dies führt zu einer Beschleunigung des Nuckelns. Nach einer Weile jedoch lässt das Nuckeln nach. Daraufhin wird die Präsentation von »ba« unterbrochen. Anschließend wird dann entweder die unterschiedliche Silbe »pa« oder wieder die gleiche Silbe »ba« präsentiert. Im ersten Falle führt dies zu einem starken Ansteigen der Nuckelfrequenz, im zweiten Falle sinkt sie weiter ab. Daraus schließt man, dass die Wahrnehmung des Unterschieds zwischen »ba« und »pa«, die allein in den unterschiedlichen Konsonanten zu suchen ist, zur Verhaltensänderung geführt hat.

633 62.1 · Die Entwicklung der Sprachwahrnehmung

. Tabelle 62.1. Überblick über die Entwicklung der Sprachperzeption

Alter

Fähigkeit

5.-6. Schwangerschaftsmonat

Lautwahrnehmung

8. Schwangerschaftsmonat

Lautunterscheidung

0.–3. Monat

a) Erkennen der mütterlichen Stimme b) Kategoriale, universelle Lautunterscheidung c) Erkennen des vorherrschenden Betonungsmusters der Zielsprache

4.–6. Monat

a) Erkennen des eigenen Namens im Redefluss b) Verstehen von Papa und Mama c) Präferenz für zielsprachliche Laute d) Präferenz für das trochäische Betonungsmuster des Deutschen e) Erkennen von Satzgrenzen aufgrund prosodisch-rhythmischer Merkmale wie Intonation und Pausen

7.–8. Monat

a) Erkennen von Wörtern mit dem vorherrschenden zielsprachlichen Betonungsmuster, d. h. im Deutschen betont-unbetont, z. B. Eímer b) Erkennen einsilbiger, unbetonter Funktionswörter wie Artikel (das) und Präpositionen (von)

9.–12. Monat

a) Erkennen von syntaktischen Grenzen innerhalb eines Satzes, z. B. Der starke Mann / trägt den großen Koffer b) Verlieren der Fähigkeit, alle Laute zu unterscheiden. Es werden nur noch Laute unterschieden, die zur Differenzierung von Wörtern in der Zielsprache dienen c) Erkennen von Wörtern mit atypischem Rhythmusmuster wie Alárm d) Erkennen der Regeln für die Kombination von Konsonanten in der Zielsprache

14. Monat

Erkennen, dass »She kisses the ball ‚ kisses the ball’« eine syntaktische Einheit bildet

17. Monat

Erkennen von Wortstellungsregeln, wie z. B., dass im Englischen das Subjekt dem Objekt vorangeht

Geburt erkennt und präferiert der Säugling die mütterliche Stimme. Ebenfalls in den ersten Tagen und Wochen nach der Geburt ist das Neugeborene in der Lage, Laute wie »b« und »p« in den Silben »ba« und »pa« zu diskriminieren. Das heißt, praktisch von Anfang an verfügt das Kind über die Fähigkeit zur kategorialen Lautwahrnehmung. Dies wurde mit Hilfe der »High-amplitude-sucking«-Methode (HAS) festgestellt (7 Unter der Lupe). 0.–3. Monat. Mit Hilfe der gleichen Technik sowie mittels elektroenzephalographischer Untersuchungen (EEG) hat man auch nachweisen können, dass die Kinder offensichtlich von Geburt an in der Lage sind, rhythmisch-intonatorische Regelmäßigkeiten der Sprache, wie die Abfolge von betonten und unbetonten Silben zu erkennen und damit auch schon imstande sind, den sprachrhythmischen Typus ihrer Muttersprache zu erkennen. Dies lässt auch die Annahme plausibel erscheinen, dass rhythmische Informationen, etwa die prosodische Prominenz innerhalb einer syntaktischen Phrase vom Kind schon sehr früh zur Erkennung der wichtigsten Wortstellungsregeln der Muttersprache benutzt werden können, d. h., etwa um herauszufinden, ob das Objekt dem Hauptverb vorausgeht oder

folgt: man vgl. Deutsch »Hans hat Kuchen gegessen« mit Englisch »John has eaten cake« (für einen Überblick über die Entwicklung der Sprachwahrnehmung vgl. Höhle u. Weissenborn 1999; Jusczyk 1997). 4.–6. Monat. Zwischen dem 4. und 6. Lebensmonat lässt

sich schon eine klare Präferenz für zielsprachliche Laute (»Segmente«) feststellen. So haben EEG-Untersuchungen ergeben, dass finnisch lernende Kinder die Vokale ihrer Muttersprache von denen des eng verwandten Estnischen unterscheiden können. Es wird generell angenommen, dass Kinder ihre universelle Diskriminierungsfähigkeit von Segmenten im Alter von ca. 12 Monaten verlieren und nur noch sprachspezifische Unterschiede diskriminieren. So sind z. B. japanische Säuglinge sehr wohl in der Lage zwischen »l« und »r« zu unterscheiden, während dies 12 Monate alte Kinder nicht mehr können. Dies bedeutet, dass die lautlichen Diskriminierungsfähigkeiten der Kinder anfänglich universell sind, sich im Laufe der Entwicklung jedoch mehr und mehr auf die muttersprachlichen Gegebenheiten verengen. In diesem Falle besteht also Lernen im Verlust bzw. dem Verlernen früherer Fähigkeiten.

62

634

Kapitel 62 · Sprachentwicklung

Etwa mit 4 Monaten erkennt das Kind seinen Namen im Redefluss. Wenige Wochen später versteht es auch »Mama« und »Papa«. Wenn auch das Kind sonst noch keine weiteren Wörter erkennen kann, zeigt doch das frühe Erkennen des eigenen Namens und der zweisilbigen Verwandtschaftsbegriffe, dass Kinder besonders sensibel sein müssen für die lautlichen Eigenschaften dieser Wörter. Im Alter von 6 Monaten können Kinder anhand von prosodisch-rhythmischen Eigenschaften von Äußerungen, wie Intonation (Tonhöhenverlauf), Betonung (Energieverlauf), Vokallänge und Pausen, Satzgrenzen identifizieren. Wenig später, mit 9 Monaten, sind sie in der Lage, aufgrund von prosodischen Eigenschaften die Hauptkonstituenten von Sätzen, z. B. das Subjekt einerseits und das Verb mit dem direkten Objekt andererseits, zu identifizieren. So ziehen Kinder dieses Alters etwa einen Satz wie »Der starke Mann # trägt den großen Koffer« mit einer Pause (#) nach dem Subjekt, dem gleichen Satz mit einer unnatürlichen Pause nach dem Verb »Der starke Mann trägt # den großen Koffer«, die die prosodisch-syntaktische Einheit Verb + Objekt zerstört, vor.

62

7.–8. Monat. Mit 7–8 Monaten sind die Kinder generell, in der Lage unter Ausnutzung der vorherrschenden Wortbetonungsmuster der Zielsprache, wie der Abfolge einer betonten und unbetonten Silbe (»Trochäus«) im Deutschen, z. B. »Éimer«, Wortgrenzen zu identifizieren und somit Äußerungen in einzelne Wörter zu zerlegen. Die Worterkennung ist zunächst allerdings auf trochäische Einheiten beschränkt. Abfolgen von einer unbetonten und einer betonten Silbe (»Jambus«), z.B. »Alárm«, werden noch nicht als Einheit erkannt. Die rapide Entwicklung der Segmentierungsfähigkeiten des Kindes ermöglicht nun eine schnelle Zunahme des Wortverstehens, da das Kind dadurch in die Lage versetzt wird, sein konzeptuelles Wissen, d.h. konzeptuelle Einheiten mit spezifischen lautlichen Einheiten zu verbinden. Gegen den 10. Monat umfasst so der rezeptive Wortschatz des Kindes etwa 60 Wörter. Diese Abbildung von perzeptuell-konzeptuellen Repräsentationen des Kindes auf lautliche Einheiten unterliegt dabei offensichtlich bestimmten Beschränkungen, die sicherstellen, dass das Kind nicht, wenn es zum ersten Mal in Gegenwart eines Hasen das Wort »Hase« hört, meint, es würde sich z. B. nur auf die Ohren beziehen. Vielmehr ist es so, dass es die Lautfolge regelmäßig auf den ganzen Gegenstand bezieht. Man spricht deshalb in diesem Zusammenhang von der »Ganz-

heitannahme« (»whole object constraint«) (vgl. Markman 1994). ! Sprachwahrnehmung beginnt bereits vor der Geburt (intrauterin) und das Kleinkind erwirbt bis zum 9. Lebensmo nat das Lautvokabular und die Betonungsmuster seiner Sprache.

Es gibt Hinweise darauf, dass das erste Lebensjahr für den Spracherwerb von kritischer Bedeutung ist. So zeigten Untersuchungen der Hörbahnreizleitung mit Brainstem Evoked Response Audiometry (BERA) im 6. Lebensmonat, dass Kinder mit verlangsamter Reizleitung ein erhöhtes Risiko für eine verzögerte Sprachentwicklung mit 24 Monaten aufwiesen, obwohl sich mit 14 Monaten die Reizleitung normalisiert hatte (vgl. hierzu Penner et al. eingereicht). 9.–12. Monat. Mit 9–12 Monaten erweitert sich das Wissen

des Kindes über die Lautstruktur der Muttersprache in 2 zentralen Bereichen. Einerseits berücksichtigt das Kind in dieser Phase nur noch Laute, die für die Unterscheidung von Wörtern in seiner Muttersprache wichtig sind und verlernt die universelle Diskriminierungsfähigkeit von Lauten. Andererseits geht das Kind bei der Worterkennung über die rein rhythmischen Segmentierungsstrategien hinaus und benutzt nun für diese Aufgabe auch andere Informationsquellen, so unter anderem die segmentale Struktur des Wortes, d. h. die darin vorkommenden Konsonanten und Vokale sowie auch die sprachspezifischen Kombinationsregeln für Konsonanten, etwa dass »dl-« im Wortanlaut im Deutschen nicht vorkommen kann. Diese Entwicklung erleichtert dem Kind die Analyse von unbetontem Sprachmaterial im Gehörten. Sie hat zur Folge, dass das Kind nun auch Wörter mit atypischem Betonungsmuster, wie unbetont – betont, vgl. »Alárm« im sprachlichen Input identifizieren kann. Darüber hinaus legen weitere Untersuchungen nahe, dass das Erkennen von Wörtern schon viel früher als zunächst vermutet, nicht auf die sog. Inhaltswörter wie Substantive, Verben und Adjektive beschränkt ist, die normalerweise betont sind, sondern dass z. B. deutsche Kinder schon im Alter von 7 Monaten unbetonte Wörter, sog. Funktionswörter, wie Artikel und Präpositionen im Lautstrom identifizieren können. Dies ist um so erstaunlicher, als man bisher angenommen hatte, dass das Fehlen dieser Wörter in den ersten kindlichen Äußerungen, vgl. »Ball Kiste holen« (= »(den) Ball (aus der) Kiste holen«), gerade darauf zurückzuführen sei, dass die Kinder diese Wörter aufgrund ihrer Unbetontheit anfänglich im Redefluss nicht

635 62.2 · Sprachproduktion: Die Entwicklung der Phonologie, des Lexikons und der Syntax

wahrnehmen können. Dies bedeutet zwar, dass wir eine Erklärung für das anfängliche Fehlen in der kindlichen Sprachproduktion finden müssen. Andererseits hilft es jedoch zu verstehen, wie das Kind schon so früh und praktisch fehlerlos die grammatischen Regeln der Elternsprache erwerben kann. Funktionswörter zeigen nämlich charakteristische, sehr eingeschränkte Kombinationsmöglichkeiten mit anderen Wörtern und nehmen eine feste Stellung im Satz ein. Diese Eigenschaften können dem Kind, sobald es Funktionswörter wahrnimmt, dabei helfen, etwas über die grammatische Struktur der Sprache, die es hört, herauszufinden. So signalisiert ein Artikel, dass das, was darauf folgt, ein nominaler Ausdruck, (z. B. ein Substantiv), sein muss und Konjunktionen zeigen die Grenzen und die Art von Sätzen (Nebensatz gegenüber Hauptsatz) an (vgl. hierzu Höhle u. Weissenborn 2000, 2003; Höhle et al. 2004). Kinder sind in der Einwortphase u. a. schon sensibel für die Konstituentenstruktur von Sätzen und die Wortstellung. Die entsprechenden Untersuchungen wurden mit der sog. Blickpräferenzmethode (7 Unter der Lupe) durchgeführt (vgl. zum Folgenden Hirsh-Pasek u. Golinkoff 1996). 14. Monat. Diese Untersuchungen zeigen, dass 14 Monate alte Kinder von 2 Bildern, von denen das eine eine Frau zeigt, die einen Ball küsst, und das andere eine Frau, die Schlüssel küsst, das erstere präferieren, wenn der sprachliche Stimulus lautete: »Look, she is kissing the ball«. Die korrekte Interpretation dieses Satzes setzt voraus, dass das Kind die Verbalphrase »is kissing the ball« als Einheit analysiert hat. Die korrekte Zuordnung von Satz und Bild ist nicht aufgrund des Verstehens des Wortes »ball« allein möglich, da ein Ball auch auf dem nicht passenden Bild abgebildet ist. 17. Monat. In einem weiteren Experiment mit der gleichen

Methode wurde das Verständnis von 17 Monate alten Kindern für die Wortstellungsregeln des Englischen getestet. Auch diese Kinder befanden sich mehrheitlich noch in der Einwortphase. Getestet wurde das Verständnis von Sätzen wie »See? Big Bird (BB) is washing Cookie Monster (CM)« (BB and CM sind Charaktere aus der Fernsehserie Sesamstraße), wobei dem Kind gleichzeitig 2 Bilder präsentiert wurden, auf denen einmal BB CM wäscht und einmal CM BB. Auch hier präferierten die Kinder das korrekte Bild, was darauf hinweist, dass sie in diesem Alter schon mit den Wortstellungsregeln des Englischen vertraut sind.

Unter der Lupe

Blickpräferenzmethode Bei der Blickpräferenzmethode werden dem Kind gleichzeitig mit dem sprachlichen Testmaterial 2 unterschiedliche Bilder/Handlungen auf 2 Fernsehschirmen angeboten. Eines dieser Bilder stimmt mit der Bedeutung des sprachlichen Materials überein, während das andere Bild inhaltlich nicht dazu passt. Gemessen wird, wie lange das Kind jeweils jedes einzelne der Bilder fixiert, wobei davon ausgegangen wird, dass das Kind das zum sprachlichen Teststimulus passende Bild länger fixiert als das nicht passende, wenn es in der Lage ist, den sprachlichen Stimulus korrekt zu analysieren und zu interpretieren.

Mit 22–24 Monaten verfügt das Kind also schon über ein umfangreiches rezeptives Sprachwissen in allen grammatischen Bereichen. Dabei ist es vor allem die anfängliche Sensibilität des sprachlernenden Kindes für die rhythmisch-prosodischen Eigenschaften, sowie für die funktionalen Einheiten (»Funktionswörter«) von Sprache, auf der die erstaunlich schnelle Entwicklung der sprachlichen Fähigkeiten während der ersten beiden Lebensjahre beruht (vgl. auch Weissenborn 2000). ! Im Alter von 22 Monaten verfügt das Kind bereits über ein umfangreiches rezeptives grammatisches Wissen.

62.2

Sprachproduktion: Die Entwicklung der Phonologie, des Lexikons und der Syntax

Parallel zur extrem frühen Entwicklung der Sprachwahrnehmung mehrt sich die Evidenz auch für eine starke Kontinuität in der Sprachproduktion. Schon in den Schreivokalisationen in den ersten Lebensmonaten sind wichtige Regelmäßigkeiten der Lautgebung erkennbar (Wermke et al. 1996). Dies betrifft in erster Linie die Kontrolle der Grundfrequenz und der Lautlänge sowie die Entwicklung der sog. Stabilitätsparameter (»pitch perturbation quotient«). Besonders relevant für den Erwerb der zielsprachlichen Phonologie scheinen in der Schreiphase die Relation zwischen dem Verlauf (z. B. Energiekurve) und der Länge der einzelnen Melodiebögen sowie das Prominenzverhältnis (»Rhythmus«) zwischen den einzelnen Melodiebögen innerhalb einer Schreiäußerung zu sein. Neue Untersu-

62

636

62

Kapitel 62 · Sprachentwicklung

chungen zu beiden Faktoren legen die Vermutung nahe, dass das Schreirepertoire Vorläufer der prosodischen Einheiten »Silbe« und »trochäischer« Fuß enthält. Auf die Schreiphase folgt die Lallphase (»babbling«), die sich primär durch die Etablierung der zielsprachlichen Silbenbildung auszeichnet und gewöhnlich die Zeit vom 6.–12. Lebensmonat umfasst. Im Mittelpunkt der Lallphase steht das »kanonische Lallen«, das sich durch die Bildung von Silben charakterisiert, die bezüglich der Parameter Formantenübergangsdauer, Silbenlänge, Grundfrequenz und Intensität zielsprachlich konform sind (Oller 1986). In der Phase des kanonischen Lallens werden 2 Stadien unterschieden, nämlich das reduplizierende und das bunte Lallen. Das reduplizierende Lallen (7.–10. Monat) zeichnet sich durch die Wiederholung derselben Silbe aus (z. B. [dada]). Im Stadium des bunten Lallens (10.–12. Monat) werden hingegen mehrsilbige Lautketten mit unterschiedlichen Konsonanten produziert (z. B. [daba]). In dieser Phase ist der segmentale Bestand an das spezifische Lautinventar der Muttersprache angepasst. In Anbetracht der hohen Sensitivität bezüglich der rhythmischen Regularitäten der Zielsprache in der 2. Hälfte des 1. Lebensjahres stellt sich die Frage, welche prosodischen Parameter die Kinder schon während der Lallphase korrekt setzen (Jusczyk 1997). Eine Pilotstudie von Penner u. Fischer (2000) zeigt, dass mehr als 80% aller kanonischen Lalläußerungen mit den sprachspezifischen Regeln der zielsprachlichen Wortprosodie übereinstimmen. Dies betrifft in erster Linie die Parameter des Minimalwortformats sowie der Prominenz auf Fuß- und Wortebene. Feinere prosodische Regeln werden hingegen erst später in der lexikalischen Phase erworben (mit ca. 2 1/2 Jahren). Diese Lücken im Regelsystem führen dazu, dass die Sprachproduktion nach Sprechbeginn (mit 12 Monaten) sowohl segmentalen als auch prosodischen Restriktionen unterliegt. Diese Beschränkungen sind für die typischen segmentalen und prosodischen Prozesse wie beispielsweise Harmonisierung (»bop« statt »Brot«) oder Silbenauslassung (»nane« statt »Banane«) verantwortlich, die den frühen Wortschatz kennzeichnen. ! Auf die anfängliche Schreiphase folgt die Lallphase, in der Laute und Lautkombinationen produziert werden. Zwischen dem 6. und 12. Monat werden bereits die Wortbetonungsmuster der Zielsprache systematisch produziert.

Untersuchungen zur Wortschatzentwicklung (Fenson et al. 1993) belegen die erstaunliche Effizienz der Kinder im

Erwerb des Lexikons. Die Befunde lassen sich folgenden Stadien zuordnen: 1. 11.–13. Monat: Produktion der ersten Wörter; 2. 16. Monat: 50–75 Items; 3. 18.–24. Monat: Wortschatzexplosion (»vocabulary spurt« – 186–436 Items); 4. 6 Jahre: (14.000 Items). Dies bedeutet, dass Kinder nach der Wortschatzexplosion durchschnittlich 9–10 neue Items pro Tag lernen. Um diese erstaunliche Lernleistung, die das Kind trotz notorischer Mehrdeutigkeit des Eingangs erbringt, erklären zu können, ist eine Reihe von Modellen entwickelt worden, die dem sprachlernenden Kind bestimmte Strategien zuschreiben. In diesem Zusammenhang spricht man primär von »Präferenzen« (»biases« oder »assumptions« bei Markman 1994 oder Landau 1994), die die Aufmerksamkeit des Kindes auf eine kleine Untermenge von eindeutigen Objektmerkmalen (z.B. Objektganzheit oder Form bei rigiden Objekten) beschränken und somit den induktiven Suchraum einengen. Aufgrund dieser anfänglichen Beschränkungen entstehen die typischen Übergeneralisierungen des frühen Wortschatzes wie z. B. »Ball« als Bezeichnung aller kugelförmigen Gegenstände. Irreversible, falsche Verallgemeinerungen (wie beispielsweise »Pferd« für »Gras«) werden hingegen durch diese Lernprinzipien ausgeschlossen. Zu Beginn des Verblexikonerwerbs steht die sog. »Ereignisstruktur« im Mittelpunkt des Lernprozesses. In diesem Bereich lernt das Kind, welchen Ereignistypus ein gegebenes Verb bezeichnet: [Zustand], [Vorgang ohne Endzustand], [Vorgang mit Endzustand] etc. Die anderen Bedeutungskomponenten des Verbs, nämlich die Kernbedeutung und die Argumentselektion, werden erst später für den Erwerbsprozess aktuell. Untersuchungen in diesem Bereich (Penner et al. 1998; Schulz et al. 2001) legen die Vermutung nahe, dass die Kinder schon ca. im 13. Monat über eine explizite Repräsentation der Ereignisstruktur verfügen. Dabei lässt sich das Kind von einer starken Präferenz für komplexe, endzustandsorientierte Verben wie »aufmachen«, »wegmachen« oder (das Licht) »anmachen« »leiten«. Aus beiden semantischen Bestandteilen solcher resultativen Ereignisse [Endzustand und Vorgang] konzentrieren sich die Kinder anfänglich auf den Endzustand als das prominentere Teilereignis, der als isoliertes Präfix ausbuchstabiert wird (z. B. »auf« für das Zielwort »aufmachen«). Die Realisierung des untergeordneten Teilereignisses erfolgt erst, wenn das Kind die

637 62.3 · Läsions-Verhaltens-Studien bei Kindern

Repräsentation des Endzustandes semantisch korrekt etabliert hat. ! Zwischen dem 18. und 24. Monat kommt es zu einer massiven Erweiterung des Wortschatzes.

Der Syntaxerwerb umfasst verschiedene Phasen. Für den Erwerb der Satzstrukturebene unterscheiden wir bis zum 3. Lebensjahr 2 Hauptstadien: 1. Erwerb der Wortstellung, d.h. der Regeln der Subjektund Objektplatzierung und Endposition des flektierten Verbs (Penner et al. 2000). 2. Erwerb der funktionalen »Satzschale«, d.h. der VerbZweit-Regel in deklarativen und Fragesätzen sowie der Grundregel der Nebensatzbildung (Clahsen 1988). Analog verläuft der Erwerb der Nominalphrase mit dem Artikel als »funktionaler Schale« (Penner u. Weissenborn 1996). Auf dem im Alter 2 1/2 Jahren etablierten syntaktischen Wissen aufbauend vervollständigt das Kind bis zur Einschulung die Syntax-Semantik-Schnittstelle. In diesen Bereich gehören vor allem die Mechanismen der »logischen Form« wie beispielsweise die Diskurssemantik, durch die die Referenz eines Nomens determiniert wird und die Skopusregeln, die die Geltungsbereiche von Operatoren bestimmen (Fragepronomina, Quantoren etc.). Der Syntaxerwerb zeichnet sich durch seine Kontinuität aus. Wie Weissenborn (1994) argumentiert, ist die Syntaxentwicklung eine durch sukzessive Merkmalsspezifizierung gesteuerte inkrementelle Erweiterung der Struktur, die der sog. »local wellformedness condition« unterliegt. Dieses Prinzip verlangt, dass jede Interimsrepräsentation der syntaktischen Struktur in der nächst höheren Phase in wohlgeformter Weise enthalten ist. Auf diese Weise entstehen im Verlauf des Syntaxerwerbs keine Interimsrepräsentationen, die zielsprachlich-inkonsistente Merkmalsspezifizierungen enthalten. ! Syntaktische Regeln werden kontinuierlich bis zum 3. Lebensjahr erworben.

62.3

Läsions-Verhaltens-Studien bei Kindern

Läsions-Verhaltens-Studien bei Kindern mit frühen unilateralen Läsionen zeigen überraschenderweise kaum Unterschiede zwischen jenen mit linkshemisphärischen Läsionen und jenen mit rechtshemisphärischen Läsionen. Kinder mit früher linkshemisphärischer Läsion erlernen häufig

Sprache bis zu einem fast normalen Performanzkriterium, was darauf hinweist, dass die linke Hemisphäre in der frühen Sprachentwicklung noch nicht jene Dominanz hat, die bei Erwachsenen festzustellen ist. Auch zeigt sich, dass Kinder mit linkshemisphärischen anterioren und linkshemisphärischen posterioren Läsionen sich nicht in der gleichen Art und Weise in ihrem sprachlichen Verhalten unterscheiden, wie wir dies bei Erwachsenen beobachten können. Bezüglich der interhemisphärischen Organisation bzw. Reorganisation der Sprache ergeben die Läsionsstudien für die Sprachentwicklung jedoch kein ganz einheitliches Bild bezüglich der frühen Involvierung von linker und rechter Hemisphäre ab. Woods und Kollegen (Woods 1980; Woods u. Carey 1979; Woods u. Teuber 1978) fanden, dass Störungen von Sprach- und Sprechfunktionen nach linkshemisphärischer Läsion größer waren als nach rechtshemisphärischer Läsion. Dennis und Kollegen (Dennis 1980; Dennis u. Whitaker 1976) berichteten über Kinder mit durch Tumore bedingten Hemisphäreektomien der linken oder der rechten Seite. Sie fanden, dass Kinder nach Entfernung der linken Hemisphäre in grammatischen und phonologischen Tests hinter der Performanz einer Kontrollgruppe zurückblieben, während ein vergleichbares Muster bei Kindern mit Entfernung der rechten Hemisphäre nicht beobachtet wurde. Riva und Kollegen (Riva 1995) stellten fest, dass Kinder mit linkshemisphärischer Läsion vor allem bezüglich grammatischer Aspekte während des Sprachverstehens größere Störungen zeigen, linkshemisphärische und rechtshemisphärische Läsionen jedoch das expressive und rezeptive Vokabular in gleicher Weise beeinträchtigen. Aram und Mitarbeiter (1986, 1987) fanden, dass Kinder mit linkshemisphärischen Läsionen in ihrer Performanz schlechter als Kontrollpersonen waren und zwar in einer Reihe von verschiedenen Tests, die sowohl grammatisches Sprachverstehen, Produktion, phonologische Diskrimination, Benennungsfähigkeit und lexikalische Zugriffsfähigkeit testeten. Ein ähnlicher Unterschied wurde für die rechtshemisphärisch geschädigten Kinder in Bezug auf ihre Kontrollgruppe nicht gefunden. Bates und Kollegen (Thal et al. 1991; Bates et al. 1997) untersuchten Kleinkinder mit unilateralen Hirnläsionen und beobachteten, dass linkshemisphärische Läsionen vor allem Sprachentwicklungsstörungen im Bereich der expressiven Grammatik und des Vokabulars zur Folge hatten. Rechtshemisphärische Läsionen führten dagegen zu Sprachentwicklungsverzögerungen im rezeptiven Bereich und im Bereich der kommunikativen Gesten.

62

638

Kapitel 62 · Sprachentwicklung

Die uneinheitlichen Ergebnisse der aufgeführten Studien können durch eine Reihe verschiedener Faktoren bedingt sein. Wesentliche Faktoren hierbei sind: 1. die Ätiologie der Schädigung, 2. die Größe der Hirnläsion und 3. der Zeitpunkt der Hirnschädigung. Alle diese Faktoren variieren bei den verschiedenen Studien und dies erschwert einen direkten Vergleich zwischen ihnen. ! Die bei Erwachsenen feststellbare Sprachdominanz der linken Hemisphäre scheint im frühen Kindesalter weniger ausgeprägt.

62

Die Frage nach der intrahemisphärischen Organisation bzw. Reorganisation, also der Frage, inwieweit Läsionen in anterioren und posterioren Arealen zu unterschiedlichen Sprachstörungsmustern führen, lässt sich anhand von einigen systematischen Übersichtsartikeln diskutieren. In einem Überblick von insgesamt 36 in der Literatur berichteten Fällen kindlicher Aphasie zeigt sich ein interessantes Muster (Friederici 1994). Betrachtet man diejenigen 14 Fälle von kindlicher Aphasie, die jünger als 8 Jahre waren, so hatten 6 von 14 eine linkshemisphärische Läsion ohne Einschluss anteriorer Areale. Keines der Kinder mit Läsion vor dem Alter von 8 Jahren zeigte eine flüssige Aphasie (Wernicke-Aphasie oder amnestische Aphasie) und zwar unabhängig von dem Ort der Läsion. Eine Ausnahme bildete der Fall eines 5-jährigen Jungen, der eine flüssige Aphasie hatte, die als phonemischer Jargon beschrieben wurde (Visch-Brink u. van de Sandt-Koendermann 1984). Posteriore Läsionen im Alter von 3–8 Jahren führen nicht wie in späteren Lebensjahren zu einer Wernicke-Aphasie, sondern zu nichtflüssigen Aphasieformen. Dies deutet darauf hin, dass ein selektiv erhaltener anteriorer Anteil der linken Hemisphäre bis zum Alter von ca. 8 Jahren noch nicht in der Lage ist, syntaktische Prozeduren automatisch und unabhängig, d.h. ohne den Rückgriff auf grammatisches Wissen, das im Temporallappen lokalisiert werden kann, zu verwenden. Erwachsene und ältere Kinder mit Läsionen im posterioren Anteil der linken Hemisphäre und gleichzeitig intakten anterioren Anteilen scheinen im Gegensatz dazu

in der Lage zu sein, syntaktische Prozeduren zur Basis ihrer Sprachproduktion zu machen. Die Folge ist eine flüssige, phonologisch und prosodisch korrekte, wenngleich oft paragrammatische und inhaltsleere Spontansprache. Diese Ergebnisse weisen auf eine funktionale intrahemisphäre Reorganisation der Sprache im Gehirn während des Spracherwerbs hin (s. auch Basso et al. 1985, 1987a; Basso u. Scarpa 1990). Insgesamt legen die Daten der frühkindlichen Hirnschädigung von pränatal bis 6 Monaten (Thal et al. 1991) und den Aphasiestudien im Alter zwischen 3 und 8 Jahren folgendes Muster der Reorganisation nahe (Friederici 1994): Es scheint als sei die rechte Hemisphäre gerade während der frühen Periode der Sprachentwicklung, d. h. im 1. Lebensjahr, von besonderer Bedeutung. Kleinkinder mit früher rechtshemisphärischer Läsion im Alter vor 9 Monaten zeigen im Laufe ihrer späteren Sprachentwicklung eher Probleme im Sprachverstehen als Kinder mit linkshemisphärischen Läsionen. Innerhalb der linken Hemisphäre scheinen vor allem Läsionen im posterioren Kortex zu Problemen beim Spracherwerb zu führen. Interessant ist, dass Kinder mit Läsionen in diesem Bereich Funktionswörter, die für die Erstellung syntaktischer Strukturen notwendig sind, weniger häufig verwenden, als Kinder mit Läsionen im anterioren Bereich der linken Hemisphäre. Dieses Ergebnismuster steht im Gegensatz zu der bei Erwachsenen beobachteten Relation zwischen Ort der Hirnläsion und behavioralem Defizit. Die Daten deuten darauf hin, dass bis zum Alter von etwa 1 Jahr die rechte Hemisphäre von besonderer Bedeutung für die Sprachentwicklung ist, während danach die linke Hemisphäre von stärkerer Bedeutung ist als die rechte (vgl. auch Locke 1994). Insbesondere die posterioren Anteile der linken Hemisphäre unterstützen dann zunächst den Spracherwerb. Erst nach dem Alter von 5 Jahren scheinen links anteriore Gebiete für die Verarbeitung von Informationen ins Spiel zu kommen. ! Läsionsstudien deuten darauf hin, dass im frühen Kindesalter sowohl die rechte Hemisphäre als auch der posteriore Kortex der linken Hemisphäre eine wichtige Rolle bei der Sprachverarbeitung spielt.

639 62.3 · Läsions-Verhaltens-Studien bei Kindern

Zusammenfassung Noch ist das Bild einer möglichen Organisation und Reorganisation der Sprachfunktionen im sich entwickelnden Gehirn ungenau. Die vorhandenen Daten ermöglichen jedoch die Formulierung einiger Hypothesen. Es scheint, als sei die rechte Hemisphäre für die frühe Phase der Sprachentwicklung besonders relevant. Bei Kleinkindern mit frühkindlichen unilateralen Läsionen haben rechtshemisphärische Läsionen einen größeren negativen Einfluss auf den Verlauf des Spracherwerbs als linkshemisphärische Läsionen. Während der ersten 2 Monate lernen Säuglinge die prosodischen Aspekte ihrer Muttersprache zu identifizieren, mit 9 Monaten haben sie bereits ihr Wissen über prosodische Phrasierungsregeln ihrer Sprache. Diese Informationen werden beim Erwachsenen eher rechtshemisphärisch verarbeitet und es ist zu

vermuten, dass dies auch bei Kleinkindern so ist. Prosodische Aspekte auf der Silben- und Wortebene könnten beim Kleinkind ebenfalls zunächst rechtshemisphärisch verarbeitet werden und erst zu dem Zeitpunkt, an dem diese Information lexikalisch gebunden ist, zu vornehmlich linkshemisphärischen Aktivationen führen. Phonemische Information wird dagegen zunächst bilateral und später primär linkshemisphärisch verarbeitet. Die linke Hemisphäre gewinnt an Relevanz während des Erwerbs von Wörtern mit ihren morphologischen Strukturen und Bedeutungen sowie mit dem Erwerb der Syntax. Hier scheinen zunächst links temporale Regionen von größter Wichtigkeit. Erst zu einem späteren Zeitpunkt kommen links frontale Regionen, vor allem für schnelle syntaktische Prozesse ins Spiel.

62

63 Kortikale Reorganisation Thomas Elbert, Brigitte Rockstroh

63.1 63.2

Morphologische neuronale Plastizität und kortikale Reorganisation – 643 Gebrauchsabhängige kortikale Reorganisation beim Menschen – 644

63.2.1 Kreuzmodale Plastizität – 646 63.2.2 Kortikale Reorganisation – »top-down« oder »bottom-up«? – 649

63.3

Neuropsychologische Konsequenzen und therapeutische Nutzung kortikaler Reorganisation – 650

63.3.1 Umkehrung kortikaler Reorganisation zur Linderung des Phantomschmerzes – 650 63.3.2 Das Modell der fokalen Dystonie der Hand – 651

))

63

Die kortikalen rezeptiven Felder repräsentieren in der geordneten Form einer Karte die räumliche Anordnung der Rezeptoren in der Peripherie. So bilden die Kerne entlang der sensorischen Bahnen und schließlich die Kortexareale den visuellen Raum, die Körperoberfläche oder die Tonhöhe (Ort in der Cochlea) ab. Zwar entwickelt sich die Organisation dieser Karten aufgrund der geordneten Bahnen von der Peripherie zu den ersten Schaltstationen und von dort zu weiteren Zielorten; sie hängt aber auch in hohem Maße von intrinsischen Mechanismen der Aufrechterhaltung oder Verstärkung synaptischer Wirksamkeit in diesen Nervenzellverbänden und damit von der Koinzidenz eingehender neuronaler Impulse ab. Veränderung des relativen Gewichts von Afferenzen in einem Hirnsystem, etwa durch Inaktivation (Deafferenzierung) oder Übererregung in einigen Verbindungen, kann zur Reorganisation der Karte führen.

Diese Vorstellung wurde in den 80er-Jahren durch tierexperimentelle Studien z.B. von Merzenich et al. (1984) entwickelt, die eine unerwartet deutliche Plastizität, d.h. Veränderbarkeit in der Organisation der Repräsentationsareale der Hirnrinde auch beim erwachsenen Affen nach Deaffe-

renzierung (z.B. Amputation) nachweisen konnten. Die beobachtete makroskopische Veränderung in der funktionellen Organisation des Kortex wird entsprechend als kortikale Reorganisation bezeichnet. Pons et al. (1991) beobachteten bei Affen eine ausgedehnte Reorganisation der Repräsentationsareale in Brodmann-Area 3b (somatosensorisch) nach langjähriger Deafferenzierung (Amputation des Armes 12 Jahre zuvor): Neurone der »deafferenzierten« Areale von Hand und Arm reagierten nun auf Eingänge in benachbarte Repräsentationsareale etwa nach Stimulation des Gesichts. Diese »Invasion« benachbarter Repräsentationsareale umfasste beim Affen bis zu 1 cm in der Hirnrinde. Elbert et al. (1994) beobachteten das gleiche Phänomen mittels magnetischer Quellenlokalisation erstmals bei Menschen. Die Verschiebungen in dem ausgedehnteren Kortex des Menschen erwiesen sich bei Armamputierten entsprechend vergrößert und betrugen mehrere Zentimeter. Damit konnten Erklärungen, die eine Sprossung des Dendritenbaumes oder der Axonendigungen als einzigen Ursprung der Reorganisaton vermuteten, nicht ausreichen, vielmehr war eine Veränderungen in den Gewichtungen weitverzweigter neuronaler Verbindungen, d. h. eine makroskopische kortikale Reorganisation erforderlich, um dieses Phänomen zu erklären. Alternativ könnte man annehmen, dass eine mikroskopische Umorganisation auf subkortikaler Ebene sich in den nachgeschalteten kortikalen Arealen makroskopisch auswirken könnte. Systematische Untersuchungen auf den verschiedenen Ebenen konnten dies als einzige Erklärung jedoch ausschließen. In einer eleganten Untersuchung demonstrierten Ergenzinger et al. (1998), dass sich die thalamische Organisation deutlich verändert, wenn die effernten Fasern vom Kortex zum Thalamus ausgeschaltet werden (7 Abschn. 63.3). Demnach wird die Reorganisation auf früheren Schaltstationen entlang der sensorischen Bahnen über »Top-down«-Prozesse entscheidend beeinflusst. Die funktionelle Organisation einer Ebene wird im Wechselspiel mit den vor- und nachgeschalteten Repräsentationen realisiert. Dabei dominiert kortikale Organisation wohl aus 2 Gründen: Sie ist die am umfassendsten strukturierte und erlaubt aufgrund der

641 63 · Kortikale Reorganisation

im Kortex ausgeprägten lateralen Inhibition die größte Schärfe, d.h. die feinste Auflösung rezeptiver Felder (7 Abschn. 63.3). Zehnmal mehr Fasern verlaufen vom Kortex zum Thalamus, als umgekehrt vom Thalamus zum Kortex projizieren. Dadurch kann die Feinstruktur der kortikalen Organisation auch die funktionelle Organisation auf thalamischer Ebene mitbestimmen, d. h. letztlich bestimmt die kortikale funktionelle Organisation, wie Information bereits auf vorgeschalteten Ebenen aufgearbeitet und strukturiert wird. Aufgrund dieser Wechselwirkungen kann nicht verwundern, dass nicht nur periphere, sondern auch zentralnervöse Läsionen eine Veränderung in der funktionellen Hirnorganisation auf den verschiedenen Ebenen bedingen. Nach einer Hirnverletzung folgt einem anfänglichen Defizit in Verhaltensweisen, Wahrnehmung oder kognitiven Fertigkeiten häufig eine spontane Erholung. Man kann dies als Verhaltensplastizität bezeichnen, die in offensichtlichem Widerspruch zu den bis spät ins 20. Jahrhundert hinein dominierenden Sichtweisen steht, wonach das ausgereifte ZNS keine Kapazität aufweise, um sich selbst zu reorganisieren und sich so nach Verletzung zu reparieren. Seit den Zeiten Brocas um 1860 dominiert die Sichtweise, dass Hirnfunktionen in definierten Arealen lokalisiert sind und entsprechend eine Zerstörung eines solchen Areals, wie beispielsweise des Broca-Areals zum unwiederbringlichen Verlust der damit verknüpften Fähigkeit führe. Die Fähigkeit zur spontanen Erholung blieb dabei unerklärt und erfuhr kaum experimentelle Aufklärung, wohl vor allem deshalb, weil die dazu notwendigen Untersuchungsinstrumente fehlten. Mit den beschriebenen tierexperimentellen Fortschritten und Untersuchungen, die aufgrund der Entwicklung nichtinvasiver Verfahren wie der magnetischen Quellenlokalisation und der transkraniellen Magnetstimu-

lation möglich wurden, änderte sich diese Situation und es ergab sich die Frage, ob denn nicht kortikale Reorganisation und Verhaltensplastizität entscheidende Mechanismen der Erholung nach Hirnverletzungen darstellen könnten und letztendlich, ob sich diese Zusammenhänge nicht zur verbesserten Wiederherstellung von durch Hirnverletzung verlorengegangenen Funktionen nutzen lassen würden. In der Tat liegen nun Studien vor, die dies für Hemiparese, Aphasie, fokale Dystonie, aber auch chronischen und Phantomschmerz nahelegen (zusammenfassend Taub et al. 2002). Ein grundlegendes Paradigma ist dabei die sog. »Constraint-Induced«-Therapie (7 Unter der Lupe), deren Basiselemente von Taub et al. (1999, 2002) für die motorischen Beeinträchtigungen und in unserem Labor für kognitive Rehabilitationsmaßnahmen entwickelt worden sind (Pulvermüller et al. 2001; Meinzer et al. 2002). Mit dem »Constraint«-Element werden kompensatorische Reaktionen verhindert, also etwa der Einsatz des intakten Arms anstelle des betroffenen Arms bei Hemiplegie oder die Verwendung von Zeichen anstelle von Sprache bei Aphasie. Andererseits wird die wiederzuerlangende Fertigkeiten in kleinen Schritten, nach dem Shaping-Prinzip trainiert: Der Patient wird zunächst für einen kleinen Fortschritt belohnt. Wurde eine einfache Fähigkeit wiedererlangt, wird das Erreichen des nächst schwierigen Schritts trainiert und sozial verstärkt. Dabei tritt neben der oben beschriebenen Reorganisation infolge von Deafferenzierung oder Nichtgebrauch ein zweites Prinzip kortikaler Reorganisation in den Vordergrund: die Vergrößerung von Repräsentationsarealen infolge von vermehrtem Gebrauch der zugeordneten Rezeptoren bzw. des zugeordneten Gliedes bei gleichzeitiger Verkleinerung der rezeptiven Felder der Neurone in diesen Arealen. Ein illustratives Beispiel für Reorganisation nach

Unter der Lupe

»Constraint-induced movement therapy« (CIMT) Forschungen an Affen brachten Edward Taub (1993, 2002) auf die Spur eines Mechanismus, der für die mangelnde Erholung motorischer Bewegungsstörungen nach Schlaganfall verantwortlich sein dürfte. Er nannte dies gelernten Nichtgebrauch (»learned nonuse«): Nach Deafferenzierung der sensorischen Fasern aus einem Arm versuchen Affen sofort ihren Arm wieder einzusetzen, was aber aufgrund des zunächst anhaltenden spinalen Schocks nicht gelingt. Die Tiere werden quasi für ihre Versuche bestraft und unterlassen von nun an auch dann, wenn der

spinale Schock überwunden wurde, die Bewegung des deafferenzierten Gliedes (»learned nonuse«). In ähnlicher Form, argumentierten Taub und Mitarbeiter, führt bei einer Untergruppe hemiplegischer Patienten ein »kortikaler Schock« oder Diaschisis dazu, dass die Patienten in dieser Erholungsphase, in der der Einsatz des betroffenen Armes mit Misserfolgen bestraft werde, lernen, ihren Arm überhaupt nicht mehr zu gebrauchen. Taub entwickelte aus dieser Überlegung heraus die Prinzipien der sog. CI-(»Constraint-Induced«-)Therapie (. Abb. 63.1).

63

642

Kapitel 63 · Kortikale Reorganisation

Shaping Constraint Induced -Therapie Shaping

63

. Abb. 63.1. CI-Therapie bei Hemiplegie. Die Patienten tragen 12 Tage lang während 90% der Wachzeit eine Schiene mit Schlinge am gesunden Arm (linkes Bild). Die Finger können sich in der Schiene nicht frei bewegen. Dies verhindert, dass die gesunde Hand statt der betroffenen Hand eingesetzt wird. Die Patienten führen während 6 h pro Tag

verschiedene Tätigkeiten mit dem betroffenen Arm unter Anleitung und Verstärkung durch eine geschulte Person aus. Mit Hilfe der betroffenen Hand können sich die Patienten alleine vom »Constraint« befreien. Dies wird nur für bestimmte Alltagsverrichtungen erlaubt, z. B. für allen Umgang mit Wasser

intensivierter Stimulation im sensomotorischen Kortex legten Jenkins et al. (1990) vor: Sie trainierten Affen, eine rotierende Scheibe mit unregelmäßiger Oberfläche mit den mittleren Fingern zu berühren, um sich einen Chip mit Bananengeschmack zu verdienen. Nach mehreren Wochen Training zeigte sich eine Ausdehnung der Repräsentationsareale der stimulierten Fingerkuppen. Kontrolltiere, welche die rotierende Scheibe genauso häufig berührten wie die Experimentaltiere, jedoch nicht für die Berührung, sondern für eine parallele auditorische Diskriminationsaufgabe mit Futter belohnt wurden, wiesen keine Veränderung der sensomotorischen Repräsentationsareale der Finger auf. Damit dokumentierte diese Studie bereits zwei entscheidende Voraussetzungen kortikaler Reorganisation: Stimulation muss intensiv und sie muss verhaltensrelevant sein, um eine Veränderung der kortikalen Repräsentationsareale zu bewirken. Auf diesen Studien aufbauend konnten Elbert et al. (1995a) nachweisen, dass diese Art der Reorganisation auch beim Menschen beobachtet werden kann.

Es liegen somit verschiedene Formen kortikaler Reorganisation vor: die Reorganisation, die infolge von Läsionen auftritt, kann als »input-decrease«, diejenige infolge vermehrter verhaltensrelevanter Stimulation als »inputincrease« kortikale Reorganisation bezeichnet werden. Beide können parallel in einem Kortex auftreten, etwa wenn nach Amputation eines Armes der intakte Arm vermehrt gebraucht wird (Elbert et al. 1997). Häufig ist »inputdecrease« kortikale Reorganisation mit unerwünschten Symptomen verknüpft, wie Phantomschmerz oder Tinnitus. »Input-increase« oder gebrauchsabhängige Reorganisation dagegen bedingt die Verbesserung von Fertigkeiten oder bestimmten Wahrnehmungsleistungen, ist also vorteilhaft für das Individuum. Schlaganfall mit der Konsequenz verringerten Gebrauchs eines Gliedes ist mit einer deutlichen Verringerung der kortikalen Repräsentation dieser Extremität verknüpft. CI-Therapie verbessert in der Regel die Erholung nach Schlaganfall und führt zu massiver Vergrößerung der Repräsentation des betroffenen Gliedes (Liepert et al. 2000; zusammenfassend Taub et al. 2002).

643 63.1 · Morphologische neuronale Plastizität und kortikale Reorganisation

63.1

Morphologische neuronale Plastizität und kortikale Reorganisation

Wir wissen heute, dass Erfahrung permanent die neuronalen Elemente morphologisch und somit die Hirnstruktur und -organisation funktionell verändert. Die Eingangsignale in ein neuronales Netzwerk ändern in Abhängigkeit von der intrinsischen Struktur und Aktivität eben diese unablässig. Eine ganze Reihe von plastischen Elementen erlauben diesem dynamischen, selbstorganisierenden System die Anpassung an sich verändernde Umweltbedingungen. ! Erfahrung bedingt: 5 LTP/LTD, 5 Bildung von Synapsen, 5 erhöhte Dichte von Spines, 5 längere Dendriten und Axone, 5 vermehrte Aktivität in Gliazellen, 5 veränderten Stoffwechsel (Angiogenese), 5 Integration neuer Neuronen in das Gehirn.

Ende der 40er-Jahre formulierte der Psychologe Donald Hebb ein Prinzip, das nach wie vor als wesentlich für Konstruktion, Aufrechterhaltung und Reorganisation kortikaler Landkarten gilt: Die Aktivität synaptischer Verbindungen variiert aufgrund zeitgleicher Aktivierung der prä- und postsynaptischen Neurone. Hebb nahm zunächst vor allem

. Abb. 63.2. Hebb’sche Zellverbände formen sich aufgrund der Hebb’schen Regel, wonach zeitgleich feuernde Neurone ihre synaptische Verbindungen verstärken

2 Varianten seiner Hebb’schen Regel »cells that fire together wire together« an. Geht ein präsynaptischer Impuls dem Feuern des postsynaptischen Neurons voraus, wird die Potenz der Synapse zur elektrischen Impulsübertragung verstärkt (LTP – »long term potentiation«), im entgegengesetzten Fall nimmt die Aktivität der Synapse ab (LTD – »long term depression«). Zusätzlich zu den Veränderungen der synaptischen Mächtigkeit – LTP und LTD –, die sich infolge von entsprechenden Impulssalven experimentell nachweisen ließ, wurden in den letzten Jahrzehnten weitere neurophysiologische Mechanismen der Plastizität nachgewiesen, unter anderem die Ausbildung von Synapsen, von Spines, die Zunahme von Dendritenzahl und -länge und in ihrer Folge dichtere Astrozytenzahl und erhöhte Durchblutung (Überblick bei Kolb u. Whishaw 1998; Lüscher et al. 2000). Nach Markram et al. (1997) genügt ein Zeitfenster von 10 ms zwischen prä- und postsynaptischer Aktivität, damit synaptische Plastizität von LTP in LTD umschlägt und umgekehrt. Diese Eigenschaft synaptischer Plastizität nach der Hebb’schen Regel führt zur Ausprägung von distinkten Zellverbänden, den sog. Hebb’schen Zellverbänden, die durch gemeinsame, synchrone Aktivität ihre Verbindungen untereinander stärken und sich durch asynchrone Feuerungen von andern Zellverbänden abgrenzen (. Abb. 63.2). Da theoretische Überlegungen zeigen, dass ein solcher Zellverband aus tausenden von Mitgliedern bestehen sollte, bleiben die »cell assemblies« direkter experimenteller Beo-

Das zeitliche Zusammentreffen verhaltensrelevanter Reize spielt die entscheidende Rolle bei der Ausprägung der Repräsentation der Umwelt im Gehirn die sich in Form Hebb’scher Zellverbände bildet.

63

644

Kapitel 63 · Kortikale Reorganisation

bachtung verschlossen. Jedoch kann deren Signatur, etwa in Form von Oszillationen im Frequenzbereich bis 100 Hz, beobachtet werden (z.B. Singer et al. 1998; Müller et al. 1996).

63.2

Gebrauchsabhängige kortikale Reorganisation beim Menschen

Kortikale Reorganisation bedeutet eine Veränderung in der Strukturierung, Form oder Lage einer Kortexregion, die einer bestimmten sensorischen oder motorischen Funktion zugeordnet ist. Die Prinzipien kortikaler Reorganisation sind im Folgenden zusammengestellt. Sie sind für alle untersuchten Modalitäten (somatosensorisch, auditorisch, visuell, motorisch) nachgewiesen worden und gelten vermutlich in ähnlicher Form nicht nur für die primären Repräsentationsareale, sondern auch für die funktionelle Organisation nachgeschalteter Bereiche.

63

Gipfel mit 50-60 ms Latenz

! Prinzipien kortikaler Reorganisation 5 Vermehrter Gebrauch eines Gliedes oder vermehrte verhaltensrelevante Stimulation eines sensorischen Bereichs führt zu einer Expansion der zugehörigen kortikalen Repräsentation und zu einer Schärfung der rezeptiven Felder der entsprechenden Neurone. 5 Deafferenzierung oder verminderter Gebrauch bedingt Invasion von Repräsentationsbereichen, die auf der Karte dazu benachbart liegen. 5 Zeitsynchrone,verhaltensrelevante Stimulation von zwei Regionen (z. B. zwei Fingern) bedingt eine Fusion der Repräsentationen, d. h, zeitliche korrelierte Aktivitäten formen kortikale Repräsentationen. 5 Häufige asynchrone Reizung zweier Rezeptorengebiete bedingt Trennung der zugehörigen Repräsentationen (es entstehen z. B. getrennte Fingerareale oder der »Barrel«-Kortex der Ratte). 5 Veränderungen in den kortikalen Karten erfolgen nur, wenn die Reizverarbeitung mit hoher Motivation erfolgt. 5 Kortikale Reorganisation kann durch intensive Übung erreicht werden, bei der über mehrere Stunden am Tag an aufeinanderfolgenden Tagen trainiert wird. 5 Eine Hirnverletzung kann kortikale Reorganisation in eng benachbarten Gebieten zur Läsion hervorrufen.

Schlüsselbein

• kleiner Finger • Daumen •

Unterlippe

Sulcus centralis . Abb. 63.3. Homunkulus. In der Hinterwand der Zentralfurche (rechts anhand einer Rekonstruktion aus einem MR dargestellt) ist die Körperoberfläche in Form einer geordneten Karte repräsentiert. Mechanische Stimulationen verschiedener Hautregionen (Schlüsselbein, Finger, Lippe) führen nach etwa 50–60 ms zu einer deutlichen neuronalen Aktivierung von in der Zentralfurche liegenden Kortexregionen. Diese kann mittels MEG gemessen (evoziertes Feld links oben) und dann in der dargestellten Region lokalisiert werden. Die Pfeile, die dem aus dem MRT konstruierten Kortexausschnitt überlagert sind, geben die Richtung des neuronalen Stroms, ihre Füße den Ort an. (Zur Methodik: Elbert 1998; Daten aus Elbert et al. 1995b und Lütkenhöner et al. 1995)

Am besten untersucht ist die somatosensorische Modalität, da sich in der Zentralregion (Hinterwand der Zentralfurche: Area 3b und Gyrus postcentralis: Area 1) die Repräsentation der Körperoberfläche über die relativ lange Zentralwindung in geordneter Form erstreckt und da Körperregionen kontrollierter selektiv stimulierbar oder deafferenzierbar sind, als dies in anderen Modalitäten der Fall ist. . Abbildung 63.3 veranschaulicht die Lage des sog. Homunkulus und dessen Nachweis mittels nichtinvasiver magnetischer Quellenlokalisation (MEG) beim Menschen. ! Deafferenzierung oder verminderter Gebrauch bedingt Invasion von Repräsentationsbereichen die auf der Karte dazu benachbart liegen.

Die Amputation eines Armes bedeutet die Deafferenzierung des entsprechenden kortikaler Repräsentationsareals. Wie bereits in Abschn. 63.1 angedeutet, führt langjährige Deafferenzierung eines Armes bei Affen zur Invasion in die ehemalige Handregion aus den von beiden Seiten angrenzenden Gebieten, also der Arm- wie der Gesichtsregion (Pons et al. 1991; Elbert et al. 1994, 1997; . Abb. 63.4). Das bedeutet, dass taktile Stimulation im Gesicht nicht nur Neurone der Gesichtsregion aktiviert, sondern auch diejenige

645 63.2 · Gebrauchsabhängige kortikale Reorganisation beim Menschen

Stimulationsort : linke Schulter linker Daumen

. Abb. 63.4. Armamputation. Die Stimulation an der Schulter führt in der Regel zu nur kleinen Ausschlägen im Magnetoenzephalogramm (MEG), die des Daumens dagegen zu hohen Reaktionsamplituden, da der Daumen ein wesentlich größeres Repräsentationsareal besitzt als die gleiche Fläche Haut auf der Schulter. Dies trifft ebenfalls für die hier dargestellten Reaktionen auf der linken Körperhälfte eines Patienten

Stimulationsort : rechte Schulter (rechte Hand amputiert)

zu, dessen rechte Hand amputiert worden war. Die Reaktionen im rechten Schulterbereich waren in diesem Fall aber abnorm ausgeprägt. Magnetische Quellenlokalisation bestätigt, dass das Oberarmund Schulterareal nun auch das vormalige Handareal auf der rechten Seite besetzte. (Daten aus Elbert et al. 1997)

kortikale Region, die den nun deafferenzierten Arm repräsentiert. In einer Reihe von Studien am Menschen konnten wir in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Herta Flor belegen, dass die Invasion mit dem Ausmaß pathologischer Symptome, insbesondere mit Phantomschmerz (Flor et al. 1995; Knecht et al. 1996) und in der auditorischen Modalität auch mit Tinnitus (Mühlnickel et al. 1998) hoch korreliert (. Abb. 63.5). Parallele Veränderungen der kortikalen Karte zeigten Karl et al. (2001) mittels transkranieller Magnetstimulation auch für die motorische Hirnrinde. ! Vermehrter Gebrauch eines Gliedes oder vermehrte verhaltensrelevante Stimulation eines sensorischen Bereichs führt zu einer Expansion der zugehörigen kortikalen Repräsentation und zu einer Schärfung der rezeptiven Felder der entsprechenden Neurone

Diese Erkenntnis fußt auf einer Serie von klassischen Arbeiten von Recanzone et al. (1992a–d) und lässt sich in ähnlicher Form beim Menschen belegen. Ein erstes Beispiel für Veränderungen der kortikalen Organisation der somatosensorischen Hirnrinde in der Folge vermehrter und verhaltensrelevanter Stimulation lieferten unsere Untersuchungen an Violin- und Cellospielern (Elbert et al. 1995a). Diesen Musikern ist gemein, dass sie regelmäßig, motiviert und gezielt die Fingerspitzen stimulieren. Dabei

intakt

amputiert

. Abb. 63.5. Kortikale Reorganisation nach Deafferenzierung. Überlagert sind die Repräsentationen von Fingern (Quadrate) und Lippe (Kreise) eines Patienten mit starkem (schwarze Symbole) Phantomschmerz und einer armamputierten Person ohne Schmerzen (weiße Symbole) Der Schwerpunkt der Lippenrepräsentation derjenigen Körperhälfte, auf der die Amputation erfolgte, ist bei beiden Probanden in Richtung des nun deafferenzierten Handareals verschoben. Beim Patienten mit ausgeprägtem Phantomschmerz ist diese Verschiebung deutlich größer. (Nach Flor et al. 1995)

63

646

Kapitel 63 · Kortikale Reorganisation

D1

Piano Tones, Controls

D5

Piano Tones, Musicians

Streicher

a

63

Kontrollpbn

b

. Abb. 63.6a, b. Gebrauchsabhängige Plastizität am Beispiel von Musikern. a Bei Streichern ist die Repräsentation der Fingerkuppen der linken Hand vergrößert: stärkere Stromflüsse bei Berührung der Finger von Streichern als von Kontrollpersonenen und größere Distanz zwi-

schen den Schwerpunkten der Repräsentation von Daumen und kleinem Finger. (Nach Elbert et al. 1995a) b Im Hörkortex führen die Töne des jeweiligen Instruments zu größeren Aktivierungen. (Nach Pantev et al. 1998)

berühren vor allem die Fingerkuppen der linken Hand intensiv die Saiten, während die Finger der rechten Hand, die den Bogen bewegt, weniger Variation in der afferenten Stimulation erfahren. Es bietet sich somit an, die Organisation bzw. Ausdehnung der Repräsentationsareale der Finger der linken Hand bei Personen, die regelmäßig ein Streichinstrument spielen, mit denen der rechten Hand zu vergleichen – zusätzlich zu einem Vergleich der Organisation der Hände bei Personen, die kein Streichinstrument spielen. In der Tat ergibt bei Streichern die Rekonstruktion der Fingerrepräsentationen eine signifikant größere Ausdehnung des Repräsentationsareals der linken Fingerregionen, verglichen sowohl mit der Repräsentation der rechten Hand als auch mit derjenigen der Nichtmusiker (. Abb. 63.6a). Musiker stimulieren aber nicht nur ihre Finger vermehrt, sie verarbeiten auch häufiger Töne ihres Instruments und das gleichfalls mit hoher Motivation. Was für die somatosensorische Modalität gilt, die Ausdehnung der häufig stimulierten Areale, gilt auch für die akustische. So konnten Pantev et al. (1998) nachweisen, dass Reaktionen auf Instrumentaltöne dann größer ausfallen, wenn das Instrument von der entsprechenden Person gespielt wird (. Abb. 63.6b). Rockstroh et al. (1996) haben dann erstmals nachweisen können, dass auch beim Menschen kortikale Reorganisation innerhalb von einer Reihe aufeinanderfolgender Trainingstage induzierbar ist, wenn die Übung massiert und verhaltensrelevant erfolgt. Entsprechende Ergebnisse von Braun et al. (2000) lassen allerdings vermuten, dass diese Kurzzeitplastizität kontextabhängig sein kann.

Ein Problem, auf das in diesem Zusammenhang hingewiesen werden muss, stellt die Unterscheidung von Neuroplastizität versus »Pseudoplastizität« dar. Mit der Ersteren sind strukturelle Veränderungen in der Netzwerkarchitektur verbunden. Diese stellen sich – verletzungsbedingt oder übungsbedingt – erst im Verlauf der Zeit ein und sind nicht ohne weiteres umkehrbar. Pseudoplastizität hingegen bezeichnet die Schärfung einer von vielen möglichen Aktivationsmustern in der Karte durch kontextuelle Variablen oder Verschiebungen des Aufmerksamkeitsfokus. In diesem Fall bleibt das anatomische Substrat im Repräsentationsareal unverändert. Es ändert sich nur der modulierende Eingang, und zwar »top-down« (Aufmerksamkeit, Kontext) oder »bottom-up« (Aufgabenvariation). Nicht jede Veränderung im Aktivationsmuster darf daher gleich als Neuroplastizität im oben genannten Sinne interpretiert werden. Häufig handelt es sich bei sog. »Kurzzeitplastizität« um Pseudoplastizität. Erst wenn Veränderungen in der funktionellen Organisation unabhängig von Kontext und Aufgabe belegt werden, sollte man von Neuroplastizität und kortikaler Reorganisation sprechen.

63.2.1

Kreuzmodale Plastizität

Wird eine gesamte modalitätsspezifische Hirnregion von ihren Eingängen abgeschnitten, wie dies etwa bei Blinden für die visuellen Bereiche oder bei Tauben für den Hörkortex gilt, so bleibt auch in diesen Fällen das deprivierte Hirn-

647 63.2 · Gebrauchsabhängige kortikale Reorganisation beim Menschen

areal nicht untätig, sondern reagiert nun auf Reize anderer sensorischer Modalitäten. Diese die Modalitätsgrenzen überschreitende Reorganisation wird als kreuzmodale (»crossmodal«) Plastizität bezeichnet. Beim Menschen konnte sie mit MEG- und EEG-basierten (Röder et al. 1996) und in der Folge auch mit hämodynamischen Methoden nachgewiesen werden (zusammenfassend Kujala et al. 2000). Wird etwa von blinden Personen verlangt, subtile Lautveränderungen zu entdecken, so zeigt sich – im Gegensatz zu Sehenden – eine Aktivität auch in okzipitalen Regionen des Kortex, also Bereichen, die bei Sehenden ausschließlich visueller Verarbeitung vorbehalten bleiben. Stört man diese Aktivität über magnetische Impulse, die mittels transkranieller Stimulation (TMS) spezifisch im Okzipitallappen verabreicht werden, so werden bei Blinden Leistungen beeinträchtigt, die bei Sehenden nur durch TMS-Impulse in andere Regionen gestört werden können. Etwa verzerren okzipitale TMS-Impulse bei Blinden das Lesen der Blindenschrift oder führen zu Auslassungen von Buchstaben im Braille-Text (Cohen et al. 1997). Neuere Untersuchungen demonstrieren dabei, dass kreuzmodale Verschiebungen der Informationsverarbeitung nicht an frühe Entwicklungen gebunden sind, sondern dass kreuzmodale Plastizität auch noch im adulten Gehirn nachgewiesen werden kann. Die genaue Rolle, die dabei das deafferenzierte Areal für die Verarbeitung der intakten Sinne spielt, ist aber noch weitgehend unerforscht. Eine Aufklärung darüber, ob Bereiche der Informationsverarbeitung der intakten Sensorik ausgelagert werden, sich also etwa bei Blinden im visuellen Kortex funktionelle Organisationen der akustischen und der somatosensorischen Modalität (Tonotopie, Homunkulus) wiederfinden lassen, oder ob die von ihrem primären Input deafferenzierten Areale eher nur unspezifisch, aufmerksamkeitsmodulierend an der Verarbeitung beteiligt sind, könnte erheblich zum Verständnis der Funktionsweise und der Art der Selbstorganisation des Gehirns beitragen. Einen interessanten experimentellen Ansatz haben Sur und Mitarbeiter (Sur et al. 1988; Sharma et al. 2000) im Verlauf des letzten Jahrzehnts perfektioniert. Dieser erlaubt es, die sensorischen Nervenbahnen, die in die verschiedenen Kortexareale verlaufen, bei jungen Frettchen in andere Areale umzuleiten. Genauer gesagt werden die neuronalen Bahnen aus der Retina, die normalerweise über den visuellen Thalamus zum primären visuellen Kortex (V1) verlaufen, umgeleitet, sodass sie nun in den auditorischen Thalamus münden, der seinerseits den primären auditorischen Kortex (A1) innerviert. Der Thalamus bleibt dabei von sei-

nen normalen auditorischen Eingängen depriviert. Damit kann Organisations- und Reaktionsweise kortikalen Gewebes, die Selbstorganisation des Kortex, in Abhängigkeit der korrelierten Feuerungsmuster aus den Eingängen studiert werden. Interessanterweise prägt sich bei diesen Tieren in A1 eine für den visuellen Kortex typische Organisation aus, etwa findet sich die charakteristische »Pinwheel«-Struktur, nach der verschiedene Orientierungen eines visuellen Reizes in Form eines Windrades auf der Kortexoberfläche repräsentiert sind, nun im akustischen Kortex wieder. Von Melchner et al. (2000) belegten, dass diese Tiere auf visuelle Reize adäquate Verhaltensweisen zeigen, d.h., dass sie mit ihrem auditorischen Kortex tatsächlich »sehen« können. Die sensorischen Eigenschaften, die mit einer bestimmten Modalität verknüpft sind, werden also offensichtlich dadurch bestimmt, wie der Eingang die funktionelle Organisation des Kortex ausprägt. ! Zeitsynchrone, verhaltensrelevante Stimulation von zwei Rezeptorbereichen (z. B. zwei Fingern) bedingt eine Fusion der zugehörigen Repräsentationen, asynchrone Reizung führt zur Aufspaltung und Differenzierung.

Das Modell nutzungsbedingter kortikaler Reorganisation wurde mittlerweile in zahlreichen weiteren Humanuntersuchungen belegt. So auch an Lesern der Blindenschrift. »Braille«-Lesen stimuliert die Fingerspitzen bestimmter Finger intensiv und zielgerichtet je nach täglichen Lesegewohnheiten. [Bei der taktilen Schrift Braille sind die Buchstaben durch – auf der Papieroberfläche erhobene – Punktmuster repräsentiert; Dekodierung der Buchstaben erfolgt durch Abtasten der Punktmuster, indem die Fingerspitzen von links nach rechts über die Oberfläche bewegt werden. Blinde Personen entwickeln unterschiedliche Lesegewohnheiten. Entweder erfolgt das Lesen durch das simultane Abtasten mit den Zeigefingern beider Hände (Einfinger-Lesen) oder durch das simultane Abtasten mit jeweils drei Fingern beider Hände (Mehrfinger-Lesen).] In einer Untersuchung an erblindeten und sehenden Personen rekonstruierten wir (Sterr et al. 1998a, b) die Organisation der Handareale beider Hände aus den gemittelten Magnetfeldern auf repetitive taktile Stimulation für die einzelnen Finger. Erwartet war das erzielte Ergebnis einer größeren Ausdehnung der Repräsentationsareale der Finger beider Hände bei der Gruppe erblindeter im Vergleich zu der Gruppe sehender Kontrollpersonen, dies besagt ja die These der nutzungs- und stimulationsbedingten Ausdehnung der Repräsentationsareale. Interessanterweise

63

648

Kapitel 63 · Kortikale Reorganisation

war aber auch die Abfolge der Repräsentationsareale der einzelnen Finger bei den Mehrfingerlesern häufig wie durcheinandergewürfelt und verschmiert. MehrfingerLesen bedingt dauerhafte, intensive und synchrone Stimulation der Fingerspitzen der »Lese«-Finger beider Hände und entsprechend synchrone Aktivierung oder afferenten Input in die entsprechenden Repräsentationsareale dieser Finger. Gleichzeitige oder synchrone Aktivierung sollte der in Abschn. 63.2 skizzierten Hebb’schen Regel zufolge die Verbindung von Neuronengruppen (Repräsentationsareale einzelner Finger) zu einem neuronalen Netzwerk fördern. Dieses Netzwerk wird später durch Aktivierung nur eines Teils (etwa die taktile Stimulation nur eines Fingers) insgesamt aktiv. Dieses Prinzip erklärt die desorganisierte oder verschmierte homunkuläre Organisation der Handareale blinder Mehrfinger-Leser, während bei Einfinger-Lesern der ähnlich intensive afferente Input in das Repräsentationsareal nur der Zeigefinger die »normale« homunkuläre Organisation unterstützte. Diese Veränderung in der homunkulären Organisation ist nicht ohne Konsequenz für die taktile Wahrnehmungsleistung. So wie afferente Stimulation die funktionale Organisation der Repräsentationsareale des somatosensorischen Kortex formt, so beeinflusst diese Organisation die Wahrnehmung peripherer taktiler Reize. Als perzeptives Korrelat der ausgedehnteren Repräsentationsareale der Hand (Distanz der Repräsentationsareale von Daumen und kleinem

Finger) bei Blindenschriftlesern fanden wir eine gegenüber sehenden Probanden höhere Sensitivität der Fingerspitzen, quantifizierbar anhand einer niedrigeren Schwelle zur Diskrimination von zwei dicht nebeneinander applizierten taktilen Reizen (Zwei-Punkt-Schwelle). Aber auch die zuvor skizzierte Desorganisation der Repräsentationsareale der Hand bei Mehrfinger-Lesern kommt in einem perzeptiven Korrelat zum Ausdruck, nämlich in einer erhöhten Zahl von Fehllokalisationen: Werden die einzelnen Fingerspitzen in randomisierter Abfolge mit einem leichten, schwellennahen Berührungsreiz (standardisiert mittels des von-Freyhaar-Set) stimuliert, so können sehende Personen auch bei geschlossenen Augen ohne Fehler den jeweils berührten Finger benennen. Blinde Probanden, insbesondere Mehrfingerleser und überzufällig häufig Mehrfingerleser unserer Stichprobe, die eine Desorganisation oder Verschmierung der Repräsentationsareale einzelner Finger aufwiesen, »mislokalisierten« diese Berührungsreize, d. h. sie benannten Finger, die nicht stimuliert worden waren und umgekehrt. Eine Verschmierung oder Überlagerung der Repräsentationsareale einzelner Finger – bedingt durch massive synchrone afferente Stimulation beim simultanen Abtasten der Punktmuster – mag der getrennten Aktivierung der Repräsentationsareale einzelner Finger beim Lokalisationstest entgegenstehen, sodass eine Diskrimination des jeweils berührten Fingers, dessen Repräsentationsareal zum »Mehr-

Unter der Lupe

63

Kortikale Reorganisation ist verschieden von S-R-Lernen Wenn bei Lesern der Blindenschrift die Fähigkeit zur Lokalisation schwellennaher Reize getestet wurde, so waren Mehrfingerleser nicht in der Lage, die Reize konsistent der korrekten Fingerkuppe zuzuordnen (. Abb. 63.7). Einfingerlesern oder Personen, die keine Braille-Schrift lesen, unterliefen solche Fehler nie. Die Zwei-Punkte-Schwelle erscheint dagegen bei den blinden Personen eher verbessert. Dieses Ergebnis ist in zweifacher Hinsicht bemerkenswert: Zum einen belegt es die Rolle der zeitlichen Reizkonstellation, zum anderen lässt es auch vermuten, dass kortikale Reorganisation nicht im Bereich von operanter oder klassischer Konditionierung erklärbar ist, also nicht Lernen im eigentlichen Sinne bedeutet, denn es gab ja keine Lerndurchgänge, in denen die Lokalisationsfähigkeit oder die Zwei-Punkte-Schwelle trainiert wurde. Viel-

mehr verändert eine bestimmte Erfahrung oder Übung die kortikale Organisation in diesem Fall derart, dass nun auch andere Reize der gleichen Modalität unterschiedlich verarbeitet und wahrgenommen werden. Mit Generalisierung oder Transfer kann dies nicht ohne weiteres erklärt werden. Damit kann kortikale Reorganisation nicht als Lernen im klassischen Sinne aufgefasst werden, bei der die Wahrscheinlichkeit eines Verhaltens auf eine bestimmte Reizkonstellation hin verändert wird. Auch die bisher für »perzeptuelles« Lernen beschriebenen Gesetzmäßigkeiten reichen für eine Erklärung nicht aus. Kortikale Reorganisation muss demnach als neue Kategorie der Adaptation an die Umwelt verstanden werden. Eine bestimmte Übung und Erfahrung, die wohl in operante oder klassische Konditionierung eingebettet sein kann, verändert sozusagen den Apparat der Reizverarbeitung und die Art des Reaktionsrepertoirs.

649 63.2 · Gebrauchsabhängige kortikale Reorganisation beim Menschen

2 Punkte-Schwelle (mm) 6

5

4

3

2

1 0

1

2

4

8

1

3

Anzahl der Fehllokalisationen . Abb. 63.7. Somatosensorische Fehllokalisationen. Mit einem vonFrey-Haar, dessen Stärke knapp über der sensorischen Schwelle gewählt wird, werden die Fingerkuppen berührt. Sehende und blinde Einfingerleser (Dreiecke) werden mit blinden Mehrfingerlesern (Kreise) hinsichtlich ihrer Fähigkeit den Teststimulus auf dem entsprechenden

Finger zu lokalisieren verglichen. Nur den Mehrfingerlesern unterlaufen dabei häufige Fehllokalisationen, d.h. ein Reiz auf dem Mittelfinger wird beispielsweise dem Zeigefinger zugeordnet und umgekehrt. Die Zwei-Punkte-Schwelle (Ordinate) ist dagegen bei diesen Personen eher geringer

finger«-Netzwerk gehört, erschwert wird. Im täglichen Leben wird diese Konsequenz kortikaler Reorganisation kaum auffallen; synchrone Aktivierung der Repräsentationsareale der Lesefinger erscheint vielmehr adaptiv, da gleichzeitiges Dekodieren mehrerer Buchstaben und ganzer Worte durch das simultane Abtasten mit benachbarten Fingern ermöglicht wird, was schnelleres Lesen fördert. Diese Verschmelzung der Areale durch zeitgleiche Stimulation erscheint umkehrbar. So konnten Mogilner et al. (1993) zeigen, dass, wenn von Geburt an fusionierte Finger (Syndaktilie) durch chirurgische Maßnahmen in voneinander unabhängig stimulierbare Einheiten aufgetrennt werden, die Verschmelzung der Repräsentationsareale, die bei diesen Personen beobachtet wird, gleichfalls in der Folge aufgehoben werden kann. Auch dieser Mechanismus ist tierexperimentell abgesichert (Allard et al. 1991).

aktiviert, ohne die kortikale Reorganisation ausbleiben würde (Kilgard u. Merzenich 1998, Bao et al. 2001). Diese Wege vermitteln die notwendige Grunderregung der entsprechenden kortikalen Areale. Die oben dargestellte »Constraint-induced«-Therapie (7 Unter der Lupe auf S. 641) beinhaltet Übung von mehreren Stunden am Tag an 10–15 aufeinanderfolgenden Werktagen. Sie führt zu massiver kortikaler Reorganisation. Unsere Daten zeigen auch, dass die Wirkung der Therapie deutlich geringer ist, wenn statt 6 nur 3 h am Tag geübt wird (Sterr et al. 2002). Dabei ist wahrscheinlich weniger die Dauer der Therapie in Stunden ausschlaggebend, sondern die Beschäftigung mit den entsprechenden Anforderungen, denn der Umbau des Gehirns erfolgt insbesondere im Nicht-REM-Schlaf, also zwischen den Übungszeiten (Hoffman u. McNaughton 2002).

! Kortikale Reorganisation kann durch intensive Übung erreicht werden, wenn diese unter hoher Motivation erfolgt.

Es liegen eine Reihe von Befunden vor, die belegen, dass die Verhaltensrelevanz der sensorischen Erfahrung festlegt, ob kortikale Reorganisation erfolgt oder nicht (Jenkins et al. 1990). Insbesondere werden durch hohe Motivation die azetylcholinergen Projektionen aus dem basalen Vorderhirn und dopaminerge Bahnen aus dem Tegmentum

63.2.2

Kortikale Reorganisation – »top-down« oder »bottom-up«?

Immer wieder wird argumentiert, dass relativ geringfügige Veränderungen auf den ersten Schaltstationen einer sensorischen Bahn im Kortex aufgebläht quasi kortikale Reorganisation vortäuschen würden, dass also Veränderungen in der kortikalen Organisation nicht wirklich stattfinden, son-

63

650

Kapitel 63 · Kortikale Reorganisation

Neocortex sekundär primär

Thalamus

63

. Abb. 63.8. Top-down-Prozesse und Plastizität. 10-mal mehr Fasern ziehen vom Kortex zum Thalamus als aufsteigend vom Thalamus zum Kortex (links) Ergenzinger et al. (1998) blockierten die kortikofugalen

Fasern über Gabe von D-APV und registrierten die rezeptiven Felder im VPL des Thalamus. Nach akuter Administration (rechts) vergrößerten sich die rezeptiven Felder deutlich

dern dass in der Folge vorgeschalteter neuronaler Umverdrahtungen die gleiche Stimuluskonfiguration über andere »Bottom-up«-Wege ein anderes kortikales Gebiet erreiche. Die experimentellen Befunde lassen aber vermuten, dass diese Möglichkeit nicht im Vordergrund steht (Florence et al. 2001). Die sensorischen Bahnen (mit Ausnahme des Geruchs) verlaufen über den Thalamus in den Kortex. Gleichzeitig projizieren 10-mal mehr Bahnen in die Gegenrichtung, vom Kortex zum Thalamus. Dies erscheint zunächst erstaunlich, wird aber erklärbar, wenn man erkennt, dass diese kortikofugalen Projektionen die Feinstruktur der funktionellen Organisation auf thalamischer Ebene vermitteln. Eine experimentelle Bestätigung für diese Sichtweise erreichten Ergenzinger et al. (1998) dadurch, dass sie einen NMDA-Rezeptor-Antagonisten (APV) in den primären somatosensorischen Kortex von Affen im Bereich der Handrepräsentation in diejenigen kortikalen Schichten injizierten, die die Informationen zum Thalamus aussenden. Diese kortikofugalen Bahnen werden damit blockiert. Die Folge auf thalamische Ebene ist in . Abb. 63.8 dargestellt: Die rezeptiven Felder der Hand, der Hautbereich also, auf den ein Neuron reagiert, vergrößerten sich dramatisch. Nach einigen Monaten der Behandlung war dieser Verlust des »Fingerspitzengefühls« sogar noch deutlicher ausgeprägt (. Abb. 63.8). Plastizität ist also auch ein Top-down-Prozess, bei dem der Kortex die Feinstruktur funktioneller thalamischer Organisation dominiert. Die Vergrößerung der rezeptiven Felder im Thalamus nach APV-Gabe im Kortex kann als Disinhibition der normalerweise hemmenden kortikofugalen Fasern gewertet werden. Der Kortex bestimmt also, was er auf thalamischer Ebene »scharf sehen« möchte; wie und was wir wahrnehmen, hängt nicht nur von den eingehen-

den Reizen, sondern insbesondere von der vorliegenden kortikalen Organisation, der Selbstorganisation des Gehirns ab.

63.3

Neuropsychologische Konsequenzen und therapeutische Nutzung kortikaler Reorganisation

In den bisher angeführten Beispielen legten Messung und Quantifizierung kortikaler Reorganisation neuropsychologische Erklärungen von Wahrnehmung und Verhalten nahe. Die perzeptiven Korrelate kortikaler Reorganisation in der Folge massiver und verhaltensrelevanter afferenter Stimulation und Übung sind in der Regel adaptiv. In einer Reihe außergewöhnlicher Fälle, »die von der Natur nicht vorgesehen waren«, vermag die zugrunde liegende Dynamik jedoch negative Konsequenzen hervorrufen, die ganz erheblich sein können.

63.3.1

Umkehrung kortikaler Reorganisation zur Linderung des Phantomschmerzes

Im vorangehenden Abschnitt haben wir erläutert, dass Deafferenzierung im somatosensorischen System Phantomschmerz, im akustischen Bereich Tinnitus hervorrufen kann. Kann diese maladaptive funktionelle Organisation vermindert werden? Dafür sprechen eine Reihe von Befunden (Flor u. Elbert 1998; Flor 2000). Weiss et al. (1999) verglichen armamputierte Personen, die eine Prothese nur zu

651 63.3 · Neuropsychologische Konsequenzen und therapeutische Nutzung kortikaler Reorganisation

non-dystonic hand

mean location controls D5

D1

12 11.5

D5

11

D5

10.5

D2-D4

D1

9

D5

D1

D1

8 -4

subject OR

a

8.5

-3

-2

non-dystonic hand

affected digits D3-D5

R

L

D2 D1

affected digits D3-D5

10 9.5

-1

0 1 X Variables

2

3

4

subject OB

R

L

b

. Abb. 63.9a, b. Homunkuläre Organisation bei fokaler Dystonie der Hand. Auf das koronale Magentresonanztomogramm sind die Schwerpunkte neuronaler Fingeraktivierung eines Organisten (OR, a) und einer Oboistin (OB, b) mit fokaler Dystonie der Hand überlagert. In beiden Fällen sind die Fingerrepräsentationen der betroffenen Finger ver-

schmiert, deren Ordnung verlorengegangen. Bei OR ist diese Verschmierung allerdings in beiden Hemisphären zu beobachten. In der Tat führt Dystonie einer Hand auch zu Problemen in der anderen Hand. (Aus Elbert et al. 1998)

kosmetischen Zwecken trugen, mit solchen, die mittels einer Sauerbruch-Prothese einen funktionellen Gebrauch und damit einhergehend verhaltensrelevante Bewegung und Stimulation des Stumpfes häufig induzierten. Die Sauerbruch-Prothese ist ein mechanisches Hilfsmittel, das über Kabel und Gestänge durch die Muskeln am Stumpf gesteuert wird und eine wirksame motorische Kontrolle der Prothese erlaubt. Diese gibt somatosensorische Rückmeldung aus der prothetischen Hand an die Muskeln im Stumpf. Im Einklang mit den Vorhersagen aus den Erkenntnissen zur kortikalen Reorganisation verschwand bei 9 der 11 Patienten, die die Sauerbruch-Prothese trugen, der Phantomschmerz vollständig, bei den beiden verbleibenden Patienten nahm er deutlich ab. Bei der Gruppe mit kosmetischer Prothese nahmen die Phantomschmerzen dagegen eher noch weiter zu. Es ist also denkbar, dass der vermehrte Gebrauch des verbleibenden Gliedes, der durch das Tragen der funktionell effektiven Prothese erzielt wird, die verletzungsbedingte kortikale Reorganisation reduziert und damit Phantomschmerz vermindert hat.

führt. Sie tritt bei Personen auf, die häufig kräftige Fingerbewegungen durchführen. Eine bekannte Form ist der Schreibkrampf, eine andere erleiden Konzert- und Berufsmusiker, die immer wieder vielstündige Fingerübungen über Tage hinweg durchführen. Nicht selten steht am Beginn der Erkrankung eine deutlich Überbeanspruchung oder Verletzung der Hand. Häufig versuchen Musiker in frühen Stadien der Problematik, diese durch intensiveres Üben zu überwinden, was dann aber zu einer Verschlimmerung des Zustandes und zu kompensatorischen Bewegungen anderer Finger führt. Die meisten der bisher erprobten und eingesetzten Behandlungen der fokalen Dystonie der Hand erwiesen sich langfristig als nicht wirksam. Das Üben und Spielen bei Konzert- und Berufsmusikern umfasst intensives Üben mit verhaltensrelevanten kraftvollen und schnellen Bewegungs- und Wahrnehmungssequenzen, also Bedingungen, die geeignet sind, kortikale Reorganisation hervorzurufen. Dabei sollte die intensive und simultane afferente Stimulation – ähnlich wie bei den im vorhergehenden Abschnitt geschilderten Mehrfinger-Blindenschriftleser – in einer Verschmierung der homunkulären Organisation der Hand bzw. einer Überlagerung der Repräsentationsareale einzelner Finger resultieren können. Genau dies konnten wir mittels neuromagnetischer Quelllokalisation bestätigen (. Abb. 63.9). Dieser Befund, der bei gesunden Musikern nicht zu beobachten

63.3.2

Das Modell der fokalen Dystonie der Hand

Fokale Dystonie der Hand ist eine Erkrankung, die zu fehlender Koordination der Hand- und Fingermuskulatur

63

652

63

Kapitel 63 · Kortikale Reorganisation

ist, ließ sich mittels hochauflösendem EEG und mittels fMRT in einer Reihe von Laboratorien bestätigen. Byl et al. (1997) konnten dazu ein Tiermodell ausarbeiten, wobei allerdings Affen – im Gegensatz zu Musikern – selbst unter Nahrungsentzug die extensiven Übungen einstellen, wenn sie bis in den Bereich des Handkrampfes führen. Das Tiermodell belegt aber, dass exzessiver Hand- und Fingergebrauch dann zur Dystonie führen kann, wenn häufig die Neuronenverbände der einzelnen Finger zeitgleich stimuliert werden. Bei schnellem Klavier- oder Gitarrenspiel ist der Neuronenverband des einen Fingers noch aktiv, wenn schon der nächste Finger in Bewegung gesetzt wird. Das kritische Zeitintervall ist nicht genau bekannt, dürfte aber etwa bei nur wenigen Hertz liegen. Wenn eine entsprechende Verhaltensweise sowohl die kortikale Abnormalität als auch die Handdystonie bedingt, sollte es möglich sein, durch geeignetes Verhaltenstraining auch beide Entwicklungen wieder umzukehren. Genau dies konnten wir bei professionellen Musikern mit lange bestehender fokaler Dystonie der Hand belegen, die alle zuvor eine Reihe von erfolglosen Therapieversuchen hinter sich hatten (Candia et al. 1999, 2003; . Abb. 63.10). Unsere Therapie beinhaltete ein Trainingsprotokoll, in dem Bewegungssequenzen mit den betroffenen Fingern wiederholt ausgeführt werden und distinkte und getrennte afferente Stimulation über die Fixierung kompensatorischer Finger mittels einer Schiene erreicht wird. Die betroffenen Musiker führten die Übungen unter Supervision des Therapeuten über mehrere Stunden am Tag an 8 aufeinanderfolgenden Tagen durch. Danach wurden die Übungen unter weiterer Fixierung eines jeweils einzelnen (kompensatorischen, aber nichtdystonen) Fingers zuhause für etwa 1 h am Tag fortgesetzt. Der Behandlungserfolg, gemessen anhand subjektiver Einschätzung der Performanz sowie anhand objektiver Messung der koordinierten Bewegung benachbarter Finger, bestätigt für 9 von 12 trainierten Musikern das The-

vor der Behandlung: RD3-RD5 rollen sich in die Hand ein

nach acht Trainingstagen . Abb. 63.10. Fokale Dystonie der Hand. Beispiel eines professionellen Pianisten mit fokaler Dystonie der Hand (oben links): Beim Spiel mit der rechten Hand verkrampft sich der Mittelfinger, Ring- und kleiner Finger rollen sich unwillkürlich so stark ein, dass nur noch auf den Knöcheln gespielt werden kann. Diese Problematik, die bei diesem Musiker für 34 Jahre bestanden hat, ließ sich innerhalb von 8 Trainingstagen fast in den Normbereich hinein reduzieren (rechts)

rapierationale funktionaler kortikaler Reorganisation. Darüber hinaus legen Veränderungen in Topographie und Generatorstruktur des Bereitschaftspotentials vor repetitiven Willkürbewegungen des von der Dystonie betroffenen Fingers nach dem Training kortikale Reorganisation nahe. Verbesserungen waren mitunter so deutlich, dass Musiker das berufliche Konzertieren wieder aufnahmen, das sie zuvor hatten aufgeben müssen. Bei 3 Musikern war jedoch keinerlei Erfolg sichtbar. In allen Fällen handelte es sich um Spieler eines Blasinstruments. Denkbar ist, dass in diesem Fall die Hand-Mund-Koordination zu einer Verschmelzung über die Handregion hinaus führt und damit ein entsprechendes Training diese Element berücksichtigen müsste (Candia et al. 2003).

Zusammenfassung Lange Zeit war man der Meinung, dass die Verbindungen zwischen den Nervenzellen des Gehirns in der frühen Kindheit geformt werden und – mit Ausnahme derjenigen, die in Gedächtnis involviert wären – sodann fest »verdrahtet« bleiben. In den 80er und 90er-Jahren des 20. Jahrhunderts konnte jedoch nachgewiesen werden, dass sich das Gehirn kontinuierlich selbst umorganisiert, 6

und zwar auf mikroskopischer Ebene – es ändern sich die Verbindungsstärken zwischen Neuronen – wie makroskopisch: Die kortikalen Repräsentationen sind plastisch. Auch noch im Gehirn des Erwachsenen formen sich ständig neue Verknüpfungen zwischen Neuronen, ja sogar neue Nervenzellen, während alte Schaltstellen ihre Verbindungskraft verlieren oder gar vollständig zerfallen können. Solche Pro-

653 63.3 · Neuropsychologische Konsequenzen und therapeutische Nutzung kortikaler Reorganisation

zesse erfolgen in Abhängigkeit von der jeweiligen Gehirnaktivität, also insbesondere in Abhängigkeit von Erfahrung. Die Entdeckungen der Neurowissenschaft über die Art und Weise, wie das ZNS auf Verletzungen reagiert und wie es Verhaltensweisen erhalten oder wiedergewinnen kann, haben zur Entwicklung neuer Therapievorschläge für die Rehabilitation nach überdauernden neurologischen Ausfällen oder Verletzungen geführt. Neuere Verfahren set-

zen ergänzend einerseits auf die Verhinderung kompensatorischer Reaktionen und andererseits auf Training wiederzuerlangender Fertigkeiten in kleinen Schritten, nach dem Shaping-Prinzip. Wichtig dabei ist die Verhaltensrelevanz der Trainingsschritte, ohne die kortikale Reorganisation nicht induziert wird und ohne die jeglicher Erfolg ausbleibt. Mittels EEG und bildgebender Verfahren konnte gezeigt werden, dass sich in der Folge die dem Training zugeordneten Hirnregionen reorganisieren.

63

64 Funktionsanpassung im motorischen und im sprachlichen System Michel Rijntjes, Cornelius Weiller

64.1

Das Muster der Reorganisation

– 654

64.1.1 Motorisches System – 654 64.1.2 Sprachliches System – 658

64.2 64.3 64.4 64.5

Die Mechanismen der Reorganisation – 659 Reorganisation = Rehabilitation? – 660 Prognose – 661 Beeinflussung der Reorganisation – 661

64.5.1 Einflussnahme auf der betroffenen Ebene durch Nutzung der unmittelbaren Läsionsumgebung – 662 64.5.2 Einflussnahme auf einer tieferen hierarchischen Ebene – 662 64.5.3 Einflussnahme auf einer höheren Ebene durch Rekrutierung entfernter Teile des Kortex – 662

))

64

Seit ca. 30 Jahren ist bekannt, dass Repräsentationen auch im erwachsenen Gehirn bei Tieren und Menschen unter veränderten Bedingungen anpassungsfähig sind. Dabei wird in der Regel unterschieden, ob das intakte Gehirn eine neue Aufgabe bewältigt (d.h. Lernprozesse) oder ob es versucht, nach einer peripheren oder zentralen Schädigung die funktionelle Behinderung zu überwinden. Wahrscheinlich werden für beide Prozesse ähnliche Mechanismen benutzt. Einer der ersten, der eine Änderung der Repräsentationen im Gehirn beobachtete war Merzenich, der bei Affen die Repräsentation der 5 Finger der Hand vermaß. Drei Monate nach Amputation des Mittelfingers hatten die Repräsentationen der benachbarten Finger sich in das brachliegende Feld des Mittelfingers ausgedehnt (Merzenich et al. 1984). Repräsentationen sind auch bei intakten anatomischen Verhältnissen gebrauchsabhängig. Blinde, die Blindenschrift lesen, haben eine vergrößerte Zeigefingerrepräsentation (Pascual-Leone u. Torres 1993). Andererseits verkleinert sich das entsprechende kortikale 6

Areal für den Unterschenkel, wenn dieser 6 Wochen wegen einer Knöchelfraktur immobilisiert war (Liepert et al. 1995). Eine Interaktion tritt auch zwischen zwei Extremitäten auf, deren kortikale Repräsentationen im primären motorischen Kortex keine direkten Verbindungen haben: Nach 120 synchronen Bewegungen von Daumen und gleichseitigem Fuß über 90 min verschiebt sich der Schwerpunkt der Erregbarkeit über dem vermuteten Handareal, mit der transkraniellen Magnetstimulation bestimmt, signifikant nach medial (Liepert u. Weiller 1998). Diese und viele andere Studien belegen, dass sich Repräsentationen im primären sensomotorischen Kortex laufend den ändernden Umständen und Anforderungen anpassen, ihre »Normallage« aber genetisch und durch frühe Einflüsse bestimmt ist. Ebenso können Patienten sich von einem Schlaganfall erholen, obwohl ein dauerhafter morphologischer Defekt bestehen bleibt. Das ist nur dadurch erklärbar, dass andere, intakte Hirnareale die Funktion des verlorengegangenen Gebietes übernehmen. Viele Studien, sowohl tierexperimentelle als auch beim Menschen, haben sich in den letzten Jahren damit beschäftigt, die Prozesse, die für diese Reorganisation verantwortlich sind, zu verstehen. Das Ziel dieser Bestrebungen ist, die zugrundeliegenden Mechanismen zu klären, zu ermitteln, ob die beobachtete Reorganisation auch für die klinische Besserung verantwortlich ist und ob aus dem Muster der Aktivierung eine Prognose abzuleiten ist. Für die Therapie ist es wichtig zu wissen, ob es möglich ist, die Reorganisation gezielt zu beeinflussen.

64.1

Das Muster der Reorganisation

64.1.1

Motorisches System

Was bei der Reorganisation passiert ist, kann untersucht werden, indem man Patienten, die sich vollständig erholt haben, mit gesunden Probanden vergleicht. Die ersten

655 64.1 · Das Muster der Reorganisation

PET-Studien von Weiller et al. (1992) haben alle bis heute bekannten Muster beschrieben. Zehn Patienten hatten sich gut von einer Hemiparese nach subkortikaler, ischämischer Läsion in der inneren Kapsel erholt. . Abbildung 64.1 zeigt, wo die Patienten stärker aktivieren als eine Gruppe von gesunden Probanden, wenn sie mit der rechten Hand eine sequentielle Fingeropposition ausführen. Vier Punkte sind hierbei wichtig: 4 Obwohl die direkt aus dem primären Handfeld entspringenden Fasern unterbrochen sind, ist es trotzdem möglich, das Handfeld im primären sensomotorischen Kortex zu aktivieren. 4 Die Aktivierung im Handfeld dehnt sich nach lateral aus in das Gesichtsfeld, möglicherweise um über kortikobulbäre Fasern wieder Anschluss an das pyramidale System zu bekommen. 4 Bei Patienten, die sich vollständig erholt haben, ist das ganze bilaterale sensomotorische System stärker aktiviert als bei gesunden Probanden, einschließlich des Parietallappens und sekundär-motorischer Areale wie des prämotorischen Kortex und der SMA. 4 Die Reorganisation beschränkt sich nicht auf eine Hemisphäre, sondern ähnliche Änderungen treten auch auf der primär nicht betroffenen Seite auf. Aber insgesamt gibt es kein einziges Areal, das für die Besserung der Funktion zuständig ist, sondern die verbliebe-

a . Abb. 64.1a, b. Mit Positronenemissionstomographie durchgeführte Studie. Die Aktivierung ist projiziert auf die laterale Ansicht der rechten Hemisphäre (a) und der linken Hemisphäre (b). Gezeigt wird, was ein Patient, der sich von einer linksseitigen Hemiparese nach subkortikaler, ischämischer Läsion gut erholt hat, mehr aktiviert als eine Gruppe von 10 gesunden Probanden, wenn fraktionierte Bewegungen

nen Areale bilden neue Vernetzungen mit neuen Schwerpunkten. Eine zweite Analyse (Weiller et al. 1993a) und spätere Studien haben gezeigt, dass es zwischen Patienten erhebliche individuelle Unterschiede gibt. Die Ursachen hierfür sind vielfältig: 4 Keine zwei Läsionen sind identisch. 4 Ähnliche Läsionen können unterschiedliche Symptome hervorrufen. 4 Patienten mit gleichen Symptomen können Läsionen an unterschiedlicher Stelle haben. 4 Es ist unbekannt, wie das Muster der Aktivierung vor dem Schlaganfall ausgesehen hat. 4 Viele Patienten haben mehr als eine Parese des Armes. Läsionen, die sich in tertiäre Areale (7 Infobox »Prinzipien der Organisation des motorischen Systems«) ausdehnen, können zusätzliche neuropsychologische Symptome wie Apraxie, Neglect, Aphasie und Störungen der Konzentration verursachen, die sich auf das Muster der Aktivierung auswirken. 4 Unterschiedliche Patienten benutzen unterschiedliche Strategien. 4 Eine Reorganisation gibt es nicht nur auf kortikaler Ebene, die mit der funktionellen Bildgebung am besten sichtbar gemacht wird, sondern auch in tiefer gelegenen Strukturen wie Thalamus und Hirnstamm. 4 In den meisten Studien wird eine einfache Aufgabe benutzt, z.B. sequentielle Fingeropposition. Es ist jedoch

b mit der rechten Hand gemacht werden. Der gebesserte Patient zeigt eine Mehraktivierung in der linken Hemisphäre, im diskonnektierten Handfeld, eine laterale Extension in das Gesichtsfeld und in andere sekundär sensomotorische Areale. Ähnliche Mehraktiverungen finden sich auch in der nicht betroffenen rechten Hemisphäre

64

656

Kapitel 64 · Funktionsanpassung im motorischen und im sprachlichen System

möglich, dass diese Bewegung für den einen Patienten gerade das maximal mögliche ist und für einen anderen Patienten, der sich besser erholt hat, sehr leicht durchzuführen ist. 4 Es wird in der Regel nicht beschrieben, welche Therapien die Patienten bekommen haben.

Aufgrund dieser individuellen Unterschiede ist der Vergleich zwischen Patienten nur bedingt möglich und die Ergebnisse von Studien mit funktioneller Bildgebung, die wegen des hohen Aufwandes in der Regel 6–10 Patienten umfassen, sind nicht automatisch auf alle Patienten zu übertragen.

Unter der Lupe

Prinzipien der Organisation des motorischen Systems Das erste Prinzip ist die »Somatotopie«. Im primär moto-

64

rischen und sensiblen Kortex sind die Körperteile in einer ordentlichen Reihenfolge repräsentiert, wobei Körperteile die häufig benutzt werden (Finger, Zunge) eine größere Repräsentation haben als andere. Bildgebende Verfahren schienen zunächst das Bild der klassischen Zeichnungen, wonach es keine Überlappungen zwischen den Körperteilen gibt, zu bestätigen (Fink et al. 1997b). Andererseits hatten elektrophysiologische Methoden schon vor 60 Jahren und erneut vor kürzerer Zeit (Sanes et al. 1995) darauf hingewiesen, dass Repräsentationen sich im primären motorischen Kortex überlappen (Schieber 1999). Ebenso bestätigen dies inzwischen Studien, die mit funktioneller Bildgebung durchgeführt wurden (Kleinschmidt et al. 1997). Nur die Gipfel der Aktivierung, die mit PET und fMRT gemessen werden, oder die Schwerpunkte der Areale, die mit transkranieller Magnetstimulation (MEP) gemessen werden, sind somatotop getrennt angeordnet. Auch in den sekundär motorischen Arealen ist eine Somatotopie nachweisbar. Sie weist eine größere Überlappung als in den primären Arealen auf (Rijntjes et al. 1999a). Das zweite Prinzip ist die »Hierarchie«. In einer funktionellen Gliederung des Gehirns kann der Kortex in 3 Teile aufgeteilt werden. Die primären Areale haben die meisten direkten aufsteigenden und absteigenden Verbindungen zu den Sinnesorganen und zu den Extremitäten. In den sekundären Arealen wird Information für die primären Gebiete vorbereitet oder Information aus den primären Arealen weiterverarbeitet, aber sie sind definitionsgemäß noch modalitätsspezifisch, d.h. im sekundär motorischen Kortex werden nur motorische Signale für den primär motorischen Kortex vorbereitet. In den tertiären Arealen kommen die verschiedenen Modalitäten zusammen, sie sind modalitätsunspezifisch. Zum Beispiel 6

werden in parietofrontalen Netzen Parameter für eine automatisierte Bewegung unabhängig von der ausführenden Extremität gespeichert. Wenn gesunde Rechtshänder unterschreiben, werden dadurch parietale Areale im intraparietalen Sulcus und anteriore, prämotorische Areale auf der Höhe der primären Handrepräsentation aktiviert. Aber die gleichen Handareale werden auch aktiviert, wenn die Personen mit dem rechten Fuß ihre Unterschrift in die Luft malen (Rijntjes et al. 1999a). Daher sind diese Gebiete um das primäre Handfeld herum zwar somatotop für die Hand angeordnet, aber die Parameter für eine automatisierte Bewegung, die in diesen Arealen kodiert werden, sind funktionell unabhängig. Zwischen sekundären und primären Arealen werden diese Parameter dann in extremitätenspezifische Kommandos umgesetzt. Eine andere funktionelle Gliederung wurde vor mehr als 100 Jahren von dem englischen Neurologen Hughlings Jackson vorgeschlagen. Er postulierte, dass das zentrale Nervensystem beim Menschen ein Abbild der evolutionären Entwicklung darstellt und dadurch in hierarchischen Ebenen organisiert ist. Jede Ebene erhält eine komplette Repräsentation der Information der nächst tiefer gelegenen Ebene und übt darüber Kontrolle aus. Er vermutete, dass bei Patienten, die sich von einer zentralen Läsion erholt hatten, die anderen Ebenen dazu beigetragen hätten (York u. Steinberg 1995). Dieses Modell kann hervorragend dazu benutzt werden, moderne Forschungsergebnisse und bewährte Therapien, die später behandelt werden, zu erklären. Das dritte Prinzip ist, dass jedes der primären und sekundären motorischen Areale seine eigenen Verbindungen zum Rückenmark hat. Anatomische Experimente bei Affen zeigen, dass die Pyramidenbahn zusammengesetzt ist aus Fasern, die aus verschiedenen motorischen und auch sensiblen Arealen stammen, wobei der Hauptteil (ca. 80%) aus dem primär motorischen Kortex stammt. Auf Höhe der inneren Kapsel sind die Fasern noch nach Herkunft zu tren-

657 64.1 · Das Muster der Reorganisation

nen. Die Fasern aus der supplementärmotorischen Area (SMA) ziehen durch den vorderen Teil der inneren Kapsel, die Fasern aus dem prämotorischen Kortex durch das Knie der inneren Kapsel und Fasern aus dem primär motorischen Kortex durch den hinteren Teil (Fries et al. 1993). Das vierte Prinzip besagt, dass das ganze motorische System als ein bilaterales, parallel arbeitendes Netz funktioniert. Areale, die zusammen eine Funktion ausüben, zeigen koordinierte Aktivität, z.B. im Sinne von Synchronisation (Singer 1993). Funktionen können daher als die zeitliche Interaktion zwischen Teilen des Systems definiert werden. In letzter Zeit wird mit EEG und MEG auch beim

Menschen untersucht, wie die elektrischen (und die damit verbundenen magnetischen) Signale, die aus den verschiedenen Arealen der Hirnoberfläche kommen, miteinander zusammenhängen. Erste Studien deuten darauf hin, dass die zeitliche Kohärenz der Signale aus getrennten motorischen Arealen die Zusammenarbeit widerspiegelt (Andres u. Gerloff 1999). Es gibt also Schwerpunkte der Spezialisierung, aber bei jeder Bewegung wird das gesamte motorische Systems aktiviert. Die Knoten im Netz, die für eine bestimmte Bewegung hauptsächlich benutzt werden, weisen die stärkste Aktivierung auf, aber jeder Teil des Netzes braucht die anderen Teile, um eine Funktion zu ermöglichen.

a

c

b

d

. Abb. 64.2a–d. Mit Positronenemissionstomographie durchgeführte Studie. Die Aktivierung ist projiziert auf die laterale Ansicht von der rechten Hemisphäre (a, b) und der linken Hemisphäre (c, d). Gezeigt ist die Aktivierung von 6 gesunden rechtshändigen Probanden (a, c) und 6 rechtshändigen Patienten (b, d), die sich von einer Wernicke-Aphasie durch eine Läsion in der hinteren temporalen Sprachregion gut erholt hatten. Die Aufgabe war eine Verbgenerierung, wobei alle Personen zu einem vorgegebenen Substantiv passende Verben finden sollten. Ge-

sunde Probanden aktivieren dabei die hintere und vordere Sprachregion und in geringerem Ausmaß homotope Areale der linken Hemisphäre. Gebesserte Patienten haben keine Aktivierung in den hinteren Spracharealen, die durch den Schlaganfall lädiert waren. Trotzdem aktivieren sie die vorderen Sprachareale. Homotope Areale in der rechten Hemisphäre sind bei den Patienten stärker aktiviert als bei den gesunden Probanden

64

658

Kapitel 64 · Funktionsanpassung im motorischen und im sprachlichen System

64.1.2

Sprachliches System

Wie im motorischen System geht die Funktionsrestitution im sprachlichen System mit einer Zunahme der Aktivität in den erhalten gebliebenen Teilen des Netzes einher. Bei Patienten, die sich von einer Wernicke-Aphasie nach einer Läsion in den linken hinteren Spracharealen erholt haben, ist eine erhöhte Aktivität im Broca-Areal und in homologen rechtshemisphärischen Arealen zu finden (Weiller et al. 1995; . Abb. 64.2). Es gibt nur einzelne Berichte über das Verteilungsmuster bei Patienten mit Broca-Aphasie, welche Aktivierungen im Wernicke-Areal und homologen rechtshemisphärischen Arealen aufweisen. Ein üblicher Einwand gegen die Rolle der rechtshemisphärischen Areale bei der Funktionsrestitution ist, dass nur die Patienten sich bessern, die schon vor dem Schlaganfall eine deutlich bilaterale Repräsentation hatten. Auch bei gesunden Rechtshändern ist die Aktivierung in den rechtshemisphärischen Arealen sehr unterschiedlich. Das Muster der Aktivierung bei den Patienten, die sich von einer Wernicke-Aphasie erholt haben ähnelt zudem stark dem von Linkshändern (Krams et al. 1995). Die meisten Studien berichten über Patienten, die sich erholt haben. Es gibt kaum Informationen über das Muster der Aktivierung bei Patienten, die sich nicht oder nicht

wesentlich gebessert haben. Nur ein Vergleich zwischen diesen beiden Gruppen kann Hinweise geben, welche Aktivierungen wirklich zur Funktionsbesserung beitragen. Da beide Systeme von Interaktionen zwischen Hirnarealen abhängig sind, ist es durchaus vorstellbar, dass es auch Reorganisationen gibt, die einer Funktionsbesserung entgegenwirken. Bei Patienten mit chronischem Schmerz nach Armamputation sind solche Muster beschrieben worden (Flor et al. 1995). Nur wenig ist über den zeitlichen Ablauf von Hirnaktivität bei Schlaganfallpatienten bekannt. Untersuchungen mit evozierten Potentialen oder »eventrelated« fMRT haben bisher nur Einblicke in diese temporalen Aspekte der Informationsverarbeitung bei gesunden Probanden gegeben. ! Bei der Reorganisation nach einer Läsion im motorischen oder sprachlichen System findet eine Umverteilung von Aktivität zu intakten Teilen der jeweiligen Systeme statt. Dabei kann unterschieden werden zwischen Aktivitätsänderung in direkter Umgebung der Läsion, Aktivitätsänderungen in anatomisch verbundenen, entfernten Arealen und homotopen Arealen in der anderen Hemisphäre. Es gibt jedoch große individuelle Unterschiede. Die Frage, inwieweit die Umverteilung mit der Besserung der Funktion zusammenhängt, ist noch nicht endgültig geklärt.

Unter der Lupe

Unterschiede zwischen dem sprachlichen und dem motorischen System

64

Es gibt einige wichtige Unterschiede zwischen dem sprachlichen und dem motorischen System, die für das Verständnis von Studien zur Reorganisation nach zentraler Läsion wichtig sind: 5 Tierversuche haben entscheidende Beiträge zum Verständnis des motorischen Systems bei Menschen geliefert. Obwohl kommunikative Fähigkeiten nicht für den Menschen spezifisch sind, gibt es kein gutes Tiermodell um die Störungen der Sprache, wie sie beim Menschen vorkommen, zu untersuchen. 5 Im motorischen System sind die anatomischen Grenzen ziemlich gut abzugrenzen; anders im sprachlichen System, wo es unverändert Diskussionen über Lage und Grenzen, z.B. des Broca-Areals, gibt. 5 Sprache ist eine supramodale Funktion und daher nicht in primären Hirnarealen repräsentiert. Bei der

Funktionsverbesserung nach einer Läsion im motorischen System, die den primären motorischen Kortex einbezieht, geht man davon aus, dass höhere oder tiefere Repräsentationsebenen zur Restitution beitragen. Im sprachlichen System sind jedoch außer den betroffenen Arealen selbst keine Repräsentationen anderer Ebenen bekannt. 5 Wie im motorischen System gibt es auch im sprachlichen System hierarchische Modelle. Im Gegensatz zum motorischen System ist es im sprachlichen System jedoch viel weniger klar, wie der Bezug dieser Modelle zu Funktionen in kortikalen Arealen oder kortikalen Verbindungen steht. Während im motorischen System von einer Läsion einigermaßen ge nau vorhergesagt werden kann, welches Defizit sie verursachen wird, ist im sprachlichen System die Beziehung zwischen Lokalisation der Läsion und dem resultierenden Aphasiesyndrom vergleichsweise schwach (Wilmes u. Poeck 1993).

659 64.2 · Die Mechanismen der Reorganisation

Unter der Lupe

Repräsentation der Sprachfunktion Bei Rechtshändern wird die Sprachfunktion klassischerweise im Wernicke-und im Broca-Gebiet der linken Hemisphäre lokalisiert. Aber auch andere Strukturen spielen bei der Sprache eine Rolle, z.B. der inferiore Temporallappen, der anteriore Gyrus cinguli und das supplementärmotorische Areal. Schon die ersten Aktivierungsstudien mit funktioneller Bildgebung haben auch bei einfachen semantischen Aufgaben Aktivierungen in diesen Strukturen nachgewiesen (Warburton et al. 1996). Ihre Rolle bei der Sprache ist jedoch nicht klar, da eine Läsion dieser Areale keine klassischen Aphasiesyndrome verursacht. Fast alle Studien mit funktioneller Bildgebung zeigen häufig auch kleinere Aktivierungen in rechtshemisphärischen Arealen, homolog zu den linkshemisphärischen Wernicke- und Broca-Regionen. Die Rolle der rechten Hemisphäre ist unklar, wobei sicher zu sein scheint, dass die rechte Hemisphäre einen Beitrag zur Sprache leistet,

64.2

Die Mechanismen der Reorganisation

Die Mechanismen, die nach zentraler Läsion in Gang gesetzt werden, spielen sich auf unterschiedlichen Ebenen ab, z. B. auf neuronaler Ebene, auf der Ebene kortikalen Areale und auf der Verhaltensebene. Diese Ebenen sind nicht unabhängig voneinander: Neue Verbindungen zwischen Synapsen (neuronale Ebene), die z. B. durch wiederholte passive Bewegung der gelähmten Hand entstehen mögen (Verhaltensebene), können in der funktionellen Bildgebung zu einem Anstieg der Aktivität in kortikalen Arealen führen (Ebene der kortikalen Areale). Es gibt viele Tierexperimente, die neuronale Plastizität nach experimentellem Schlanganfall nachgewiesen haben. Invasive Untersuchungen auf neuronaler Ebene sind bei Menschen nur unzureichend untersucht worden. Die Erkenntnisse über Plastizität und Reorganisation stammen bei Menschen vor allem aus Studien mit funktioneller Bildgebung. Die Ebene der kortikalen Areale ist diejenige, die mit der funktionellen Bildgebung untersucht wird. Änderungen der Aktivierung in kortikalen Arealen nach einer zentralen Läsion können in der direkten Umgebung des Infarktes, in entfernten, anatomisch verbundenen Arealen und in der anderen Hemisphäre auftreten.

aber bezweifelt wird, dass die rechte Hemisphäre alleine eine normale Sprache produzieren kann. Manche Autoren vermuten eine Rolle bei emotionalen Aspekten der Sprache und es gibt Beschreibungen von Patienten, bei denen die Sprachmelodie bei rechtshemisphärischen Läsionen gestört war, ohne dass eine Aphasie im klassischen Sinne vorlag (Ross 1985). Die Repräsentation der Sprache ist individuell sehr variabel. Manche Rechtshänder zeigen eine fast bilaterale Aktivierung der Sprachregionen, andere eine strikte Lateralisierung (Finklestein et al. 1982). Eine andere Erklärung basiert auf der Hypothese, dass die rechte und linke Hemisphäre an unterschiedlichen Aspekten der Sprache beteiligt sind. Das würde auch die getrennte links- oder rechtshemisphärische Aktivierung bei Sprachen erklären, die sowohl komplexe Zeichen als phonetische Symbole umfassen, wie z. B. japanisch (Tokunaga et al. 1999).

Erhaltene Teile des betroffenen Gebietes (z. B. des Wernicke-Areals oder des motorischen Kortex) stellen das bevorzugte Substrat für die Funktionsrestitution dar (Rijntjes et al. 1994; Cramer u. Bastings 2000; Warburton et al. 1999). Die Frage ist, wieviel des originalen Areals erhalten geblieben sein muss, um die Funktion noch ausüben zu können. Für das sprachliche System wird vermutet, dass das Ausmaß der Schädigung des Wernicke-Areals darüber entscheidet, inwieweit die rechte Hemisphäre bei der Reorganisation involviert wird. So ist das Ausmaß der rechtshemisphärischen Aktivierung ausgeprägter, wenn die Läsion im linkshemisphärischen Wernicke-Areal größer ist (Heiss et al. 1999). Die ischämische Läsion hat nicht nur Konsequenzen in der unmittelbaren Nachbarschaft: Der Begriff »Diaschisis« wurde durch von Monakow (1914) geprägt und bedeutet, dass weiter entfernte Gebiete, die anatomisch und funktionell eng mit dem betroffenen Areal verbunden sind, durch den »Schock« in ihrer Funktion gestört sind, was zu einer Abnahme des lokalen Metabolismus (und damit des Blutflusses und des BOLD-Effektes) führt. Am bekanntesten ist die gekreuzte zerebelläre Diaschisis, bei der die Kleinhirnhemisphäre kontralateral zum Infarkt im Großhirn in Ruhe weniger Aktivität zeigt als unter normalen Bedingungen (Pantano et al. 1986). Im sprachlichen System ist in der Akutphase eine Minderaktivierung in allen Teilen

64

660

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Kapitel 64 · Funktionsanpassung im motorischen und im sprachlichen System

des Netzes nachzuweisen (Cappa et al. 1997), die bei Sprachaufgaben normalerweise beteiligt sind. Man geht davon aus, dass sich diese Diaschisis in den meisten Fällen nach einigen Monaten spontan zurückbildet. Das könnte schon ein wichtiger Grund dafür sein, dass Schlaganfallpatienten die größte Besserung in den ersten Monaten nach dem Ereignis aufweisen und dass erfahrungsgemäß erst 4 Wochen nach dem Schlaganfall eine verlässliche Aussage zur Art des vorliegenden Aphasiesyndroms gemacht werden kann. Nach einem Schlaganfall im motorischen System finden auch in der nicht betroffenen Hemisphäre komplexe Änderungen statt. Als bekanntes Argument dafür gilt ein Patient von Miller Fisher, der sich gut von einem Schlaganfall erholt hatte, jedoch nach ischämischer Läsion der anderen Hemisphäre eine beidseitige Lähmung entwickelte (Miller Fisher 1992), was dafür spricht, dass die vorher nicht betroffene Hemisphäre die Funktion übernommen hatte. Eine andere Beobachtung, die eine Rolle der nicht betroffenen Hemisphäre nahelegt, ist die, dass Patienten, die fraktionierte Bewegungen mit den Fingern der gebesserten Hand machen, Mitbewegungen der Gegenseite aufweisen (Nelles et al. 1998). Dieses Phänomen geht auch mit einer Aktivierung des primär motorischen Kortex der ipsilateralen Hemisphäre einher (Rijntjes et al. 1999b). Da zwar etwa 90% der Pyramidenbahn kreuzt (aber ein Teil rückkreuzt, sodass wahrscheinlich nur ein kleiner Teil wirklich ipslateral projiziert), wurde immer wieder vermutet, dass diese ipsilateralen Fasern bei der Besserung der Funktion eine wichtige Rolle spielen. Viele Untersuchungen mit magnetevozierten Potentialen konnten jedoch für diese Vorstellung keine harten Beweise liefern. Zwei Studien fanden sogar eine negative Beziehung zwischen ipsilateral evozierbaren Potentialen und Funktionsbesserung (Netz et al. 1997; Turton et al. 1996). Darüber hinaus haben anatomische Studien bei Rhesusaffen gezeigt, dass ein Großteil der ipsilateralen Pyramidenbahnfasern im weiteren Verlauf im Rückenmark doch noch kreuzt (Darian-Smith et al. 1999), sodass der Anteil ungekreuzter Fasern auch bei Menschen minimal sein dürfte. Bei einem geringen Teil der Schlaganfallpatienten (etwa 7%) kommt es zu echten Spiegelbewegungen der gelähmten Hand, wenn sie die gesunde Hand bewegen (Nelles et al. 1998). Vielleicht stellt diese kleine Subgruppe von Patienten wirklich eine Rekrutierung ipsilateraler Bahnen dar, die nicht mehr selektiv »abgeschaltet« werden, wenn die gesunde Hand bewegt wird. Die ipsilateralen Gebiete mögen nicht direkt durch absteigende Bahnen zur Besserung der Funktion beitragen, könnten aber

ihre Information der geschädigten Hemisphäre zur Verfügung stellen. Eine dritte Möglichkeit ist, dass die stärkere Aktivierung der nicht betroffenen Hemisphäre nur ein Epiphänomen ist. Durch inhärente Mechanismen werden die intakten Strukturen des gesamten verbleibenden intakten Netzes, einschließlich ipsilateraler Systeme hochreguliert, und dazu gehören auch Areale, die zur Besserung der Funktion nicht wesentlich beitragen. So betrachtet, würden die Mitbewegungen der Gegenseite nur eine Art »Überlauf« darstellen. ! Funktionelle Bildgebung untersucht Änderungen der zerebralen Organisation auf der Ebene der kortikalen Areale. Es macht für die Reorganisation einen großen Unterschied, ob ein kortikales Areal komplett oder nur teilweise lädiert ist. Entfernte, aber anatomisch verbundene Areale in beiden Hemisphären sind in der Akutphase in ihrer Funktion gestört. Es ist sehr wohl möglich, aber noch nicht gesichert, dass die Änderungen in der nicht betroffenen Hemisphäre eine Rolle spielen bei der Besserung der Funktion.

64.3

Reorganisation = Rehabilitation?

Eine wichtige Frage ist, ob die Reorganisation, die mit PET oder fMRT gemessen wird, auch für die klinische Besserung der Patienten verantwortlich zu machen ist. Nicht jede Reorganisation ist funktionell nützlich. Zum Beispiel dehnt sich bei Patienten mit einer peripheren Fazialislähmung, einer rein motorischen Deefferentierung, das motorische Handfeld in das brachliegende, benachbarte Gesichtsfeld aus (Rijntjes et al. 1997). Hieraus wird jedoch kaum ein Gewinn für die Gesichtsbeweglichkeit resultieren. Die Erklärung für diese Art von Reorganisation muss vielmehr ein dem Gehirn inhärentes, kompetitives Gleichgewicht zwischen seinen Arealen sein, das durch Läsionen (wie z.B. die beschriebene periphere Fazialisläsion) aus der Balance gerät. Es ist daher die Frage zu stellen, inwieweit Areale, die in der funktionellen Bildgebung wie PET oder fRMI eine Mehraktivierung bei Patienten im Vergleich zu Normalpersonen zeigen, zur Funktionsbesserung beitragen. Eine mögliche Lösung der Frage besteht in einer Korrelation zwischen Funktionsbesserung und Muster der Aktivierung. So scheint z. B. die mit der funktionellen Bildgebung gemessene Aktivität im intakten prämotorischen Kortex der betroffenen Seite mit der Funktionsverbesserung der gelähmten Hand zu korrelieren (Seitz et al. 1998).

661 64.5 · Beeinflussung der Reorganisation

! Nicht jede Reorganisation ist funktionell sinnvoll. Einige Studien haben gezeigt, dass nur ein Teil der Reorganisation mit der Besserung der Funktion zusammenhängt.

64.4

Prognose

Mehrere Studien haben gezeigt, dass Patienten, bei denen evozierte Potentiale zu und vom primären Kortex intakt sind, eine relativ bessere Prognose haben. Das Problem ist jedoch, dass man in einer Gruppe von Schlaganfallpatienten zwar einigermaßen genau die Prognose vorhersagen kann (Duncan et al. 2000; Giaquinto et al. 1999), dies jedoch für den individuellen Patienten nur sehr ungenau möglich ist. Die funktionelle Bildgebung könnte hier vielleicht zur Verbesserung der Situation beitragen. Ein praktisches Problem ist, dass Aktivierungsstudien, die Eigenaktivität verlangen, kurz nach dem Schlaganfall, wenn der Arm hochgradig paretisch oder plegisch ist oder eine globale Aphasie vorliegt, kaum möglich sind. Es ist aber möglich den Arm passiv zu bewegen. Eine passive Bewegung des Armes im Ellenbogengelenk führt bei Gesunden zu einer Aktivierung eines Großteils des sensomotorischen Systems, vergleichbar mit einer aktiven Bewegung, unter Aussparung vom Gyrus cinguli und den Basalganglien (Weiller et al. 1996). Erste Studien bei Patienten bestätigen, dass dieses Vorgehen praktikabel ist und eine prognostische Einordnung zulässt. ! Es ist z. Z. noch nicht möglich, für den einzelnen Patienten eine zuverlässige Prognose über die Entwicklung seines Defizites zu geben. Möglicherweise können hier zukünftig funktionell-bildgebende Studien helfen, in denen den Patienten Reize passiv angeboten werden (z. B. passive Bewegung, Vorspielen von Wörtern). Diese könnten vielleicht zeigen, inwieweit Teile des lädierten Systems noch aktivierbar sind.

64.5

Beeinflussung der Reorganisation

Der Erfolg einer Therapie kann nur eingeschätzt werden, wenn bekannt ist, wie der natürliche Verlauf der Lähmung oder der Aphasie ohne diese Therapie gewesen wäre. Da Physiotherapie und Sprachtherapie heute breit etabliert sind, ist eine kontrollierte Studie, wobei in einer Gruppe

von Patienten der Spontanverlauf und in einer anderen Gruppe der Effekt der Therapie beobachtet wird, natürlich nicht durchführbar. Insbesondere bei der Aphasie ist die Effektivität einer Therapie Thema von langjährigen Diskussionen. Obwohl Linguisten und Logopäden mit standardisierten Testverfahren eine Aphasie gut charakterisieren und die Therapie auf die Defizite des individuellen Patienten abstimmen können, zeigen größere Studien zur Effektivität der Sprachtherapie widersprüchliche Ergebnisse (Greener et al. 2000; Robey 1998; Lincoln et al. 1984). Ein Faktor, der zur Besserung von Aphasie beiträgt, ist die Häufigkeit von alltäglichen Kontakten. Möglicherweise wurde diese Rolle von Umgebungsfaktoren bisher unzureichend berücksichtigt. Auch im motorischen System spielen Umgebungsfaktoren eine große Rolle: Ratten mit Hemiparese nach experimentellem Schlaganfall hatten eine deutlich bessere Restitution der Funktion, wenn sie in einer stimulierenden Umgebung waren, im Gegensatz zu jenen, die in einem langweiligen Käfig gehalten wurden (Johansson et al. 1999). Es gibt unterschiedliche Therapien für Patienten mit Aphasie, aber der Zusammenhang von Intervention und Änderungen von kortikalen Aktivierungen ist bis jetzt unzureichend untersucht worden. Ein Beispiel ist eine Studie, die direkt den Zusammenhang zwischen Funktionsbesserung und Art und Ausmaß der Reorganisation nachgewiesen hat: Die Besserung während eines sprachlichen Trainings korrelierte nur mit einer ansteigenden Aktivität im rechten posterioren Temporallappen, homolog zum Wernicke-Areal (Musso et al. 1999). Wie oben dargestellt (7 Unter der Lupe »Repräsentation der Sprachfunktion«) ist die Beziehung von linguistischen Modellen zu den kortikalen Arealen nicht eindeutig, was die Überprüfung von Hypothesen mit funktioneller Bildgebung erschwert. Im motorischen System lassen sich die verschiedenen Modelle, die oben (7 Unter der Lupe »Prinzipien der Organisation des motorischen Systems«) dargelegt wurden, besser mit der funktionellen Bildgebung überprüfen. Aber auch hier gilt, dass die meisten eingebürgerten Therapieverfahren nicht in kontrollierten Studien untersucht worden sind und der Effekt auf die kortikale Reorganisation bis jetzt nicht untersucht wurde. Das motorische System ist aufzufassen als ein Netz von Arealen, in dem motorische Abläufe repräsentiert sind. Wenn eine Läsion einen Teil dieses Netzes zerstört, können andere Komponenten des Netzes im Laufe der Zeit die ausgefallenen Funktion kompensieren. Sowohl altbewährte empirische Therapien als auch Erkenntnisse aus der Grund-

64

662

Kapitel 64 · Funktionsanpassung im motorischen und im sprachlichen System

lagenforschung können dazu führen, die verbleibenden Teile des Netzes in effektiver Weise wieder miteinander zu verbinden. Entsprechend der hierarchischen Einteilung des motorischen Nervensystems können Therapien auf verschiedenen Ebenen wirksam sein: auf der Ebene der direkten Schädigung, auf tieferer und auf höherer Ebene.

64.5.1

Einflussnahme auf der betroffenen Ebene durch Nutzung der unmittelbaren Läsionsumgebung

Bei einer kortikalen Läsion, die zu einer Hemiparese führt, ist die einfachste aktive Therapie die repetitive Aufforderung an den Patienten, die betroffene Extremität zu bewegen. Mit einer passiven Bewegung soll erreicht werden, dass der propriozeptive Input dieser Extremität wahrgenommen wird. Wie oben beschrieben, wird passive Bewegung allein ein Großteil des sensomotoroischen Systems aktivieren. Auch eine rein passive, repetitive Bewegung bei Gesunden über 4 Wochen führt zu einer kortikalen Reorganisation (Carel et al. 2000). Ein anderer Ansatz, der sich auf der gleichen Ebene befindet, versucht, die motorischen Programme der kontralateralen, intakten Hemisphäre zu benutzen. Neuere Studien zeigen, dass bilaterale Bewegungen zu einem signifikant besseren Ergebnis führen können (Mudie u. Matyas 2000), wie auch der »Trick«, dem Patienten durch einen Spiegel eine Bewegung der betroffenen Extremität während Bewegung der gesunden Extremität zu suggerieren (Altschuler et al. 1999).

64.5.2

64

Einflussnahme auf einer tieferen hierarchischen Ebene

Die meisten Physiotherapien auf neurophysiologischer Basis (z.B. Bobath, Vojta, progressive neuromusluläre Faszilitation) benutzen alle ontogenetisch angelegtes Reflexverhalten oder Koordinationskomplexe, um einen Zugang zur Einflussnahme auf die gestörte Sensomotorik zu bekommen. Diese Methoden gehen davon aus, dass bei der Spastik durch Aufhebung der kortikalen Kontrolle angelegte Reflexe enthemmt sind und versuchen durch Aktivierung von Haltungsprogrammen und Reflexverhalten eine kompensatorische Hemmung zu erzielen. Diese Therapien sind weit verbreitet und werden mit Erfolg eingesetzt, sie sind jedoch weder pathophysiologisch validiert, noch sind ihre Effekte auf das Gehirn untersucht, noch gibt es aus-

reichend kontrollierte Studien, die ihren Nutzen belegen würden.

64.5.3

Einflussnahme auf einer höheren Ebene durch Rekrutierung entfernter Teile des Kortex

Wenn gesunde Probanden sich eine Bewegung vorstellen, werden im sekundär-sensorischen und sekundär-motorischen Kortex die gleichen Strukturen benutzt wie bei der Ausführung dieser Bewegung (Stephan et al. 1995). Es ist bekannt, dass Gesunde in etwa die gleiche Zeit benötigen, sich eine komplizierte Bewegung vorzustellen, wie sie tatsächlich durchzuführen (Sirigu et al. 1996a). Viele Patienten mit einer Parese oder Lähmung können sich die Bewegungen mit der betroffenen Extremität noch gut vorstellen (Johnson 2000), was darauf hinweist, dass die motorischen Programme für eine Bewegung, die unabhängig von den extremitätenspezifischen Parametern gespeichert werden (Rijntjes et al. 1999a), noch intakt sein könnten. Auf diesem Hintergrund wurden Therapien entwickelt, die darauf abzielen diejenigen Areale, in denen die Programme für die Vorstellung von Bewegung lokalisiert sind, wieder an die noch intakten Teile des Gehirns anzuschließen, die bei der Ausführung dieser Bewegung eine Rolle spielen. Erste Versuche mit solchen Therapien, bei denen Patienten sich konsequent Bewegungen vorstellen sollen, haben vielversprechende Ergebnisse gezeigt (Miltner et al. 1998). Zu dieser Gruppe von »motorisch-kognitiven« Therapien gehören auch andere Therapieverfahren. Dabei wird versucht, den Patienten stufenweise jeden Schritt der Bewegung mit allen Sinnen bewusst werden zu lassen. Hierbei erhält der Patient nicht nur über somatosensible Bahnen Information über die durchzuführende Bewegung, sondern auch über visuelle Informationen, die über tertiäre Areale die sekundären und primären Areale des motorsichen Systems beeinflussen sollen. Auch werden in hohem Maß Aufmerksamkeit und Konzentration gefordert. Auch Biofeedback benutzt den Zugang über eine andere Modalität (Schleenbaker u. Mainous 1993). Hierbei wird dem Patienten über akustische Signale vermittelt, wie die Spannung der Muskulatur durch die Willkürinnervation war. Im Gegensatz zu den bis jetzt erwähnten Therapien ist die Effektivität und die dadurch hervorgerufene kortikale Reorganisation von der sog. »Constraint-induced therapy« (7 auch Unter der Lupe »Constraint-induced movement therapy« in Kap. 63) für Patienten mit Hemiparese ausführ-

663 64.5 · Beeinflussung der Reorganisation

lich untersucht worden. Diese Therapie geht von der Hypothese aus, dass die Behinderung nach Schlaganfall nicht nur durch die anatomische Läsion bedingt wird, sondern auch abhängig ist vom Einsatz der Extremität im täglichen Leben. Es gibt zunehmend Hinweise, dass Patienten sowohl im täglichen Leben außerhalb der Rehabilitation und der anschließenden häuslichen Physiotherapie, als auch direkt nach dem Schlaganfall aufgrund negativer Erfahrungen, die mit dem Gebrauch der betroffenen Extremität verbunden sind, die betroffene Extremität weniger benutzen, als dies wünschenswert wäre. Da Bewegungen mit der nicht betroffenen Extremität schneller und leichter auszuführen sind (Taub et al. 1999), bildet sich so ein Teufelskreis. Die »Constrained-induced«- oder »Forced-use«-Therapie versucht diesem negativen Lerneffekt entgegenzuwirken (Taub et al. 1999). Dabei wird über 2 Wochen das Handgelenk der nicht betroffenen Seite mit einer Schiene immobilisiert und es wird unter Anleitung 6 h pro Tag intensiv mit der betroffenen Seite repetitiv geübt. Diese Therapie ist jedoch nur bei Patienten durchführbar, die eine gewisse Restfunktion der betroffenen Hand haben, genügend posturale Stabilität besitzen und motiviert sind, diese anstrengende Therapie zu absolvieren. Die Effektivität dieser Therapie wurde in ausführlichen Studien gut belegt, auch bei Patienten, die

viele Jahre zuvor einen Schlaganfall erlitten hatten. Mit MEP wurde gezeigt, dass intensives Üben mit der betroffenen Hand mit einer Vergrößerung des zunächst stark geschrumpften Handareals einhergeht, obwohl Letzteres über Jahre nicht für diese Funktion genutzt wurde, also »brachlag«. Interessant ist jedoch, dass die Besserung der Funktion auch noch 6 Monate nach Beendigung des Trainings anhält, während sich die Größe des Handareals der betroffenen Hand fast wieder auf eine normale Größe verkleinert (Liepert et al. 2000). Die Erklärung dafür könnte sein, dass die vorübergehende Vergrößerung zu einer größeren Effektivität der Verbindungen geführt hat, was analog zu den Lernstudien mit fMRT darauf hinweist, dass hier tatsächlich ein Lernprozess stattgefunden hat. ! Therapien zur Verbesserung der nach einer Läsion des motorischen Systems eingetretenen Behinderung können nach der hierarchischen Ebene unterschieden werden, in der die Therapie versucht einzugreifen. Die meisten Therapien sind jedoch nicht mit kontrollierten Studien validiert worden. Es gibt bis jetzt so gut wie keine Studien, die die Besserung der Aphasie mit dem Muster der Reorganisation im sprachlichen System untersucht haben.

Zusammenfassung Verschiedene bildgebende Techniken haben in den letzten Jahren gezeigt, dass auch im erwachsenen Gehirn nach einer Schädigung plastische Veränderungen auftreten können. Nach einer peripheren oder zentralen Schädigung tritt eine Umverteilung von Aktivität über noch intakte Teile des motorischen bzw. sprachlichen Systems auf. Nur manche dieser Änderungen sind für die

Funktionsbesserung verantwortlich. Mit der funktionellen Bildgebung können altbewährte Therapien in vivo überprüft werden und Änderung der Organisation in Beziehung zur klinischen Besserung gesetzt werden. Das Ziel zukünftiger Studien ist es, für jeden Patienten eine Prognose zu stellen und die für ihn individuell am besten geeignete Rehabilitation zukommen zu lassen.

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XVI Altern und Demenz 65

Normales kognitives Altern Ulrich Mayr

66

Demenz

– 678

Friedel M. Reischies

– 667

667

65 Normales kognitives Altern Ulrich Mayr

65.1 65.2 65.3

Was ist kognitives Altern? – 667 Gibt es einen »Generalfaktor« des kognitiven Alterns? – 668 Jenseits des »Generalfaktormodells« – 669

65.3.1 Was ist die neurobiologische Grundlage der allgemeinen Verlangsamung? – 670 65.3.2 Arbeitsgedächtnis und exekutive Kontrolle – 672 65.3.3 Gedächtnisprobleme im Alter – 674 65.3.4 Relativ »altersresistente« Funktionsbereiche – 676 65.3.5 Warum »altern« manche Gehirnregionen mehr als andere? – 676

)) Die einfache Frage nach Veränderungen der geistigen Leistungsfähigkeit mit dem chronologischen Alter ist aus methodischer Sicht äußerst komplex und hat über die letzten Jahrzehnte eine Reihe hitziger Debatten, aber auch die Entwicklung wichtiger Forschungsstrategien ausgelöst (z.B. Baltes et al. 1977). Alter ist kein frei variierbarer Faktor des Untersuchungsdesigns, sondern eine quasiexperimentelle Variable, mit der wichtige Faktoren in schwer zu kontrollierender Weise kovariieren (. Tabelle 65.1). Trotz der methodischen Problematik, lässt sich jedoch inzwischen mit großer Sicherheit feststellen, dass wichtige 6

Aspekte unserer intellektuellen Leistungsfähigkeit einen kontinuierlichen Abbau über unser ganzes Erwachsenenalter hinweg erleben. Zumindest in querschnittlichen Analysen zeigt sich, dass kognitiver Abbau im 3. Lebensjahrzehnt beginnt und sich, möglicherweise leicht beschleunigt, bis ins hohe Alter kontinuierlich fortsetzt. Leistungsunterschiede zwischen jungen Erwachsenen und 60- bis 70-Jährigen können dabei in bestimmten Bereichen die Größenordnung von 1–1,5 Standardabweichungen erreichen. Wie im nächsten Abschnitt besprochen, ist dieses negative Alternsszenario allerdings nur eine Hälfte der Geschichte.

65.1

Was ist kognitives Altern?

Sowohl das Alltagsverständnis als auch theoretische Überlegungen (Baltes 1987) legen eine Unterscheidung zwischen zumindest 2 breiten Leistungsbereichen nahe, die mit 2 gegensätzlichen »Alternsprozessen« korrespondieren. Leistungsbereiche, die vor allem auf »basalen« kognitiven Operationen beruhen, sollten in relativ direkter Weise den negativen Effekt biologischen Alterns auf das zentrale Nervensystem widerspiegeln. Idealerweise sind hierbei Leistungen gemeint, die weitgehend unabhängig von Vorwissen, Geschwindigkeit und Genauigkeit kognitive Prozesse erfassen und die von Horn u. Cattell (1967) als »fluide« In-

. Tabelle 65.1. Faktoren, die mit Alter kovariieren, und Forschungsstrategien, die bei der Isolierung der verschiedenen Faktoren helfen können

Wichtige Faktoren, die mit chronologischem Alter kovariieren

Forschungsmethodische »Gegenmaßnahmen«

5 Veränderungen in den biologischen Grundlagen kognitiver Funktionen 5 Ausmaß an lebenslanger Erfahrung 5 Zeit seit »akademischen« Anforderungen (»Disuse«) 5 Kohortenabhängige Veränderungen in Lebens- und Bildungserfahrungen (bei querschnittlicher Betrachtung des Alters) 5 Unentdeckte pathologische Erscheinungen (z.B. beginnende Demenz) 5 Selektionseffekte (z.B. Tod, Krankheit)

5 Gleichzeitiges Betrachten von querschnittlichen (verschiedene Altersgruppen und Kohorten zu einem Zeitpunkt) und längsschnittlichen Untersuchungen (eine, oder besser mehrere, Kohorten werden über mehrere Messzeitpunkte verfolgt) 5 Erfassung von Plastizität und »asymptotische Maximalleistung« nach massivem Training. Die Maximalleistung sollte vor allem von biologischen Basisparametern (und nicht von Erfahrung) determiniert sein. 5 Sorgfältiges Screening nach pathologischen Alterserscheinungen

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668

65

Kapitel 65 · Normales kognitives Altern

telligenz bezeichnet wurden (z.B. psychometrische Aufgaben zur Wahrnehmungsgeschwindigkeit oder zum schlussfolgerndes Denken). Ein zweiter »Alterungsprozess«, der biologischem Abbau entgegenwirken sollte, ist die lebenslange Akkumulation von Wissen und Erfahrung (»kristalline« Intelligenz nach Horn u. Cattell 1967). In der Tat zeigt sich, dass man vor allem in Tests, die verbalisierbares Wissen erheben, oftmals einen Zuwachs bis ins hohe Erwachsenenalter findet und erst in sehr hohem Alter einen moderaten Abbau. Aber nicht nur die Produkte früherer Lernerfahrungen, auch relativ komplexe und geschwindigkeitsabhängige Operationen profitieren von lebenslanger Erfahrung. So zeigten z.B. Krampe u. Ericsson (1996), dass professionelle Pianisten auch im höheren Alter in komplexeren, bimanuellen Koordinationsaufgaben mit jungen Pianisten mithalten konnten. Auch die neuroanatomischen Grundlagen massiver bereichsspezifischer Erfahrung lassen sich z.B. in Form einer Vergrößerung des handmotorischen Areals im Motorkortex nachweisen (Elbert et al. 1995c). Eine bislang noch offene Frage ist, inwiefern neuroanatomische Plastizität als Folge von Übung und Erfahrung auch im Erwachsenenalter nachgewiesen werden kann und inwiefern das Ausmaß dieser neuroanatomischen Plastizität selbst sich mit dem Alter verändert. Auf der psychologischen Ebene ist bei sehr alten Menschen die kognitive Plastizität, also das Ausmaß in dem Menschen in einem bestimmten Bereich ihre Leistungsfähigkeit erhöhen können, zwar eingeschränkt, aber durchaus noch nachweisbar (Singer et al. 2003). Eine besonders wichtige Frage ist schließlich, inwiefern geistige Aktivität generell gegen negative Alterseffekte schützt. Aus tierexperimentellen Arbeiten ist immerhin bekannt, dass extreme Deprivation von kognitiver und sozialer Stimulation negative Effekte auf funktionelle Parameter im alternden Rattengehirn hat (Diamond et al. 1985). Beim Menschen ist die Befundlage gemischt. So erhöhten sich z. B. die von Krampe u. Ericsson (1996) untersuchten Pianisten nicht ihre generelle Reaktionsgeschwindigkeit und entgegen landläufiger Annahme verbessert häufiges Kreuzworträtseln zwar die Fähigkeit, Kreuzworträtsel zu lösen, hat darüber hinaus aber keine Auswirkungen auf die generellere geistige Leistungsfähigkeit (Hambrick et al. 1999). Auf der anderen Seite zeigt sich, dass Erfahrung in komplexen Arbeitstätigkeiten kognitivem Altersabbau entgegenwirkt (Schooler u. Mulatu 1999). Ingesamt scheinen sich in letzter Zeit Hinweise zu verstärken, dass basale (und daher über Bereiche hinweg genaralisierbare) Aufmerksamkeitsund Arbeitsgedächtnisprozesse durch intensive Beanspru-

chung verbessert werden können (Green u. Bavelier 2003), möglicherweise sogar mit positiven Auswirkungen auf kognitive Altersveränderungen (Bialystok et al. 2004). ! Kognitive Leistungen, die in hohem Maße auf lebenslang akkumuliertem Wissen und geübten Fertigkeiten beruhen, sind relativ alterungsresistent. Hingegen zeigen wissensunabhängige basale kognitive Funktionen einen deutlichen Altersabbau. Die »intellektuelle Gesamtleistungsfähigkeit« über die Lebensspanne ist nur über das (zum Teil kompensatorische) Zusammenwirken beider Faktoren zu begreifen.

65.2

Gibt es einen »Generalfaktor« des kognitiven Alterns?

Kann der kognitive Abbau auf eine Art unspezifischen »Generalfaktor« reduziert werden oder finden sich eher Defizite in einer oder einigen spezifischen Funktionen? Dieses aus neuropsychologischer Perspektive wichtigste Problem manifestiert sich in dem sog. »Alter × Komplexität-Effekt«. Bei dem Versuch, prozessspezifische Alterseffekte nachzuweisen, gilt es zu bedenken, dass man es fast immer mit einer Situation zu tun hat, in der Altersunterschiede schon in den einfachsten Kontrollbedingungen zu sehen sind. Eine idealisierte, aber typische, Konstellation ist in . Abb. 65.1a zu sehen: Die traditionelle »varianzanalytische« Betrachtung würde hier eine Alter × Bedingung-Interaktion zeigen (den Alter × Komplexität-Effekt), und man könnte geneigt sein, diese im Sinne eines spezifischen Alterseffekts (etwa in der Effizienz der visuellen Aufmerksamkeit) zu interpretieren. . Abbildung 65.1b zeigt die gleichen Daten als sog. Alt-Jung-Funktion, in der die Mittelwerte der alten Erwachsenen gegen die entsprechenden Werte der jungen Erwachsenen aufgetragen werden. Wie zu sehen, fallen nun alle Datenpunkte auf eine Gerade, deren Steigung(in diesem Fall 1,5) angibt, um welchen proportionalen »Verlangsamungsfaktor« alte Erwachsene langsamer als junge Erwachsene in jeder Bedingung sind. Tatsächlich zeigt eine Reihe von Metaanalysen, dass ein großes Teil der Alterseffekte in Reaktionszeitaufgaben über viele Aufgabenbereiche hinweg, durch einen derartigen, einheitlichen Verlangsamungsfaktor erklärt werden kann. Theoretisch wurde dies als ein starker Hinweis auf eine im Alter reduzierte Verarbeitungsressource interpretiert, die sich sozusagen auf unspezifische Weise durch das ganze kognitive System zieht. Hierin liegt die Brisanz dieser Befund-

669 65.3 · Jenseits des »Generalfaktormodells«

a

b

. Abb. 65.1. a Typisches Ergebnis eines Experimentes mit den Faktoren Alter und einer experimentellen Bedingungsvariation (z. B. Anzahl der Items in einer visuellen Suchaufgabe). Bedingungseffekte wirken sich bei alten Erwachsenen stärker aus als bei jungen Erwachsenen. b Die gleichen Daten sind hier in Form einer »Alt-jung-Funktion« aufgetragen. Wenn, wie hier, alle Datenpunkte durch eine Gerade zu er-

klären sind, dann ist dies ein Hinweis darauf, dass ein prozessunspezifischer Alterseffekt am Werk ist. Die diagonale, gestrichelte Linie gibt die Funktion unter der Bedingung an, dass alte und junge Probanden gleich schnell wären. (7 auch . Abb. 62.2 für ein reales Beispiel, in dem ein funktionsspezifisches Altersdefizit mit Hilfe der gleichen Darstellungsform nachgewiesen werden kann)

lage: Ist dies nämlich »die ganze Wahrheit«, dann wäre eine traditionell kognitions- oder neuropsychologische Betrachtung kognitiven Alterns, bei der es um die Identifikation spezifischer Defizite in bestimmten neurokognitiven Komponenten geht, unnötig. In jedem Fall steht mit dem Generalfaktormodell eine »Baselinehypothese« im Raum, gegen die Hypothesen prozessspezifischer Altersdefizite zu testen sind.

65.3

! Eine Vielzahl spezifischer Alterseffekte in bestimmten Funktionen kann durch die Annahme eines generellen Verlangsamungsfaktors beschrieben werden. Eine mögliche Erklärung für dieses Muster ist, dass alte Erwachsene eine um den Faktor 1,5–2,0 langsamere »Grundgeschwindigkeit« als junge Erwachsene haben. Als wichtige methodische Konsequenz ergibt sich, dass als Ausdruck funktionsspezifischer Defizite nur Datenpunkte akzeptiert werden können, die nicht auf eine einheitliche Verlangsamungsfunktion fallen. Diese Analyseform kann auch im neuropsychologischen Kontext immer dann hilfreich sein, wenn es um den Nachweis funktionsspezifischer Unterschiede zwischen Gruppen geht, die sich möglicherweise auch in unspezifischer Weise unterscheiden (also schon in Kontrollbedingungen verschieden sind).

Jenseits des »Generalfaktormodells«

Der ursprüngliche Befund einer generellen, altersabhängigen Verlangsamung mit einem Faktor um 1,5–2,0 beruhte zwar auf einer großen, aber nicht unbedingt auf einer repräsentativen Auswahl von Aufgabenbereichen. Es fehlte, was nicht ohne Weiteres in das Format einfacher Wahlreaktionszeitaufgaben passte, also alle komplexeren Aufgaben, die exekutive Funktionen, Arbeitsgedächtnisfunktionen oder Gedächtnis erfassten. Um einen direkten Vergleich zwischen solchen Aufgaben zu ermöglichen, die typischerweise das Verlangsamungsmuster einerseits und komplexeren Aufgaben andererseits zeigen, entwickelten Kliegl et al. (1994) eine Methode, in der statt Reaktionszeiten der Zeitbedarf gemessen wurde, um eine festgesetzte Genauigkeit zu erreichen (Zeitgenaugkeitsfunktionen; . Abb. 65.2). Bei der Anwendung dieser Methode über verschiedene Aufgabendomänen hinweg ergaben sich in den Alt-Jung Funktionen klare Verletzungen des Verlangsamungsmodells. Aufgaben, die entweder Koordination von einzelnen Aufgabenschritten (d. h. exekutive Kontrolle) erfordern oder den Neuerwerb von Gedächtnisinhalten, zeigten besonders große Altereseffekte (etwa doppelt so groß wie vom allgemeinen Verlangsa-

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670

65

Kapitel 65 · Normales kognitives Altern

. Abb. 65.2. Zusammenfassende Darstellung der Struktur kognitiver Alterseffekte über verschiedene Studien hinweg (Kliegl et al. 1994; Mayr u. Kliegl 1993; Mayr et al. 1996; Verhaeghen et al. 1997) in Form von Alt-Jung-Funktionen. Leistungsäquivalenz zwischen alten und jungen Erwachsenen wäre bei der gestrichelten Linie (der Diagonale) gegeben. Mit besonders hohen Verlangsamungsfaktoren zwischen 3,0 und 4,7 stechen Aufgaben mit hohen episodischen Gedächtnisund exekutiven Kontrollanforderungen hervor. Der typische »allgemeine Verlangsamungsbefund« zeigt sich in Aufgaben zur Erfassung der Geschwindigkeit in einfachen Wort- und Objektvergleichen (Kliegl et al. 1994; Mayr et al. 1996). Schließlich ergibt sich in Aufgaben, bei denen es v. a. um den schnellen Zugriff auf semantisches Gedächtnis geht (in diesem Fall auf Zahlen; Verhaeghen et al. 1997; siehe aber

auch Mayr u. Kliegl 2000) ein Verlangsamungsfaktor um 1,0. Die kleine Abbildung zeigt beispielhaft für die Gedächtnis- und die Wortvergleichsaufgabe die Datenbasis für die Alt-Jung-Funktionen. Über viele Sitzungen Training (um die »asymptotische Maximalleistung« zu erfassen) wird dabei für jede Aufgabenbedingung die Beziehung zwischen Genauigkeit und der vorgegebenen Präsentationszeit gemessen und durch Exponentialfunktionen repräsentiert. Damit können Aufgaben unabhängig davon, ob sie üblicherweise Reaktionszeit oder Genauigkeit als abhängige Variable haben, im gleichen Messraum dargestellt und miteinander verglichen werden. Die Alt-Jung-Funktionen ergeben sich, indem der Zeitbedarf junger und alter Erwachsener entlang den Punkten gleicher Genauigkeit gegeneinander aufgetragen wird

mungsmodell vorhergesagt). Gleichzeitig zeigten sich die alten Erwachsenen in Aufgaben, die vor allem schnellen Zugriff auf semantische Gedächtnisinhalte erforderten, genauso effizient wie junge Erwachsene. Im Folgenden wenden wir uns nun den verschiedenen Bereichen zu, die durch deutlich unterschiedliche Altersfunktionen charakterisiert sind. Dabei wollen wir uns nun auch mit der Beziehung zwischen Befunden auf der Verhaltensebene und der neuronalen Ebene beschäftigen. In der Infobox 7 »Unter der Lupe« sind wichtige Methoden und zentrale Befunde zu neuronalen Altersveränderungen beschrieben.

65.3.1

Was ist die neurobiologische Grundlage der allgemeinen Verlangsamung?

Salthouse (1992) hat vorgeschlagen, insbesondere »kognitive Geschwindigkeit« als altersrelevantes, disziplinäres Basiskonstrukt (»disciplinary primitive«) zu betrachten, das an die neurowissenschanftliche Ebene als zu erklärendes Konstrukt zur Bestimmung der neurobiologischen Ursachen »übergeben« werden könnte. Allerdings erweist sich die Suche nach neurobiologischen Grundlagen einer Verlangsamung auf der Verhaltensebene als ein unterdetermi-

671 65.3 · Jenseits des »Generalfaktormodells«

Unter der Lupe

Wichtige Methoden zur Erfassung neuroanatomischer Altersveränderungen Morphometrie. Manuelle und automatische, voxelbasierte Morphometrie (VBM) erlaubt die In-vivo-Erfassung des Volumens wichtiger neuroanatomischer Strukturen auf der Basis hochauflösender MRT-Bilder (näheres zur Methode 7 Abschn. 2.2.2). Manuelle Analysen erfordern das Ausmessen der Hirnstrukturen an Hand prominenter, interindividuell invarianter Merkmale durch geübte Betrachter, während VBM durch die Intensität der Grauwerte jedes dreidimensionalen Bildpunktes (Voxels) die lokale »Gewebedichte« über das gesamte Gehirn hinweg ermittelt. Das manuelle Verfahren ist anfällig gegenüber »kontextuellen« Variablen (Fähigkeit und Erfahrung des Betrachters, Definition von prominenten anatomischen Merkmalen), erlaubt aber optimalerweise die genaue Analyse bestimmter Strukturen. VBM ist sehr viel weniger arbeitsintensiv und erlaubt daher Analysen des gesamten Gehirns und es ist ein objektives Verfahren; es kann jedoch durch lokale, neuroanatomische Besonderheiten in die Irre geleitet werden (s. Raz 2005). Über einzelne Studien hinweg gibt es große Schwankungen, was die Alterseffekte in bestimmen Regionen anbelangt. Als ein über Studien hinweg relativ stabiles Muster ergibt sich jedoch eine lineare Volumenreduktionen in frontalen Hirnbereichen und bestimmten Kernen in den Basalganglien über das gesamte Lebensalter hinweg sowie deutliche Reduktionen im medial-temporalen Bereich (Hippocampus), die aber erst in späteren Lebensjahren manifest wird. Die Interpretation derartiger Verlaufsmuster verkompliziert sich, wenn man Veränderungen über die Kindheit und Jugend hinweg sowie das Verhältnis zwischen grauer Gehirnmasse (hauptsächlich Neuronen) und weißer Gehirnmasse (hauptsächlich myelinisierte Axone) berücksichtigt (Sowell et al. 2003). So zeigt sich z. B. eine deutliche Reduktion der grauen Gehirnmasse im frontalen Kortex von Geburt an, was in diesem Fall wohl kaum als eine »Abbauerscheinung« interpretiert werden kann. Auch gibt es Regionen, vornehmlich im Temporallappen, in denen die Myelinisierung bis ins mittlere Erwachsenenalter zunimmt, eine Tatsache, auf die wir bei der Besprechung relativ altersresistenter Funktionen zurückkommen werden.

Funktionelle Bildgebung. Hier werden bildgebende Verfahren wie PET und vor allem MRT verwendet, um die lokale Blutzufuhr in Reaktion auf sensorische oder kognitive Stimulation zu registrieren (Näheres zur Methode 7 Abschn. 2.1.2). Die Interpretation funktioneller Daten im Kontext von altersvergleichenden Studien ist dadurch erschwert, dass wenig darüber bekannt ist, in welchem Ausmaß Unterschiede in den Aktivierungsmustern auf altersabhängige Veränderungen in der Responsivität des kardiovaskulären Systems zurückzuführen sind. Auch scheint es keine allgemeingültige Antwort auf die Frage zu geben, ob die Effizienz einer neurokognitiven Funktion mit dem Aktivierungsausmaß in der entsprechenden Region positiv oder negativ korrelieren sollte. Über verschiedene Studien hinweg zeigt sich manchmal, dass ein bei jüngeren Erwachsenen vorhandener Aktivierungsherd in älteren Erwachsenen nicht zu finden ist (was für den Ausfall einer bestimmten Funktion sprechen würde). Oft zeigt sich aber auch, dass bei älteren Erwachsenen Aktivierungsherde vergrößert sind. Dies könnte bedeuten, dass im alternden Gehirn eine Funktion »härter« arbeiten muss, um die gleiche Leistung wie in jungen Jahren zu erreichen. Schließlich zeichnet sich als ein häufiges Befundmuster ab, dass Funktionen, die bei jüngeren Erwachsenen hemisphärenspezifisch lokalisiert sind (z. B. linksfrontale Aktivierung für verbales Arbeitsgedächtnis) bei älteren Erwachsenen mit bilateralen Aktivierungen einhergehen. Dies kann entweder positiv als Kompensation interpretiert werden oder im Sinne einer weniger effizienten Inhibition »irrelevanter« Hirnregionen (s. Daselaar u. Cabeza 2005). Biochemische PET und SPECT Analysen. Durch Positronenemissionstomographie (PET) und Single-Photon-Emissionstomographie (SPECT) kann über radioaktive Marker mit kurzer Verfallszeit die Verfügbarkeit spezifischer Neurotransmitter registriert werden (Näheres zur Methode 7 Abschn. 2.1.1). Auf diese Weise lässt sich z. B. zeigen, dass die Bindung von Dopamin an D1- und D2-Rezeptoren im Striatum eine sehr hohe negative Alterskorrelation aufweist (Volkow et al. 1998). Weiterhin zeigt sich in Analysen, die der Logik des Mediatoransatzes folgen (. Abb. 65.4), dass Altersunterschiede in exekutiven Funktionen und im episodischen Gedächtnis fast vollständig durch die Altersunterschiede in der Dopaminbindung aufgeklärt werden können.

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Kapitel 65 · Normales kognitives Altern

niertes Problem. Es gibt eine Vielzahl von dokumentierten, altersabhängigen Veränderungen, die zumindest im Prinzip zu einer langsameren Informationsverarbeitung führen könnten. Zu den wichtigsten Faktoren gehören eine langsamere Leitgeschwindigkeit durch eine mögliche Reduktion der »isolierenden« Myelinschicht, Verzögerungen an Synapsen wegen Reduktion kritischer Neurotransmitter (oder anderer Faktoren), Zunahme an »neural noise« (d. h. Spontanaktivität) oder der Verlust ganzer Nervenzellen (Woorduff-Pak 1997). In komplexeren Aufgaben sollte eine größere »Strecke« an Nervenleitungen, eine größere Zahl synaptischer Übergänge und Nervenzellen beteiligt sind, so dass jeder dieser Faktoren im Prinzip auch die Erklärung für den Alter × Komplexität-Effekt liefern könnte. Empirische Evidenz, die erlaubt, zwischen diesen verschiedenen Hypothesen zu unterscheiden, gibt es derzeit nicht. Eine interessante Hypothese ergibt sich allerdings, wenn man Verhaltensdaten, elektrophysiologische, neuroanatomische und biochemische Befunde zusammen betrachtet. Erstens zeigen Analysen der Latenz verschiedener evozierter EEG-Komponenten, dass altersabhängige Verlangsamung vor allem späte Komponenten betrifft, die mit der Reaktionsauswahl zu haben (jenseits der P300), nicht aber frühere Komponenten, die mit der Stimulusevaluation zu tun haben (siehe Bashore et al. 1989). Zweites zeigen neuroanatomische Befunde, dass das Striatum in den Basalganglien relativ starke altersabhängige Volumenreduktionen aufweist (. Abb. 65.3). Zusammen mit motorischen und prämotorischen frontalen Gehirnbereichen ist das Striatum für die Reaktionsselektion entscheidend. Drittens zeigt Dopamin, der wichtigste Neurotransmitter im Striatum, eine sehr deutliche altersabhängige Reduktion, die unter anderem mit Geschwindigkeitsaufgaben stark korreliert (Bäckman u. Lars 2005; 7 Unter der Lupe, S. 671). Insofern ist es nahe liegend zu spekulieren, dass neurochemische und anatomische Veränderungen in Gebieten, die bei der Selektion zwischen einfachen Handlungsalternativen entscheidend sind, die treibende Kraft hinter der »allgemeinen« Verlangsamung darstellen (s. Prull et al. 2000).

65.3.2

Arbeitsgedächtnis und exekutive Kontrolle

Die üblicherweise dem Arbeitsgedächtnis zugeschriebene Rolle ist es, handlungsrelevante Information aktiv zu halten, während andere Operationen ausgeführt werden.

An einer klaren Definition exekutiver Kontrollfunktionen mangelt es zwar, aber Einigkeit besteht darüber, dass sie daran beteiligt sind, untergeordnete, automatische Prozesse durch die Auswahl handlungsleitender Repräsentationen (Ziele oder mentale Sets) zu koordinieren, diese Repräsentationen (im Arbeitsgedächtnis) aufrechtzuerhalten und dabei gegen Einflüsse irrelevanter interner oder externer Information zu schützen (7 hierzu ausführlicher Kap. 44 u. 45). Im Kontext kognitiven Alterns sind Arbeitsgedächtnisprozesse und exekutive Prozesse insofern von besonderem Interesse, als ihre »Funktionstüchtigkeit« systemweite Auswirkungen haben sollte und daher generelle Alterseffekte (z.B. in Geschwindigkeitsaufgaben) erklären könnte. Alterseffekte in Arbeitsgedächtnisaufgaben sind meist groß, und zumeist durch Varianz in Geschwindigkeitsmaßen nicht ganz »wegzuerklären« (Verhaeghen u. Salthouse 1997; . Abb. 65.4). Zu altersabhängigen Defiziten in exekutiven Aufgaben gibt es klare empirische Hinweise (s. Mayr et al. 1996; West 1996); insbesondere die Inhibition irrelevanter Information ist möglicherweise gestört (Hasher et al. 2000). Es gibt aber auch einige Inkonsistenzen. So zeigen zwar neuropsychologische Tests exekutiver Funktionen (z.B. der »Wisconsin Card Sorting Test« (WCST) oder der »Trailmaking Test«) häufig große Alterseffekte, die aber nicht unbedingt über Alterseffekte in Geschwindigkeitsaufgaben hinausgehen. Vor allem zeigen sich aber in einigen, eigentlich prototypischen exekutiven Aufgaben keine klaren Belege für Altersdefizite. Dies gilt z.B. für das sog. Aufgabenwechselparadigma, das erlaubt die Dauer intern kontrollierter Wechsel zwischen mentalen Sets zu erfassen (z. B. Brinley 1965). Das Bild ändert sich allerdings, wenn Situationen geschaffen werden, in denen das Aufrechterhalten der momentan relevanten handlungsleitenden Repräsentation erschwert wird (Mayr 2001). Exekutive Funktionen sind zwar nicht unbedingt generell einem Abbau unterworfen; jedoch könnte eine exekutive Hauptfunktion betroffen sein, nämlich das Aufrechterhalten handlungsleitender Zielvorgaben, wenn Interferenz durch konkurrierende Repräsentationen droht. Vor allem aufgrund von Läsionsergebnissen kommt als generelles neurobiologisches Substrat exekutiver Funktionen und auch der Kontrolle über das Arbeitsgedächtnis zwar nicht ausschließlich, aber doch maßgeblich der präfrontale Kortex in Frage (7 Kap. 45). Interessanterweise zeigen sich in volumetrischen Analysen die größten Altersunterschiede im präfronto-striatalen System (d.h. im präfrontalen Kortex und den assoziierten Regionen in den Basalgan-

673 65.3 · Jenseits des »Generalfaktormodells«

. Abb. 65.3.a,b. Altersabhängige Volumenveränderungen in verschiedenen Gehirnregionen (ausgedrückt in Korrelationen). Die Werte basieren auf Raz (2000, 2005) und beruhen auf der Integration von Hand ausgemessener volumetrischer Studien (7 »Unter der Lupe«). Der Hippokampus, Nucleus cuadatus, Globus pallidus, die Amygdala und das Putamen sind in der Abbildung nur ihrer ungefähren Lage nach angegeben. (7 »Unter der Lupe«)

a

b

glien; . Abb. 65.3). Wie von Raz (2005) berichtet, korreliert etwa das Volumen der grauen Gehirnmasse des präfrontalen Kortex einerseits zu -.56 mit dem Alter und zu -.42 mit der Performanz im WCST. Interessant ist zusätzlich, dass der im vorangegangenen Abschnitt besprochene Abbau an Dopamin auch im präfrontalen Kortex deutlich nachweisbar ist. In theoretischen Modellen wird präfrontales Dopamin häufig als wichtigste neurochemische Grundlage inter-

ferenzresistenter Repräsentationen angesehen. Eine Reihe von biologisch plausiblen, komputationalen Modellen zeigt demnach auch, wie eine altersabhängige Abnahme von Dopmain zu weniger reliablen handlungsleitenden Räpresentationen und damit zu aufgabenübergreifenden, negativen Alterseffekten führt (Li et al. 2001). Der alleinige Fokus auf Altersabbau in frontalen, exekutiven Funktionen wird wahrscheinlich der komplexen Re-

65

674

Kapitel 65 · Normales kognitives Altern

65.3.3

. Abb. 65.4. Beim Mediatoransatz wird durch regressionsanalytische Methoden ermittelt, welche basalen Komponenten (z. B. Geschwindigkeit, Arbeitsgedächtnis, aber z. B. auch peripher-sensorische Verarbeitung; Lindenberger u. Baltes 1994) als Mediator der Korrelation zwischen Alter und komplexeren Funktionen (z. B. episodisches Geächtnis) fungieren. Die Abbildung zeigt in vereinfachter Weise das Ergebnis einer Metaanalyse von 91 Studien zum Zusammenhang zwischen Alter, Verarbeitungsgeschwindigkeit (»Speed«), Arbeits- und Kurzzeitgedächtnis (AG), fluider Intelligenz (Gf) und episodischem Gedächtnis (EG) von Verhaeghen u. Salthouse (1997). Im Einklang mit dem Verlangsamungsmodell ist Geschwindigkeit ein sehr prominenter Faktor. Darüber hinaus zeigen aber Arbeitsgedächtnis, episodisches Gedächtnis und fluide Intelligenz auch Altersdefizite, die von Altersunterschieden in der Geschwindigkeit unabhängig sind (für eine Kritik des Mediatoransatzes s. Lindenberger u. Pötter 1998)

65

alität kognitiver Altersveränderungen nicht gerecht. In funktionellen, bildgebenden Analysen zeigen sich z. B. vermehrt Hinweise, dass bestimmte frontale Areale in kompensatorischer Weise hinzurekrutiert werden können, wenn die primär zuständigen Areale nicht mehr optimal funktionieren (7 »Unter der Lupe«; Daselaar u. Cabeza 2005). Auch zeigt sich, dass sowohl exekutive Funktionen auf der Verhaltensebene als auch entsprechende präfrontale Areale andererseits nicht nur die größten negativen Altersveränderungen aufweisen, sondern auch die größte Sensitivität für positive Auswirkungen aerobischer Fitness (Colcombe u. Kramer 2003). Daher gehören Kompensation und Plastizität im frontalen Kortex sicherlich zu den wichtigsten Themen der neurokognitiven Altersforschung in den nächsten Jahren. ! Bei bestimmten exekutiven Anforderungen ergeben sich besonders große Altersunterschiede, die möglicherweise auf Probleme beim Aufrechterhalten und bei der Auswahl von internen Handlungsanweisungen hindeuten. Gleichzeitig zeigen sich die größten neuroanatomischen Altersveränderungen im frontostriatalen System.

Gedächtnisprobleme im Alter

»Nachlassendes Gedächtnis« ist möglicherweise die subjektiv am stärksten empfundene, kognitive Alterserscheinung. Bei der neuropsycholgischen Analyse dieser Alterserscheinung ist allerdings zu beachten, dass zwischen dem bewussten Erinnern an Fakten und Ereignisse (deklaratives Gedächtnis) einerseits und automatischen oder »impliziten« Lern- und Gedächtniseinflüssen andererseits zu unterscheiden ist (7 Kap. 40). Defizite im Wiedererkennen, vor allem aber in der Reproduktion neu gelernter, episodischer Information gehören zu den herausstechendsten Merkmalen normalen Alterns. Dagegen ist der Zugriff auf semantisches Wissen über die Welt, wenn überhaupt, erst im sehr hohen Alter negativ betroffen. Kritisch scheint jedoch weniger die semantischepisodische Unterscheidung zu sein, als die Tatsache, dass episodische Information in der Regel neu gelernt wird, während semantische Tests sich meist auf weit zurückliegende Lernerfahrungen beziehen. In der Tat zeigt sich, dass alte Probanden auch Probleme bei dem Erlernen und Erinnern neuen Faktenwissens haben, sich aber andererseits an frühe, autobiographische Ereignisse gut erinnern können. Interessanter weise zeigt der Befund, dass die Neuheit der zu lernenden Information für das Entstehen von Alterseffekten kritisch ist, eine gewisse Ähnlichkeit mit der retrograden Amnesie, die Patienten mit Schädigungen im hippocampalen System zeigen. Je zeitlich näher ein Ereignis vor der Schädigung stattfand, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit es nach der Schädigung zu erinnern. Somit liegt die Hypothese nahe, dass man Beeinträchtigungen des medial-temporalen Systems für Alterseffekte in »episodischen« Gedächtnisaufgaben verantwortlich machen kann (z.B. Prull et al. 2000). Dies ist insofern von besonderer Bedeutung, als die beginnende Alzheimer-Krankheit sich auf der Verhaltensebene mit Defiziten in episodischen Gedächnisdefiziten zeigt und auf der neuronalen Ebene mit pathologischen Erscheinungen im Hippokampus (7 Kap. 66). Befunde zu volumetrischen Alterseränderungen im Hippokampus zeigen große Schwankungen über Studien hinweg auf (Raz 2000, 2005). Zwei Faktoren spielen hier wohl eine Rolle. Erstens sollte das Ausmaß, in dem alte Erwachsene in der jeweiligen Stichprobe repräsentiert sind, kritisch sein. Es gibt nämlich eine Reihe von Hinweisen darauf, dass sich negative Effekte v. a. im späten Erwacshenenalter zeigen. So berichtet Raz (2000) nennenswerte trivariate Beziehungen zwischen Alter, hippokampalem Volumen und Gedächtnisleistung nur für die

675 65.3 · Jenseits des »Generalfaktormodells«

Subgruppe der 60- bis 77-Jährigen, aber nicht für die gesamte Stichprobe. Ein zweiter möglicher Faktor ist, dass Veränderungen im Hippokampus weniger interindividuell regelhaft über die Lebensspanne hinweg sind, als es sich z. B. für die dopaminergen Alterseffekte zeigt. In hippokampalen Regionen akkumulieren sich negative Wirkungen hormoneller Stressauswirkungen, was die Möglichkeit eröffnet, dass Alterungserscheinungen hier in besonderer Weise von individuellen Gegebenheiten und weniger von einem normativen Altersfakfor abhängen (Prull et al. 2000). Der Hippokampus wird in der Regel für das »Zusammenbinden« verschiedener Aspekte eines Ereignisses in eine gemeinsame Gedächtnisspur verantwortlich gemacht. Interessanterweise zeigen neuere behaviorale Arbeiten, dass genau dieser Aspekt ganz besonders alterssensitiv ist (Naveh-Benjamin 2000). Typischerweise lernen dabei die Probanden Wortpaare (z. B. Hund–Börse, Teller–Schere, etc.). Dann werden zwei verschiedene Tests absolviert. Im sog. »ItemTest« wird eine Liste mit einzelnen Wörtern präsentiert, die zur Hälfte den Wortpaaren entstammt (z. B. Teller), zur anderen Hälfte aus neuen Wörtern besteht (z. B. Garten). Die Versuchspersonen müssen jeweils angeben, ob sie das Wort in der Lernliste gesehen hatten oder nicht, Erwachsene zeigen hier üblicherweise nur sehr geringe Einbußen. Im »Assoziationstest« hingegen werden Paare vorgegeben, die ausschließlich aus Wörtern der Lernliste bestehen, zur Hälfte identisch mit gelernten Paaren, zur anderen Hälfte rekombinierte Paare (z. B. Teller–Börse). Hier müssen Versuchspersonen die gelernten von den rekombinierten Paaren unterscheiden, was voraussetzt, dass in der Lernphase die Worte eines Paares tatsächlich »zusammengebunden« wurden. In dieser Situation zeigt sich ein durchaus dramatischer Leistungseinbruch im höheren Erwachsenenalter. In Lichte dieser Befundlage scheint es nahe liegend, Veränderungen im Hippokampus direkt für episodische Altereffekte verantwortlich zu machen. Allerdings gilt es zu bedenken, dass Alterseffekte in exekutiven Prozessen Probleme in verschiedensten Bereichen, so auch in Gedächtnisaufgaben produzieren können. Verschiedene Autoren weisen darauf hin, dass der Erfolg von Enkodier- und Zugriffsprozessen gleichermaßen von selbstinitiierten, strategischen Prozessen abhängt und von der reliablen Aktivierung und Reaktivierung des relevanten Erinnerungskontextes – alles Aspekte, die in den Bereich präfrontaler Funktionen gehören (Craik et al. 2000; Prull et al. 2000). Derartige strategische Prozesse könnten gerade dann besonders kritisch sein, wenn es darum geht, neue Verbindungen zwischen zwei Gedächtnisinhalten zu stiften.

Sowohl behaviorale als auch neuronale Befunde zeigen tatsächlich, dass Gedächtnisaufgaben mit hohen, »frontalen«, aufmerksamkeitssensitiven Anforderungen besonders altersanfällig sind. Studien, die funktionelle Gerhirnaktivierungen während der Enkodier- oder der Erinnerungsphase erhoben, dokumentieren die Bedeutung frontaler Regionen für diese Gedächtnisprozesse (wobei vor allem Enkodierprozesse eher linksfrontal angesiedelt sind) , vor allem aber auch eine Reduktion dieser Aktiverungen im höheren Alter (Craik u. Anderson 2000; zusammengefasst in Prull et al. 2000). Interessant ist auch, dass man junge Erwachsene in alte Erwachsene »verwandeln« kann, wenn man während der Enkodierphase eine (wahrscheinlich vor allem frontal wirksame) Doppelaufgabe präsentiert. In dieser Situation verschlechtert sich nicht nur die Erinnerungsleistung, es bleibt auch die ansonsten sichtbare linksfrontale Aktivierung aus. Es stellt sich nun die wichtige Frage, inwiefern das altersabhängige Assoziationsdefizit nur eine Folgeerscheinung weniger effizienter, frontaler, strategischer Prozesse ist oder ob es außerdem ein eigentliches »Bindungsdefizit« gibt, das möglicherweise mit Alterserscheinungen im medialtemporalen Bereich zusammenhängt. Eine zumindest vorläufige Antwort liefern Experimente, in denen das zuvor beschriebene Paradigma zur Erfassung des Assoziationsdefizits mit einer Doppelaufgabe gepaart wird. Falls frontale, strategische Prozesse kritisch sind, dann sollte eine Doppelaufgabe auch bei jungen Erwachsenen zu einem Assoziationsdefizit führen. Es zeigt sich jedoch, dass Doppelaufgaben zwar die Leistung insgesamt beeinflussen (also auch im Itemtest), aber keine spezifische Auswirkung auf das Assoziationsgedächtnis haben (Naveh-Benjamin et al. 2003). ! Insgesamt scheinen also zwei neurokognitive Komponenten für Alterseffekte im Gedächtnis verantwortlich zu sein. Altersabbau in der medial-temporalen Region, der möglicherweise eher spät im Lebenslauf einsetzt, könnte für Probleme beim Zusammenbinden von Ereigniskomponenten zu dauerhaften Gedächtnisspuren sorgen. Der Abbau in frontalen Bereichen hingegen sollte zu Defiziten in Funktionen führen, die zwar nicht mnemonisch im engeren Sinne sind, die aber, den richtigen Kontext für das erfolgreiche Ablaufen primärer Gedächtnisprozesse liefern. Hierzu gehört etwa das Aufrechterhalten eines komplexeren Ereignisses im Arbeitsgedächtnis, damit es für das »Zusammenbinden« zur Verfügung steht oder die Auswahl einer adäquaten Zugriffsstrategie (z. B. Henkel et al. 1998).

65

676

Kapitel 65 · Normales kognitives Altern

65.3.4

65

Relativ »alterungsresistente« Funktionsbereiche

In einer Reihe von Domänen sind Alterseffekte sehr viel kleiner als vom Generalfaktormodell vorhergesagt oder bleiben sogar ganz aus. Wie im ersten Abschnitt dargestellt, ist schon relativ lange bekannt, dass alte Erwachsene oft genauso viel Wissen in kristallinen Intelligenztestaufgaben demonstrieren wie junge Erwachsene. Interessanterweise sprechen neuere Befunde jedoch dafür, dass nicht nur der Umfang des semantischen Wissens, sondern auch die Zugriffsgeschwindigkeit auf das Wissen altersinvariant ist, ein Umstand, der mit der Annahme einer generellen Verlangsamung nur schwer vereinbar scheint (Mayr u. Kliegl 2000). Eine mögliche Interpretation der Befundlage zum Zugriff auf überlerntes, verbales/semantisches Wissen oder zum automatischen Einfluss neu gelernter Information ist, dass hier Funktionen involviert sind, die von biologischen Altersprozessen relativ wenig betroffen sind. Ein Blick auf die neurobiologische Datenlage liefert auch durchaus eine gewisse Bestätigung für diese These. Generell zeigen posteriore Regionen eine etwas geringere altersabhängige Volumenreduktion als frontale Areale. Zusätzlich zeigen volumetrische Analysen des Anteils weißer und grauer Gehirnmasse, dass gerade im oberen Temporallappen und im unteren Parietellappen, die zumindest linksseitig vor allem mit semantischen und sprachlichen Funktionen assoziiert werden, die Myelinisierung bis in das höhere Erwachsenenalter fortschreitet (Sowell et al. 2003). Solange in einer Region die Myelinisierung nicht abgeschlossen ist, sind in ihr noch größere erfahrungsabhängige Veränderungen möglich (neuronaler Plastizität). Somit könnte diese späte Myelinisierung tatsächlich ein Hinweis auf die neuronale Entsprechung der geringen Alterseffekte im semantischen (»kristallisierten«) Gedächtnis darstellen. Zu beachten ist jedoch, dass Wissenszugriff nicht generell altersresistent ist. Im Gegensatz zum Zugriff auf Bedeutungen (etwa von Wörtern), der nicht alterssensitiv zu sein scheint, gibt es deutliche Probleme beim Zugriff auf Wortformen oder z. B. auch auf die genaue Orthographie eines bekannten Wortes (Burke u. MacKay 1997). Von besonderem Interesse sind in diesem Zusammenhang auch episodische Gedächtnisaufgaben, die implizite oder automatische Gedächtniseinflüsse widerspiegeln (vor allem Aufgaben, die Wiederholungspriming erfassen; 7 Kap. 40). Diese Gedächtniseinflüsse beruhen weder auf frontalen noch medial-temporalen Regionen, sondern haben ihre

Basis im posterioren Kortex (visuelle Information in okzipitalen und konzeptuelle Information in temporalen Regionen; Prull et al. 2000). Auf der Grundlage einer Metaanalyse der zu dem Zeitpunkt relevanten Literatur, kamen LaVoie u. Light (1994) zu dem Schluss, dass die Effektstärke für Alterseffekte in Primingaufgaben bei .30 lag (Cohen’s d), im Gegensatz zu .50 für Rekognitions- und .97 für Reproduktionsaufgaben. Daher scheint es, dass Alterseffekte im Wiederholungspriming zwar kleiner sind als in expliziten Gedächtnisanforderungen, aber durchaus nachgewiesen werden können. Die Tatsache, dass bestimmte »posteriore« Funktionen relativ alterssensitiv sind, während andere Altersresistenz zeigen, deutet auf einen nicht rein neuroanatomisch begründbaren Erklärungsfaktor hin. Eine mögliche Erklärung dafür, dass sowohl lexikalischer Zugriff als auch der automatische Zugriff auf neues Wissen im Gegensatz zu semantischem Wissen altersensitiv ist, könnte darin liegen, dass Letzteres redundant kodiert wird (d. h. im semantischen Netzwerk gibt es in der Regel multiple direkte und indirekte Pfade zwischen assoziierten Konzepten). Hingegen fehlt diese Redundanz bei der Verbindung zwischen einer Wortbedeutung und der entsprechenden Wortform oder bei neuen Gedächtniseinträgen, die die Grundlage von Wiederholungspriming bilden (s. Burke u. MacKay 1997). ! Auch im posterioren Kortex repräsentierte Gedächtnisleistungen sind von Alterungserscheinungen betroffen, bleiben aber im Bereich semantischen Wissens relativ lange »latent« und werden nur in sensitiven Bereichen (Zugriff auf lexikalische Information oder neue Gedächtniseinträge) manifest. Das Gesamtbefundmuster zu Alterseffekten in verschiedenen Gedächtnisanforderungen ist in . Tabelle 65.2 zusammenfassend dargestellt.

65.3.5

Warum »altern« manche Gehirnregionen mehr als andere?

Wie in den vergangenen Abschnitten deutlich wurde, zeigen nicht alle Regionen das gleiche Ausmaß an Altersabbau (. Abb. 65.3). Die Frage stellt sich also, warum manche Regionen mehr als andere dem Alterungsprozess ausgesetzt sind. Eine Antwort auf diese Frage könnte entscheidend sein, um der Ursache neurobiologischer Alterungserscheinungen näherzukommen. Hinweise auf eine Reduktion von Nervenzellen oder von bestimmten Neurotransmittern

677 65.3 · Jenseits des »Generalfaktormodells«

. Tabelle 65.2. Alterseffekte unter verschiedenen Gedächtnisanforderungen und ihre neuroanatomischen Grundlagen

Gedächtnisanforderungen

Alterseffekte

Neuroanatomische Grundlage

Zugriff auf semantische Information

Abwesend oder sehr gering, in sehr hohem Alter moderat

Moderate Effekte im Kortex werden möglicherweise durch redundante Kodierung kompensiert

Zugriff auf lexikalische Information und Wiederholungs-Priming

Gering bis moderat

Moderate Alterseffekte in kortikalen Regionen, redundante Kodierung ist hier nicht möglich

»Reines« Enkodieren und Zugreifen auf deklarative Information (z.B. Rekognition)

Moderat

Moderate Alterseffekte in kortikalen und medialtemporalen Regionen

Enkodieren und Zugreifen auf deklarative Information unter hohen exekutiven Anforderungen

Groß

Moderate Alterseffekte in kortikalen und medialtemporalen Regionen sowie große Effekte in präfrontalen Regionen

mögen zwar Alterseffekte auf der psychologischen Ebene erklären, warum es aber diese neurobiologische Veränderungen gibt, bleibt offen. Interessant in diesem Zusammenhang ist jedoch eine bemerkenswerte Regelmäßigkeit bezüglich des »Alterungsverhaltens« verschiedener Gehirnregionen. Regionen, die ontogenetisch spät reifen (was gleichzeitig auch Regionen sind, die phylogenetisch spät entstanden sind), zeigen mehr Abbau als ontogenetisch und phylogenetisch ältere Regionen. So berichtet Raz (2000) eine Korrelation von .60 zwischen der Rangreihe, in der die Myelinisierung einer Region abgeschlossen ist (ontogenetisch betrachtet) und dem Ausmaß von volumet-

rischen Alterseffekten in der gleichen Region. Funktional sind »späte« Regionen besonders wichtig für flexibles Neulernen, für das Aufrechterhalten von »Entwicklungskapazität« (Baltes 1987). Eine interessante These in diesem Zusammenhang ist, dass das Ausmaß an Alterungserscheingungen von dem Ausmaß an neuronaler Plastizität in einer Region abhängt. Möglicherweise haben permanentes »Neulernen« und die damit einhergehenden neuronalen Veränderungen »Verschleiß« und damit letztendlich Alterung als negativen Nebeneffekt (Raz 2000). Ohne weitere Untersuchungen bleibt diese Annahme allerdings nur wenig mehr als eine interessante, abschließende Spekulation.

Zusammenfassung Bei der Erfassung »wissensunabhängiger«, kognitiver Leistungsfähigkeit zeigt sich in der Regel ab 20 Jahren ein deutlicher und kontinuierlicher Altersabbau, dem allerdings relative Leistungsinvarianz in erfahrungsabhängigen Bereichen gegenübersteht. Ein wichtiges und nicht immer leicht zu lösendes methodisches Problem bei dem Versuch, negative Altersveränderungen auf der psychologischen Ebene zu charakterisieren, besteht darin, zwischen generellen und funktionsspezifischen Altersdefiziten zu unterscheiden. Die dabei entwickelten Analysetechniken (z.B. die »Alt-jung-Funktion«) könnten über die Altersforschung hinaus für die Dissoziation von generellen und spezifischen neuropsychologischen Defiziten nützlich sein. Be-

trachtet man die psychologische und die neuronale Ebene zusammen, dann ergeben sich wichtige Hinweise auf eine funktionale Ausdifferenzierung neurokognitiven Alterns. Während präfrontale Gerhinregionen (sowie assoziierte subkortikale Regionen) einen besonders starken Altersabbau zeigen, sind posteriore Regionen weniger betroffen. Wie hier vor allem am Beispiel des Gedächtnisses dargstellt wird, zeigen sich je nach Beteiligung von Gehirnregionen an verschiedenen Aufgaben (präfrontaler Kortex, Hippocampus oder posteriorer Kortex) sowie der Art der Informationskodierung (redundant versus nichtredundant) unterschiedliche Altersgradienten.

65

66 Demenz Friedel M. Reischies

66.1 66.2

Demenzsyndrome – 678 Neuropsychologische Symptomatik des Demenzsyndroms vom Alzheimer-Typ – 679

66.2.1 Besonderheiten neuropsychologischer Symptomatik bei Demenz – 679 66.2.2 Amnestische Symptomatik – 680 66.2.3 Aphasische Symptomatik – 684 66.2.4 Störung exekutiver Funktionen und des Planens – 685 66.2.5 Störung der Urteilsfähigkeit – 685 66.2.6 Störung visuell-räumlicher Funktionen – 686

))

66

Bei Hirnschädigungen und Hirnerkrankungen treten nicht nur isolierte Störungen einzelner neuropsychologischer Funktionen wie der Sprache, der Praxie, des Erkennens von Objekten etc. auf, sondern auch komplexe Syndrome, welche die Störungen in mehreren Leistungsdimensionen umfassen. Demenzsyndrome sind definitionsgemäß komplexe neuropsychiatrische Krankheitsbilder. In den meisten Fällen sind die Störungen progredient und betreffen im Verlauf in einer gewissen Regelhaftigkeit alle mentalen Funktionen. Bei Demenzsyndromen ist die Informationsverarbeitung des Gehirns zunächst in den Bereichen Gedächtnis, später auch in Sprachverständnis und Wortfindung, im Werkzeuggebrauch, in der Urteilsfähigkeit etc. derart gestört, dass Funktionen des täglichen Lebens nicht mehr befriedigend gelingen. Im Unterschied zur geistigen Behinderung bzw. mentalen Retardierung handelt es sich um die Verminderung der bereits erworbenen kognitiven Funktionen bei einem erwachsenen bzw. alten Menschen. Die Störung muss auf eine degenerative oder andere Hirnerkrankung zurückzuführen und nicht nur vorübergehender Natur sein. Die degenerative Demenz der AlzheimerErkrankung ist nur eine von über 100 Erkrankungen, die zu einem Demenzsyndrom führen können. Auf die Neuropathologie und Pathophysiologie der vielen Demenzkrankheiten kann hier nicht eingegangen werden.

66.1

Demenzsyndrome

Kognitives Syndrom Bei den zur Demenz führenden Erkrankungen findet eine Zerstörung oder Degeneration von bestimmten kritischen Hirnarealen statt. Da nicht alle Hirnstrukturen gleichermaßen betroffen sind, resultieren charakteristische Profile von Defiziten einerseits und weitgehend erhaltenen Hirnfunktionen andererseits. Im Wesentlichen wird sich dieses Kapitel auf die neuro psychologische Symptomatik des Demenzsyndroms vom Alzheimer-Typ konzentrieren. Weitere Demenzsyndrome, wie z.B. das Demenzsyndrom vom frontotemporalen Typ mit zunächst vorherrschenden Veränderungen der Persönlichkeit und der Sprache sowie das Demenzsyndrom vom subkortikalen Typ, bei dem Verlangsamung und Störung des Abrufs aus dem Gedächtnis im Vordergrund stehen, können nur erwähnt werden. Progressive neuropsychologische Defizite einer einzigen Dimension, wie z. B. progressive Aphasie oder progressive Störungen visuokonstruktiver oder mnestischer Funktionen (s. Mesulam 2000), stellen kein komplexes kognitives Syndrom dar und werden daher hier nicht besprochen. Nach dem weithin anerkannten Modell von Braak (Braak u. Braak 1991) kommt es bei der Alzheimer-Erkrankung zu einer neuropathologischen Veränderung, die sich, von mediotemporalen Strukturen ausgehend, auf den übrigen Temporal-, den Parietal- und Frontallappen ausbreitet, wobei die primären sensorischen Hirnareale und der Motorkortex ausgespart bleiben. Diesem Modell steht das der primären Degeneration verschiedener subkortikaler, speziell cholinerger Kerngebiete gegenüber. Danach degenerieren cholinerge Neurone des Nucleus basalis Meynert früh und in besonderem Ausmaß. Von diesen Neuronen geht eine vermutlich aktivierende Wirkung auf alle Hirnareale, speziell auch des Hippocampus aus. In letzter Zeit ist auch eine Involvierung cholinerger Innervation bei der Plastizität kortikaler Funktionen nachgewiesen worden. Inwieweit die Defizite des episodischen Gedächtnisses (7 Kap. 40) in der frühen Demenz auch auf die cholinerge Störung oder mediotem-

679 66.2 · Neuropsychologische Symptomatik des Demenzsyndroms vom Alzheimer-Typ

porale Degeneration zurückzuführen sind oder auf noch andere Faktoren, bleibt z.Z. noch ungeklärt. Das cholinerge Defizit ist Grundlage einer ersten spezifischen Medikation gegen die Alzheimer-Demenz geworden. Für die Beschreibung der neuropsychologischen Symptomatik bei der Alzheimer-Erkrankung sind Studien am aussagekräftigsten, bei denen die Symptomatik im Verlauf erfasst wurde und die Befunde derjenigen Patienten beschrieben wurden, bei denen die endgültige Diagnose der Alzheimer-Erkrankung mittels neuropathologischer Untersuchung der Hirnveränderungen gesichert wurde (Rubin et al. 1987; Storandt et al. 1992).

Nichtkognitives Syndrom Hirnschädigungen führen einerseits zu Störungen kognitiver Leistungen, haben aber andererseits auch Auswirkungen auf weitere Bereiche, wie z.B. Affekte und Affektkontrolle sowie Intentionalität etc., also Domänen, die üblicherweise in der Psychopathologie beschrieben werden. Depression, Störung der Impulskontrolle oder Wahn werden vielfach bei Personen mit Demenz beobachtet. Besonders steht dabei die Frage im Vordergrund, inwieweit eine derartige nichtkognitive Symptomatik die Störung kognitiver Leistungen modifizieren kann bzw. zu »Exzess-Defiziten« führt. Dies wird in den folgenden Abschnitten jeweils gesondert behandelt. ! Demenzsyndrome sind von Demenzerkrankungen zu unterscheiden. Eine lange Liste unterschiedlicher Erkrankungen des Gehirns (oder des übrigen Körpers mit Auswirkungen auf das Gehirn) können zu einem Demenzsyndrom führen. Die häufigste Demenzkrankheit ist die Alzheimer-Erkrankung und dementsprechend das häufigste Krankheitsbild das Demenzsyndrom vom Alzheimer-Typ, das allerdings auch bei vaskulärer Demenz und Demenz vom »Lewy-body«Typ u. a. zu beobachten ist. Eine verlässliche neuropsychologische Differentialdiagnose zu den verschiedenen Demenzursachen gelingt zz. noch nicht. Diagnostisch entscheidend ist letztendlich immer noch die mikroskopische Untersuchung des Gehirns durch den Neuropathologen.

66.2

Neuropsychologische Symptomatik des Demenzsyndroms vom Alzheimer-Typ

66.2.1

Besonderheiten neuropsychologischer Symptomatik bei Demenz

Störungen des Gedächtnisses, der Sprache bzw. der visuellräumlichen Funktionen nach umschriebenen Hirnschädigungen wie z. B. durch einen Schlaganfall sind bereits in den vorhergehenden Kapiteln beschrieben worden. Was unterscheidet beispielsweise die Störung des episodischen Gedächtnisses bei einem amnestischen Syndrom (7 Kap. 41) von der bei einer Demenz? Gibt es qualitativ andersartige, der Demenz eigene Symptome und warum wäre so etwas anzunehmen? Einige Demenzerkrankungen gehen mit andersartigen Schädigungsmechanismen einher als es bei Läsionen der Fall ist, die zu den klassischen neuropsychologischen Syndromen führen. Für die Alzheimer-Demenz ist beispielsweise eine Minderung der cholinergen Innervation des Kortex bzw. eine langsam progrediente Degeneration kortikaler Neurone bereits erwähnt worden. Auf Besonderheiten der neuropsychologischen Symptomatik wird im Folgenden jeweils eingegangen. Dazu kommt eine weitere Besonderheit: Sie besteht darin, dass beim Demenzsyndrom vom Alzheimer-Typ immer Störungen in mehreren Leistungsdimensionen bestehen, d. h. in der von der Demenzdefinition geforderten Multiplizität der neuropsychologischen Defizite (. Abb. 66.1). Gibt es Interaktionen zwischen den Störungen verschiedener Leistungen? Gehen die Interaktionen so weit, dass ein drittes kognitives System dekompensiert, wenn primär zwei Teilfunktionen geschädigt sind (Reischies 1998)? Eine weitere Besonderheit stellt die Progredienz der Demenzkrankheiten dar. Anfänglich bestehen Schwierigkeiten, die leichten Defizite durch Tests, die in der Normalbevölkerung angewandt werden, überhaupt sichern zu können. Innerhalb von Monaten bis Jahren ist das Syndrom dann durch einfache Demenztests erfassbar, die lediglich die Orientierung und elementare Sprach- und visuellräumliche Funktionen abprüfen (z. B. »Mini-MentalState Examination«; Folstein et al. 1975; Reischies et al. 1997). Durch die rasche Verschlechterung der neuropsychologischen Leistung bei Alzheimer-Demenz gelangen die Patienten in kurzer Zeit in einen Bereich aufgehobener

66

680

66

Kapitel 66 · Demenz

. Abb. 66.1. Prozent der Alzheimer-Patienten mit einer Störung in verschiedenen neuropsychologischen Bereichen. Im Verlauf der Alzheimer-Demenz sind progrediente Defizite in verschiedenen neuropsychologischen Dimensionen zu beobachten. Die Störung des episodischen Gedächtnisses tritt zuerst auf; später meist eine Störung der Sprache und im Objektgebrauch. Erst in fortgeschrittenen Stadien geht die Orientierung zur Person und die Fähigkeit, artikuliert zu spre-

chen, verloren. Im Zeitverlauf ist schematisch der Anteil der Patienten gezeigt, bei denen die betreffende Störung festgestellt wird. Man kann erkennen, dass zum Zeitpunkt der Diagnosefindung alle Patienten eine Gedächtnisstörung aufweisen und bereits sehr viele an einer Störung der Sprache oder des Objektgebrauches leiden. (Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist hier nur der Zeitverlauf der wichtigsten neuropsychologischen Defizite wiedergegeben.)

Testbarkeit. Zuletzt befinden sich die Patienten in einen Zustand, in dem nur noch klinische Beobachtungen sinnvoll sind. Kein Test kann alle Stadien der Demenz angemessen erfassen, d. h. sowohl auf der einen Seite die geringfügige Minderung des Abrufs aus dem episodischen Gedächtnis einer Person mit beginnender Demenz als auch auf der anderen Seite die globale Störung der Informationsverarbeitung eines schwer dementen Patienten. Bei einem Test, der leichte Demenzstadien entdecken kann, käme es zu massiven sog. »Bodeneffekten«, weil er bereits für die mittelgradigen Demenzsyndrome zu schwer ist. Beim anderen Test, der den Schweregrad mittlerer und schwerer Demenzsyndrome einzuschätzen hilft, käme es hingegen zu extremen »Deckeneffekten«, weil er für frühe Demenzstadien zu leicht ist. Im Verlauf der Verschlechterung der Informationsverarbeitung tritt eine Vielzahl von Störungen in praktisch allen neuropsychologischen Dimensionen auf. Wir werden uns auf die Frühsymptome und die mittelgradig ausgeprägten Demenzsyndrome konzentrieren, denn diese werden weit mehr Gegenstand neuropsychologischer Untersuchung sein als Endzustände, bei denen meist keine oder nur noch geringfügige Kommunikation gelingt.

66.2.2

Amnestische Symptomatik

Episodisches Gedächtnis Die Störung des episodischen Gedächtnisses gehört zu den Initialsymptomen des Demenzsyndroms vom AlzheimerTyp (Storandt et al. 1992; Reischies et al. 1997). Der Patient versagt beispielsweise beim Versuch, Wortlisten wiederzugeben. Dies ist insbesondere der Fall, wenn zwischendurch eine Ablenkung – beispielsweise durch Hinlenkung der Aufmerksamkeit auf ein anderes Thema – stattgefunden hat. Die unmittelbare Wiedergabe ohne Ablenkung – bzw. die Zahlenspanne – ist noch lange Zeit ungestört. Mit diesem Befundmuster hängt eine Beobachtung aus der Sequenzanalyse von Wortlistentests zusammen: Die letzten Wörter der Wortliste können noch aus dem »sensorischen Register« (7 Abschn. 40.3) wiederholt werden, wohingegen die ersten Wörter der Wortliste vergessen sind; anders ausgedrückt, die Wiedergabe der letzten Wörter, der sog. »Recency-Effekt« ist wenig beeinträchtigt. Dies führt zu der diagnostischen Überlegenheit von Wortlistentests, bei denen nicht die unmittelbare Wiedergabe, sondern die postdistraktionale Wiedergabe oder die durch längere Intervalle verzögerte Wiedergabe (»delayed recall«) geprüft wird (Thierney et al. 1996).

681 66.2 · Neuropsychologische Symptomatik des Demenzsyndroms vom Alzheimer-Typ

. Abb. 66.2. Alterseffekt und Demenzeffekt auf die Wiedergabe nach Ablenkung im »Free and cued Selective Reminding (FCSRT) Test« in 3 Lerndurchgängen. Die Wiedergabe von intensiv gelernten Wörtern des FCSRT steigt im Verlauf der Lerndurchgänge bei nicht dementen, alten Menschen (K70: 70–79 Jahre, K80: 80–89 Jahre, K90: 90–99 Jahre)

an. Allerdings wird mit steigendem Alter eine globale Minderung der Wiedergabeleistung beobachtet. Im Gegensatz zu den nicht dementen, alten Menschen geben mittelschwer (DemM) und schwer demente Personen (DemS) nur noch wenige Wörter wieder und zeigen keinen Lernfortschritt mehr; DemL leicht demente Personen

Werden Wortlisten mehrfach dargeboten, kommt es zu einem Lerneffekt, d. h. zunehmend mehr Wörter können wiedergegeben werden. Dieser Lerneffekt bei gesunden, auch alten Personen ist in frühen bis mittleren Stadien der Demenz gestört (Reischies et al. 1996). Die Lernkurve verläuft abgeflacht und später ist kein Lerneffekt mehr nachzuweisen. Der Verlust des Lerneffektes scheint spezifisch für das amnestische Syndrom zu sein, tritt bei hippocampaler bzw. entorhinaler Läsion auf und ist mit einer Schädigung der mediotemporalen Hirnstrukturen nach dem Braak-Modell (Braak u. Braak 1991) vereinbar. Personen mit beginnender Demenz zeigen noch keine Beeinträchtigung des Lernzuwachses (. Abb. 66.2), obwohl bereits eine Minderung der Menge wiedergegebender Wörter deutlich wird. Eine Störung der Wiedergabe ohne Beeinträchtigung des Lerneffektes ist unspezifisch und wird bei vielen Erkrankungen gefunden. Bei subkortikaler De-

menz, bei Depression, bei anticholinerger Medikation und Enzephalopathien zeigt sich dieser Befund und ist auch für das Alter typisch (Reischies et al. 1996). Obwohl vielfach als gesichert angenommen wird, dass Patienten mit Alzheimer-Demenz schneller vergessen, spricht die Befundlage einer Reihe von neuropsychologischen Untersuchungen jedoch nicht für eine gesteigerte Geschwindigkeit des Vergessens. Offenbar sind sowohl Enkodier- als auch Abruffunktionen mehr gestört als die Funktionen der Speicherung selbst (Almquist et al. 1999; . Abb. 66.3). Gibt es Spezifika bei der Störung des episodischen Gedächtnisses? Übereinstimmend ist berichtet worden, dass Alzheimer-Patienten verstärkt Intrusionsfehler aufweisen. So sagen sie bei der Wiedergabe von Wortlisten Wörter, die vorher nicht genannt worden waren. Dies ist u. a. eine Charakteristik amnestischer Syndrome mit Frontalhirnbeteiligung (7 Abschn. 44.1.5).

66

682

Kapitel 66 · Demenz

Junge Kontrollprobanden

Ältere Kontrollprobanden

Z-score

Milde Alzheimer-Demenz

66

0

2

4

6

. Abb. 66.3. Enkodierung neuer Gesichter-Namen-Kombinationen. Bei der Aufgabe, neue Gesichter-Namen-Kombinationen zu lernen, wird der Kontrast von neuen vs. wiederholt präsentierten, bekannten Gesichter-Namen-Kobinationen dargestellt: Junge Probanden zeigen im Vergleich zu älteren gesunden Probanden ausgeprägtere Aktivie-

rung im Hippokampus, die auch symmetrischer ist als bei den älteren Probanden. Die Personen mit milder Alzheimer-Demenz (MMSE 2026/30 Punkten) hatten keine nachweisbaren Aktivierung im Hippokampus. (Sperling et al. 2003)

Retrograde Amnesie

retrograden Amnesie nicht mehr erinnert werden kann, im Beginn der Erkrankung erschwert. Im Verlauf der Progression der Alzheimer-Demenz kommt es jedoch zu einer sich deutlich ausweitenden retrograden Amnesie, sodass die Patienten sich später nur noch an Ereignisse ihrer Adoleszenz- oder Jugendzeit erinnern (Beatty et al. 1988). Der zeitliche Gradient ist vermutlich flacher als bei reinen amnestischen Syndromen. Können demente Patienten unterschiedslos weder Ereignisse aus der Jugend noch aus den letzten Jahren erinnern, ist eher eine Abrufstörung zu vermuten. Für die retrograde Amnesie wird z. Z. die Störung neokortikaler, sowohl temporaler als auch frontaler Hirnareale verantwortlich gemacht (7 Abschn. 41.4).

Wenn ein Gedächtnisinhalt zunächst verfügbar, d. h. zunächst abgerufen werden konnte, nach einer Schädigung aber nicht mehr abrufbar ist, spricht man von einer retrograden Amnesie (7 hierzu Kap. 41). Beispielsweise kann sich ein Patient an Episoden eines Familienfests, die er zuvor berichten konnte, nicht mehr erinnern. Er weiß beispielsweise nicht mehr, mit wem er bei dem Fest zusammengetroffen ist etc. Die retrograde Amnesie bezieht sich streng genommen nur auf die Ereignisse vor dem Beginn der Erkrankung; die Demenzerkrankungen haben jedoch meist einen Vorlauf von vielen Jahren, in der die Erkrankung noch nicht erkannt werden kann. Deshalb ist die Antwort auf die Frage, ob ein Ereignis wegen einer

683 66.2 · Neuropsychologische Symptomatik des Demenzsyndroms vom Alzheimer-Typ

Unter der Lupe

Störung der Orientierung zu Zeit und Ort Fehler in der zeitlichen Orientierung sind frühe Symptome des Demenzsyndroms vom Alzheimer-Typ. Dies betrifft meist zuerst das Datum oder den Wochentag, später den Monat und das Jahr. Zunächst trägt die anterograde Amnesie zu einem Vergessen zeitlicher Marker bei, zum anderen bringt eine verminderte Aufmerksamkeit auf die Umgebung Fehler in der zeitlichen Orientierung mit sich. Die Desorientierung zum Ort ist vermutlich noch spezifischer für die Alzheimer-Demenz als die zeitliche Desorientierung. Die Patienten verlaufen sich in fremder, spä-

! In frühesten Stadien eines Demenzsyndroms vom Alzheimer-Typ ist die Wiedergabe von Wortlisten vermindert. In mittleren Stadien wird eine Einspeicherund Lernstörung im Alltag deutlich sowie eine retrograde Amnesie. Die Orientierung zu Zeit und Ort ist gestört. In späten Stadien ist der Patient nicht einmal zur Auffassung und unmittelbaren Wiedergabe der zu merkenden Items in der Lage. Eine formale Gedächtnisprüfung ist nicht mehr möglich.

Erhaltene Gedächtnisfunktionen Das Demenzsyndrom vom Alzheimer-Typ weist ein charakteristisches Profil von Gedächtnisstörungen auf. Im Gegensatz zu den geschilderten Problemen in verschiedenen Gedächtnisbereichen steht die relativ ungestörte Leistung »sensorischer Register« (7 Abschn. 40.3), beispielsweise der Fähigkeit, Zahlen und Wörter unmittelbar nachzusprechen. Dies gilt zumindest für die leichte und mittelgradige Ausprägung der Alzheimer-Demenz. Dazu kommt, dass Patienten mit einem derartigen Demenzsyndrom in gewissem Umfang motorische Fertigkeiten lernen können.

ter auch in bekannter Umgebung. Die Patienten vergessen Ortsmarker und die relative räumliche Lage von Objekten zueinander. Dies ist u. U. mit einer Schädigung der Neurone des Hippocampus und der parahippocampalen mediotemporalen Hirnareale zu erklären und dürfte, nach dem BraakModell (Braak u. Braak 1991), der Grund sein, warum in eindeutigen Fällen von Alzheimer-Demenz die örtliche Desorientierung charakteristisch ist. Eine Störung der zeitlichen Orientierung um mehr als ca. eine Woche (bei Personen älter als 80 Jahre mehr als ca. zwei Wochen) sollte als Zeichen einer Störung angesehen werden und Anlass zu Nachuntersuchung geben.

diagnostisch z. Z. noch nicht anders zugeordnet werden kann. ! Von einem Demenzsyndrom kann erst gesprochen werden, wenn zu der Gedächtnisstörung Defizite in weiteren neuropsychologischen Leistungsdimensionen getreten sind, wie eine aphasische, apraktische Symtomatik, exekutive Störungen bzw. Störungen der Urteilsfähigkeit.

Eine Interaktion von verbalen Gedächtnisstörungen mit Störungen der Sprachfunktionen ist zu vermuten, wenn diese beiden Störungen gemeinsam vorliegen. Bei der Wiedergabe von Lernlisten können normalerweise zunächst nur wenige Wörter wiedergegeben werden. Wird jedoch eine Hilfestellung gegeben, schränkt dies die möglichen Alternativen ein und erleichtert die Wiedergabe. Bei der Hilfestellung durch semantische Kategorien profitieren Patienten mit Alzheimer-Demenz in geringerem Maße von der Nennung der Hinweisreize. Der Grund dafür könnte in den bei Demenz zusätzlich früh gestörten Sprachfunktionen zu suchen sein. Ein Test, der auf diesem »cued recall« basiert, stellt möglicherweise deshalb eine gutes diagnostisches Untersuchungsverfahren dar (Grober et al. 1988).

Interaktionen Außer der Störung von Gedächtnisfunktionen muss, nach den gängigen Kriterien des Demenzsyndroms vom Alzheimer-Typ (z. B. ICD-10 der WHO) mindestens noch eine weitere Dimension gestörter kognitiver Leistungen hinzukommen, damit von einem Demenzsyndrom gesprochen werden kann. Besteht eine progressive amnestische Symptomatik verbleibt der Patient zunächst im Stadium eines amnestischen Syndroms, das

! Früheste Veränderungen des Gehirns bei AlzheimerDemenz betreffen speziell Bereiche des Hippocampus und den angrenzenden entorhinalen Kortex. Beim normalen Altern treten dort bereits, allerdings leichtergradig, Veränderungen auf. Diese mediotemporale Pathologie kann den Beginn der neuropsychologischen Symptomatik der Demenz vom Alzheimer-Typ im Bereich des episodischen Gedächtnisses erklären.

66

684

Kapitel 66 · Demenz

66.2.3

Aphasische Symptomatik

Bei einer Alzheimer-Demenz treten häufig Sprachstörungen als zweite Dimension neuropsychologischer Störungen auf. Nach dem Braak-Modell (Braak u. Braak 1991) wird dies mit der progredienten Ausbreitung der AlzheimerPathologie, d. h. von Neurofibrillen und Plaques, auf den Temporallappen erklärt.

Wortfindungsstörung

66

Zunächst fällt eine Störung der Wortfindung auf. Man hat hier auch von der anomischen Phase der AlzheimerDemenz gesprochen. Ein Umstand muss dabei berücksichtigt werden: Das Finden des passenden Wortes, d. h. der Abruf aus dem semantischen Lexikon, ist normalerweise schon eine relativ schwierige Aufgabe, wobei es, vermutlich wegen des großen Umfangs des semantischen Lexikons, bisweilen bereits im Alltag zu Problemen wie Stocken oder Umschreiben des Zielworts kommt. Bei Patienten mit Demenz ist diese Schwierigkeit deutlich verstärkt. Sie kommen im Verlauf immer häufiger nicht auf das intendierte Wort und versagen bei Bildbeschreibungsaufgaben oder dem Erklären von Sprichwörtern. Tests, die das einfache Benennen von Objekten verlangen, zeigen zwar ein Defizit von Patienten mit Alzheimer-Demenz, jedoch zumeist erst in mittleren und späteren Stadien. Eine zentrale These zur aphasischen Symptomatik beim Demenzsyndrom vom Alzheimer-Typ ist, dass es sich zunächst primär um eine Störung des semantischen Systems handelt (Hodges et al. 1996). Dafür sprechen einige Befunde die im Folgenden dargestellt werden. Die Syntax und die Spontansprache ist zunächst unauffällig, wenn man von den Wortfindungsproblemen absieht. Wird der Patient aber gebeten, Wörter einer semantischen Kategorie zu finden (beispielsweise Möbel oder Tiere), zeigt sich ein markantes Defizit. Nun muss einschränkend erwähnt werden, dass ein derartiger Test der »semantischen Fluency« nicht allein von der Wortfindung abhängt, sondern auch von anderen Funktionen: Die Organisation des Abrufs aus dem semantischen Lexikon wird als eine der exekutiven Funktion des frontalen Kortex angesehen (7 Abschn. 44.1.5). Auch kann eine allgemeine Verlangsamung zur Erniedrigung der Testleistung beitragen. Möglicherweise sind eben aus mehreren Gründen »Fluency-Tests« besonders für die neuropsychologische Demenzdiagnostik geeignet. Ein weiterer Befund spricht für eine herausragende Beeinträchtigung des semantischen Systems bei AlzheimerDemenz: Die »Fluency« ist stärker gemindert, wenn Wörter

nach semantischen Kategorien gesucht werden müssen, als wenn Wörter nach anderen Merkmalen, wie z. B. nach einem bestimmten Anfangsbuchstaben (Monsch et al. 1992), produziert werden müssen.

Sprachverständnisstörung Wenn das semantische System betroffen ist, ist eine Störung des Sprachverständnisses zu erwarten. Tatsächlich tritt sie regelmäßig zur Symptomatik gestörter Wortfindung hinzu. Die Patienten verstehen beispielsweise Fragen nicht; im Interview antworten sie ausweichend oder völlig abwegig. Im Token-Test, einem Aphasietest, bei dem verbale Instruktionen, unterschiedlich geformte und farbige Plättchen zu zeigen, verstanden werden sollen, wird ein Defizit gefunden. Von einem Stadium der transkortikal sensorischen Aphasie ist gesprochen worden (Cummings et al. 1985). Dazu passt u. a. auch, dass das Nachsprechen lange Zeit ungestört bleibt. Charakteristischerweise sprechen Patienten nach, ohne den Inhalt zu erfassen (in Extremfällen spricht man von Echolalie).

Interaktionen Die Prüfung des Lesesinnverständnisses involviert jeweils auch nichtsprachliche Leistungen: Einige Tests verlangen das Zeigen von entsprechenden Bildern und setzten somit das Erfassen der Bildinhalte voraus. Andere Tests verlangen die Ausführung von Handlungen und somit praktische Fähigkeiten. Die Höhe der Leistung in diesen Tests hängt also von der Integrität anderer Funktionssysteme ab. Das Lesesinnverständnis ist möglicherweise besonders ausgeprägt betroffen, was gerade mit den oben angeführten Abhängigkeiten von gleichzeitig bereits vorliegenden anderen neuropsychologischen Defiziten zu erklären wäre. Die Störung der Schriftsprache mit Alexie und Agraphie ist im späteren Verlauf der Demenzprogredienz üblich. Vermutlich ist sie jedoch nicht regelhaft Frühsymptom der Alzheimer-Demenz. Vor dem Hintergrund der Progredienz und der interindividuellen Verlaufsvarianz ist es naturgemäss schwierig, ein charakteristisches Profil der Sprachstörung bei Alzheimer-Demenz herauszuarbeiten. Irgendwann im Verlauf treten praktisch alle Phänomene der Aphasie auf. Von der Alzheimer-Demenz weitgehend verschont bleiben nur wenige Symptome. Die Spontansprache bleibt lange Zeit flüssig; das Auftreten einer mühsamen Sprache im Telegrammstil ist unüblich. Übereinstimmend ist hervorgehoben worden, dass Syntax und Phonologie erst spät gestört werden. Phonematische Paraphasien treten, wenn überhaupt, erst in späteren Stadien auf.

685 66.2 · Neuropsychologische Symptomatik des Demenzsyndroms vom Alzheimer-Typ

66.2.4

Störung exekutiver Funktionen und des Planens

Exekutive Störungen sind noch unvollständig verstanden und daher wird der Begriff mit unterschiedlichen Bedeutungen belegt. Von einigen Forschern wird darunter die exekutive Kontrolle verstanden (Benson 1994), d. h. die Planung von Antwortaktionen mit Antizipation der möglichen Auswirkungen, sowie die Auswahl der Antwortaktion und das Monitoring der Auswirkungen (7 hierzu ausführlicher Abschn. 44.1 und 45.2). Diese Funktionen, speziell Planungsaufgaben, sind bei Demenz bereits früh deutlich beeinträchtigt. Von anderen Forschern wird zu den exekutiven Funktionen eine Anzahl von Prozessen hinzugerechnet, die für die Steuerung der Antwortmotorik notwendig sind. Dazu zählen unter anderem das Implementieren von intendierten Stimulus-Response-Kanälen, die Unterdrückung von irrelevanten mentalen Prozessen und irrelevanten StimulusResponse-Kanälen und ein Halten der Aktivität zur Vorbereitung auf motorische Aktionen bzw. von antwortrelevanten mentalen Inhalten im Arbeitsgedächtnis. Derartige Störungen fallen beispielsweise schon bei einfachen Aufgaben auf, wie beim Kopfrechnen, wenn Zwischenergebnisse oder der Subtrahend bei seriellen Subtraktionen vergessen werden. Zwar sind in frühen Stadien der AlzheimerDemenz im präfrontalen Kortex nur sehr geringe neuropathologische Veränderungen zu beobachten, aber möglicher weise spielen bei der Störung von exekutiven Funktionen metabolische Veränderungen und die Auswirkungen der Störung von Hirnstammkernen eine Rolle. Neue Erebnisse zu frontaler Ablagerung von A-β-Peptiden können evtl. auch die frühen exekutiven Störungen in der Entwicklung der Alzheimer-Demenz erklären. Eine Verlangsamung aller motorischer aber auch anderer mentaler Prozesse ist für den Alterseffekt typisch (7 Kap. 65) und kennzeichnet das Demenzsyndrom vom subkortikalen Typ, aber nicht das Demenzsyndrom vom Alzheimer-Typ.

66.2.5

Störung der Urteilsfähigkeit

Angehörige von Patienten mit einem Demenzsyndrom vom Alzheimer-Typ beklagen, dass der Patient bei Finanzoder Familienentscheidungen fehlende Übersicht beweist, falsche Einschätzungen liefert und letztlich fehlerhafte Entscheidungen fällt. Die Störung der Urteilsfähigkeit bezieht

sich auch auf die eigene Person, besonders die Beurteilung des Schweregrades der Krankheit oder der Prognose. Forschungsergebnisse über die Störung der Urteilsfähigkeit bei der Demenz existieren wenige und für die Diagnostik dieses Teilsyndroms bestehen keine einheitlichen Kriterien. Es ist vermutet worden, dass es sich bei der Störung der Urteilsfähigkeit um die Interaktion verschiedener Funktionsstörungen handelt. Die bei der Demenz auftretenden Sprachstörungen, Störungen des Arbeitsgedächtnisses und das amnestische Syndrom führen zu Störungen der Urteilsfähigkeit: Sprachstörungen wirken sich zunächst vor allem beim Verstehen des Sachverhalts aus sowie beim Abruf von Alternativen und Argumenten, die normalerweise weitgehend sprachlich ablaufen. Störungen des Arbeitsgedächtnisses und exekutiver Funktionen haben weiterhin zur Folge, dass aus dem Sachverhalt sich ergebende einschränkende Bedingungen, die für die mentale Bearbeitung aktiviert werden, nicht aktiv gehalten werden können. Diese Bedingungen und Zwischenergebnisse sind nach kurzer Zeit nicht mehr verfügbar. Das amnestische Syndrom kann sich auf die Entscheidungsfähigkeit auswirken, indem im Verlauf einer Evaluation vor der Ausführung der logischen Entscheidungsregel die Alternativen oder zumindest Aspekte der Argumente vergessen werden. Dazu kommt noch eine Interaktion mit nichtkognitiver Symptomatik. Beispielsweise wird im Rahmen apathischdepressiver Symptome eine allgemeine Entschlusslosigkeit, aber auch eine Verzögerung beobachtet, die eine angemessene Beurteilung, insbesondere bei vorhandenen Gedächtnisstörungen behindert. Andererseit stört auch ein Enthemmungssyndrom mit impulsiven Verhaltensweisen die Beurteilung komplexer Sachverhalte, weil der Patient quasi »instinktiv« schnell urteilt, noch bevor er den Entscheidungsraum angemessen gewürdigt hat. Nicht unerwähnt bleiben kann die Auswirkung von inhaltlichen Denkstörungen der Psychopathologie, besonders der Wahn. Patienten mit Demenz leiden in hohem Prozentsatz an flüchtiger Wahnsymptomatik. Ein häufiger Wahninhalt ist beispielsweise bestohlen worden zu sein; dabei spielt einerseits das Verlegen von Gegenständen eine Rolle und andererseits die Unfähigkeit zu verstehen bzw. einzusehen, dass der Sachverhalt sich anders verhält. ! Bei der Störung der Urteilsfähigkeit handelt es sich um ein komplexes, allerdings für die Demenz zentrales Merkmal. Die Auswirkungen von Störungen der 6

66

686

Kapitel 66 · Demenz

Urteilsfähigkeit sind schwerwiegend. Häufig sind sie Gründe für Pflegebedürftigkeit und insbesondere Heimaufnahmen. Dazu kommt wegen der Aufhebung der Geschäftsfähigkeit in vielen Fällen die Notwendigkeit juristischer Betreuung.

66.2.6

Störung visuell-räumlicher Funktionen

Die Wahrnehmung von Objekten, auch wenn sie unvollständig abgebildet sind, bereitet Patienten mit einem Demenzsyndrom vom Alzheimer-Typ im Frühstadium wenig Schwierigkeiten. Fehler in der perzeptuellen Analyse der räumlichen Aspekte tragen jedoch zu den Problemen der Patienten bei, Figuren (z. B. einfache Objekte oder räumliche Figuren wie ein Drahtmodell eines Würfels) zu kopieren. Bereits die Kopie zweier Fünfecke bereitet den Patienten Schwierigkeiten, wie es in der »Mini-Mental-

State Examination« (Folstein et al. 1975; Reischies et al. 1997) verlangt wird. Unzweifelhaft ist neben einer perzeptuellen Störung vor allem die visuell-räumliche Koordination der Handbewegung für zielgerichtete Handlungen gestört. Oft wird von konstruktiver Apraxie gesprochen, ohne auf die Fehler in den speziellen räumlichen Aspekten von Zeichnungen einzugehen. Fehler in der Imitation von Hand-Faust-Sequenzen sind früh in der Entwicklung von Alzheimer-Demenzen zu beobachten. Patienten mit einem Demenzsyndrom vom AlzheimerTyp versagen bereits früh bei der Aufgabe, ein Objekt wie z.B. eine Uhr, die alle Ziffern und Zeiger aufweist und eine bestimmte Zeit anzeigt (Rouleau et al. 1996), aus der Vorstellung heraus zu zeichnen. Dabei spielen auch wiederum vielfältige Störungen eine Rolle. Zu den bereits oben genannten Komponenten dieses Defizits kommt eine Störung des Abrufs des mentalen Bildes, der visuellen Vorstellung. Eventuell spielt die Störung eines speziellen Speichers, eines Thesaurus visueller Bilder, zusätzlich eine Rolle.

Zusammenfassung

66

Die Demenzsyndrome zählen zu den häufigsten neuropsychiatrischen Krankheitsbildern, wobei das Demenzsyndrom vom Alzheimer-Typ die weiteste Verbreitung hat. Beim Demenzsyndrom vom Alzheimer-Typ treten zunächst Störungen des episodischen Gedächtnisses auf. In der Folge kommen Störungen in weiteren neuropsychologischen Dimensionen hinzu. Man hat dabei von »verwaschenen Herdsymptomen« gesprochen, womit gemeint ist, dass diese neuropsychologischen Symptome der Aphasie, der Apraxie etc. nicht in der reinen Form, wie bei lokalisierten Hirnläsionen jüngerer Erwachsener, beobachtet werden. Dies hängt erstens mit dem meist höheren Alter der dementen Personen zusammen, d.h. den gleichzeitig vorliegenden Alterseffekten auf die kognitiven Funktionen (7 Kap. 65). Ein zweiter Grund findet sich in der Natur der Hirnschädigung, die sich bei der AlzheimerDemenz von mediotemporalen Hirnarealen über den übrigen Assoziationskortex ausbreitet und früh auch subkortikale Kerngebiete beeinträchtigt, die zusätzlich die gesamten Hirnfunktionen beeinflussen. Ein dritter Grund besteht darin, dass bereits die diagnostischen Kriterien verlangen, dass mehrere Funktionsstörungen gleichzeitig

vorliegen müssen. Die Interaktionen dieser Störungen sowie die Interaktion kognitiver Funktionen mit psychopathologischer Begleitsymptomatik wie Depression, Affektkontrolle, Antriebsstörung, Impulskontrollstörung oder Wahn ist eine Besonderheit der neuropsychologischen Symptomatik bei Demenz. Die Störung der Urteilsfähigkeit mit unangemessenen Beurteilungen und Entscheidungen stellt ein spezielles neuropsychologisches Defizit des Demenzsyndroms dar und führt in vielen Fällen zu Betreuung und Heimeinweisung. Die Störung der Urteilsfähigkeit ist noch wenig neuropsychologisch untersucht worden. Unklar ist insbesondere, inwieweit es sich dabei um ein qualitativ eigenständiges Teilsyndrom handelt. Möglich wäre auch, dass es sich nur um die Addition von Sprachverständnisstörungen, semantischen Schwierigkeiten, Störungen des Arbeitsgedächtnisses, des episodischen Gedächtnisses und exekutiver Defizite handelt. Diagnostisch sind in den letzten Jahren Fortschritte erzielt worden, wobei jedoch die neuropsychologische Frühdiagnose weiterhin sehr unsicher ist. So ist die diagnostische Differenzierung der AlzheimerDemenz von der vaskulären Demenz mit neuropsychologischen Verfahren noch nicht einmal ansatzweise gelungen.

Anhang Glossar

– 689

Die wichtigsten anatomischen Strukturen des Gehirns – 703 Literatur

– 707

Sachverzeichnis

– 753

689

Glossar Absolutes Gehör. Die Fähigkeit, Tonhöhen ohne einen

zuvor gehörten und benannten Referenzton korrekt zu benennen. Frühes musikalisches Training vor dem Alter von 9 Jahren scheint die Ausbildung des absoluten Gehörs zu fördern. Darüber hinaus ist eine genetische Komponente für den Erwerb des absoluten Gehörs von Bedeutung. Achromatopsie. Seltene Störung der visuellen Wahrneh-

mung, bei der es zu völliger Farbenblindheit kommt. Ursache: entweder Ausfall der Zapfen-Photorezeptoren in der Netzhaut (Stäbchenmonochromasie) oder Läsionen des visuellen Kortex (zerebrale Achromatopsie).

Öffnung eines Natriumskanals, über den positiv geladene Natrium-Ionen in das Innere des Neurons einströmen können. Allozentrisch. Beobachter-unabhängig; außerhalb des ego-

zentrischen Raumes. Amusie. Störungen der Musikverarbeitung meist nach Hirnläsionen, selten angeboren als »kongenitale Amusie«. Rezeptive Amusie bezeichnet eine Störung der Musikwahrnehmung, expressive Amusie eine Störung der musikalischen Produktion. Anopie, Anopsie. → zerebrale Blindheit

Adaptation oder motorisches Lernen. Optimierung einer

spezifischen visuomotorischen Transformation. Wichtige Beispiele sind die Adaptation der Sakkadenamplitude oder des Verstärkungsfaktors des vestibulo-okulären Reflex. Afferenzen. Alle Zuflüsse neuronaler Information zum

zentralen Nervensystem (ZNS). Im engeren Sinne: alle Erregungen, die aus der Peripherie dem ZNS zugeleitet werden.

Anosognosie. Das mit einer umschriebenen Hirnschädi-

gung einhergehende, pathologische Nichterkennen einer offensichtlich bestehenden Halbseitenlähmung, kortikalen Blindheit, Hemianopsie oder Taubheit. Es scheint, als ob den Patienten das Bewusstsein für ihre Erkrankung fehlen würde. Anton-Syndrom. Historischer, nur noch selten gebrauchter

Agnosie. Durch Hirnschädigung bedingte Störung des Er-

kennens bei erhaltener primärer Wahrnehmung. In Abhängigkeit von der Sinnesmodalität der betroffenen Wahrnehmungen werden visuelle, akustische, taktile, olfaktorische etc. Agnosien unterschieden. Agnosie von Objektorientierungen. Durch Hirnschädigung bedingtes Unvermögen, die Orientierung von Objekten zu bestimmen, obwohl diese Objekte einwandfrei identifiziert werden können.

Begriff für eine → Anosognosie für kortikale Blindheit. Apperzeptive Agnosie. Variante der Agnosie, bei der zwar

elementare perzeptive Leistungen erhalten sind, aber ihre Integration zu einem kohärenten Bild des Objekts misslingt.

Akinetopsie. Beeinträchtigung oder Unfähigkeit, visuelle Bewegung wahrzunehmen (visuelle Bewegungsblindheit).

Apraxie. Motorische Fehlhandlungen bei bestimmten Aufgaben kontrastieren mit normaler Geschicklichkeit in anderen Handlungen. Der Kernbereich des Apraxiebegriffs sind Störungen des Imitierens, der Ausführung von bedeutungsvollen Gesten auf Aufforderung und des Werkzeugund Objektgebrauchs.

Aktionspotential. Kurzzeitige Umpolarisation des Membranpotentials von Neuronen, die entlang des Axons fortgeleitet wird, in der Axonterminale die Freisetzung von Neurotransmitter nach sich zieht und damit die Grundlage für die Beeinflussung benachbarter Neurone schafft. Die Umpolarisation ist im Wesentlichen Folge der vorübergehenden

Arbeitsgedächtnis (engl. working memory). Das Modell des Kurzzeitgedächtnisses wurde durch das Modell des Arbeitsgedächtnisses abgelöst. Prozesse des Arbeitsgedächtnisses machen Information kurzfristig für weitere Verarbeitung verfügbar. Das Arbeitsgedächtnis stellt eine hochgradig generelle Ressource des kognitiven Systems dar, die für

690

Glossar

zahlreiche verschiedene Aufgaben erforderlich ist. Die Information geht verloren, wenn sie nicht innerhalb von 1–2 Sekunden erneut durch Verwendung aktiviert wird, und muss dann aus dem Langzeitgedächtnis rekonstruiert werden. Vieles spricht dafür, dass im Arbeitsgedächtnis nicht mehr als 4 »Einheiten« gleichzeitig aktiv gehalten werden können. Die begrenzte Kapazität des Arbeitsgedächtnisses wird verantwortlich gemacht für die Grenzen kognitiver Leistungen, insbesondere bei komplexen Denkaufgaben. Asomatognosie. Anosognosie für Halbseitenlähmung

(→ Anosognosie), bei der die Patienten leugnen, dass die betroffene Extremität zu ihnen gehört. Solche Patienten versuchen manchmal, die gelähmte Extremität aus dem Bett zu schieben. Assembly. Neuronenverband, der durch seine kohärente

Aktivität die Grundlage für eine (Objekt)repräsentation bildet.

Bálint-Syndrom. → Bálint-Holmes-Syndrom Basalganglien. Mit dem Begriff werden Striatum, das aus Nucleus caudatus und Putamen besteht, und das Pallidum, das in ein äußeres und in ein inneres Segment unterteilt werden kann, zusammengefasst. Funktionell werden auch die Substantia nigra und der Nucleus subthalamicus dazugezählt. Funktionell stehen sie in engem Zusammenhang mit dem präfrontalen Kortex. Belohnungssystem. War eine spezifische Verhaltensleistung nützlich oder eher abträglich für den Organismus? Eine Verhaltensleistung ist dann nützlich, wenn sie den Organismus belohnt, indem sie Bedürfnisse wie etwa Hunger oder Durst befriedigt. Unter dem Begriff des Belohnungssystems werden die Schaltkreise zusammengefasst, deren Aufgabe die Beurteilung des Belohnungswertes von Verhaltensleistungen ist. Bewegungskontrolle. An der Kontrolle von Bewegun-

Assoziative Agnosie. Variante der Agnosie, bei der die per-

zeptive Verarbeitung intakt ist, aber keinen Anschluss an das im semantischen Gedächtnis gespeicherte Wissen über die Dinge der Welt findet. Asymbolie. Auffassung, dass bei Patienten mit Aphasie nicht bloß die Sprache, sondern allgemein die Fähigkeit, Zeichen zu bilden und zu verwenden, beeinträchtigt ist.

gen sind zwei Mechanismen beteiligt: Die »open-loop control« ermöglicht die schnelle Ausführung von Bewegungen unabhängig von Feedback, und die »closedloop control« ermöglicht die adaptive Steuerung von Bewegungen anhand des eintreffenden Feedbacks. Meist arbeiten die Mechanismen bei der Bewegungssteuerung zusammen. Bewegungszeit (engl. movement time, MT). Zeit, die

Auditive Agnosie. Unfähigkeit, Geräusche oder Sprach-

laute zu erkennen, obwohl die Hörfähigkeit nicht erloschen ist.

zwischen dem Beginn und dem Ende einer Bewegung verstreicht. Indikator für die Information, die eine Person verarbeiten muss, um eine Bewegung auszuführen.

Aufrufbedingungen. Wenn eine Bewegung häufig nach

Bindungsproblem (engl. binding problem). Problem der

bestimmten Reizen ausgeführt wird, können die Reize als Aufrufbedingungen in die Repräsentation der Bewegung integriert werden. Sobald wahrgenommene Reize mit den Aufrufbedingungen übereinstimmen, wird der Handlungsplan als Ganzes ausgelöst.

Integration von Information, die verteilt in einem neuronalen System bearbeitet wird.

Automatismen, sprachliche (engl. recurring utterances).

Nicht kommunikationsadäquate Produktion stereotypen sprachlichen Materials bei globaler Aphasie. Bálint-Holmes Syndrom. Die nach beidseitigen Läsionen

des parieto-okzipitalen Kortex auftretende Kombination von → Simultanagnosie, Blickbewegungsstörungen, Störung der räumlichen Orientierung und → optischen Ataxie.

Binokulärer Wettstreit. Widersprüchliche Wahrnehmungssituation, die dann auftritt, wenn den beiden Augen sehr unterschiedliche Reize dargeboten werden. In diesem Fall erfolgt die Wahrnehmung alternierend jeweils nur durch eines der beiden Augen. Blindsehen (engl. blindsight). Nichtreflexive Sehleistungen, die sich in absolut rindenblinden Gesichtsfeldanteilen nachweisen lassen.

691 Glossar

BOLD-Kontrast. Blood Oxygenation Level Dependent Con-

trast. Ein Kontrast, der auf den unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften von Oxy- und Deoxyhämoglobin beruht. Der BOLD-Kontrast ist ein guter indirekter Marker für neuronale Aktivität in einer Gehirnregion und wird bei der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) genutzt. Bottom-up-Effekte. Der Einfluss, den Stimulusparameter

auf das Aktivitätsniveau sensorischer Neurone in der Großhirnrinde haben. So bewirkt z. B. steigender Kontrast eines visuellen Reizes i. Allg. eine erhöhte Aktivierung kortikaler Neurone (→ Top-down-Modulation). Closed-loop control. → Bewegungskontrolle Corpus geniculate laterale. An der Hinterseite des Thalamus gelegener Teil des Zwischenhirns. Erste Umschaltstation für visuelle Signale aus der Netzhaut (Retina). Filterung und Modifikation der Signale, u. a. in Abhängigkeit vom Wachheitszustand. Deafferentierung. Durch Operationen, Verletzungen oder

Erkrankungen ausgelöste starke Beeinträchtigung der afferenten, somatsosensorischen Leitungsbahnen. Zustand, in dem keine oder nur noch wenige somatosensorische Informationen in das Gehirn gelangen. Delir. Kombination von Bewusstseins- und Aufmerksamkeitsstörungen sowie Defiziten kognitiver Funktionen und/ oder der Sinneswahrnehmung durch eine diffuse Hirnfunktionsstörung. Im deutschen Sprachraum häufig als »Verwirrtheitszustand« bezeichnet, wobei dann der Begriff »Delir« auf Kombinationen mit vegetativer Entgleisung bei Substanzmissbrauch und endokrinen Krisen beschränkt verwendet wird. Deuteranopie. Genetisch bedingte Störung des Farbensehens, bei der ein Teil der Zapfen in der Netzhaut (die Grün-Zapfen) ausfällt. Es sind dann nur Rot- und BlauZapfen vorhanden. Es kann auch zu einer verringerten Anzahl an Grün-Zapfen kommen, was sich als Rot-GrünSchwäche manifestiert und als Deuteranomalie bezeichnet wird. Diaschisis. Auf von Monakow (1914) zurückgehendes

Konzept, das besagt, dass die Schädigung eines Hirnteils die Funktion anderer, z. T. weit entfernt liegender, Hirnteile be-

einträchtigt. Grundlage des Diaschisis-Effekts sind nach dieser Vorstellung die exzitatorischen oder inhibitorischen Projektionen zwischen den Arealen. Diffusionstensorbildgebung (DTI). Kernspintomographi-

sche Technik, mit der die Hauptrichtung der Diffusion in verschiedenen Gehirnarealen geschätzt werden kann. Diese Hauptdiffusion ist eine gute Näherung für die Hauptrichtung des Faserverlaufs in der weißen Substanz des Gehirns. Disparität, stereoptische. Disparität und horizontale Dis-

parität/Querdisparität werden oft synonym gebraucht. Der (horizontale) Abstand zwischen den retinalen Orten der beiden Augen, auf welche die zwei Bilder eines Objekts projiziert werden. Retinale Disparität stellt ein wichtiges Maß für räumliche Tiefe dar. Dopamin. Neurotransmitter aus der Gruppe der Katecholamine, der von Neuronen des Mittelhirns (Substantia nigra) eingesetzt wird. Dopamin vermittelt als Teil des (→) »Belohnungssystems« Informationen über den erwarteten und erfahrenen Nutzen von Verhaltensleistungen. Dorsales und ventrales visuelles System. Zwei funktional und anatomisch spezialisierte Verarbeitungssysteme im menschlichen Gehirn, die auf räumliche und visuomotorische (parietale Route) bzw. objekt- und gesichterspezifische Merkmale (temporale Route) der visuellen Informationsverarbeitung spezialisiert sind. Duplex-Theorie des Richtungshörens. Zur Bestimmung

der horizontalen Position einer Schallquelle nutzt das auditive System → interaurale Zeitdifferenzen und → interaurale Pegeldifferenzen innerhalb unterschiedlicher Frequenzbereiche. Interaurale Zeitdifferenzen in der Feinstruktur der Schallwellen kann das Hörsystem nur bei tiefen Frequenzen genau genug analysieren, während der Schallschatten des Kopfes nur im hochfrequenten Hörbereich ausreichend große Pegeldifferenzen produziert. Dysarthrie. Durch eine Schädigung des zentralen oder des peripheren Nervensystems verursachte Störung der Ausführung von Sprechbewegungen. Die wichtigsten Pathomechanismen der Dysarthrien sind Parese (schlaff, spastisch), Hypokinesie und Rigidität, Ataxie, Dyskinesie/Dystonie und Tremor. Patienten mit Dysarthrie sprechen meist verlangsamt und sind meist schwer verständlich.

692

Glossar

Dysgraphie. Erworbene Störung des Schreibens bei prä-

morbid routinierten Schreibern. Dyslexie. Erworbene Störung des Lesens bei prämorbid geübten Lesern. Echo Planar Imaging (EPI). Sehr schnelle Methode der

Bildaufnahme bei der funktionellen Kernspintomographie (fMRT). Mit dieser Technik ist es möglich, Aufnahmen des ganzen Kopfes in ca. 2 s anzufertigen.

die primär mit den Funktionen des Frontalhirns zusammenhängen. Folgende Prozesse werden zu den exekutiven Funktionen gezählt: Aufmerksamkeit und Inhibition, Aufgaben-Management, Handlungsplanung und Handlungsüberwachung. Sie dienen dazu, Handlungen über mehrere Teilschritte hinweg auf ein übergeordnetes Ziel zu planen, Aufmerksamkeit auf hierfür relevante Informationen zu fokussieren und ungeeignete Handlungen zu unterdrücken. Feedback. Sensorische Information, die während der

EEG. Elektroenzephalographie. Egozentrisch. Beobachter-zentriert. Mittelpunkt/Anker eines egozentrischen Koordinatensystems ist der (Standpunkt des) Beobachter(s). Einfache visuelle Reizerscheinungen. Sehen von einfachen (unbunten oder bunten) Formen oder Mustern ohne externen Reiz, die durch pathologische neuronale Entladungen in den frühen visuellen kortikalen Arealen hervorgerufen werden. Elektroenzephalographie (EEG). Methode, mit der geringe

Gehirnströme von der Kopfhaut abgeleitet werden können. Ereigniskorrelierte Potentiale (EKP). Auf der Kopfoberfläche ableitbare Potentialschwankungen (Amplitude: einige Mikrovolt), die zeitlich an ein sensorisches, motorisches oder kognitives Ereignis gekoppelt sind. Bei dieser Technik werden Stimuli zu präzise definierten Zeitpunkten präsentiert und die an jeder Elektrode mit Elektroenzephalographie (EEG) oder Magnetenzephalographie (MEG) gemessenen Signale für ein bestimmtes Intervall um diesen Zeitpunkt herum extrahiert. Danach werden diese Signalabschnitte für einzelne Stimulusklassen über alle Wiederholungen gemittelt, um ein repräsentatives Mittelwertsignal zu erhalten. Event-related fMRT (efMRT). Verfahren der funktionellen

Kernspintomographie (fMRT) analog zu den evozierten Potentialen in der Elektroenzephalographie (EEG) oder Magnetenzephalographie (MEG). Stimuli werden zu definierten Zeitpunkten präsentiert und die Daten danach in Bezug auf diesen Zeitpunkt analysiert. Exekutive Prozesse. Exekutive Funktionen beschreiben einen Sammelbegriff für höhere kognitive Kontrollprozesse,

Ausführung einer Bewegung oder unmittelbar danach auftritt. Dazu gehört propriozeptive, visuelle, taktile oder auditive Information und auch von außen gegebene Information über den Verlauf und das Ergebnis der Bewegung. Fehlermaße zur Erfassung von Bewegungen. Resultieren aus dem Vergleich des Ergebnisses einer Handlung mit einem vorher festgelegten Ziel. Absoluter Fehler: Absolute Differenz zwischen der aktuellen Leistung und dem Ziel in jedem Durchgang. Allgemeines Maß für die Genauigkeit. Konstanter Fehler: Summe der Differenzen zwischen Leistung und Ziel über mehrere Durchgänge (Über- vs. Unterschießen wird mit +/-Zeichen bewertet). Allgemeines Maß für die Tendenz, in eine Richtung abzuweichen (bias). Variabler Fehler: Standardabweichung der konstanten Fehler über mehrere Durchgänge. Allgemeines Maß für die Konsistenz der Leistung. Feldpotentiale (lokale Feldpotentiale). Potentialverände-

rungen, die sich mit invasiven Mikroelektroden mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung ableiten lassen, die die Resultierende der Stromflüsse im Extrazellulärraum sind, die synaptische Aktivität, aber auch die Wanderung des → Aktionspotentials entlang des Neurons nach sich zieht. Die mit Oberflächensensoren abgeleiteten → EEG- bzw. → MEG-Signale können als räumlich gemittelte und zeitlich tiefpassgefilterte Resultierende der lokalen Feldpotentialaktivität verstanden werden. Filehne-Illusion. Während der Ausführung von → glatten

Augenfolgebewegungen wird die Verschiebung des Bildes auf der Netzhaut (Retina) mit Information über die momentan ausgeführte Augenbewegung verrechnet (→ Reafferenzprinzip). Diese Verrechnung ist nicht fehlerlos, die resultierende Scheinbewegung der stationären Umwelt wird Filehne-Illusion genannt.

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Fitts’ Gesetz. Mathematische Regel, die die Beziehung zwischen zunehmender Geschwindigkeit und abnehmender Genauigkeit bei der Bewegungsausführung beschreibt (→ »speed-accuracy trade-off«). Flimmerskotom. Charakteristische visuelle Reizerscheinung bei Migräne, die typischerweise aus Punkten oder einfachen Linien besteht und sich vom Gesichtsfeldszentrum langsam zur Peripherie bewegt.

zweite Eingang ist für sich allein unwirksam. Er vermag aber die Antwort auf den ersten Eingang zu modulieren, wenn beide gemeinsam einwirken können. Gain-Modulation ist ein neuronales Kodierungsprinzip, das wichtigen Anteil an der Transformation von räumlichen Koordinaten hat (→ Koordinatentransformationen) und Neuronen die gleichzeitige Beteiligung an mehr als einer Leistung ermöglicht. Generalisierte auditive Agnosie. Unfähigkeit, sowohl Ge-

fMRT. → Funktionelle Magnetresonanztomographie Fokale Dystonie, aufgabenspezifische Dystonie, Beschäftigungskrampf. Auf einen Ort/eine Extremität beschränk-

ter Verlust des muskulären Grundtonus. Die motorische Dysfunktion ist vermutlich durch ständiges, intensivstes Wiederholen von stereotypen Bewegungsabfolgen begründet. Sie bezieht, z. B. bei der Hand den Verlust der Kontrolle über die Motorik individueller Finger ein. Beim Musikerkrampf etwa verkrampfen sich beim Spielen des Instruments ein oder mehrere Finger, rollen sich in die Handfläche und lassen keine unabhängigen Bewegungen mehr zu. Ähnliches gilt für den Typistenkrampf, der Computeranwender heimsuchen kann. Fokale Dystonien beginnen meist im Erwachsenenalter, behindern die Berufsausübung oder führen zur Berufsunfähigkeit. Funktionelle Bildgebung. Im engeren Sinne wird damit

meist bezeichnet: die Positronenemissionstomographie (PET), funktionelle Kernspintomographie (fMRT) und die Magnetenzephalographie (MEG). Aber auch die transkranielle Magnetstimulation (TMS) und z. B. die EEG-Kohärenzanalyse werden manchmal dazu gerechnet. Funktionelle Kernspintomographie = Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT). Bildgebendes Verfahren

in den kognitiven Neurowissenschaften. Diese Technik beruht auf dem Prinzip, dass durch neuronale Aktivität lokale Änderungen in der Blutsauerstoffkonzentration auftreten. Mit geeigneten Untersuchungsparadigmen und Kontrollbedingungen kann in einer Messung nachgewiesen werden, dass ein bestimmtes Hirnareal (oder mehrer Areale) an einer Aufgabe beteiligt sind. Gain-Modulation. Die Entladungsrate eines Neurons wird durch zwei Eingänge bestimmt. Der erste Eingang kann das Neuron zu einer Entladung veranlassen, deren Stärke in einer Beziehung zur Größe des Eingangsignals steht. Der

räusche als auch Sprachlaute zu erkennen, obwohl die Hörfähigkeit nicht erloschen ist. Geräuschagnosie. → Reine Geräuschagnosie. Gestaltkriterien. Von den Gestaltpsychologen entdeckte Gesetzmäßigkeiten, die die Integration von Sinneseindrücken bestimmen. Glatte Augenfolgebewegung. Augenbewegung, die vor allem in der Anwesenheit eines bewegten Objekts ausgeführt wird. Dabei ist die Geschwindigkeit der Augenbewegung exakt an die Geschwindigkeit des Objekts angepasst, so dass das retinale Bild des bewegten Objekts stationär ist. Handlungsplan. Wird vor dem Beginn einer Bewegung erstellt und spezifiziert die Merkmale der auszuführenden Bewegung. Alternative Bezeichnung: Motorprogramm. Handlungsüberwachung. Mit der Ausführung einer zielgerichteten Handlung verknüpfte Evaluationsprozesse, die der Erkennung und Vermeidung potentieller und realer negativer Handlungsausgänge und ihrer Kompensation dienen. Der posteriore frontomediane Kortex nimmt eine zentrale Rolle bei der Handlungsüberwachung ein. Hemianope Lesestörung. Sammelbegriff für die Beeinträchtigung des Lesens aufgrund eines halbseitigen Gesichtsfeldausfalls, der das ganzheitliche Erfassen von Wörtern behindert. Die hemianope Lesestörung findet sich typischerweise in Fällen mit weniger als 3 Grad Restgesichtsgesichtsfeld links und weniger als 6 Grad rechts vom Ort des schärfsten Sehens (Fovea). Hemianopsie. Durch eine einseitige Hirnschädigung (z. B.

Schlaganfall) hervorgerufener Ausfall einer Gesichtsfeldhälfte (jeweils kontralateral zur Hirnschädigung).

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Glossar

Hemineglect. Nur noch selten gebräuchlicher Ausdruck für einen → Neglect. Hemiparese. Durch eine einseitige Hirnschädigung (z. B. Schlaganfall) hervorgerufene teilweise Lähmung des Armes und Beines kontralateral zur Hirnschädigung. Hemiplegie. Durch eine einseitige Hirnschädigung (z. B.

Schlaganfall) hervorgerufene vollständige Lähmung des Armes und Beines kontralateral zur Hirnschädigung. Hicks Gesetz. Mathematische Regel, die die Vorhersage des Anstiegs der Reaktionszeit ermöglicht, sobald die Anzahl der Reaktionsalternativen bekannt ist. Ideatorische und ideomotorische Apraxie. Einteilung der Apraxien nach einem hierarchischen Modell der Handlungskontrolle. Bei der ideatorischen Apraxie soll der Handlungsplan, bei der ideomotorischen seine Umsetzung in motorische Programme gestört sein. Die Berechtigung dieser Unterteilung ist fraglich. In der Literatur wird ideatorische Apraxie vielfach mit gestörtem Werkzeug- und Objektgebrauch und ideomotorische Apraxie mit gestörten Handlungen ohne Objekt (Imitation und bedeutungsvolle Gesten auf Aufforderung) gleich gesetzt. Ikonisches Gedächtnis. Sensorisches Gedächtnis. Indirekte Verfahren. Die Verarbeitung, die ein Sinnesreiz

erfährt, wird erschlossen aus dem Einfluss, den seine Darbietung auf die Antwort auf einen als Zielreiz fungierenden zweiten Reiz ausübt. Intentionen. Repräsentationen von Zielzuständen, die aus-

geführte Bewegungen steuern. Intentionen bestimmen das Ziel der Handlung und beeinflussen die Auswahl und die Ausführung der Bewegung, die zur Zielerreichung eingesetzt werden soll. Interaurale Pegeldifferenz. Unterschied im Schalldruck-

pegel seitlich einfallender Schallwellen am schallzugewandten und am schallabgewandten Ohr. Die durch den Schallschatten des Kopfes bedingte interaurale Pegeldifferenz ist zusammen mit der → interauralen Zeitdifferenz ein wichtiger Richtungsparameter für die Lokalisation von Schallquellen in der Horizontalebene.

Interaurale Zeitdifferenz. Unterschied in der Laufzeit seitlich einfallender Schallwellen zum schallzugewandten und zum schallabgewandten Ohr. Zusammen mit der → interauralen Pegeldifferenz ist die interaurale Zeitdifferenz ein wichtiger Richtungsparameter für die Lokalisation von Schallquellen in der Horizontalebene. Internes Modell. Begriff stammt ursprünglich aus den Ingenieurswissenschaften. In der Neurobiologie wird damit i. Allg. gemeint, dass in bestimmten Teilen des Gehirns Abbilder der wesentlichen physikalischen Eigenschaften eines Objekts oder anderer Teile der Welt oder auch der physikalischen Eigenschaften von Körperteilen des Handelnden erzeugt werden. Ipsiläsional. Auf derselben Seite wie die Hirnschädigung. Kardinalzahl. Bezeichnet quantitative Zahlzuweisungen und bezieht sich auf die Anzahl von Elementen einer Menge (Kardinalität, »Numerosität«). Kleinhirn (Zerebellum). Das Kleinhirn funktioniert als Modulator für Muskelbewegungen. Es bewirkt präzise Veränderungen der Muskelspannung und koordiniert feine Bewegungen, die von anderen Gehirnteilen initiiert wurden. Es wirkt vor allem hemmend auf Größe, Umfang und Weite von Bewegungen. Neben den motorischen Funktionen wird auch die Beteiligung an kognitiven Prozessen diskutiert, da viele kortikale Strukturen zum Kleinhirn projizieren. Klüver-Bucy-Syndrom. Eine Reihe von Verhaltensauffällig-

keiten, die 1939 von Klüver und Bucy nach bilateraler Entfernung vorderer Anteile des Temporallappens von Affen beschrieben wurden (abnorme Zahmheit, undifferenziertes Fressverhalten, visuelle Agnosie, Hypersexualität etc.). Diese Konstellation an Symptomen kann auch bei Menschen, z. B. in Verbindung mit einer Herpes-Enzephalitis (durch bestimmte Herpesviren verursachte Entzündung des Gehirns), auftreten. Kognitive Karte. Teil des Langzeit- oder Referenzgedächtnisses für Wissen über Orte und räumliche Beziehungen im Distanzbereich von Navigationsaufgaben. Kognitive Karten gehen über Routengedächtnisse hinaus, indem sie die zielabhängige Neukombination von Routensegmenten, d. h. eine Routenplanung, erlauben. Im Gegensatz zu Routen sind kognitive Karten Teil des deklarativen

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Gedächtnisses, wobei allerdings die Abgrenzung zum episodischen Gedächtnis problematisch wird. Ein alternativer Definitionsversuch benutzt die Frage der Repräsentation metrischer Information (Distanzen, Winkel, Koordinaten). Kognitive Karten sind danach solche Ortsgedächtnisse, in denen die metrischen Koordinaten der Orte bekannt sind. Komplexe visuelle Reizerscheinungen. Sehen von komplexen visuellen Reizen (z. B. Objekte, Gesichter, Tiere, belebte und unbelebte Szenen), die durch krankhafte Erregung neuronaler Strukturen vor allem in temporo-okzipitalen Hirnarealen hervorgerufen werden. Konfabulationen. Fehlerhafte – meist ungewollte – Pro-

duktionen aus dem Gedächtnis. Konstanter Fehler. → Fehlermaße zur Erfassung von Be-

wegungen. Kontraläsional. Der Seite der Hirnschädigung gegenüber-

liegend. Koordinatentransformationen. Die Position von Körper-

teilen und Objekten kann in einer Vielzahl prinzipiell gleichwertiger Koordinatensysteme abgebildet werden. Beispiel: Lage eines Bildes auf der Netzhaut in einem zweidimensionalen Koordinatensystem, das durch eine vertikale und eine horizontale Achse durch die Fovea definiert wird. Genausogut könnte die Bildposition relativ zum Kopf oder zum Rumpf usw. definiert werden. Unterschiedliche Teile des Gehirns verwenden unterschiedliche Koordinatensysteme. Der Austausch von Informationen zwischen ihnen erfordert die Transformation der Positionsinformationen von einem Koordinatensystem in ein anderes.

Langzeitgedächtnis. Langfristiges Gedächtnis enormer

Kapazität. Informationen werden nicht einfach im Langzeitgedächtnis »gespeichert« und bei Bedarf aus diesem wieder »abgerufen« oder »ausgelesen«. Vielmehr spielen neben Vergessensprozessen auch rekonstruktive Prozesse eine wesentliche Rolle, wodurch es zu zahlreichen Verzerrungen beim Erinnerten im Vergleich zur Originalinformation kommen kann. Neben dem sog. Nachinformationseffekt gibt es zahlreiche weitere bekannte Gedächtnistäuschungen, die inzwischen gut untersucht sind. Lexikon. Gesamtheit der Wörter einer Sprache. Limbisches System. Mehrere stammesgeschichtlich ältere kortikale und subkortikale Strukturen (Gyrus cinguli, Hippokampus, Corpora amygdaloidea, Septum, Teile des Hypothalamus, Fornix etc.), die wie ein »Saum« (limbus) den Balken (Corpus callosum) und den Hirnstamm umgeben. Ursprünglich wurden diese Areale als eine funtionelle Einheit betrachtet, die insbesondere der Kontrolle vegetativer und emotionaler Reaktionen dienen soll (»visceral/emotional brain«). Neueren Befunden zufolge ist das »limbische System« aber z. B. auch an Leistungen des deklarativen Gedächtnisses beteiligt. Linguistik. Fachbegriff für Sprachwissenschaft. Untersucht

die menschliche Sprache, sucht die Regeln, die dem intuitiven Wissen des Sprechers entsprechen. Listing’sches Gesetz. Ein Sonderfall des generellen Pro-

bems der Freiheitsgrade. Augen verfügen über 3 Freiheitsgrade der Bewegung (horizontal, vertikal und torsional). Das Listing’sche Gesetz besagt, dass im Falle zielgerichteter Augenbewegungen die torsionalen Bewegungskomponenten minimiert werden.

Kortikale Reorganisation. Veränderungen in kortikalen

Repräsentationsarealen, die für bestimmte sensorische oder motorische Funktionen verantwortlich sind. Afferenter Einstrom und damit die Aktivierungsmuster wird durch intensive, verhaltensrelevante Übung moduliert oder durch mangelnden afferenten Einstrom oder Schädigung der Rezeptoren reduziert. In einer Kompetition für kortikale Repräsentation gewinnen stärker aktivierte Bereiche gegenüber denjenigen, die keine eigenen Afferenzen mehr erhalten. »Repräsentationskarten« werden somit zum Abbild der Bedeutung der Reizkonstellationen in der Peripherie (→ Plastizität).

Logische Form. Syntaktische Repräsentationsebene, die

alle und nur Informationen für die semantische Interpretation eines sprachlichen Ausdrucks enthält. In der generativen Grammatik (Chomsky) Input in das konzeptuell-intentionale Performanzsystem. Magnetenzephalographie (MEG). Methode, mit der gerin-

ge Magnetfeldänderungen innerhalb des Kopfes gemessen werden können. Diese Magnetfeldänderungen entstehen durch Aktivierung von Nervenzellen im Gehirn.

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Glossar

Mentale Rotation. Fähigkeit zur Drehung eines Reizes oder

Objekts in der Vorstellung entlang verschiedener Raumebenen (links/rechts; vorn/hinten; oben/unten). Diese Leistung wird zu den räumlich-kognitiven Fähigkeiten gezählt. MEG. Magnetenzephalographie. Migräne-Aura. Auftreten einfacher visueller Reizerscheinungen (z. B. Flimmerskotom) vor Einsetzen der Kopfschmerzattacken. Mikrostimulation. Künstliche Erregung kleiner Gruppen

von Neuronen durch winzige Ströme im Bereich von einigen Mikroampere, die über eine invasive Mikroelektrode appliziert werden. Mirror-Neurons (Spiegel-Neurone). Neurone im präfron-

talen und im parietalen Kortex, die entladen, wenn das Subjekt eine spezifische Aktion ausführt, und gleichmaßen entladen, wenn das Subjekt eine andere Person dieselbe Aktion ausführen sieht. Spiegel-Neurone sind als Grundlage von Imitation und Verstehen der Absichten anderer diskutiert worden. Monaurale Richtungsparameter. Der direkt an der Ohröffnung eintreffende Schall ist mit dem am Kopf und an der Ohrmuschel reflektierten Schall überlagert. Die daraus resultierenden von der Schallrichtung abhängigen Verzerrungen in der spektralen Zusammensetzung (monaurale Richtungsparameter) liefern vor allem eine Information über die vertikale Position der Schallquelle. Morphologie der Sprache. Untersucht die kleinsten bedeu-

tungstragenden Einheiten einer Sprache (Morpheme) und die Regeln, die ihrer Kombination zu Wörtern zugrunde liegen. Morphometrie. Eine Gruppe von auf der Kernspintomographie beruhenden technischen Verfahren. Mit der Morphometrie können eine Vergrößerung bestimmter Hirnbezirke, die neuronale Dichte und der Faserverlauf sowie die Faserdichte in zentralnervösen Strukturen bestimmt werden. Zukunftsträchtige Technik, die neue Einblicke in die Dynamik von Anpassungsvorgängen im Gehirn und von pathologischen Veränderungen z. B. bei neurodegenerativen Erkrankungen verspricht.

Musik. Bewusst gestaltete, zeitlich strukturierte Ordnung von akustischen Ereignissen in sozialen Kontexten. Musik kann als zweites menschspezifisches, innerartliches lautliches Kommunikationssystem verstanden werden. Die Funktion von Musik wird in der Organisation und Festigung sozialer Bindungen und im Erzeugen meist positiver Emotionen gesehen. Mutismus. Komplette Unfähigkeit zur willkürlichen Produktion sprachlicher Lautäußerungen, einschließlich der Unfähigkeit, willkürlich zu phonieren. Ein transienter Mutismus kann als Konversionsstörung unmittelbar nach einer Hirnschädigung auftreten, aber auch als schwere Ausprägung einer → Dysarthrie oder einer → Sprechapraxie. Nachinformationseffekt. Informationen, die im Anschluss an eine Lernsituation wahrgenommen und behalten werden, können die Erinnerung an die Originalsituation verzerren. Forschungen zur Zuverlässigkeit von Zeugenaussagen haben z. B. klar gezeigt, dass falsche Informationen, die in eine »Befragung« zum Hergang der Ereignisse eingebaut waren, Erinnerungen an das Originalereignis in eine bestimmte Richtung verzerren und sogar »Erinnerungen« an gar nicht vorgekommene Elemente des Hergangs der Ereignisse erzeugen können. Navon-Reize/-Buchstaben. Von Navon (1977) entwickelte

hierarchisch strukturierte Buchstaben, bei dem jeder große, globale Buchstabe sich aus mehreren einzelnen, kleinen Buchstaben zusammensetzt. Patienten mit → Simultanagnosie, können nur den lokalen Buchstaben benennen, während sie außerstande sind, den globalen Buchstaben zu erkennen. Neglect. Durch (in den meisten Fällen) rechtsseitige Hirn-

schädigung hervorgerufene Störung der Raumorientierung. Die Augen und der Kopf der Kranken weichen deutlich zur Seite der Hirnschädigung ab. Obwohl keine Gesichtsfeldstörung besteht, werden Personen, Gegenstände etc. nicht beachtet, wenn sich diese auf der gegenüberliegenden, linken Seite befinden. Neurolinguistik. Sprachwissenschaft, die sich mit pathologischer Sprache beschäftigt und die Beziehungen zwischen sprachlichen Funktionen und Gehirnarealen erforscht.

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Neuromagnetische Quellenlokalisation (engl. magnetic source imaging). Bereits Helmholtz, 1885, war bekannt,

dass die Messung elektrischer und magnetischer Aktivität außerhalb eines Volumenleiters keinen eindeutigen Schluss auf Lage und Stärke der Quellen dieser Aktivität zulässt. Bildlich gesprochen liefert die Aktivität an der Schädeloberfläche nur den zweidimensionalen Schatten einer dreidimensionalen Aktivität. Die Lösung, welche Quellen im Gehirn in einer bestimmten Millisekunde aktiv waren, wird eindeutig bei Berücksichtigung physiologisch-anatomischer Einschränkungen zu möglichen Quellenkonfigurationen, etwa dass die weiße Substanz keine wesentlichen Quellen elektrischer und magnetischer Aktivität außerhalb des Schädels hervorrufen kann und dass in der grauen Substanz Stromdipole senkrecht zur Oberfläche ausgerichtet sein müssen. Erfasst man die räumliche Anordnung vor allem der Hirnrinde aus dem Magnetresonanztomogramm, so kann man zu jedem Zeitpunkt eine Information über Ausdehnung, Lage und Stärke kortikaler Quellen erhalten. Numerischer Distanzeffekt. Die Unterscheidbarkeit zweier Anzahlen verbessert sich mit zunehmender numerischer Distanz zwischen diesen. Numerischer Größeneffekt. Die Unterscheidbarkeit zweier Anzahlen konstanter numerischer Distanz verschlechtert sich mit Zunahme der Beträge der Anzahlen.

gänzlich ungestörtem Benennen bei Wahrnehmung über andere Sinneskanäle und mit intakten visuoperzeptiven Leistungen. Optische Ataxie. Fehlerhafte Ausführung zielgerichteter Bewegungen beim Ergreifen eines Objekts oder beim Zeigen auf ein Ziel nach einseitiger, parieto-okzipitaler Hirnschädigung. Bei erhaltener Kraft und ungestörter Koordination der Bewegungen kommt es zu einem deutlichen Abweichen der Hand vom Ziel. Optischer Fluss. Bewegt man sich durch eine strukturierte Umwelt, so entsteht auf der Netzhaut ein charakteristisches Muster von Eigenbewegungen. Bei Translationen verlaufen die Objektbewegungen auf Linien, die aus einem sog. Expansionspunkt entspringen. Die Bewegung des Beobachters ist auf diesen Expansionpunkt gerichtet. Bei Rotationsbewegungen ist die Interpretation etwaiger Expansionspunkte schwieriger. Der optische Fluss spielt für die Schätzung der Eigenbewegung und auch für die Tiefenwahrnehmung eine große Rolle. Ordinalzahl. Bezeichnet die Position eines Elements in einer Folge von geordneten Elementen. Palilalie. Unwillkürliche Wiederholung von Silben, Wörtern oder Wortverbindungen innerhalb einer Äußerung als hinweisendes sprechmotorisches Symptom für eine Parkinson-Krankheit.

Numerosität. Kognitionspsychologisches Äquivalent des

mathematischen Begriffs »Kardinalität«, d. h. der abstrakten Anzahl der Objekte in einer Menge unabhängig von deren physikalischen oder gedachten, vorgestellten Eigenschaften. So können etwa die bekannten Rechenoperationen – Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division – anhand von Mengenoperationen und den Numerositäten der beteiligten Mengen definiert werden. Objektorientierungsagnosie. → Agnosie von Objektorien-

Paragraphie. Fehlreaktion beim Schreiben. Paralexie. Fehlreaktion beim Lesen. Periaquäduktales Grau. Ein Kerngebiet im Bereich des

Mittelhirns, das bei subhumanen Primaten, wahrscheinlich aber auch beim Menschen an der Koordination emotionaler Lautäußerungen (Warnrufe, Angstschreie etc.) beteiligt ist.

tierungen. Perseveration. Wiederholung einer initial adäquaten oder Open-loop control. → Bewegungskontrolle. Operator. Bezeichnung für sprachliche Ausdrücke wie

→ Quantoren, Fragepronomen usw.

inadäquaten motorischen oder sprachlichen Handlung oder von Teilen einer Handlung in unpassendem Kontext. Der Inhalt von Perseverationen ist anders als beim Automatismus nicht über längere Zeiträume (z. B. Tage) konstant.

Optische Aphasie. Fehler beim Benennen von gesehenen

Gegenständen kontrastieren mit weit besserem oder sogar

PET. → Positronenemissionstomographie.

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Glossar

Phantomschmerz. Gravierende, andauernde Schmerzen

nach Amputation von Gliedmaßen; können in Häufigkeit und Intensität zunehmen; sind durch »Bewegung« des Phantoms in der Vorstellung auslösbar und unterscheiden sich von denjenigen im Stumpf. Phantomschmerz ist mit einer Verzerrung der kortikalen Karte der Körperrepräsentation verknüpft, die durch die Deafferenzierung ausgelöst worden ist.

werden kann. Dieser erlaubt Rückschlüsse auf lokale Gehirnaktivität. Präfrontaler Kortex. Die vorderen Teile des Frontallappens, die nicht wie seine hinteren Teile (mit primärem Kortex und prämotorischen Kortex) der Motorik dienen. Problem der Freiheitsgrade. Biologische Bewegungseffek-

Phonem. Kleinste lautliche Einheit der Sprache, die keine

Bedeutung trägt, aber bedeutungsunterscheidend ist (z. B. Bein/Pein). Phonologie. Untersucht die Eigenschaften der bedeutungsunterscheidenden Sprachlaute (→ Phoneme) sowie die Regeln, die ihrer Kombination zugrunde liegen (→ Morphologie).

toren wie etwa der menschliche Arm verfügen über mehr Freiheitsgrade als nötig wären, um Objekte zu erreichen und zu manipulieren. Wie gehen wir mit dieser Redundanz an Möglichkeiten um? Was sind die Gesetzmäßigkeiten, die es uns erlauben, bestimmten Bewegungsformen den Vorzug zu geben? Das sind die Fragen, die das Problem der Freiheitsgrade ausmachen. Problem der inversen Dynamik. In der Newton’schen Me-

Phonologische Enkodierung. In psycholinguistischen Mo-

dellen der Sprachproduktion bezeichnet dieser Begriff die Prozesse, die eine aus einem Langzeitspeicher abgerufene Wortform in einen durch die Sprechmuskulatur ausführbaren Code, also in ein Bewegungsprogramm, transformieren. Photorezeptoren. Lichtempfindliche Sensoren in der Netzhaut des Auges, die Lichtenergie in nervöse Erregungen umwandeln. In der Netzhaut des Menschen gibt es Stäbchenphotorezeptoren, die wegen ihrer hohen Empfindlichkeit für das Dunkelsehen geeignet sind, und Zapfenphotorezeptoren, die für das Tagessehen wichtig sind. Es gibt drei verschiedene Klassen von Zapfen mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit, auf denen das Farbensehen beruht.

chanik werden die Bewegungen berechnet, die durch bekannte Kräfte ausgelöst werden. Die inverse Dynamik stellt umgekehrt die Frage, welche Kräfte erforderlich sind, um vorgegebene Bewegungsprofile zu realisieren. Ein Problem resultiert, weil die zu lösenden Gleichungen im Falle biologischer Systeme (z. B. Arm) äußert komplex sind und keine schnelle und präzise rechnerische Lösung erlauben. Propriozeption. Über Sensoren (Propriorezeptoren oder

kurz: Propriozeptoren) vermittelte Eigenwahrnehmung des Körpers. Diese in den Gelenken und Muskeln befindlichen Sensoren liefern dem Gehirn ständig Informationen über die Lage unseres Körpers im Raum, so dass wir auch bei geschlossenen Augen einen sehr guten Eindruck von unserer Körperposition, von der Position unserer Arme und Hände haben.

Plastizität. Ein unscharfer Begriff. Im Prinzip ist damit ge-

meint, dass unter veränderten Bedingungen (z. B. Schlaganfall, nach Lernen einer Aufgabe oder durch Inaktivität) sich die Aktivierung im Gehirn ändert. In wie weit diese Änderung der Aktivierung dann auch notwendig und ausreichend für die klinisch messbare Anpassung ist, wird immer wieder diskutiert. – Auch durch Aktivität oder Inaktivität induzierte anatomische Änderungen werden manchmal Plastizität genannt (→ Kortikale Reorganisation). Positronenemissionstomographie (PET). Nuklearmedizinische Technik, bei der mit Hilfe von radioaktiven Liganden der regionale zerebrale Blutfluss (rCBF) gemessen

Prosodie. Akustische Eigenschaften von sprachlichen Einheiten, die größer sind als ein einzelner Laut, z. B. Betonungsmuster. Neben einer Abfolge von Konsonanten und Vokalen weisen lautsprachliche Äußerungen auch eine distinkte Intonation und einen distinkten Rhythmus auf. Diese sog. prosodischen Merkmale tragen zur Spezifizierung der linguistischen Struktur bei (linguistische Prosodie), z. B. die Differenzierung von Aussage und Frage, vermitteln aber auch den stimmlichen Ausdruck der Befindlichkeit eines Sprechers (affektive/emotive Prosodie). Beeinträchtigungen der Expression oder Perzeption dieser Komponenten lautsprachlicher Äußerungen werden als Dys- oder Aprosodie bezeichnet.

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Prosopagnosie. Durch Hirnschädigung bedingte Störung

des Gesichtererkennens. Protanopie. Genetisch bedingte Störung des Farbensehens, bei der ein Teil der Zapfen in der Netzhaut, die Rot-Zapfen, ausfallen. Es sind dann nur Grün- und Blau-Zapfen vorhanden. Es kann auch zu einer verringerten Anzahl an RotZapfen kommen, die sich als Rot-Grün-Schwäche manifestiert und als Protanomalie bezeichnet wird. Provozierte Konfabulationen. Fehlerhafte Produktio-

nen aus dem Gedächtnis beim Versuch, Informationen detaillierter aus dem Gedächtnis abzurufen, als sie tatsächlich gespeichert sind. Sie kommen auch bei Gesunden vor. Psycholinguistik. Untersucht die Vorgänge, die den Sprach-

gebrauch (Rezeption: das Verstehen von sprachlichen Äußerungen und Produktion: das Erzeugen von sprachlichen Äußerungen) ermöglichen. Pulvinar. Kernkomplex, der Teil des Thalamus ist und

durch Beeinflussung der Aufmerksamkeitszuwendung zur visuellen Analyse beiträgt.

gen stereotypen psychopathologischen Ausprägungen akuter organischer Psychosyndrome führen. Reaktionszeit (engl. reaction time, RT). Zeit, die zwischen

dem Beginn eines Startsignals und dem Beginn einer Bewegung, sprachlichen Äußerung etc. verstreicht. Indikator für die Information, die eine Person verarbeiten muss, um eine Bewegung zu initiieren. Reine Geräuschagnosie. Durch Hirnschädigung bedingte Unfähigkeit, Geräusche zu erkennen, wohingegen gesprochene Sprache verstanden wird. Reine Worttaubheit. Durch Hirnschädigung bedingte Un-

fähigkeit, gesprochene Sprache zu verstehen, wohingegen nichtverbale sinntragende Geräusche erkannt werden. Reiz-Reaktions-Kompatibilität. Ähnlichkeit zwischen den

Merkmalen eines Reizes und den Merkmalen einer Bewegung. Üblicherweise ist die Reaktionszeit für kompatible Reaktionen (hohe Ähnlichkeit zwischen Reiz und Bewegung) kürzer als für inkompatible Reaktionen. Rule-breaking. Nach Hirnschädigung auftretendes Aus-

Pusher-Symptomatik. → Pusher-Syndrom. Pusher-Syndrom. Durch eine einseitige Hirnschädigung hervorgerufenes Verhalten, bei dem sich der Patient aktiv mit den nichtgelähmten Extremitäten zur Seite der → Hemiparese drückt. Die Kranken drücken sich häufig in eine solche laterale Neigung, dass sie zu dieser Seite fallen. Quantor. Sprachlicher Ausdruck (jeder, alle, einige, kein, usw.) der angibt, wie viele Dinge einer bestimmten Art eine bestimmte Eigenschaft haben, z. B. »Alle Menschen sind sterblich«. Reaktionsauswahl. Aus einer Menge von Reaktionsmög-

lichkeiten wird die auszuführende Bewegung bestimmt. Reaktionsprogrammierung. Festlegen der Merkmale einer

auszuführenden Bewegung und Kodierung in einem Handlungsplan. Reaktionstypen, akute exogene. Für das Verständnis der

Bewusstseinsstörungen wegweisende Theorie Bonhoeffers (1910), dass unterschiedliche Funktionsstörungen zu weni-

einanderfallen der Fähigkeiten, Instruktionen zu verstehen und sie dann auszuführen. Die Instruktionen des Untersuchers werden verbal wiederholt, gleichzeitig wird jedoch den Instruktionen zuwiderlaufendes Verhalten gezeigt. Sakkade. Schnelle, ballistische Augenbewegung zwischen zwei Fixationsphasen. Sakkaden bringen die Bilder von Objekten in der Peripherie in das zentrale Gesichtsfeld (Fovea centralis). Sakkadische Suppression. Durch unser Gehirn geleistete Vermeidung der Wahrnehmung einer Bildverschmierung während einer schnellen Augenbewegung (=Sakkade) durch Unterdrückung des Seheindrucks. Salienz. Aus dem Englischen übernommener Ausdruck (salience, salient); eng mit dem deutschen Ausdruck »der springende Punkt« verbunden (the salient [or crucial] point). Ein visuelles Objekt ist auffällig (salient) wenn es sich in elementaren Merkmalsdimensionen (Form, Farbe, Größe, Orientierung, Helligkeit, Kontrast, Bewegung) von der Umgebung unterscheidet.

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Glossar

Schielamblyopie. Kortikal bedingte Sehschwäche, die oft bei Schielern auftritt und mit herabgesetzter Sehschärfe und Störungen der Gestaltwahrnehmung einhergeht. Segmentierung. Perzeptive Unterteilung einer Szene in Bereiche, die eigenständige Bedeutung besitzen oder unterschiedlichen Objekten entsprechen. Semantik. Die Lehre von der Bedeutung von Sprache, d. h.

von Wörtern sowie von größeren Einheiten wie etwa Sätzen. Sensorisches Gedächtnis oder sensorisches Register. Sehr

kurzlebiges Gedächtnis (bis maximal 500 ms), in dem wahrgenommene Informationen »reizspezifisch« gespeichert werden. Bei visuell wahrgenommener Information spricht man daher auch von ikonischem Gedächtnis, bei akustisch wahrgenommener Information von Echogedächtnis. Für andere Sinnesmodalitäten wird die Existenz sensorischer Register üblicherweise angenommen, aber diese sind kaum untersucht. Simultanagnosie. Durch eine (meist beidseitige) Hirnschädigung hervorgerufene Schwierigkeit, mehr als ein Objekt oder mehr als ein Detail eines einzelnen, komplex zusammengesetzten Objekts gleichzeitig wahrzunehmen. Somatoparaphrenie. Anosognosie für Halbseitenlähmung

(→ Anosognosie), bei der die Patienten die betroffene Extremität anderen Personen zuschreiben.

wegungen. Im Unterschied zu den → Dysarthrien ist das Störungsbild durch eine hohe Variabilität der Symptomatik gekennzeichnet. Patienten mit Sprechapraxie haben meist zusätzlich eine Aphasie. Stereopsis. Räumliches Sehen/Tiefensehen, das auf der

Auswertung der visuellen Signale beider Augen basiert. Stroop-Effekt. Stroop beschrieb 1935, dass die Identifikation der zum Schreiben eines Farbnamens verwendeten Farbe langsamer verlief, wenn die verwendete Farbe von der des Farbnamens abwich. Dieser Stroop-Effekt ist ein Beispiel einer Interferenz zwischen zwei Leistungen. Subjektive Hauptraumachsen. Oberbegriff für die subjek-

tive Vertikale und Horizontale (in der visuellen oder taktilen Modalität). Darunter wird die Fähigkeit zur subjektiven Einschätzung einer Leuchtlinie (visuell) oder eines Stabes (taktil) in die vertikale oder horizontale Orientierung verstanden. Die Abweichungen in diesen subjektiven Einstellungen von den objektiv richtigen (90°, 180°) Einstellungen wird als Maß für die Leistung verwendet. Superiorer Colliculus. Oberer Teil der Vierhügelregion

im Dach des Mittelhirns. Entwicklungsgeschichtlich alte Struktur, die wesentliche Grundlage unserer Fähigkeit ist, uns neu im peripersonalen Raum erscheinenden Objekten zuzuwenden, um uns rasch über deren Bedeutung informieren zu können.

Spatialer Neglect. Nur noch selten gebräuchlicher Aus-

druck für einen → Neglect. Speed-accuracy trade-off. Bezeichnung für die gegenläufi-

ge Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Genauigkeit bei der Bewegungsausführung. Je genauer man eine Bewegung ausführt, desto langsamer wird man. Je schneller man eine Bewegung ausführt, desto ungenauer wird man.

Supervisory Attentional System (SAS). Bestandteil des von Shallice und Norman entwickelten Modells der Informationsverarbeitung. Das SAS bezeichnet ein generelles und hierarchisch übergeordnetes Planungsprogramm, das immer dann aktiviert, wenn für ein bestimmtes Problem keine bekannte Lösung bzw. kein geeignetes Schema vorhanden ist. In diesem Fall übernimmt das SAS die Steuerung der Handlungen.

Spontane Konfabulationen. Resultieren aus einer Reali-

tätsverkennung, bei der Gedächtnisspuren früherer Erlebnisse das Denken und Handeln leiten. Sie sind Folge einer Schädigung des orbitofrontalen Kortex oder damit direkt verbundener, vorderer limbischer Strukturen. Sprechapraxie. Durch eine Schädigung sprechmotorischer

Zentren der sprachdominanten Hemisphäre verursachte Störung der Planung oder Programmierung von Sprechbe-

Syntax. Gesamtheit der grammatikalischen Regeln, nach

denen Sätze gebildet werden. Thalamus (wörtlich: innere Kammer, Schlafgemach).

Zentrales Kerngebiet des Dienzephalons. Er besteht aus zwei taubeneigroßen Kerngebieten, die beidseitig im Gehirn angelegt sind. Er bildet die Umschaltstation fast aller sensorischen Afferenzen, bevor sie in den Kortex weiterge-

701 Glossar

leitet werden. Daher wird er auch als »Tor zum Bewusstsein« bezeichnet. Theory of Mind (»Theorie des Geistes«). Vermögen, sich und anderen Menschen geistige Zustände zu unterstellen. Andere werden als Wesen verstanden, deren Verhalten von Zuständen wie Glauben und Wünschen geleitet wird. Die Fähigkeit, Schlussfolgerungen zu ziehen, woran andere Menschen in gegebenen Situationen glauben, erlaubt einem vorauszusagen, was sie tun werden.

Transkranielle Magnetstimulation (TMS). Methode, um Gehirnareale nichtinvasiv zu stimulieren oder zu stören. Durch einen sehr hohen Strom in einer geeigneten Spule wird kurzzeitig ein starkes Magnetfeld erzeugt, wodurch ein geringer Strom an der Gehirnoberfläche induziert wird, der wiederum zu einer Reizung von Neuronenverbänden auf der Kortexoberfläche führt.

TMS. Transkranielle Magnetstimulation.

Transneuronale retinale Degeneration. Eine Läsion der primären Sehrinde verursacht eine absteigende Degeneration, die über das Corpus geniculatum laterale hinaus die Ganglienzellen der Netzhaut angreift.

Top-down-Modulation. Der Einfluss, den nichtsensorische

Tuningkurven. Die Funktion, die das Aktivitätsniveau

Aspekte auf das Aktivitätsniveau sensorischer Neurone in der Großhirnrinde haben. So bewirkt z. B. die Ausrichtung von Aufmerksamkeit oft eine erhöhte Aktivierung kortikaler Neurone (→ »Bottom-up-Effekte«).

sensorischer Neurone in Abhängigkeit eines Stimulusparameters (wie z. B. Orientierung eines visuellen Stimulus oder Frequenz eines auditorischen Reizes) ausdrückt.

Top-down-Prozesse. Durch höhere Verarbeitungszentren

gungen.

oder innere Faktoren (wie Aufmerksamkeit, Erwartung oder Gedächtnisinhalte) geprägte kognitive Verarbeitung.

Verwirrtheit(szustand). → Delir und → Reaktionstypen.

Variabler Fehler. → Fehlermaße zur Erfassung von Bewe-

Tracer. 1) Tracer (vom englischen »to trace« = ausfindig machen). Zur Darstellung der Gehirndurchblutung, der Aufnahme eines bestimmten Stoffes in eine Nervenzelle oder z. B. der Darstellung der Dopaminausschüttung bei komplexen kognitiven Aufgaben werden chemisch veränderte Formen eines natürlich vorkommenden Stoffes (z. B. Glukose oder Wasser) eingesetzt. Die Glukose oder das Wasser werden mit einer leicht radioaktiven Substanz gekoppelt. Diese Moleküle verteilen sich im Körper wie normale Glukose oder Wasser und zerfallen nach kurzer Zeit unter Freisetzung eines Positrons. Diesen Vorgang kann man in einem speziellen Untersuchungsgerät sichtbar machen (→ Positronenemissionstomographie, PET). 2) Anatomische Tracer. Auf das Tierexperiment beschränkte Substanzen (Farbstoffe, Enzyme usw.), die die Darstellungen neuronaler Verbindungen mit höchster Auflösung erlauben. Aufnahme durch Axonterminalien und Transport zum Zellkörper (retrogrades Tracing) oder umgekehrt Aufnahme durch den Zellkörper und Transport in Richtung Axonterminalien (anterograd). Die meisten anatomischen Tracer sind nicht in der Lage, Synapsen zu passieren. Eine wichtige Ausnahme stellen verschiedene Viren dar, die transsynaptisch transportiert werden und Darstellung polysynaptischer Verbindungen erlauben.

Vestibulär. Den Gleichgewichtssinn betreffend. Vigilanz. Beschreibt den Grad des allgemeinen »Wachheits-

zustands« einer Person. Wird im Wesentlichen durch das Aktivitätsniveau der Formatio reticularis im Hirnstamm bestimmt. Virtuelle Realität. Kernstück einer virtuellen Umgebung ist ein Weltmodell, aus dem in einem Computer Bilder, Schallereignisse, oder andere Reize berechnet werden können, die von einer Versuchsperson unter bestimmten Bedingungen aufgenommen werden können. Man misst dann die Bewegungen der Versuchsperson (Tracking) und spielt ihr mittels geeigneter Schnittstellen (Datenbrille, Datenhandschuh, Bewegungsplattform etc.) für jede Position und Orientierung ihrer Sinnesorgane die entsprechenden Sinnesreize zu. Durch die virtuelle Realität kann der Kreislauf von Wahrnehmung und Verhalten geöffnet und in anderer, kontrollierter Weise wieder zusammengefügt werden. Visuelle Flussfelder. Optischer Fluss. Voxel. Abkürzung für »Volumenelement«; bezeichnet den kleinsten definierbaren Punkt innerhalb eines Volumens. Der Begriff setzt sich zusammen aus den Wörtern Volume

702

Glossar

und Pixel (=kleinster Bestandteil eines zweidimensionalen digitalen Bildes) und beschreibt so das dreidimensionale Äquivalent eines Pixels. Bei einem räumlichen Datensatz, wie z. B. einem kernspintomographischen Datensatz von einem Gehirn, bezeichnet Voxel den diskreten Wert an einer XYZ-Koordinate des Datensatzes. Voxel-basierte Läsionsanalyse. Methode zum Vergleich

der Läsionslokalisationen von Patienten mit Hirnschädigungen, die eine bestimmte Verhaltensstörung zeigen, mit solchen, die ebenfalls eine Hirnschädigung erlitten haben, diese Störung aber nicht zeigen. Für jedes → Voxel wird geprüft, ob die Anzahl der Schädigungen dieses Voxels in der Gruppe der Patienten mit der Funktionsstörung statistisch signifikant größer ist als in der Kontrollgruppe. So erhält man eine Signifikanzkarte für das gesamte Gehirn, die es erlaubt, Unterschiede in der Läsionslokalisation zwischen den beiden Gruppen zu ermitteln. Voxel-basierte Morphometrie (VBM). Methode zum Vergleich der Gehirnstruktur basierend auf hochauflösenden Kernspintomographiebildern. Mit dieser Methode können geringe strukturelle Unterschiede, z. B. zwischen verschiedenen Probanden- oder Patientengruppen, untersucht werden (→ Morphometrie). Wegintegration. Ein einfacher Mechanismus der Naviga-

tion besteht darin, Eigenbewegungen zu messen (z. B. aus dem → optischen Fluss, aus vestibulären Signalen oder aus der → Proprizeption) und diese Eigenbewegung über einen Weg aufzuintegrieren. Ergebnis ist eine Schätzung der Position des Ausgangspunkts relativ zum aktuellen Standpunkt. Im Heimvektormodell nimmt man an, dass nur das Ergebnis der Integration gespeichert wird. Alternativ könnte der zurückgelegte Weg z. B. als Bewegungsprogramm gespeichert sein und daraus bei Bedarf der Vektor zu einem Zielpunkt bestimmt werden. Working memory. → Arbeitsgedächtnis. Worttaubheit. → Reine Worttaubheit. Zahlenbisektion. Aufgabenstellung in der neueren Forschung zur Zahlenverarbeitung in zwei Varianten. Rezeptiv: visuelle Vorgabe eines Zahlentripels mit in Leserichtung aufsteigender numerischer Größe; Entscheidung durch Tastendruck, ob die in der Mitte platzierte Zahl auch die numerische Mittel ist. Produktiv: visuelle oder akustische

Vorgabe der beiden »äußeren« Bezugszahlen, dann Produktion (i. Allg. mündlich, aber auch schriftlich) der numerischen Mitte. Zerebrale Blindheit. Bezeichnung für den durch Hirnschä-

digung bedingten Verlust aller Sehfunktionen im gesamten Gesichtsfeld (vollständige Blindheit) bzw. in einem Teil des Gesichtsfeldes (partielle Blindheit, z. B. → Hemianopsie oder Quadrantenanopsie).

703

Die wichtigsten anatomischen Strukturen des Gehirns Lateralansicht Parietallappen

Sulcus centralis

Sulcus parietooccipitalis

Occipitallappen

Sulcus occipitalis anterior Temporallappen

Frontallappen

704

Die wichtigsten anatomischen Strukturen des Gehirns

Lateralansicht

1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Sulus centralis Gyrus postcentralis Sulcus postcentralis Lobulus parietalis superior Sulcus intraparietalis Sulcus parieto-occipitalis Gyrus angularis Lobulus parietalis Gyrus supramarginalis inferior Sulcus lateralis, ramus posterior Gyri occipitales Sulcus lunatus Sulcus occipitalis anterior Sulci occipitales Incisura praeoccipitalis Hemispherium cerebelli

冧

17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Gyrus praecentralis Sulcus praecentralis Sulcus frontalis superior Gyrus frontalis superior Gyrus frontalis medius Sulcus frontalis inferior Pars opercularis Gyrus frontalis Pars triangularis inferior Pars orbitalis Sulcus lateralis, ramus ascendens 27 Sulcus lateralis, ramus anterior 28 Sulci orbitales 29 Gyri orbitales

冧

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

Bulbus olfactorius Tractus olfactorius Sulcus lateralis Gyrus temporalis superior Sulcus temporalis superior Gyrus temporalis medius Sulcus temporalis inferior Gyrus temporalis inferior Pons Flocculus Medulla oblongata Sulcus occipitalis anterior

(Aus Nieuwenhuys et al. 1988)

705 Die wichtigsten anatomischen Strukturen des Gehirns

Medialansicht

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Gyrus frontalis superior Sulcus cinguli Gyrus cinguli Sulcus corporis callosi Gyrus paraterminalis Sulcus parolfactorius posterior Area subcallosa Sulcus parolfactorius anterior Gyrus rectus Gyrus intralimbicus Limbus Giacomini Uncus Gyrus uncinatus Gyrus semilunaris Gyrus ambiens

冧

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

Incisura unci Gyrus parahippocampalis Sulcus rhinalis Gyrus temporalis superior Sulcus centralis Lobulus paracentralis Sulcus cinguli, pars marginalis Lobulus parietalis superior Precuneus Sulcus subparietalis Indusium griseum Sulcus parieto-occipitalis Cuneus

28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

Sulcus calcarinus Gyrus fasciolaris Taenia thalami Isthmus gyri cinguli Gyrus dentatus Gyrus occipitotemporalis medialis Sulcus collateralis Gyrus occipitotemporalis lateralis (Gyrus fusiformis) Sulcus occipitotemporalis Gyrus temporalis inferior

(Aus Niewenhuys et al. 1988)

706

Die wichtigsten anatomischen Strukturen des Gehirns

Medialansicht

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Truncus corporis callosi Septum pellucidum Fornix Genu corporis callosi Rostrum corporis callosi Foramen interventriculare Commissura anterior Lamina terminalis Hypothalamus Chiasma opticum Nervus opticus

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Bulbus olfactorius Nervus oculomotorius Pons Medulla oblongata Medulla spinalis Splenium corporis callosi Thalamus Tela choroidea ventriculi tertii Corpus pineale Lamina quadrigemina Aqueductus cerebri

23 24 25 26 27 28 29 30

Velum medullare superius Ventriculus quartus Velum medullare inferius Vermis cerebelli Hemispherium cerebelli Tela choroidea ventriculi quarti Apertura mediana ventriculi quarti Canalis centralis

(Aus Niewenhuys et al. 1988)

707

Literatur Abdullaey YG, Melnichuk KV (1997) Cognitive operations in the human caudate nucleus. Neurosci Lett 234:151–155 Ackermann H, Daum I (1995) Kleinhirn und Kognition: Psychopathologische, neuropsychologische und neuroradiologische Befunde. Fortschr Neurol Psychiatr 63:30–37 Ackermann H, Daum I (in press) Neuropsychological deficits in cerebellar syndromes. In: Bedard MA, Agid Y, Chouinard S et al. (eds) Mental and behavioral dysfunction in movement disorders. Humana, Totowa/NJ Ackermann H, Hertrich I (2000) The contribution of the cerebellum to speech processing. J Neuroling 13:95–116 Ackermann H, Mathiak K (1999) Symptomatology, neuroanatomical correlates and pathomechanisms of central hearing disorders (pure word deafness, verbal/nonverbal auditory agnosia, corticaldeafness) – a review. Fortschr Neurol Psychiatr 67:509–523 Ackermann H, Riecker A (2004) The contribution of the insula to motor aspects of speech production: A review and a hypothesis. Brain Language 89:320–328 Ackermann H, Wildgruber D (1997) Der Beitrag des Stirnhirns zur Sprachproduktion. Neurolinguistik: Zeitschrift für Aphasieforschung und -therapie 11:77–119 Ackermann H, Ziegler W (1992) Die zerebelläre Dysarthrie – eine Literaturübersicht. Fortschr Neurol Psychiatr 60:28–40 Ackermann H, Ziegler W (1994) Mutismus bei zentralmotorischen Störungen: eine Literaturübersicht. Fortschr Neurol Psychiatr 62: 337–344 Ackermann H, Ziegler W (1995) Akinetischer Mutismus: eine Literaturübersicht. Fortschr Neurol Psychiatr 63:59–67 Ackermann H, Hertrich I, Ziegler W (1993) Prosodische Störungen bei neurologischen Erkrankungen: eine Literaturübersicht. Fortschr Neurol Psychiatr 61:241–253 Ackermann H, Konczak J, Hertrich I (1997) The temporal control of repetitive articulatory movements in Parkinson’s disease. Brain Lang 56:312–319 Ackermann H, Wildgruber D, Daum I, Grodd W (1998) Does the cerebellum contribute to cognitive aspects of speech production? A functional magnetic resonance imaging (fMRI) study in humans. Neurosci Lett 247:187–190 Ackermann H, Gräber S, Hertrich I, Daum I (1999a) Phonemic vowel length contrsat in cerebellar disorders. Brain Lang 67:95–109 Ackermann H, Gräber S, Hertrich I, Daum I (1999b) Cerebellar contributions to the perception of temporal cues within the speech and nonspeech domain. Brain Lang 67:228–241 Ackermann H, Riecker A, Wildgruber D (2004) Functional brain imaging of motor aspects of speech production. In: Maassen B, Kent RD, Peters HFM et al. (eds) Speech motor control in normal and disordered speech. Oxford Univ Press, Oxford, pp 85– 111 Adams HF (1912) Autocinetic sensation(s). Psychol Rev Monogr [Suppl XIV] 59 Adams JA (1971) A closed-loop theory of motor learning. J Motor Behav 3:111–150

Adelson EH (2000) Lightness perception and lightness illusions. In: Gazzaniga M (ed) The new cognitive neurosciences. MIT, Cambridge/ MA, pp 339–351 Adelson EH, Movshon JA (1982) Phenomenal coherence of moving visual patterns. Nature 300:523–525 Adolphs R (1999) The human amygdala and emotion. Neuroscientist 5:125–137 Adolphs R, Tranel D, Damasio H, Damasio AR (1995) Fear and the human amygdala. J Neurosci 15:5879–5892 Adolphs R, Tranel D, Hamann S et al. (1999) Recognition of facial emotion in nine subjects with bilateral amygdala damage. Neuropsychologia 37:1111–1117 Adolphs R, Damasio H, Tranel D et al. (2000) A role for somatosensory cortices in the visual recognition of emotion as revealed by 3-D lesion mapping. J Neurosci 20:2683–2690 Aggleton JP, Brown MW (1999) Episodic memory, amnesia, and the hippocampal-anterior thalamic axis. Behav Brain Sci 22:425– 489 Aggleton JP, Desimone R, Mishkin M (1986) The origin, course, and termination of the hippocampothalamic projections in the macaque. J Comp Neurol 243:409–421 Aginsky V, Harris C, Rensink R, Beusmans J (1997) Two strategies for learning a route in a driving simulator. J Environment Psychol 17:317–331 Aguirre GK, D’Esposito M (1999) Topographical disorientation: a synthesis and taxonomy. Brain 122:1613–1628 Ahissar M, Hochstein S (1997) Task difficulty and learning specificity: Reverse hierarchies in sensory processing and perceptual learning. Nature 387:401–406 Aitchison J (1994) Wörter im Kopf. Eine Einführung in das mentale Lexikon. Niemeyer, Tübingen Alain C, Arnott SR, Hevenor S et al. (2001) »What« and »where« in the human auditory system. Proc Natl Acad Sci USA 98:12301– 12306 Albright TD, Stoner GR (1995) Visual motion perception. Proc Natl Acad Sci USA 92:2433–2440 Albus JS (1971) A theory of cerebellar function. Math Biosci 10:25–61 Alegret M, Junque C, Pueyo R et al. (2001) MRI atrophy parameters related to cognitive and motor impairment in Parkinson’s disease. Neurologia 16:63–69 Alexander GE, DeLong MR, Strick PL (1986) Parallel organization of functionally segregated circuits linking basal ganglia and cortex. Annu Rev Neurosci 9:357–381 Allard T, Clark SA, Jenkins WM, Merzenich MM (1991) Reorganization of somatosensory area 3b representations in adult owl monkeys after digital syndactyly. J Neurophysiol 66:1048–1058 Allen G, Buxton RB, Wong EC, Courchesne E (1997) Attention activation of the cerebellum independent of motor involvement. Science 275:1940–1943 Allison T, McCarthy G, Nobre A et al. (1994) Human extrastriate visual cortex and the perception of faces, words, numbers, and colors. Cereb Cortex 4:544–554

708

Literatur

Allman JM, Kaas J (1972) A representation of the visual field in the caudal third of the temporal gyrus of the owl monkey (Aotus trivirgatus). Brain Res 31:84–105 Almkvist O, Fratiglioni L, Aguero-Torres H et al. (1999) Cognitive support at episodic encoding and retrieval: similar patterns of utilization in community-based samples of Alzheimer’s disease and vascular dementia patients. J Clin Exp Neuropsychol 21:816– 830 Altenmüller E (1986) Hirnelektrische Korrelate der cerebralen Musikverarbeitung beim Menschen. Eur Arch Psychiatr Neurol Sci 235:342– 354 Altenmüller E (2001) How many music centers are in the brain? Ann N Y Acad Sci 930:273–280 Altenmüller E (2003) How many music centers are in the brain. In: Zatorre R, Peretz I (eds) The biological foundations of music. Oxford Univ Press, Oxford, pp 267–279 Altenmüller E, Gruhn W, Parlitz D, Kahrs J (1997a) Music learning produces changes in brain activation patterns: a longitudinal DC-EEGStudy. Int J Arts Med 5:28–34 Altenmüller E, Schürmann K, Parlitz, D, Behne KE (1997b) Brain activation patterns during music processing reveal emotion-related hemispheric differences. In: Gabrielsson A (ed) Proceedings of the third triennial ESCOM conference. Uppsala Univ Press, Uppsala, pp 675–680 Altenmüller E, Schuppert M, Kuck H et al. (2000) Neuronale Grundlagen der Verarbeitung musikalischer Zeitstrukturen. In: Müller K, Aschersleben G (Hrsg) Rhythmus. Ein interdisziplinäres Handbuch. Huber, Bern, S 59–78 Altenmüller E, Schürmann K, Lim V, Parlitz D (2002) Hits to the left – flops to the right. Different emotions during music listening are reflected in cortical lateralisation patterns. Neuropsychologia 40:2242– 2256 Altmann CF, Grodd W, Kourtzi Z et al. (2005) Similar cortical correlates underlie visual object identification and orientation judgment. Neuropsychologia 43:2101–2108 Altschuler EL, Wisdom SB, Stone L et al. (1999) Rehabilitation of hemiparesis after stroke with a mirror. Lancet 353: 2035–2036 Amador N, Schlag-Rey M, Schlag J (1998) Primate antisaccades I Behavioral characteristics. J Neurophysiol 80: 1775–1786 Amaral DG, Price JL, Pitkanen A, Carmichael ST (1992) Anatomical organization of the primate amygdaloid complex. In: Aggleton JP (ed) The amygdala: neurobiological aspects of emotion, memory, and mental dysfunction. Wiley-Liss, New York, pp 1–66 Amassian VE, Cracco RQ, Maccabee PJ et al. (1989) Suppression of visualperception by magnetic coil stimulation of human occipital cortex. Electroencephal Clin Neurophysiol 74:458–462 Ames A (1951) Visual perception and the rotating trapezoidal window. Psychol Monogr 65:1–32 Amunts K, Schlaug G, Jäncke L et al. (1997) Hand skills covary with the size of motor cortex: a macrostructural adaptation. Hum Brain Mapp 5:206–215 Amunts K, Jäncke L, Schlaug G et al. (2000) Handedness and hemispheric left-right differences of human motor cortex. Neuropsychologia 38:304–312 Andersen RA, Essick GK, Siegel RM (1985) Encoding of spatial location by posterior parietal neurons. Science 230:456–458

Andersen RA, Bracewell RM, Barash S et al. (1990) Eye position effects on visual, memory, and saccade-related activity in areas LIP and 7a of macaque. J Neurosci 10:1176–1196 Andersen RA, Snyder LH, Li CS, Stricanne B (1993) Coordinate transformations in the representation of spatial information. Curr Opin Neurobiol 3:171–176 Andersen RA, Snyder LH, Bradley DC, Xing J (1997) Multimodal representation of space in the posterior parietal cortex and its use in planning movements. Annu Rev Neurosci 20:303–330 Anderson JR, Lebiere C (1998) The atomic components of thought. Lawrence Erlbaum, Mahwah/NJ Anderson SW, Bechara A, Damasio H et al. (1999) Impairment of social and moral behavior related to early damage in human prefrontal cortex. Nat Neurosci 2:1032–1037 Andres FG, Gerloff C (1999) Coherence of sequential movements and motor learning. J Clin Neurophysiol 16:520–527 Andres P (2001) Supervisory attentional system in patients with focal frontal lesions. J Clin Exp Neuropsychol 23:225–239 Annett M (1992) Five tests of hand skill. Cortex 28:538–600 Annett M (1996a) In defence of the right shift theory. Percept Motor Skills 82:115–137 Annett M (1996b) The right shift theory of a genetic balanced polymorphism for cerebral dominance and cognitive processing. CPC 14:427–480 Anton G (1893) Beiträge zur klinischen Beurtheilung und zur Localisation der Muskelsinnstörungen im Grosshirne. Z Heilkd 14:313– 348 Anton G (1896) Blindheit nach beiderseitiger Gehirnerkrankung mit Verlust der Orientierung im Raume. Mittheilungen des Vereines der Ärzte in der Steiermark 33:41–46 Appollonio IM, Grafman J, Schwartz V et al. (1993) Memory in patients with cerebellar degeneration. Neurology 43: 1536–1544 Aram D, Ekelman B, Whitaker H (1986) Spoken syntax in children with acquired unilateral hemisphere lesions. Brain Lang 27:75–100 Aram D, Ekelman B, Whitaker H (1987) Lexical retrieval in left- and rightbrain-lesioned children. Brain Lang 28: 61–87 Asanuma H, Keller A (1991) Neural mechanisms of motor learning in mammals. Neuroreport 2:217–224 Ashburner J, Friston KJ (2000) Voxel-based morphometry – the methods. Neuroimage 11:805–821 Ashcraft MH (1992) Cognitive arithmetic: a review of data and theory. Cognition 44:75–106 Assal G, Favre C, Anderes JP (1984) Non-reconnaissance d’animaux familiers chez un paysan. Rev Neurol 140: 580–584 Baars BJ (1988) A cognitive theory of consciousness. Cambridge Univ Press, Cambridge Baars BJ (2001) Essential sources in the scientific studies of consciousness. MIT, Cambridge/MA Baas D, Aleman A, Kahn RS (2004) Lateralization of amygdala activation: a systematic review of functional neuroimaging studies. Brain Res Brain Res Rev 45:96–103 Babinski MJ (1914) Contribution à l’étude des troubles mentaux dans l’hémiplégie organique cérébrale (anosognosie). Rev Neurol 27: 845–847 Babinski MJ (1918) Anosognosie. Rev Neurol (Paris) 31: 365–367 Badal J (1888) Contribution à l’étude des cécités psychiques: alexie, agraphie, hémianopsie inférieure, trouble du sens de l’espace. Arch Ophthalmol 140:97–117

709 Literatur

Baddeley A (1998) Recent developments in working memory. Curr Opin Neurobiol 8:234–238 Baddeley AD (1986) Working memory. Clarendon, Oxford Bäckman L, Lars F (2005) The role of dopamine systems in cognitive aging. In: Cabeza R, Nyberg L, Park D (eds) Cognitive Neuroscience of aging: Linking cognitive and cerebral aging. Oxford Univ Press, New York/NY Bahrick HP, Phelps E (1987) Retention of Spanish vocabulary over 8 years. J Exp Psychol Learn Mem Cogn 13:344–349 Baier B, Karnath HO (2005) Incidence and diagnosis of anosognosia for hemiparesis revisited. J Neurol Neurosurg Psychiatry 76: 358–361 Bakchine S, Crassard I, Seilhan D (1997) Anosognosia for hemiplegia after a brainstem haematoma: a pathological case. J Neurol Neurosurg Psychiatry 63:686–687 Baker SC, Rogers RD, Owen AM et al. (1996) Neural systems engaged by planning: a PET study of the Tower of London task. Neuropsychologia 34:515–526 Balaban MT (1995) Affective influences on startle in five-month-old infants: reactions to facial expressions of emotion. Child Dev 66:28– 36 Bálint R (1909) Seelenlähmung des »Schauens«, optische Ataxie, räumliche Störung der Aufmersamkeit. Monatsschr Psychiatr Neurol 25:57–81 Baltes PB (1987) Theoretical propositions of life-span developmental psychology: On the dynamics between growth and decline. Dev Psychol 23:61–626 Baltes PB, Reese HW, Nesselroade JR (1977) Life-span developmental psychology: Introduction to research methods. Brooks Cole, Monterey/CA Bandler R, Shipley MT (1994) Columnar organization in the midbrain periaqueductal gray: modules for emotional expression? Trends Neurosci 17:379–389 Bangert M, Peschel T, Rotte M et al. (2006) Shared networks for auditory and motor processing in professional pianists: Evidence from fMRI conjunction. Neuroimage (im Druck) Bao S, Chan VT, Merzenich MM (2001) Cortical remodeling induced by activity of ventral tegmental dopamine neurons. Nature 412:79–83 Barash S, Melikyan A, Sivakov A et al. (1999) Saccadic dysmetria and adaptation after lesions of the cerebellar cortex. J Neurosci 19:10931–10939 Barbieri C, De Renzi E (1988) The executive and ideational components of apraxia. Cortex 24:535–544 Barbur JL, Watson JD, Frackwiak RSJ, Zeki S (1993) Conscious visual perception without v1. Brain 116:1293–1302 Barcelo F, Suwazono S, Knight RT (2000) Prefrontal modulation of visual processing in humans. Nat Neurosci 3:399–403 Barlow HB, Hill RM (1963) Selective sensitivity to direction of motion in the ganglion cells of the rabbit’s retina. Science 139:412–414 Barnes GR, Asselman PT (1991) The mechanism of prediction in human smooth pursuit eye movements. J Physiol 439:439–461 Baron JC, D’Antona R, Pantano P et al. (1986) Effects of thalamic stroke on energy metabolism of the cerebral cortex. Brain 109:1243– 1259 Baron-Cohen S (1995) Mindblindness: an essay on autism and theory of mind. MIT, Cambridge/MA Basser PJ, Mattiello J, LeBihan D (1994) Estimation of the effective selfdiffusion tensor from the NMR spin echo. J Magn Reson B 103:247– 254

Basso A (1992) Prognostic factors in aphasia. Aphasiology 6:337–348 Basso A, Scarpa MT (1990) Traumatic aphasia in children and adults: A comparison of clinical features and evolution. Cortex 26:501–514 Basso A, Lecours AR, Moraschini S, Vanier M (1985) Anatomo-clinical correlations of the aphasias as defined through computerized tomography: Exceptions. Brain Lang 26: 201–229 Basso A, Bracchi M, Capitani E et al. (1987a) Age and evolution of language area functions: a study on adult stroke patients. Cortex 23:475–483 Basso A, Capitani E, Della Sala S et al. (1987b) Recovery from ideomotor apraxia – a study on acute stroke patients. Brain 110:747–760 Bastian HC (1869) On the various forms of loss of speech in cerebral disease. Br Foreign Med Chir Rev 43:209–236 Bastian HC (1880) The brain as an organ of mind. Kegan Paul, London Bates E, Thal D, Trauner D et al. (1997) From first words to grammar in children with focal brain injury. Dev Neuropsychol 13:275–343 Bates E, Wilson SM, Pinar Saygin A et al. (2003) Voxel-based lesion-symptom mapping. Nat Neurosci 6:48–450 Bauer RM, Verfaellie M (1988) Electrodermal discrimination of familiar but not unfamiliar faces in prosopagnosia. Brain Cogn 8:240– 252 Bauer RM, Zawacki T (1997) Auditory agnosia and amusia. In: Feinberg TE, Farah MJ (eds) Behavioral neurology and neuropsychology. McGrawHill, New York Baumgartner G (1977) Neuronal mechanisms of the migrainous visual aura. In: Clifford Rose F (ed) Physiological aspects of clinical neurology. Blackwell, Oxford, pp 111–121 Bay E (1951) Ueber den Begriff der Agnosie. Nervenarzt 22:179–187 Baylis GC, Driver J (1993) Visual attention and objects: Evidence for hierarchical coding of location. J Exp Psychol Hum Percep Perform 19:451–470 Baylis GC, Rolls ET, Leonard CM (1987) Functional subdivisions of the temporal lobe neocortex. J Neurosci 7:330–342 Beard BL, Levi DM, Reich LN (1995) Perceptual learning in parafoveal vision. Vis Res 35:1679–1690 Beatty WW, Salmon DP, Butters N et al. (1988) Retrograde amnesia in patients with Alzheimer’s disease or Huntington’s disease. Neurobiol Aging 9:181–186 Beauvois MF, Dérousné J (1981) Lexical or orthographic agraphia. Brain 104:21–49 Bechara A, Tranel D, Damasio H et al. (1995) Double dissociation of conditioning and declarative knowledge relative to the amygdala and hippocampus in humans. Science 269:1115–1118 Bechara A, Tranel D, Damasio H, Damasio AR (1996) Failure to respond autonomically to anticipated future outcomes following damage to prefrontal cortex. Cereb Cortex 6:215–225 Bechara A, Damasio H, Tranel D, Damasio AR (1997) Deciding advantageously before knowing the advantageous strategy. Science 275:1293–1295 Beckers G, Zeki S (1995) The consequences of inactivating areas V1 and V5 on visual-motion perception. Brain 118:49–60 Behrmann M, Bub D (1992) Surface dyslexia and dysgraphia: Dual routes, single lexicon. Cogn Neuropsychol 9:209–251 Behrmann M, Tipper SP (1999) Attention accesses multiple reference frames: evidence from visual neglect. J Exp Psychol Hum Percept Perform 25:83–101 Beisteiner R, Altenmüller E, Lang W et al. (1994) Watching the musicians brain. Eur J Cogn Psychol 6:311–327

710

Literatur

Bejjani BP, Damier P, Arnulf I et al. (1999) Transient acute depression induced by high-frequency deep-brain stimulation. N Engl J Med 340:1476–1480 Belin P, McAdams S, Smith B et al. (1998) The functional anatomy of sound intensity discrimination. J Neurosci 18: 6388–6394 Bender MB (1952) Disorders in perception. Thomas, Springfield/IL Bengtsson S, Nagy Z, Skare S et al. (2005) Extensive Piano practicing has regionally specific effects on white matter development. Nat Neurosci 8:1148–1150 Ben-Shachar M, Hendler T, Kahn I et al. (2003) The neural reality of syntactic transformations: Evidence from functional magnetic resonance imaging. Psychol Sci 14:433–440 Benson DF (1994) The neurology of thinking. Oxford Univ Press, New York Benson DF, Geschwind N (1969) The alexias. In: Vinken PJ, Bruyn GW (eds) Handbook of clinical neurology, vol 4. North Holland, Amsterdam, pp 112–140 Benson DF, Greenberg JP (1969) Visual form agnosia – a specific defect in visual discrimination. Arch Neurol 20:82–89 Bentivoglio M, Aggleton JP, Mishkin M (1997) The thalamus and memory formation. In: Steriade M, Jones EG, McCormick DA (eds) Thalamus. Elsevier, Amsterdam Lausanne New York Oxford Shannon Tokyo, pp 689–720 Benton AL (1959) Right-left discrimination and finger localization. Developmment and pathology. Hoeber-Harper, New York Berger H (1926) Über Rechenstörungen bei Herderkrankungen des Großhirns. Arch Psychiatr Nervenkrankh 78: 238–263 Berlyne N (1972) Confabulation. Br J Psychiatry 120:31–39 Bermudez P, Zatorre R (2005) Conditional associative memory for musical stimuli in nonmusicians: Implications for absolute pitch. J Neurosci 25:7718–7723 Berndt RS, Haendiges AN (2000) Grammatical class in word and sentence production: Evidence from an aphasic patient. J Mem Lang 43:249–273 Berndt RS, Mitchum CC, Haendiges AN, Sandson J (1997) Verb retrieval in aphasia. 1. Characterizing single word impairments. Brain Lang 56:68–106 Bernstein N (1935) The problem of the interrelation of coordination and localization. Arch Biol Sci 38:15–59. Reprinted in: Bernstein N (1967) The coordination and regulation of movements. Pergamon, Oxford Berthier M (1999) Transcortical aphasias. Psychology Press, Hove Berthoz A, Israel I, Georges-Fracois P et al. (1995) Spatial memory of body linear displacement: what is being stored. Science 269:95– 98 Best F (1917) Hemianopsie und Seelenblindheit bei Hirnverletzungen. Graefes Arch Ophthalmol 93:49–150 Bialystok E, Craik FIM, Klein R, Viswanathan M (2006) Bilingualism, aging, and cognitive control: Evidence from the Simon task. Psychology Aging (im Druck) Biederman I (1987) Recognition by components: a theory of human image understanding. Psychol Rev 94:115–147 Biederman-Thorson M, Thorson J (1973) Rotation-compensating reflexes independent of the labyrinth and the eye. Neuromuscular correlates in the pigeon. J Comp Physiol 83:103–122 Binder JR, Frost JA, Hammeke TA et al. (1997) Human brain language areas identified by functional magnetic resonance imaging. J Neurosci 17:353–362

Binkofski F, Dohle C, Posse S et al. (1998) Human anterior intraparietal area subserves prehension: a combined lesion and functional MRI activation study. Neurology 50:1253–1259 Binkofski F, Buccino G, Posse S et al. (1999) A fronto-parietal circuit for object manipulation in man: evidence from an fMRI-study. Eur J Neurosci 11:3276–3286 Bird CM, Castelli F, Malik O et al. (2004) The impact of extensive medial frontal lobe damage on ›Theory of Mind‹ and cognition. Brain 127:914–928 Bisdorff AR, Wolsley CJ, Anastasopoulos D et al. (1996) The perception of body verticality (subjective postural vertical) in peripheral and central vestibular disorders. Brain 119:1523–1534 Bishop DVM (1990) On the futility of using familial sinistrality to subclassify handedness groups. Cortex 26:153–155 Bisiach E, Geminiani G (1991) Anosognosia related to hemiplegia and hemianopia. In: Prigatano GP, Schacter DL (eds) Awareness of deficit after brain injury. Oxford Univ Press, New York, pp 17–39 Bisiach E, Luzzatti C (1978) Unilateral neglect of representational space. Cortex 14:129–133 Bisiach E, Capitani E, Luzzatti C, Perani D (1981) Brain and conscious representation of outside reality. Neuropsychologia 19:543–551 Bisiach E, Cornacchia L, Sterzi R, Vallar G (1984) Disorders of perceived auditory lateralization after lesions of the right hemisphere. Brain 107:37–52 Bisiach E, Vallar G, Perani D et al. (1986) Unawareness of disease following lesions of the right hemisphere: anosognosia for hemiplegia and anosognosia for hemianopia. Neuropsychologia 24:471– 482 Bisiach E, Rusconi ML, Vallar G (1991) Remission of somatoparaphrenic delusion trough vestibular stimulation. Neuropsychologia 29:1029–1031 Bisiach E, Pizzamiglio L, Nico D, Antonucci G (1996) Beyond unilateral neglect. Brain 119:851–857 Bizzi E, Accornero N, Chapple W, Hogan N (1984) Posture control and trajectory formation during arm movement. J Neurosci 4:2738– 2745 Bizzi E, Mussa-Ivaldi F, Giszter S (1991) Computations underlying the execution of movement: a biological perspective. Science 253:287– 291 Bizzi E, Hogan N, Mussa-Ivaldi FA, Giszter S (1992). Does the nervous system use equilbrium-point control to guide single and multiple joint movements? Behav Brain Sci 15: 603–613 Bjorneby ER, Reinvang ER (1985) Acquiring and maintaining selfcare skills after stroke. The predictive value of apraxia. Scand J Rehabil Med 17:75–80 Blakemore CB, Sutton P (1969) Size adaptation: A new aftereffect. Science 166:245–247 Blanken G, Dorn M, Sinn H (1997) Inversion errors in arabic number reading: Is there a nonsemantic route? Brain Cogn 34:404–423 Blauert J (1974) Räumliches Hören. Hirzel, Stuttgart Blaxton TA (1989) Investigating dissociations among memory measures: Support for a transfer appropriate processing framework. J Exp Psychol Learn Mem Cogn 15:657–668 Blinkov SM, Glezer II (1968) Das Zentralnervensystem in Zahlen und Tabellen. VEB Gustav Fischer, Jena Bloedel JR (1992) Functional heterogeneity with structural homogeneity: how does the cerebellum operate? Behav Brain Sci 15:666– 678

711 Literatur

Blood A, Zatorre R (2001) Intensely pleasurable responses to music correlate with activity in brain regions implicated in reward and emotion. Proc Nat Acad Sci 98:11818–11823 Blumstein SE, Cooper WE, Zurif, EB, Caramazza A (1977) The perception and production of voice-onset time in aphasia. Neuropsychologia 15:371–383 Blythe IM, Kennard C, Ruddock KH (1987) Residual function in patients with retrogeniculate lesions of the visual pathways. Brain 110:887– 905 Bock K, Levelt WJM (1994) Language production: grammatical encoding. In: Gernsbacher MA (ed) Handbook of psycholinguistics. Academic Press, New York, p 946 Bodamer J (1947) Die Prosop-Agnosie (Die Agnosie des Physiognomieerkennens). Arch Psychiatr Nervenkrankh 179:6–53 Bogousslavsky J, Regli F, Uske A. (1988) Thalamic infarcts: Clinical syndrome, etiology, and prognosis. Neurology 38:837–848 Bonhoeffer K (1901) Die akuten Geisteskrankheiten der Gewohnheitstrinker. Fischer, Jena Bonhoeffer K (1910) Die symptomatischen Psychosen. Deuticke, Leipzig Bonin G von, Bailey P (1947) The neocortex of macaca mulatta. University of Illinois Press, Urbana Bontempi B, Laurent-Demir C, Destrade C et al. (1999) Time-dependent reorganization of brain circuitry underlying long-term memory storage. Nature 400:671–675 Bornstein MH (1985) On the development of color naming in young children: data and theory. Brain Language 26:72–93 Borsley RD (1997) Syntax-Theorie: Ein zusammengefasster Zugang. Niemeyer, Tübingen Bouillaud J (1925) Recherches cliniques propres à démontrer que la perte de la parole correspond à la lésion des lobules antérieurs du cerveau et à confirmer l’opinion de M.-Gall sur le siège de l’organ du language articulé. Arch Gen Med 8:25–95 Braak H, Braak E (1991) Neuropathological stageing of Alzheimerrelated changes. Acta Neuropathol 82:239–259 Bracke-Tolkmitt R, Linden A et al. (1989) The cerebellum contributes to mental skill. Behav Neurosci 103:442–446 Bradley MM, Lang PJ (2000) Affective reactions to acoustic stimuli. Psychophysiology 37:204–215 Bradley MM, Cuthbert BN, Lang PJ (1990) Startle reflex modification: Attention or emotion. Psychophysiology 27: 513–522 Brandt J, Folstein SE, Folstein MF (1988) Differential cognitive impairment in Alzheimer’s disease and Huntington’s disease. Ann Neurol 23:555–561 Brandt T (1997) Cortical matching of visual and vestibular 3-D coordinate maps. Ann Neurol 42:983–984 Brandt T, Dieterich M, Danek A (1994) Vestibular cortex lesions affect the perception of verticality. Ann Neurol 35:403–412 Brandt T, Bartenstein P, Janek A, Dieterich M (1998a) Reciprocal inhibitory visual-vestibular interaction: visual motion stimulation deactivates the parieto-insular vestibular cortex. Brain 121:1749–1758 Brandt T, Dichgans J, Diener HC (1998b) Therapie und Verlauf neurologischer Erkrankungen. Kohlhammer, Stuttgart Brannon EM, Terrace HS (1998) Ordering of the numerosities 1 to 9 by monkeys. Science 282:746–749 Brass M, Ullsperger M, Knösche TR et al. (2005) Who comes first? The role of prefrontal and parietal cortex in cognitive control. J Cogn Neurosci 17:1367–1375

Braun C, Schweizer R, Elbert T et al. (2000) Differential activation in somatosensory cortex for different discrimination tasks. J Neurosci 20:446–450 Brefczynski JA, De Yoe EA (1999) A physiological correlate of the ›spotlight‹ of attention. Nat Neurosci 2:370–374 Breier JI, Adair JC, Gold M et al. (1995) Dissociation of anosognosia for hemiplegia and aphasia during left-hemisphere anesthesia. Neurology 45:65–67 Breitenstein C, Daum I, Ackermann H (1998) Emotional processing following cortical and subcortical brain damage: contribution of the fronto-striatal circuitry. Behav Neurol 11:1–14 Bremmer F, Schlack A, Shah NJ et al. (2001) Polymodal motion processing in posterior parietal and premotor cortex: a human fMRI study strongly implies equivalencies between humans and monkeys. Neuron 29:287–296 Brett M, Leff AP, Rorden C, Ashburner J (2001) Spatial normalization of brain images with focal lesions using cost function masking. Neuroimage 14:486–500 Bridgeman B, Staggs D (1982) Plasticity in human blindsight. Vision Res 22:1199–1203 Brinley JF (1965) Cognitive sets, speed and accuracy of performance in the elderly. In: Welford AT, Birren JE (eds) Behavior, aging, and the nervous system. Mason, Springfield, pp 114–149 Broadbent DE (1954) The role of auditory localization in attention and memory span. J Exp Psychol 47:191–196 Broadbent DE (1958) Perception and communication. Pergamon, London Broca P (1861) Remarques sur le siège de la faculté du langage articulé suivies d’une observation d’aphémie (perte de la parole). Bull Soc Anat 6:330–357 Broca P (1878) Anatomie comparée des circonvolutions cérébrales. Le grand lobe limbique et la scissure limbique dans la série des mammifères. Rev Anthropol Ser 2: 384–498 Broca P (1896) Remarques sur le siège de la faculté du langage articulé, suivi d’une observation d’aphémie (perte de la parole). Bull Soc Anatom 6:330–357, 398–407 Brodal P (1981) Neurological anatomy in relation to clinical medicine, 3rd edn. Oxford Univ Press, Oxford Brothers L, Ring B (1993) Mesial temporal neurons in the macaque monkey with responses selective for aspects of social stimuli. Behav Brain Res 57:53–61 Brown JS, Kalish HI, Farber IE (1951) Conditioned fear as revealed by magnitude of startle response to an auditory stimulus. J Exp Psychol 41:317–328 Brown RG, Marsden CD (1991) Cognitive function in Parkinson’s disease: From description to theory. Trends Neurosci 13:21–24 Bruce D (1985) On the origin of the term »neuropsychology«. Neuropsychologia 23:813–814 Bruce V (1988) Recognising faces. Lawrence Erlbaum, Hove London Hillsdale Bruck A, Portin R, Lindell A et al. (2001) Positron emission tomography shows that impaired frontal lobe functioning in Parkinson’s disease is related to dopaminergic hypofunction in the caudate nucleus. Neurosci Lett 311:81–84 Bryden MP (1988) An overview of the dichotic listening procedure and its relation to cerebral organization. In: Hugdahl K (ed) Handbook of dichotic listening: theory, methods and research. Wiley, Chichester, pp 1–44

712

Literatur

Bryden MP, Bulman Fleming MB, MacDonald V (1996) The measurement of handedness and its relation to neuropsychological issues. In: Digby E, Roy EA (eds) Manual asymmetries in motor performance. CRC, Boca Raton, pp 57–81 Bub D, Kertesz A (1982) Deep agraphia. Brain Lang 17: 146–165 Buccino R, Vogt S, Ritzl A et al. G (2004) Neural circuits underlying imitation learning of hand actions: an event-related fMRI study. Neuron, 42:323–334 Buchanan TW, Lutz K, Mirzazade S et al. (2000) Recognition of emotional prosody and verbal components of spoken language: an fMRI study. Brain Res Cogn Brain Res 9: 227–238 Bucher SF, Dieterich M, Wiesmann M et al. (1998) Cerebral functional magnetic resonance imaging of vestibular, auditory, and nociceptive areas during galvanic stimulation. Ann Neurol 44: 120–125 Buckner RL (2000) Neuroimaging of memory. In: Gazzaniga MS (ed) The new cognitive neurosciences, 2nd edn. MIT, Cambridge/MA, pp 817–828 Buckner RL, Bandettini PA, O’Craven KM et al. (1996) Detection of cortical activation during averaged single trials of a cognitive task using functional magnetic-resonance-imaging. Proc Natl Acad Sci USA 93:14878–14883 Büchel C, Friston KJ (1997) Modulation of connectivity in visual pathways by attention: Cortical interactions evaluated with structural equation modelling and fMRI. Cerebr Cortex 7:768–778 Büchel C, Bornhovd K, Quante M et al. (2002) Dissociable neural responses related to pain intensity, stimulus intensity, and stimulus awareness within the anterior cingulate cortex: a parametric singletrial laser functional magnetic resonance imaging study. J Neurosci 22:970–976 Büchel C, Price C, Frackowiak RSJ, Friston K (1998a) Different activation patterns in the visual cortex of late and congenitally blind subjects. Brain 121:409–419 Büchel C, Price C, Friston K (1998b) A multimodal language region in the ventral visual pathway. Nature 394:274–277 Büchel C, Price CJ, Frackowiak RSJ, Friston KJ (1998c) Different activation patterns in the occipital cortex of late and congenitally blind subjects. Brain 121:409–419 Büchel C, Morris J, Dolan RJ, Friston KJ (1998d) Brain systems mediating aversive conditioning: an event-related fMRI study. Neuron 20:947– 957 Bullier J, Girard P, Salin P-A (1993) The role of area 17 in the transfer of information to extrastriate visual cortex. In: Peters A, Rockland KS (eds) Cerebral cortex, vol 10. Plenum, New York, pp 301–330 Bulman Fleming MB, Bryden MP (1994) Simultaneous verbal and affective laterality effects. Neuropsychologia 32: 787–797 Bülthoff HH, Edelman S (1992) Psychophysical support for a 2-D view interpolation theory of object recognition. Proc Natl Acad Sci U S A 89:60–64 Bülthoff HH, Edelman S, Tarr MJ (1995) How are three-dimensional objects represented in the brain? Cereb Cortex 5:247–260 Burgess PW, Shallice T (1996a) Bizarre responses, rule detection and frontal lobe lesions. Cortex 32:241–259 Burgess PW, Shallice T (1996b) Confabulation and the control of recollection. Memory 4:359–411 Burgess PW, Veitch E, de Lacy Costello A, Shallice T (2000) The cognitive and neuroanatomical correlates of multitasking. Neuropsychologia 38:848–863

Burgess PW, Simons JS, Dumontheil I, Gilbert SJ (2005) The gateway hypothesis of rostral PFC function. In: Duncan J, McLeod P, Phillips L (eds) Measuring the mind: speed, control and age. Oxford Univ Press, Oxford, pp 215–246 Bürk K, Globas C, Bosch S et al. (1999) Cognitive deficits in spinocerebellar ataxia 2. Brain 122:769–777 Burke D, MacKay DG (1997) Memory, language, and ageing. Phil Trans R Soc London B362:1845–1856 Burr DC, Ross J (1979) How does binocular delay give information about depth? Vision Res 19:523–532 Burr DC, Morrone MC, Ross J (1994) Selective suppression of the magnocellular visual pathway during saccadic eye movements. Nature 371:511–513 Burton MW, Small SL, Blumstein SH (2000) The role of segmentation in phonological processing: An fMRI investigation. J Cogn Neurosci 12:679–690 Bushara KO, Weeks RA, Ishii K et al. (1999) Modality-specific frontal and parietal areas for auditory and visual spatial localization in humans. Nat Neurosci 2:759–766 Butter CM, Kosslyn S, Mijovic-Prelec D et al. (1997) Field-specific deficits in visual imagery following hemianopia due to unilateral occipital infarcts. Brain 120:217–228 Butterworth B (1992) Disorders of phonological encoding. Cognition 42:261–286 Butterworth B (1999) The mathematical brain. Macmillan, London Butterworth B (2005) The development of arithmetical abilities. J Child Psychol Psychiat 46:3–18 Buxbaum LJ, Coslett HB (1997) Subtypes of optic ataxia: reframing the disconnexion account. Neurocase 3:159–166 Buxbaum LJ, Schwartz MF, Carew TG (1997) The role of semantic memory in object use. Cogn Neuropsychol 14:219–254 Bychowski Z (1920) Über das Fehlen der Wahrnehmung der eigenen Blindheit bei zwei Kriegsverletzten. Neurol Centralbl 39:354– 357 Bykov KM (1924) Versuche an Hunden mit Durchschneiden des Corpus callosum. Z Neurol Psychiatr 39:199 Byl NN, Merzenich MM, Cheung S et al. (1997) A primate model for studying focal dystonia and repetitive strain injury: effects on the primary somatosensory cortex. Phys Ther 77:269–284 Byng S, Black M (1989) Some aspects of sentence production in aphasia. Aphasiology 3:241–263 Cabeza R, Nyberg L (2000) Imaging condition II: An empirical review of 275 PET and fMRI studies. J Cogn Neurosci 12:1–47 Cabeza R, Mangels J, Nyberg L et al. (1997) Brain regions differentially involved in remembering what and when: a PET study. Neuron 19:863–870 Cacioppo JT, Gardner WL, Berntson GG (1999) The affect system has parallel and integrative processing components: Form follows function. J Pers Soc Psychol 76: 839–855 Cahill L, Babinsky R, Markowitsch HJ et al. (1995) Involvement of the amygdaloid complex in emotional memory. Nature 377:295– 296 Calvert GA, Brammer MJ, Morris RG et al. (2000) Using fMRI to study recovery from acquired dysphasia. Brain Lang 71:391–399 Caminiti R, Ferraina S, Johnson PB (1996) The sources of visual information to the primate frontal lobe: a novel role for the superior parietal lobule. Cereb Cortex 6:319–328

713 Literatur

Campbell BA, Wood G, McBride T (1997) Origins of orienting and defensive responses: An evolutionary perspective. In: Lang PJ, Simons RF, Balaban M (eds) Attention and orienting. Erlbaum, Mahwah/NJ, pp 41–67 Campbell FW, Robson JG (1968) Application of Fourier analysis to the visibility of gratings. J Physiol 197: 551–566 Campbell JID (ed) (1992) The nature and origins of mathematical skills. North-Holland, Amsterdam Campbell JID (1994) Architectures for numerical cognition. Cognition 53:1–44 Campbell JID (1997) On the relation between skilled performance of simple division and multiplication. J Exp Psychol Learn Mem Cogn 23:1140–1159 Campbell R (1983) Writing nonwords to dication. Brain Lang 19:153–178 Campenhausen, C von (1981) Die Sinne des Menschen, Bd 1. Thieme, Stuttgart Campion J, Latto R, Smith YM (1983) Is blindsight an effect of scattered light, spared cortex, and near-threshold vision? Behav Brain Sci 6:423–486 Candia V, Elbert T, Altenmüller E et al. (1999) A constraint-induced movement therapy for focal hand dystonia in musicians. Lancet 353:1–2 Candia V, Wienbruch C, Elbert T, Rockstroh B (2003) Effective behavioral treatment of focal handdyslonia in musicians alters. Somatosens Cort Org 100:7942–7946 Candia V, Schäfer T, Taub E et al. (in press) Sensorimotor Retuning (SMR). A behavioral treatment for focal hand dystonia of pianists and guitarists. Arch Phys Rehabil Med Cannon WB (1932) The wisdom of the body. Norton, New York Cao Y, Vikingstad EM, George KP et al. (1999) Cortical language activation in stroke patients recovering from aphasia with functional MRI. Stroke 30:2331–2340 Caplan D (1992) Language: structure, processing and disorders. MIT, Boston Cappa S, Sterzi R, Vallar G, Bisiach E (1987) Remission of hemineglect and anosognosia during vestibular stimulation. Neuropsychologia 25:775–782 Cappa SF, Perani D, Grassi F et al. (1997) A PET follow-up study of recovery after stroke in acute aphasics. Brain Lang 56:55–67 Caramazza A (1997) How many levels of processing are there in lexical access? Cogn Neuropsychol 14:177–208 Caramazza A, Hillis AE (1990) Where do semantic errors come from? Cortex 26:95–122 Caramazza A, Shelton JR (1998) Domain-specific knowledge systems in the brain: the animate-inanimate distinction. J Cogn Neurosci 10:1–34 Caramazza A, Zurif EB (1976) Dissociation of algorithmic and heuristic processes in language comprehension: Evidence from aphasia. Brain Lang 3:572–582 Caramazza A, Papagno C, Ruml W (2000) The selective impairment of phonological processing in speech production. Brain Lang 75:428– 450 Carel C, Loubinoux I, Boulanouar K et al. (2000) Neural substrate for the effects of passive training on sensorimotor cortical representation: a study with functional magnetic resonance imaging in healthy subjects. J Cereb Blood Flow Metab 20:478–484 Carey S (1998) Knowledge of number: its evolution and ontogeny. Science 282:641–642

Carlin D, Bonerba J, Phipps M et al. (2000) Planning impairments in frontal lobe dementia and frontal lobe lesion patients. Neuropsychologia 38:655–665 Carrasco M, Ling S, Read S (2004) Attention alters appearance. Nat Neurosci 7:308–313 Cartwright BA, Collett TS (1982) How honey bees use landmarks to guide their return to a food source. Nature 295: 560–564 Castaigne P, Rondot P, Ribadeau Dumas JL, Tempier P (1975) Ataxie optique localisée au côté gauche dans les deux hémichamps visuels homonymes gauches. Rev Neurol 131:23–28 Castellanos FX, Giedd JN, Hamburger SD et al. (1996a) Brain morphometry in Tourette’s syndrome: the influence of comorbid attentiondeficit/hyperactivity disorder. Neurology 47:1581–1583 Castellanos FX, Giedd JN, Marsh WL et al. (1996b) Quantitative brain magnetic resonance imaging in attention-deficit hyperactivity disorder. Arch Gen Psychiatry 53: 607–616 Caterini F, Della Sala S, Spinnler H et al. (2002) Object recognition and object orientation in Alzheimer’s disease. Neuropsychology 16: 146–155 Cavanagh P, Mather G (1989) Motion: The long and the short of it. Spatial Vision 4:103–129 Celesia GG, Brigell MG, Vaphiades MS (1997) Hemianopic anosognosia. Neurology 49:88–97 Cereda C, Ghika J, Maeder P et al. (2002) Strokes restriced to the insular cortex. Neurology 59:1950–1955 Cerella J (1990) Aging and information-processing rate. In: Birren JE, Schaie KW (eds) Handbook of the psychology-of aging, 3rd edn. Academic Press, San Diego/CA, pp 201–221 Cermak LS, Talbot N, Chandler K, Wolbarst LR (1985) The perceptual priming phenomenon in amnesia. Neuropsychologia 23:615–622 Chapman LJ, Chapman JP (1987) The measurement of handedness. Brain Cogn 6:175 –283 Chatterjee A, Southwood MH (1995) Cortical blindness and visual imagery. Neurology 45:2189–2195 Cheal M, Lyon DR, Gottlob LR (1994) A framework for understanding the allocation of attention in location-precued discrimination. Q J Exp Psychol 47A:699–739 Cheng K (1986) A purely geometric module in the rat’s spatial representation. Cognition 23:149–178 Chen S, Swartz KB, Terrace HS (1997) Knowledge of the ordinal position of list items in rhesus monkeys. Psychol Sci 8:80–86 Cherry EC (1953) Some experiments on the recognition of speech with one and two ears. J Acoust Soc Am 25:975–979 Chochon F, Cohen L, van de Moortele PF, Dehaene S (1999) Differential contributions of the left and right inferior parietal lobules to number processing. J Cogn Neurosci 11:617–630 Chwilla DJ, Brown CM, Hagoort P (1995) The N400 as a function of the level of processing. Psychophysiology 32:274–285 Cipolotti L, Butterworth B (1995) Toward a multiroute model of number processing: impaired number transcoding with preserved calculation skills. J Exp Psychol Gen 124:375–390 Cipolotti L, McNeil JE, Warrington EK (1993) Spared written naming of proper nouns: a case report. Memory 1:289–311 Clahsen H (1988) Normale und gestörte Kindersprache. Benjamins, Amsterdam Clark SA, Allard T, Jenkins WM, Merzenich MM (1988) Receptive fields in the body-surface map in adult cortex defined by temporally correlated inputs. Nature 332: 444–445

714

Literatur

Clarke S, Walsh V, Schoppig A et al. (1998) Colour constancy impairments in patients with lesions of the prestriate cortex. Exp Brain Res 123:154–158 Claros Salinas D, Willmes K (2000) Störungen der Zahlenverarbeitung. In: Sturm W, Herrmann M, Wallesch CW (Hrsg) Lehrbuch der Klinischen Neuropsychologie. Swets & Zeitlinger, Lisse, S 521–536 Clavagnier S, Fruhmann Berger M, Klockgether T et al. (eingereicht) Involvement of posterior parietal cortex in visual gestalt perception. Clavagnier S, Paulignan Y, Vighetto A, Perenin MT (2000) Two systems of spatial representations: evidences from parietal lesions in humans. Eur J Neurosci Suppl 11:12 Cohen A, Rafal RD (1991) Attention and visual feature integration in a patient with a parietal lobe lesion. Psychol Sci 2:106–110 Cohen JD, Dunbar K, McClelland JL (1990) On the control of automatic processes: a parallel distributed processing-account of the Stroop effect. Psychol Rev 97:332–361 Cohen L, Dehaene S (1996) Cerebral networks for number processing: Evidence from a case of posterior callosal lesion. Neurocase 2:155– 174 Cohen L, Dehaene S, Verstichel P (1994) Number words and number non-words: A case of deep dyslexia extending to Arabic numerals. Brain 117:267–279 Cohen L, Dehaene S, Chochon F et al. (2000) Language and calculation within the parietal lobe: A combined cognitive, anatomical and fMRI study. Neuropsychologia 38:1426–1440 Cohen LG, Bandinelli S, Findley TW, Hallet M (1991) Motor reorganization after upper limb amputation in man: A study with focal magnetic stimulation. Brain 114:615–627 Cohen LG, Celnik P, Pascual-Leone A et al. (1997) Functional relevance of cross-modal plasticity in blind humans. Nature 389:180–183 Cohen MS, Kosslyn SM, Breiter HC et al. (1996) Changes in cortical activity during mental rotation. A mapping study using functional MRI. Brain 119:89–100 Cohen NJ, Squire LR (1980) Preserved learning and retention-of patternanalyzing skill in amnesia: dissociation of knowing how and knowing that. Science 210:207–210 Colby CL, Duhamel JR (1996). Spatial representations for action in parietal cortex. Brain Res Cogn Brain Res 5:105–115 Colcombe S, Kramer AF (2003) Fitness effects on the cognitive function of older adults: A meta-analytic study. Psychol Sci 14:125– 130 Coleman J (1998) Cognitive reality and the phonological lexicon: A review. J Neurolinguist 11:295–320 Coltheart M (1980) Deep dyslexia: A right-hemisphere hypothesis. In: ColtheartM, Patterson KE, Marshall J (eds) Deep dyslexia. Routledge & Kegan Paul, London, pp 326–380 Cooper ACG, Humphreys GW (2000) Coding space within but not between objects: evidence from Balint’s syndrome. Neuropsychologia 38:723–733 Cooper JA, Sagar HJ, Jordan N et al. (1991) Cognitive impairment in early, untreated Parkinson’s disease and its relationship to motor disability. Brain 114:2095–2122 Cooper R, Shallice T (2000) Contention scheduling and the control of routine activities. Cogn Neuropsychol 17: 297–338 Corballis MC (1988) Recognition of disoriented shapes. Psychol Rev 95:115–123 Corballis MC (1991) The lopsided ape. Oxford Univ Press, New York Oxford, p 260

Corbetta M (1998) Frontoparietal cortical networks for directing attention and the eye to visual locations: identical, independent, or overlapping neural systems? Proc Natl Acad Sci U S A 95:831– 838 Corbetta M, Miezin FM, Dobmeyer S et al. (1990) Attentional modulation of neural processing of shape, color, and velocity in humans. Science 248:1556–1559 Corina DP, Poizner H, Bellugi U et al. (1992) Dissociation between linguistic and nonlinguistic gestural systems: A case for compositionality. Brain Lang 43:414–447 Corkin S (1968) Acquisition of motor skill after bilateral medial temporal-lobe excision. Neuropsychologia 6:255–265 Coslett HB, Saffran E (1991) Simultanagnosia. To see but not two see. Brain 114:1523–1545 Coslett HB, Saffran EM (1992) Optic aphasia and the right hemisphere: A replication and extension. Brain Lang 43: 148–161 Cowey A (1994) Cortical visual areas and the neurobiology of higher visual processes. In: Farah MF, Ratcliff R (eds) The neuropsychology of high-level vision. Erlbaum, Hillsdale/NJ Hove UK, pp 3–31 Craighero L, Fadiga L, Rizzolatti G, Umiltà C (1998) Visuomotor priming. Vis Cogn 5:109–125 Craik FIM, Anderson N (2000) Applying cognitive research to problems of aging. In: Gopher D, Koriat A (eds) Attention and performance, XVII. Cognitive regulation of performance: Interaction of theory and application. MIT, Cambridge/MA, pp 583–615 Cramer SC, EP Bastings (2000) Mapping clinically relevant-plasticity after stroke. Neuropharmacology 39: 842–851 Cramon D von, Kerkhoff G (1993) On the cerebral organization of elementary visuo–spatial perception. In: Gulyas B, Ottoson D, Roland P (eds) Functional organisation of the human visual cortex. Pergamon, Oxford, pp 211–231 Cramon D von, Hebel N, Schuri U (1985) A contribution to the anatomical basis of thalamic amnesia. Brain 108:993–1008 Crick F, Koch C (1990) Towards a neurobiological theory of consciousness. Sem Neurosci 2:263–275 Crick F, Koch C (1995) Are we aware of neural activity in primary visual cortex? Nature 375:121–123 Crick F, Koch C (2003) A framework for consciousness. Nat Neurosci 6:119–126 Croisile B, Trillet M, Laurent B et al. (1989) Agraphie lexicale par hématome temporo-pariétal gauche. Rev Neurol 145: 287–292 Crow TJ (1990) Temporal lobe asymmetries as the key to the-etiology of schizophrenia. Schizophr Bull 16:433–443 Crozier S, Sirigu A, Lehéricy S et al. (1999) Distinct prefrontal activations in processing sequence at the sentence and script level: an fMRI study. Neuropsychologia 37:1469–1476 Cummings JL (1993) Frontal-subcortical circuits and human behavior. Arch Neurol 50:873–880 Cummings JL, Cunningham K (1992) Obsessive-compulsive disorder in Huntington’s disease. Biol Psychiatry 31: 263–270 Cummings JL, Benson F, Hill MA, Read S (1985) Aphasia in-dementia of the Alzheimer type. Neurology 35:394–397 Cutting J (1978) Study of anosognosia. J Neurol Neurosurg Psychiatry 41:548–555 Daffner KR, Mesulam MM, Scinto LF et al. (2000) The central role of the prefrontal cortex in directing attention to novel events. Brain 123:927–939

715 Literatur

Dagher A, Owen AM, Boecker H, Brooks DJ (1999) Mapping the network for planning: a correlational PET activation study with the Tower of London task. Brain 122:1973–1987 Dalla Barba G (1993) Different patterns of confabulation. Cortex 29:567– 581 Damasio AR (1985) Prosopagnosia. Trends Neurosci 8:132–135 Damasio AR (1994) Descartes’ Irrtum: Fühlen, Denken und das menschliche Gehirn. List, München Damasio AR (1999) The feeling of what happens: body and emotion in the making of consciousness. Hartcourt Brace, New York Damasio AR, Tranel D, Damasio H (1991) Somatic markers and the guidance of behavior. In: Levin H, Eisenberg H, Benton A (eds) Frontal lobe function and dysfunction. Oxford Univ Press, New York, pp 217–228 Damasio AR, Grabowski TJ, Bechara A et al. (2000) Feeling emotions: subcortical and cortical brain activity during the experience of selfgenerated emotions. Nat Neurosci 3:1049–1056 Damasio H, Damasio AR (1989) Lesion analysis in neuropsychology. Oxford Univ Press, New York Damasio H, Grabowski T, Frank R et al. (1994) The return of Phineas Gage: clues about the brain from the skull of a famous patient. Science 264:1102–1105 Danckert J, Maruff P, Kinsella G et al. (1998) Investigating form and colour perception on blindsight using an interference task. Neuroreport 9:1919–1925 Dapretto M, Brookheimer SY (1999) Form and content: Dissociating syntax and semantics in sentence comprehension. Neuron 24:427– 432 Darian-Smith I, Burman K, Darian SC (1999) Parallel pathways mediating manual dexterity in the macaque. Exp Brain Res 128:101– 108 Darley FL, Aronson AE, Brown JR (1975) Motor speech disorders. Saunders, Philadelphia Daselaar S, Cabeya R (2005) Age-related changes in hemispheric organization. In: Cabeza R, Nyberg L, Park D (eds) Cognitive Neuroscience of aging: Linking cognitive and cerebral aging. Oxford Univ Press, New York/NY Daum I, Ackermann H (1994) Dissociation of declarative and nondeclarative memory after bilateral thalamic lesions: a case report. Int J Neurosci 75:153–165 Daum I, Ackermann H (1997a) Neuropsychological abnormalities in cerebellar syndromes-fact or fiction? Int Rev Neurobiol 41:455– 471 Daum I, Ackermann H (1997b) Non-deklaratives Gedächtnis – Neuropsychologische Befunde und neuroanatomische Grundlagen. Fortschr Neurol Psychiatr 65:122–132 Daum I, Schugens MM (1996) On the cerebellum and classical conditioning. Curr Direct Psychol Sci 5:58–61 Daum I, Ackermann H, Schugens MM et al. (1993a) The cerebellum and cognitive functions in humans. Behav Neurosci 107:411–419 Daum I, Schugens MM, Ackermann H et al. (1993b) Classical conditioning after cerebellar lesions in humans. Behav Neurosci 107:748– 756 Daum I, Schugens MM, Spieker S et al. (1995) Memory and skill acqiusition in Parkinson’s disease and frontal lobe dysfunction. Cortex 31:413–432 Davidoff J, De Bleser R (1993) Optic aphasia: a review of past studies and reappraisal. Aphasiology 7:135–154

Davidson RJ (1992) Anterior cerebral asymmetry and the nature of emotion. Brain Cogn 20:125–151 Davidson RJ, Hugdahl K (1995) Brain asymmetry. MIT, Cambridge/MA Davidson RJ, Irwin W (1999) The functional neuroanatomy of emotion and affective style. Trends Cogn Sci 3:11–22 Davidson RJ, Abercrombie H, Nitschke JB, Putnam K (1999) Regional brain function, emotion and disorders of emotion. Curr Opin Neurobiol 9:228–234 Davies PM (1985) Steps to follow. A guide to the treatment of adult hemiplegia. Springer, New York Davis M (1998) Are different parts of the extended amygdala involved in fear versus anxiety. Biol Psychiatry 44:1239–1247 Davis M, Walker DL, Lee Y (1997) Amygdala and bed nucleus of the stria terminalis: differential roles in fear and anxiety measured with the acoustic startle reflex. Phil Trans R Soc London B 352:1675– 1687 Dax M (1865) Lésions de la moitiée gauche de l’encéphale coincidant avec l’oubli des signes de la pensée. Gaz Hebd Med Chir 2:259– 260 De Bleser R, Luzzatti C (1989) Models of reading and writing and their disorders in classical German aphasiology. Cogn Neuropsychol 6:501–513 De Bleser R, Bayer J, Luzzatti C (1987) Die kognitive Neuropsychologie der Schriftsprache – Ein Überblick mit zwei deutschen Fallbeschreibungen. Linguist Berichte [Sonderheft 1]:118–162 De Renzi E, Barbieri C (1992) The incidence of the grasp reflex following hemispheric lesion and its relation to frontal damage. Brain 115: 293–313 De Renzi E, Di Pellegrino G (1998) Prosopagnosia and alexia without object agnosia. Cortex 34:403–416 De Renzi E, Lucchelli F (1988) Ideational apraxia. Brain 111:1173– 1185 De Renzi E, Saetti MC (1997) Associative agnosia and optic aphasia: qualitative or quantitative difference? Cortex 33: 115–130 De Renzi E, Faglioni P, Lodesani M, Vecci A (1983) Performance of left brain-damaged patients on imitation of single movements and motor sequences. Frontal and parietal- injured patients compared. Cortex 19:333–344 De Silva R, Duncan R, Patterson J et al. (1999) Regional cerebral perfusion and amytal distribution during the Wada test. J Nucl Med 40:747–752 Deacon TW (1997) The symbolic species. Norton, New York DeAngelis GC, Cumming BG, Newsome WT (1998) Cortical area MT and the perception of stereoscopic depth. Nature 394:677–680 Decety J, Sjoholm H, Ryding E et al. (1990) The cerebellum participates in mental activity: Tomographic measurements of regional blood flow. Brain Res 535:313–317 Dehaene S (1992) Varieties of numerical abilities. Cognition 44:1–42 Dehaene S (1996) The organization of brain activations in number comparison: Event-related potentials and the additive-factors method. J Cogn Neurosci 8:47–68 Dehaene S (1997) The number sense: How the mind creates mathematics. Oxford Univ Press, New York Dehaene S (2001) Précis of the number sense. Mind Lang 16:16– 36 Dehaene S, Akhavein R (1995) Attention, automaticity, and levels of representation in number processing. J Exp Psychol Learn Mem Cogn 21:314–326

716

Literatur

Dehaene S, Cohen L (1991) Two mental calculation systems: a case study of severe acalculia with preserved approximation. Neuropsychologia 29:1045–1074 Dehaene S, Cohen L (1995) Towards an anatomical and functional model of number processing. Math Cogn 1:83–120 Dehaene S, Cohen L (1997) Cerebral pathways for calculation: double dissociation between rote verbal and quantitative knowledge of arithmetic. Cortex 33:219–250 Dehaene S, Naccache L (2001) Towards a cognitive neuroscience of consciousness: basic evidence and a workspace framework. Cognition 79:1–37 Dehaene S, Dupoux E, Mehler J (1990) Is numerical comparison digital? Analogical and symbolic effects in two-digit number comparison. J Exp Psychol Hum Percept Perform 16:626–641 Dehaene S, Bossini S, Giraux P (1993) The mental representation of parity and numerical magnitude. J Exp Psychol Gen 122:371– 396 Dehaene S, Tzourio N, Frak V et al. (1996) Cerebral activations during number multiplikation and comparison: A PET study. Neuropsychologia 34:1097–1106 Dehaene S, Dehaene-Lambertz G, Cohen L (1998a) Abstract representations of numbers in the animal and human brain. Trends Neurosci 21:355–361 Dehaene S, Kerszberg M, Changeux JP (1998b) A neuronal model of a global workspace in effortful cognitive tasks. Proc Natl Acad Sci USA 95:14529–14534 Dehaene S, Piazza M, Pinel P, Cohen L (2003a) Three parietal circuits for number processing. Cogn Neuropsychol 20:487–506 Dehaene S, Piazza M, Pinel P, Cohen L (2003b) Three parietal circuits for number processing. Cogn Neuropsychol 20: 487–506 Dehaene S et al. (2003c) A neuronal network model linking subjective reports and objective physiological data during conscious perception. Proc Natl Acad Sci USA 100:8520–8525 Dehaene-Lambertz G (2000) Cerebral specification for speech and nonspeech stimuli in infants. J Cogn Neurosci 12:449–460 Dejerine J (1892) Contribution à l’étude anatomo-pathologique et clinique des différentes variétés de cécité verbale. Mem Soc Biol 4:61–90 Delazer M, Girelli L (1997) When ›Alfa Romeo‹ facilitates 164: semantic effects in verbal number production. Neurocase 3:461–475 Delazer M, Domahs F, Bartha L et al. (2003) Learning complex arithmetic – a fMRI study. Cogn Brain Res 18:76–88 Delius JD, Vollrath F (1973) Rotation compensating reflexes independent of the labyrinth. J Comp Physiol 83:123–143 Dell G, Schwartz MF, Martin N et al. (1997) Lexical access in aphasic and nonaphasic speakers. Psychol Rev 104:801–838 Della Sala S, Gentileschi V, Gray C, Spinnler H (2000) Intrusion errors in numerical transcoding by Alzheimer patients. Neuropsychologia 38: 768–777 Deloche G, Seron X (eds) (1987) Mathematical disabilities: a cognitive neuropsychological perspective. Lawrence Erlbaum, Hillsdale/ NJ Deloche G, Willmes K (2000) Cognitive neuropsychological models of adult calculation and number processing: the role of the surface format of numbers. Eur Child Adoles Psychiat 9 (Suppl. 2):27– 40 DeLuca J, Cicerone KD (1991) Confabulation following aneurysm of the anterior communicating artery. Cortex 27: 417–423

Demeurisse G, Hublet C, Paternot J et al. (1997) Pathogenesis of subcortical visuo-spatial neglect. A HMPAO SPECT study. Neuropsychologia 35:731–735 Démonet JF, Chollet F, Ramsay S et al. (1992) The anatomy of phonological and semantic processing in normal subjects. Brain 115: 1753–1768 Démonet JF, Celsis P, Agniel A et al. (1994) Activation of cerebral blood flow by a memorization task in early Parkinson’s disease patients and normal subjects. J Cereb Blood Flow Metabol 14:431–438 Dennis M (1980) Capacity and strategy for syntactic comprehension after left or right hemidecortication. Brain Lang 10:287–317 Dennis M, Whitaker HA (1976) Language acquisition following hemidecortication: Linguistic superiority of the left over the right hemisphere. Brain Lang 3:404–433 Derrfuss J, Brass M, Cramon DY von (2004) Cognitive control in the posterior frontolateral cortex: evidence from common activations in task coordination, interference control, and working memory. Neuroimage 23:604–612 Derrfuss J, Brass M, Neumann J, Cramon DY von (2005) Involvement of the inferior frontal junction in cognitive control: metaanalyses of switching and Stroop studies. Human Brain Mapping 25:22–34 Desimone R, Duncan J (1995) Neural mechanisms of selective visual attention. Annu Rev Neuroscience 18:193–222 Desimone R, Wessinger M, Thomas L, Schneider W (1990) Attentional control of visual perception: cortical and subcortical mechanisms. Cold Spring Harb Symp Quant Biol 55963–55971 Desmond JE, Fiez JA (1998) Neuroimaging studies of the cerebellum: language, learning and memory. Trends Cogn Sci 2:355–362 D’Esposito M, Postle BR, Rypma B (2000) Prefrontal cortical contributions to working memory: evidence from event-related fMRI studies. Exp Brain Res 133:3–11 Deubel H, Bridgeman B, Schneider WX (1998) Immediate post-saccadic information mediates space constancy. Vision Res 38:3147–3159 Deutsch JA, Deutsch D (1963) Attention: some theoretical considerations. Psychol Rev 70:80–90 Devlin JT, Moore CJ, Mummery CJ et al. (2002) Anatomic constraints on cognitive theories of category specificity. Neuroimage 15:675– 685 Diamond MC, Domenici RE, Protti AM et al. (1985) Plasticity in the 904day-old male rat cerebral cortex. Exp Neurol 87:107–110 Diamond R, Carey S (1977) Developmental changes of representation of faces. J Exp Psychol 23:1–22 Dicke P, Thier P, Barash S, Ilg U (1998) Single-unit evidence for a contribution of the dorsolateral pontine nucleus to goal-directed saccades (unveröffentlichtes Manuskript) Diener HC, Dichgans J (1992) Pathophysiology of cerebellar ataxia. Movement Disord 7:95–109 Diener HC, Limmroth V (2003) Migräne. In Brandt T, Dichgans J, Diener HC (Hrsg) Therapie und Verlauf neurologischer Erkrankungen. Kohlhammer, Stuttgart, S 3–21 Dierks T, Linden DE, Jandl M et al. (1999) Activation of Heschl’s gyrus during auditory hallucinations. Neuron 22:615–621 Dieterich M, Brandt T (1993a) Ocular torsion and tilt of subjective visual vertical are sensitive brainstem signs. Ann Neurol 33:292–299 Dieterich M, Brandt T (1993b) Thalamic infarctions: Differential effects on vestibular function in the roll plane (35 patients). Neurology 43:1732–1740

717 Literatur

Dieterich M, Bense S, Lutz S et al. (2003) Dominance for vestbular cortical function in the non-dominant hemisphere. Cerebral Cortex 13:994–1007 Dieterich M, Bartenstein P, Spiegel S et al. (2005) Thalamic infarctions cause side-specific suppression of vestibular cortex activations. Brain 128:2052–2067 Dijkstra T, Kempen G (1993) Einführung in die Psycholinguistik. Huber, Bern Dimitrov M, Grafman J, Kosseff P et al. (1996) Preserved cognitive processes in cerebellar degeneration. Behav Brain Res 79:131–135 Dimitrov V, Phipps M, Zahn TP, Grafman J (1999) A thoroughly modern Gage. Neurocase 5:345–354 Donchin O, Cardoso de Oliveira S, Vaadia E (1999) Who tells one hand what the other is doing? The neurophysiology of bimanual movments. Neuron 23:15–18 Donders FC (1868/1969) On the speed of mental processes. Acta Psychol 30:412–431 Doricchi F, Angelelli P (1999) Misinterpretation of horizontal space in left unilateral neglect. Role of hemianopia. Neurology 52:1845–1852 Downing CJ (1988) Expectancy and visual-spatial attention: effects on perceptual quality. J Exp Psychol Hum Percept Perform 14:188–202 Doyon J, Owen AM, Petrides M et al. (1996) Functional anatomy of visuomotor skill learning in human subjects examined with positron emission tomography. Eur J Neurosci 8: 637–648 Driver J (1996) What can visual neglect and extinction reveal about the extent of ›preattentive‹ processing? In: Kramer AF, Coles MGH, Logan GD (eds) Convergent methods in the study of visual selective attention. APA, Washington, pp 193–224 Driver J (1999) Egocentric and object-based visual neglect. In: Burgess N, Jeffery KJ, O’Keefe JO (eds) The hippocampal and parietal foundations of spatial cognition. Oxford Univ Press, Oxford, pp 67–89 Driver J, Baylis GC (1998) Attention and visual object segmentation. In: Parasuraman R (ed) The attentive brain. MIT, Cambridge/MA, pp 299–326 Driver J, Frith C (2000) Shifting baselines in attention research. Nat Rev Neurosci 1:147–148 Driver J, Vuilleumier P (2001) Perceptual awareness and its loss in unilateral neglect and extinction. Cognition 79: 39–88 DSM-IV (1996) Diagnostisches und statistisches Manual psychischer Störungen. Hogrefe,Göttingen Dudai Y (1996) Consolidation: fragility on the road to the engram. Neuron 17:367–370 Duffy CJ, Wurtz RH (1991) Sensitivity of MST neurons to optic flow stimuli. I. A continuum of response selectivity to large-field stimuli. J Neurophysiol 65:1329–1345 Duhamel J-R, Colby CL, Goldberg ME (1998) Ventral intraparietal area of the macaque: congruent visual and somatic response properties. J Neurophysiol 79:126–136 Dujardin K, Degreef JF, Rogelet P et al. (1999) Impairment of the supervisory attentional system in early untreated patients with Parkinson’s disease. J Neurol 246:783–788 Duncan J (1984) Selective attention and the organization of visual information. J Exp Psychol Gen 114:501–517 Duncan J (1995) Attention, intelligence, and the frontal lobes. In: Gazzaniga MS (ed) The cognitive neurosciences. MIT, Cambridge/ MA, pp 721–733 Duncan J (2001) An adaptive coding model of neural function in prefrontal cortex. Nat Rev Neurosci 2:820–829

Duncan J, Humphreys GWH (1989) Visual search and stimulus similarity. Psychol Rev 96:433–458 Duncan J, Bundesen C, Olson A et al. (2003) Attentional functions in dorsal and ventral simultanagnosia. Cogn Neuropsychology 20: 675–701 Duncan P (1997) Synthesis of intervention trials to improve motor recovery following stroke. Topics Stroke Rehab 3: 1–20 Duncan PW, Lai S M, Keighley J (2000) Defining post-stroke recovery: implications for design and interpretation of drug trials. Neuropharmacology 39:835–841 Dürsteler MR, Wurtz RH, Newsome WT (1987) Directional pursuit deficits following lesions of the foveal representation within the superior temporal sulcus of the macaque monkey. J Neurophysiol 57:1262– 1287 Duus P (1980) Neurologisch-topische Diagnostik. Thieme, Stuttgart New York Ebbinghaus H (1885, 1966) Über das Gedächtnis. Bonset, Amsterdam Ebbinghaus H (1904) Die geometrisch-optischen Täuschungen. Bericht über den ersten Kongress für experimentelle Psychologie. Leipzig, Barth Economou E, Annan V, Gilchrist A (1998) Contrast depends on anchoring in perceptual groups. Invest Ophthalmol Vis Sci 39:857 Edelman GM, Tononi G (2000a) Rentry and the cynamic core: neural correlates of conscious experience. In: Metzinger T (ed) Neural correlates of conscious experience. MIT, Cambridge/MA, pp 139–151 Edelman GM, Tononi G (2000b) A universe of consciousness. Basic Books, New York Eger E, Sterzer P, Russ MO et al. A (2003) A supramodal number representation in human intraparietal cortex. Neuron 37:719–725 Eglin M, Robertson LC, Knight RT (1991) Visual search performance in the neglect syndrome. J Cogn Neurosci 1: 372–385 Eich JE (1980) The cue-dependent nature of state-dependent retrieval. Mem Cogn 8:157–173 Elbert T (1998) Neuromagnetism. In: Andrä W, Novak H (eds) Magnetism in medicine. Wiley, New York, pp 190–262 Elbert T, Flor H, Birbaumer N et al. (1994) Extensive reorganization of the somatosensory cortex in adult humans after nervous system injury. Neuroreport 5:2593–2597 Elbert T, Pantev C, Wienbruch C et al. (1995a) Increased use of the left hand in string players associated with increased cortical representation of the fingers. Science 220:21–23 Elbert T, Junghöfer M, Scholz B, Schneider S (1995b) Separation of overlapping neuronal sources in the first and second somatosensory cortices. Brain Topogr 7:275–282 Elbert T, Pantev C, Wienbruch C et al. (1995c) Increased cortical representation of the fingers of the left hand in string players. Science 270:305–307 Elbert T, Sterr A, Flor H et al. (1997) Input-increase and input-decrease types of cortical reorganization after upper extremity amputation. Exp Brain Res 117:161–164 Elbert T, Candia C, Altenmüller E et al. (1998) Alterations of digital representations in somatosensory cortex in focal hand dystonia. Neuroreport 9:3571–3575 Ellis NC, Hennelly RA (1980) A bilingual word-length effect: implications for intelligence testing and the relative ease of mental calculation in Welsh and English. Br J Psychol 71:43–51 Ellis S, Small M (1997) Localization of lesion in denial of hemiplegia after acute stroke. Stroke 28:67–71

718

Literatur

Ellison A, Schindler I, Pattison LL, Milner AD (2004) An exploration of the role of the superior temporal gyrus in visual search and spatial perception using TMS. Brain 127:2307–2315 Elsner B, Hommel B (2001) Effect anticipation and action control. J Exp Psychol Hum Percep Perform 27:229–240 Emery NJ, Amaral DG (1999) The role of the amygdala in primate social cognition. In: Lane RD, Nadel L (eds) Cognitive neuroscience of emotion. Oxford Univ Press, Oxford, pp 156–191 Emmert E (1881) Größenverhältnisse der Nachbilder. Klin Monatsbl Augenheilkd 19:443 Engel AK, Singer W (2001) Temporal binding and the neural correlates of sensory awareness. Trends Cogn Sci 5:16–25 Engel AK, Roelfsema PR, Fries P et al. (1997a) Role of the temporal domain for response selection and perceptual binding. Cereb Cortex 7:571–582 Engel AK, Fries P, Singer W (2001) Dynamic predictions: oscillations and synchrony in top-down processing. Nat Rev Neurosci 2:704–716 Engel S, Zhang X, Wandell BA (1997b) Color tuning in human visual cortex measured using functional magnetic resonance imaging. Nature 388:68–71 Engelien A (2001) Central auditory deficits. Two case reports including PET activation studies on recovery phenomena. Lit-Verlag, Münster Engelien A, Silbersweig D, Stern E et al. (1995) The functional anatomy of recovery from auditory agnosia. A PET study of sound categorization in a neurological patient and normal controls. Brain 118: 1395–1409 Engelien A, Huber W, Silbersweig D et al. (2000) The neural correlates of ›deaf-hearing‹ in man – Conscious sensory awareness enabled by attentional modulation. Brain 123: 532–545 Engelien A, Stern E, Silbersweig D (2001) Functional neuroimaging of human central auditory processing in normal subjects and patients with neurological and (neuro-)psychiatric disorders. J Clin Exp Neuropsychol 23:94–120 Engelien A, Tüscher O, Hermans W et al. D (2006) Functional neuroanatomy of non-verbal semantic sound processing in humans. J Neural Transm (im Druck) Erben J (1993) Einführung in die deutsche Wortbildungslehre, 3. Aufl. Schmidt, Berlin Ergenzinger ER, Glasier MM, Hahm JO, Pons TP (1998) Cortically induced thalamic plasticity in the primate somatosensory system. Nat Neurosci 1:226–229 Eriksen BA, Eriksen CW (1974) Effects of noise letters upon the identification of a target in a nonsearch task. Percept Psychophys 16:143– 149 Eslinger PJ, Damasio AR (1985) Severe disturbance of higher cognition after bilateral frontal lobe ablation: patient EVR. Neurology 35: 1731–1741 Eslinger PJ, Grattan LM (1993) Frontal lobe and fronto-striatal substrates for different forms of human cognitive flexibility. Neuropsychologia 31:17–28 Eustache F, Lechevalier B, Viader F, Lambert J (1990) Identification and discrimination disorders in auditory perception: a report on two cases. Neuropsychologia 28:257–270 Evarts EV (1968) A technique for recording activity of subcortical neurons in moving animals. Electroencephalography Clin Neurophysiol 24:83–86

Everitt BJ, Robbins TW (1992) Amygdala-ventral striatal interactions and reward-related processes. In: Aggleton JP (ed) The amygdala: neurobiological aspects of emotion, memory, and mental dysfunction. Wiley-Liss, New York, pp 401–430 Everitt BJ, Parkinson JA, Olmstead MC et al. (1999) Associative processes in addiction and reward. The role of amygdala-ventral striatal subsystems. Ann NY Acad Sci 877: 412–438 Evyapan D, Kumral E (1999) Pontine anosognosia for hemiplegia. Neurology 53:647–649 Eysel U (1998) Zentrale Anteile der Sehbahn. In: Huber A, Kömpf D (Hrsg) Klinische Neuroophthalmologie. Thieme, Stuttgart New York, S 10–22 Eysel U (2001) Electrophysiological correlates of perceptual learning. In: Fahle M, Poggio T (eds) Perceptual learning. MIT, Cambridge/MA, pp 43–65 Fahle M (1991) Psychophysical measurement of eye drifts and tremor by dichoptic or monocular vernier acuity. Vis Res 31:209–222 Fahle M, Morgan M (1996) No transfer of perceptual learning between similar stimuli in the same retinal position. Curr Biol 6:292–297 Fahle M, Poggio T (1981) Visual hyperacuity: spatio-temporal interpolation in human vision. Proc R Soc London B 213:451–477 Fahle M, Edelman S, Poggio T (1995) Fast perceptual learning in hyperacuity. Vis Res 35:3003–3013 Fahle M, Biester A, Morrone Z (2001) Spatio-temporal interpolation and quality of apparent motion. J Opt Soc Am 18:2668–2678 Faillenot I, Toni I, Decety J et al. (1997) Visual pathways for object-oriented action and object recognition: functional anatomy with PET. Cereb Cortex 7:77–85 Falkenstein M, Hohnsbein J, Hoormann J, Blanke L (1990) Effects of error in choice reaction tasks on the ERP under focused and divided attention. In: Brunia CHM, Gaillard AWK, Kok A (eds) Psychophysiological brain research. Tilburg Univ Press, Tilburg, pp 192–195 Farah MJ (1990) Visual agnosia. Disorders of object recognition and what they tell us about normal vision. MIT Press, Cambridge Farah MJ, Levinson KL, Klein KL (1995) Face perception and within-category discrimination in prosopagnosia. Neuropsychologia 33:661– 674 Farrer C, Franck N, Georgieff N et al. (2003) Modulating the experience of agency: a positron emission tomography study. Neuroimage 18:324–333 Faugier-Grimaud S, Frenois C, Stein DG (1978) Effects of posterior parietal lesions on visually guided behavior in monkeys. Neuropsychologia 16:151–168 Fehr B, Russell JA (1984) Concept of emotion viewed from a prototype perspective. J Exp Psychol Gen 113:464–486 Feigenson L, Dehaene S, Spelke E (2004) Core systems of number. Trends Cogn Sci 8:307–314 Feldmann AG (1966a) Functional tuning of the nervous system during control of movement or maintenance of a steady posture. II. Controllable parameters of the muscles. Biophysics 11:565–578 Feldmann AG (1966b) Functional tuning of the nervous system during control of movement or maintenance of a steady posture. III. Mechanographic analysis of the execution by man of the simplest motor task. Biophysics 11:766–775 Felleman DJ, Van Essen DC (1991) Distributed hierarchical processing in the primate cerebral cortex. Cereb Cortex 1:1–47 Fellows LK, Heberlein AS, Morales DA et al. (2005) Method matters: an empirical study of impact in cognitive neuroscience. J Cog Neurosci 17:850–858

719 Literatur

Fendrich R, Wessinger CM, Gazzaniga MS (1992) Residual vision in a scotoma. Implications for blindsight. Science 258:1489–1491 Fenson D, Dale PS, Reznick JS et al. (1993) The MacArthur Communicative Development Inventories. Singular Publishing Group, San Diego/CA Ferber S, Karnath HO (1999) Parietal and occipital lobe contributions to perception of straight ahead orientation. J Neurol Neurosurg Psychiatr 67:572–578 Ferber S, Karnath HO (2001) Size perception in hemianopia and neglect. Brain 124:527–536 Ferber S, Karnath HO (2003) Friedrich Best’s case Z. with misidentification of object orientation. In: Code C, Wallesch CW, Joanette Y, Lecours AR (eds) Classic cases in neuropsychology, vol II. Taylor & Francis, East Sussex, pp 191–198 Ferrier D (1876) The functions of the brain. Smith Elder, London Ferro JM, Botelho MAS (1980) Alexia for arithmetical signs. A case of disturbed calculation. Cortex 16:175–180 Ffytche DH, Howard RJ (1999) The perceptual consequences of visual loss: ›positive‹ pathologies of vision. Brain 122: 1247–1260 Ffytche DH, Zeki S (1996) Brain activity related to the perception of illusory contours. Neuroimage 3:104–108 Ffytche DH, Howard RJ, Brammer MJ et al. (1998) The anatomy of conscious vision: an fMRI study of visual hallucinations. Nat Neurosci 1:738–742 Fias W (2001) Two routes for the processing of verbal numbers: evidence from the SNARC effect. Psychol Res 65:250–259 Fias W, Brybaert M, Geypens F, d’Ydevalle G (1996) The importance of magnitude information in numerical processing: Evidence from the SNARC effect. Math Cogn 2:95–110 Fias W, Lammertyn J, Reynvoet B et al. (2003) Parietal representation of symbolic and nonsymbolic magnitude. J Cogn Neurosci 15:47– 56 Fiebach CJ, Schlesewsky M, Lohmann G et al. (2005) Revisiting the role of Broca’s area in sentence processing: Syntactic integration vs. syntactic working memory. Hum Brain Mapp 24:79–91 Fiez JA (1996) Cerebellar contributions to cognition. Neuron 16:13–15 Fiez JA (1997) Phonology, semantics, and the role of the left inferior prefrontal cortex. Hum Brain Mapp 5:79–83 Fiez JA, Petersen SE, Cheney MK, Raichle ME (1992) Impaired non-motor learning and error detection associated with cerebellar damage. A single case study. Brain 115: 155–178 Findley LJ, Gresty MA (1988) Head, facial, and voice tremor. In: Jankovic J, Tolosa E (eds) Facial dyskinesias. Raven, New York, pp 239–253 Fink GR, Halligan PW, Marshall JC et al. (1996a) Where in the brain does visual attention select the forest and the trees? Nature 382:626– 628 Fink GR, Markowitsch HJ, Reinkemeier M et al. (1996b) A PET-study of autobiographical memory recognition. J Neurosci 16:4275–4282 Fink GR, Dolan RJ, Halligan PW et al. (1997a) Space–based and object– based visual attention: shared and specific neural domains. Brain 120:2013–2028 Fink GR, Frackowiak RSJ, Pietrzyk U et al. (1997b) Multiple non-primary motor areas in the human cortex. J Neurophysiol 67:1264–2174 Finkelnburg FC (1870) Sitzung der Niederrheinischen Gesellschaft in Bonn. Medizinische Section. Berlin Klin Wochenschr 7:449–450, 460–462 Finklestein S, Alpert NM, Ackerman RH et al. (1982) Positron brain-imaging–normal patterns and asymmetries. Brain Cogn 3:286–293

Fiorentini A, Beradi N (1981) Perceptual learning specific for orientation and spatial frequency. Nature 287:43–44 Fischer MH, Warlop N, Hill RL, Fias W (2004) Oculomotor bias induced by number perception. Exp Psychol 51:1–7 Fischer RS, Alexander MP, D’Esposito M et al. (1995) Neuropsychological and neuroanatomical correlates of confabulation. J Clin Exp Neuropsychol 17:20–28 Fitts PM (1954) The information capacity of the human motor system in controlling the amplitude of movement. J Exp Psychol 47:381–391 Flash T, Hogan N (1985) The coordination of arm movements: An experimentally confirmed mathematical model. J Neurosci 5:1788– 1703 Fletcher PC, Henson RNA (2001) Frontal lobes and human memory: insights from functional neuroimaging. Brain 124:849–881 Fletcher PC, Shallice T, Frith CD et al. (1998) The functional roles of prefrontal cortex in episodic memory. II. Retrieval. Brain 121:1249– 1256 Flitman S, O’Grady J, Cooper V, Grafman J (1997) PET imaging of maze processing. Neuropsychologia 35:409–420 Flor H (2000) Die funktionelle Bedeutung der kortikalen Reorganisation. Neuroforum 3:235–239 Flor H, Elbert T (1998) Maladaptive consequences of cortical reorganization in humans. Neurosci News 1:4–11 Flor H, Elbert T, Knecht S et al. (1995) Phantom-limb pain as a perceptual correlates of cortical reorganization following arm amputation. Nature 375:482–484 Flor H, Braun C, Elbert T, Birbaumer N (1997) Extensive reorganization of primary somatosensory cortex in chronic back pain. Neurosci Lett 224:5–8 Florence SL, Boydston LA, Hackett TA et al. (2001) Sensory enrichment after peripheral nerve injury restores cortical, not thalamic, receptive field organization. Eur J Neurosci 13:1755–1766 Flourens P (1842) Examen de phrénologie. Paulin, Paris Folstein MF, Folstein SE, McHugh PR (1975) »Mini-mental state«. A practical method for grading the cognitive state of patients for the clinician. J Psychiatr Res 12:189–198 Foo P, Warren WH, Duchon A, Tarr MJ (2005) Do humans integrate routes into a cognitivie map? Map – versus landmark-based navigation of novel shortcuts. J Exp Psychol Learn Mem Cogn 31:195–215 Forstl H, Sahakian B (1991) A psychiatric presentation of abulia-three cases of left frontal lobe ischaemia and atrophy. J R Soc Med 84:89– 91 Foundas AL, Leonard CM, Gilmore RL et al. (1996) Pars triangularis asymmetry and language dominance. Proc Natl Acad Sci U S A 93:719– 722 Foygel D, Dell GS (2000) Models of impaired lexical access in speech production. J Mem Lang 43:183–216 Frahm J, Merboldt K-D, Hänicke W et al. (1994) Brain or vein – oxygenation or flow? On signal physiology in functional MRI of human brain activation. NMR in Biomedicine 7:45–53 Frank RJ, Damasio H, Grabowski TJ (1997) Brainvox: an interactive, multimodal visualization and analysis system for neuroanatomical imaging. Neuroimage 5:13–30 Frassinetti F, Nichelli P, di Pellegrino G (1999) Selective horizontal dysmetropsia following prestriate lesion. Brain 122:339–350 Frazier L (1987) Theories of sentence processing In: Garfield J (ed) Modularity in knowledge representation and natural language processing. MIT, Cambridge/MA, pp 291–307

720

Literatur

Freedman DJ, Riesenhuber M, Poggio T, Miller EK (2001) Categorical representation of visual stimuli in the primate prefrontal cortex. Science 291:312–316 Freedman EG, Sparks DL (1997) Activity of cells in the deeper layers of the superior colliculus of the rhesus monkey: evidence for a gaze displacement command. J Neurophysiol 78:1669–1690 Freksa C, Habel C, Wender KF (eds) (1998) Spatial cognition: an interdisciplinary approach to representing and processing spatial knowledge. Lecture Notes in Computer Science 1404. Springer, Berlin Heidelberg New York Tokyo Freud S (1891) Zur Auffassung der Aphasien – Eine kritische Studie. Deuticke, Wien Leipzig Freund CS (1889) Ueber optische Aphasie und Seelenblindheit. Arch Psychiatr Nervenkrankh 20: 276–297, 371–416 Freund HJ (1987) Abnormalities of motor behaviour after cortical lesions in man. In: Mouncastle VBS, Plum FV (eds) Handbook of physiology, section 1: The nervous system, vol V: Higher functions of the brain. Williams & Wilkins, Baltimore, pp 763–810 Fried I, Wilson CL, MacDonald KA, Behnke EJ (1998) Electric current stimulates laughter. Nature 391:650 Friederici AD (1994) Funktionale Organisation und Reorganisation der Sprache während der Sprachentwicklung: Eine Hypothese. Neurolinguistik 8:41–55 Friederici AD (1995) The time course of syntactic activation during language processing: A model based on neuropsychological and neurophysiological data. Brain Lang 50:259–281 Friederici AD (1999) The neurobiology of language comprehension In: Friederici AD (ed) Language comprehension: a biological perspective, 2nd edn. Springer, Berlin Heidelberg New York Tokyo, pp 265–304 Friederici AD, Levelt WJM (1988) Sprache. In: Immelmann K, Scherer KR, Vogel C, Schmoock P (Hrsg) Psychobiologie. Grundlagen des Verhaltens. Fischer, Stuttgart, S 648–671 Friederici AD, Pfeifer E, Hahne A (1993) Event-related brain potentials during natural speech processing: effects of semantic, morphological and syntactic violations. Brain Res Cogn Brain Res 1:183–192 Friederici AD, Meyer M, von Cramon DY (2000) Auditory language comprehension: an event-related fMRI study on the processing of syntactic and lexical information. Brain Lang 74:289–300 Friedman-Hill SR, Robertson LC, Treisman A (1995) Parietal-contributions to visual feature binding: Evidence from a patient with bilateral lesions. Science 269:853–855 Friedrich FJ, Egly R, Rafal RD, Beck D (1998) Spatial attention deficits in humans: A comparison of superior parietal and temporal-parietal junction lesions. Neuropsychology 12:193–207 Fries W, Danek A, Scheidtmann K (1993) Motor recovery following capsular stroke. Brain 116:369–382 Fries P, Roelfsema PR, Engel AK et al. (1997) Synchronization of oscillatory responses in visual cortex correlates with perception in interocular rivalry. Proc Natl Acad Sci USA 94:12699–12704 Fries P, Reynolds JH, Rorie AE, Desimone R (2001) Modulation of oscillatory neuronal synchronization by selective visual attention. Science 291:1560–1563 Friston KJ, Frith CD, Liddle PF, Frackowiak RS (1993) Functional connectivity: the principal component analysis of large (PET) data sets. J Cereb Blood Flow Metabol 13:5–14 Friston KJ, Price CJ, Fletcher P et al. (1996) The trouble with cognitive subtraction. Neuroimage 4:97–104

Friston KJ, Büchel C, Fink GR et al. (1997) Psychophysiological and modulatory interactions in neuroimaging. Neuroimage 6:218–229 Friston KJ, Zarahn E, Josephs O et al. (1999) Stochastic designs in eventrelated fMRI. Neuroimage 10:607–619 Friston KJ, Harrison L, Penny W (2003) Dynamic causal modelling. Neuroimage 19:1273–1302 Frith C, Perry R, Lumer E (1999) The neural correlates of conscious experience: an experimental framework. Trends Cog Sci 3:105–114 Frith CD, Blakemore SJ, Wolpert DM (2000) Abnormalities in the awareness and control of action. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 355:1771–1788 Frith U, Frith CD (2003) Development and neurophysiology of mentalizing. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 358:459–473 Frost JA, Binder JR, Springer JA et al. (1999) Language processing is strongly left lateralized in both sexes. Evidence from functional MRI. Brain 122:199–208 Fruhmann-Berger M, Karnath HO (2005) Spontaneous eye and head position in patients with spatial neglect. J Neurol 252:1194–1200 Fuchs AF, Kaneko CRS, Scudder CA (1985) Brainstem control of saccadic eye movements. Annu Rev Neurosci 8:307–337 Fujii T, Fukatsu R, Watabe S et al. (1990) Auditory sound agnosia without aphasia following a right temporal lobe lesion [published erratum appears in Cortex 1990 Dec; 26:672]. Cortex 26:263–268 Fujinaga N, Muramatsu T, Ogano M, Kato M (2005) A 3-year follow-up study of »orientation agnosia«. Neuropsychologia 43:1222–1226 Furlan M, Marchal G, Viader F et al. (1996) Spontaneous neurological recovery after stroke and the fate of the ischemic penumbra. Ann Neurol 40:216–226 Fuster JM (1989) The prefrontal cortex. Anatomy, physiology, and neuropsychology of the frontal lobe, 2nd edn. Raven, New York Fuster JM (1995) Memory in the cerebral cortex: an empirical approach to neural networks in the human and nonhuman primate. MIT, Cambridge/MA Fuster JM (1997) The prefrontal cortex: anatomy, physiology, and neuropsychology of the frontal lobe. Lippincott Raven, Philadelphia New York Fuster JM (2000) Executive frontal functions. Exp Brain Res 133:66–70 Gabrieli DE, Poldrack RA, Desmond JE (1998) The role of the left prefrontal cortex in language and memory. Proc Natl Acad Sci U S A 95:906–913 Gaffan D, Murray EA, Fabre-Thorpe M (1993) Interaction of the amygdala with the frontal lobe in reward memory. Eur J Neurosci 5:968–975 Gagnon DA, Schwartz MF, Martin N et al. (1997) The origins of formal paraphasias in aphasics‹ picture naming. Brain Lang 59:450–472 Gainotti G (1969) Réactions »catastrophiques« et manifestations d’indifférence au cours des atteintes cérébrales. Neuropsychologoia 7:195–204 Gainotti G (1972) Emotional behavior and hemispheric side of the lesion. Cortex 8:41–55 Gainotti G (1989) Disorders of emotions and affect in patients with unilateral brain damage. In: Boller F, Grafman J (eds) Handbook of neuropsychology, vol 3. Elsevier, Amsterdam, pp 345–361 Gainotti G (2000) What the locus of brain lesion tells us about the nature of the cognitive defect underlying category-specific disorders: a review. Cortex 36:539–559 Gainotti G (2004) A metanalysis of impaired and spared naming for different categories of knowledge in patients with a visuo-verbal disconnection. Neuropsychologia 42:299–319

721 Literatur

Gainotti G, Silveri MC, Villa G, Caltagirone C (1983) Drawing objects from memory in aphasia. Brain 106:613–622 Galambos RJ, Schwartzkopff J, Rupert A (1959) Microelectrode study of superior olivary nuclei. Am J Physiol 197:527–536 Gall FJ (1825) Sur les fonctions du cerveau. Ballière, Paris Gallagher HL, Frith CD (2003) Functional imaging of ›theory of mind‹. Trends Cognit Sci 7:77–83 Gallese V, Goldman A (1998) Mirror neurons and the simulation theory of mind-reading. Trends Cogn Sci 2:493–501 Gallese V, Fadiga L, Fogassi L, Rizzolatti G (1996) Action recognition in the premotor cortex. Brain 119:593–609 Gallese V, Fadiga L, Fogassi L et al. (1997) A parietal-frontal circuit for hand grasping movements in the monkey: evidence from reversible inactivation experiments. In: Thier P, Karnath HO (eds) Parietal lobe contributions to orientation in 3D space. Springer, Berlin Heidelberg New York Tokyo, pp 255–270 Galletti C, Battaglini PP, Fattori P (1993) Cortical mechanisms of visual space representation. Biomed Res 14: 47–54 Galletti C, Fattori P, Kutz DF, Battaglini PP (1997) Arm movement-related neurons in the visual area V6-A of the macaque superior parietal lobule. Eur J Neurosci 9:410–413 Gallistel CR, Gelman R (1992) Preverbal and verbal counting and computation. Cognition 44:43–74 Galton F (1880) Visualised numerals. Nature 21:252–256 Gandhi SP, Heeger DJ, Boynton GM (1999) Spatial attention affects brain activity in human primary visual cortex. Proc Natl Acad Sci U S A 96:3314–3319 Gandolfo F, Mussa-Ivaldi FA, Bizzi E (1996) Motor learning by field approximation. Proc Natl Acad Sci USA 93:3843–3846 Garcia-Orza J, León-Carrión J, Vega O (2003) Dissociating arabic numeral reading and basic calculation: a case study. Neurocase 9:129– 139 Garcin R, Rondot P, De Recondo J (1967) Ataxie optique localisée aux deux hémichamps homonymes gauches (étude clinique avec présentation d’un film). Rev Neurol 116: 707–714 Garrett MF (1982) Production of speech: Observation from normal and pathological language use. In: Ellis AW (ed) Normality and pathology in cognitive functions. Academic Press, London, pp 19–76 Gaser C, Schlaug G (2003) Brain structures differ between musicians and non-musicians. J Neurosci 23:9240–9245 Gaser C, Nenadic I, Buchsbaum BR et al. (2001) Deformation-based morphometry and its relation to conventional volumetry of brain lateral ventricles in MRI. Neuroimage 13:1140–1145 Gaupp E (1909) Über die Rechtshändigkeit der Menschen. Fischer, Jena Gauthier I, Behrmann M, Tarr MJ (1999) Can face recognition really be dissociated from object recognition? J Cogn Neurosci 11:349– 370 Gauthier I, Skudlarski P, Gore JC, Anderson AW (2000) Expertise for cars and birds recruits brain areas involved in face recognition. Nat Neurosci 3:191–197 Gazzaley A, Cooney JW, McEvoy K et al. (2005) Top-down enhancement and suppression of the magnitude and speed of neural activity. J Cogn Neurosci 17:507–517 Gazzaniga MS (1995) Consciousness and the cerebral hemispheres. In: Gazzaniga MS (ed) The cognitive neurosciences. MIT, Cambridge/ MA, pp 1391–1400

Gegenfurtner KR (2001) Color in the cortex revisited. Nat Neurosci 4:339–340 Gegenfurtner KR (2003) Cortical mechanisms of colour vision. Nat Rev Neuroscience 4: 563–572 Gegenfurtner KR, Rieger J (2000) Sensory and cognitive contributions of color to teh recognition of natural scenes. Curr Biol 10:805–808 Gegenfurtner KR, Sharpe LT (1999) Color vision: from genes to perception. Cambridge Univ Press, New York Gehring WJ, Goss B, Coles MGH et al. (1993) A neural system for error detection and compensation. Psychol Sci 4: 385–390 Gentilucci M, Daprati E, Gangitano M (1998) Right-handers and lefthanders have different representions of their own hand. Brain Res Cogn Brain Res 6:185–192 Georgopoulos AP, Schwartz AB, Kettner RE (1986) Neuronal population coding of movement direction. Science 233: 1416–1419 Georgopoulos AP, Lurito JT, Petrides M et al. (1989) Mental rotation of the neuronal population vector. Science 243: 234–236 Geschwind N (1965) Disconnexion syndromes in animals and man. Brain 88:217–294 Geschwind N, Behan P (1982) Left-handedness: Association with immune disease, migraine and developmental learning disorder. Proc Natl Acad Sci USA 79:5097–5100 Geschwind N, Galaburda AM (1985) Cerebral lateralization. Biological mechanisms, associations, and pathology: I. A hypothesis and a program for research. Arch Neurol 42: 428–521 Geschwind N, Galaburda AM (1987) Cerebral lateralization: Biological mechanisms, associations and pathology. MIT, Cambridge/MA Geschwind N, Kaplan EA (1962) A human deconnection syndrome: a preliminary report. Neurology 12:675–685 Geschwind N, Levitsky W (1968) Human brain: left-right asymmetries in temporal speech region. Science 161:186–187 Giaquinto S, Buzzelli S, Di Francesco L et al. (1999) On the prognosis of outcome after stroke. Acta Neurol Scand 100:202–208 Gibson JJ (1950) The perception of the visual world. Houghton Miffin, Boston Gibson JJ (1963) Perceptual learning. Annu Rev Psychol 14:29–56 Gilbert CD, Wiesel TN (1992) Receptive field dynamics in adult primary visual cortex. Nature 356:150–152 Gillner S, Mallot HA (1998) Navigation and acquisition of spatial knowledge in a virtual maze. J Cogn Neurosci 10: 445–463 Glickstein M (1985) Ferrier’s mistake. Trends Neurosci 8: 341–344 Gloning I, Gloning K, Hoff H (1968) Neuropsychological symptoms and syndromes in lesions of the occipital lobe and the adjacent areas. Gauthier-Villars, Paris Glover S (2003) Optic ataxia as a deficit specific to the on-line control of actions. Neurosci Biobehav Rev 27:447–456 Gnadt JW, Bracewell RM, Andersen RA (1991) Sensorimotor transformation during eye movements to remembered visual targets. Vision Res 31:693–715 Godbout L, Doyon J (1995) Mental representation of knowledge following frontal-lobe or postrolandic lesions. Neuropsychologia 33:1671–1696 Godden DR, Baddeley AD (1975) Context-dependent memory in two natural environments: on land and underwater. Br J Psychol 66:325–331 Godefroy O, Duhamel A, Leclerc X et al. (1998) Brain-behaviour relationships. Some models and related statistical procedures for the study of brain-damaged patients. Brain 121:1545–1556

722

Literatur

Goebel R, Muckli L, Zanella FE et al. (2001) Images of natural objects presented in cortically blind visual field activate ipsilesional ventral extrastriate cortex. Vision Res 41: 1459-1474 Gold M, Adair JC, Jacobs DH, Heilman KM (1994) Anosognosia for hemiplegia: an electrophysiologic investigation of the feed-forward hypothesis. Neurology 44:1804–1808 Goldberg E, Bilder RM (1987) The frontal lobes and hierarchical organization of cognitive control. In: Perecman E (ed) The frontal lobes revisited. IRBN, New York, pp 159–187 Goldenberg G (1992) Loss of visual imagery and loss of visual knowledge – a case study. Neuropsychologia 30:1081–1099 Goldenberg G (1995) Imitating gestures and manipulating a mannikin – the representation of the human body in ideomotor apraxia. Neuropsychologia 33:63–72 Goldenberg G (1996) Defective imitation of gestures in patients with damage in the left or right hemisphere. J Neurol Neurosurg Psychiatry 61:176–180 Goldenberg G (1999a) Agnosie. In: Sturm W, Herrmann M, Wallesch CW (Hrsg) Lehrbuch der klinischen Neuropsychologie. Swets Zeitlinger, Lisse, S 444–451 Goldenberg G (1999b) Matching and imitation of hand and finger postures in patients with damage in the left or right hemisphere. Neuropsychologia 37:559–566 Goldenberg G, Hagmann S (1997) The meaning of meaningless gestures: A study of visuo-imitative apraxia. Neuropsychologia 35:333– 341 Goldenberg G, Hagmann S (1998a) Therapy of activities of daily living in patients with apraxia. Neuropsychological Rehabilitation 8:123–142 Goldenberg G, Hagmann S (1998b) Tool use and mechanical problem solving in apraxia. Neuropsychologia 36:581–589 Goldenberg G, Karlbauer F (1998) The more you know the less you can tell: Inhibitory effects of visuo-semantic activation on modality specific visual misnaming. Cortex 34: 471–492 Goldenberg G, Strauss S (2002) Hemisphere asymmetries for imitation of novel gestures. Neurology 59:893–897 Goldenberg G, Mamoli B, Binder H (1985) Die Simultanagnosie als Symptom der Schaedigung extrastriaerer visueller Rindenfelder – eine Fallstudie. Nervenarzt 56:682–690 Goldenberg G, Hartmann K, Schlott I (2003) Defective pantomime of object use in left brain damage: apraxia or asymbolia? Neuropsychologia 41:1565–1573 Goldman-Rakic PS (1995) Cellular basis of working memory. Neuron 14:477–485 Goldman-Rakic PS (1996) Regional and cellular fractionation of working memory. Proc Natl Acad Sci USA 93: 13473–13480 Goldstein K, Gelb A (1918) Psychologische Analysen hirnpathologischer Fälle aufgrund von Untersuchungen Hirnverletzter – I. Abhandlung. Zur Psychologie des optischen Wahrnehmungs- und Erkennungsvorganges. Z Ges Neurol Psychiatr 41:1–142 Gomes G (1998) The timing of conscious experience: a critical review and reinterpretation of Libet’s research. Consciousness Cogn 7:559–595 Gomez-Beldarrain M, Harries C, Garcia-Monco JC et al. (2004) Patients with right frontal lesions are unable to assess and use advice to make predictive judgments. J Cogn Neurosci 16:74–89 Good CD, Johnsrude IS, Ashburner J et al. (2001) A voxel-based morphometric study of ageing in 465 normal adult human brains. Neuroimage 14:21–36

Goodale MA, Milner AD (1992) Seperate visual pathways for perception and action. Trends Neurosci 15:20–25 Goodale MA, Jakobson LS, Keillor JM (1994) Differences in the visual control of pantomimed and natural grasping movements. Neuropsychologia 32:1159–1178 Goodman RA, Caramazza A (1986) Aspects of the spelling process: Evidence from a case of acquired dysgraphia. Lang Cogn Proc 1:263–296 Gordon AM, Westling G, Cole KJ, Johansson RS (1993) Memory representations underlying motor commands used during manipulation of common and novel objects. J Neurophysiol 69:1789–1796 Gordon P (2004) Numerical cognition without words: evidence from Amazonia. Science 306:496–499 Goschke T, Walter H (2005) Bewusstsein. Philosophie, Neurowissenschaften, Ethik. In: Herrmann C, Pauen M, Rieger J, Schicktanz S (Hrsg) Bewusstsein. Fink, Paderborn, S 81–109 Gott PS (1973) Language after dominant hemispherectomy. J Neurol Neurosurg Psychiatry 36:1082–1088 Gottwald B, Mihajlovic Z, Wilde B, Mehdorn HM (2003) Does the cerebellum contribute to specific aspects of attention? Neuropsychologia 41:1452–1460 Grabowski TJ, Damasio H, Tranel D et al. (2001) A role for left temporal pole in the retrieval of words for unique entities. Hum Brain Mapping 13:199–212 Graf M, Nuerk H-C, Willmes K (2003) Zahlenverarbeitungs- und Rechenschwierigkeiten bei Aphasie. Aphasie verwandte Gebiete 2:2–28 Graff-Radford NR, Tranel D, Van Hoesen GW, Brandt JP (1990) Diencephalic amnesia. Brain 113:1–25 Grafman J (1988) Acalculia. In: Boller F, Grafman J (eds) Handbook of neuropsychology, vol 1. Elsevier, Amsterdam, pp 414–430 Grafman J (1994) Neuropsychology of the prefrontal cortex. In: Zaidel DW (ed) Neuropsychology. Academic Press, San Diego, pp 159– 181 Grafman J, Litvan I, Massaquoi S et al. (1992) Cognitive planning deficit in patients with cerebellar atrophy. Neurology 42:1493– 1496 Grafton ST, Mazziotta JC, Presty S et al. (1992a) Functional anatomy of human procedural learning determined with regional cerebral blood flow and PET. J Neurosci 12: 2542–2548 Grafton ST, Mazziotta JC, Woods RP, Phelps ME (1992b) Human functional anatomy of visually guided finger movements. Brain 115: 565–587 Grafton ST, Fagg AH, Woods RP, Arbib MA (1996) Functional anatomy of pointing and grasping in humans. Cereb Cortex 6:226–237 Gray CM, König P, Engel AK, Singer W (1989) Oscillatory responses in cat visual cortex exhibit inter-columnar synchronization which reflects global stimulus properties. Nature 338:334–337 Gray JA (1995) The contents of consciousness: A neuropsychological conjecture (with commentary). Behav Brain Sci 18:659–722 Graziano MS, Cooke DF, Taylor CS (2000) Coding the location of the arm by sight. Science 290:1782–1786 Graziano MS, Taylor CSR, Moore T (2002) Complex movements evoked by microstimulation of precentral cortex. Neuron 34:841–851 Gréa H, Pisella L, Rossetti Y et al. (2002) A lesion of the posterior parietal cortex disrupts on-line adjustments during aiming movements. Neuropsychologia 40:2471–2480 Green CS, Bavelier D (2003) Action video game modifies visual attention. Nature 423: 534–537

723 Literatur

Greener J, Enderby P, Whurr R (2000) Speech and language therapy for aphasia after stroke. Cochrane Database Syst Rev 2:CD000425 Gregory RL (1968) Perceptual illusion and brain models. Proc R Soc London B 171:279–296 Gregory RL (1974) Concepts and mechanisms of perception. Duckworth, London Griffiths TD (2001) The neural processing of complex sounds. Ann NY Acad Sci 930:133–142 Griffiths TD, Büchel C, Frackowiak RS, Patterson RD (1998) Analysis of temporal structure in sound by the human brain. Nat Neurosci 1:422–427 Griffiths TD, Rees A, Green GGR (1999) Disorders of human complex sound processing. Neurocase 5:365–378 Grober E, Buschke H, Crystal H et al. (1988) Screening for dementia by memory testing. Neurology 38:900–903 Gross CG (1994) How inferior temporal cortex became a visual area. Cereb Cortex 4:455–469 Gross CG, Desimone R, Albright TD, Schwartz EL (1984) Inferior temporal cortex as a visual integration area. Cort Integ 11:291–315 Grüsser OJ, Landis T (1991) Visual agnosias and other disturbances of visual perception and cognition. Macmillan, Houndsmill Grüsser OJ, Rickmeyer O (1981) A simple electronic device to elicit Sigma-movement perception, Sigma-eye movements, Phi-movement perception and Phi-eye movements in man. J Physiol 320: 9–10 Grüsser OJ, Pause M, Schreiter U (1990a) Localization and responses of neurons in the parieto-insular vestibular cortex of the awake monkeys (Macaca fascicularis). J Physiol 430:537–557 Grüsser OJ, Pause M, Schreiter U (1990b) Vestibular neurons in the parieto-insular cortex of monkeys (Macaca fascicularis): visual and neck receptor responses. J Physiol 430: 559–583 Guenther FH, Hampson M, Johnson D (1998) A theoretical investigation of reference frames for the planning of speech movements. Psychol Rev 105:611–633 Guldin WO, Grüsser OJ (1996) The anatomy of the vestibular cortices of primates. In: Collard M, Jeannerod M, Christen Y (eds) Le cortex vestibulaire. Ipsen, Paris, pp 17–26 Guldin WO, Grüsser OJ (1998) Is there a vestibular cortex? Trends Neurosci 21:254–259 Gunter TC, Friederici AD, Hahne A (1999) Brain responses during sentence reading: visual input affects central processes. Neuroreport 10:3175–3178 Gurvits TV, Shenton ME, Hokama H et al. (1996) Magnetic resonance imaging study of hippocampal volume in chronic, combat-related posttraumatic stress disorder. Biol Psychiatry 40:1091–1099 Gutfreund Y, Flash T, Yarom Y et al. (1996) Organization of octopus arm movements: a model system for studying-the control of flexible arms. J Neurosci 16:7297–7307 Guthrie TC, Grossman EM (1952) A study of the syndromes of denial. Arch Neurol Psychiatry 68:362–371 Haaland KY, Harrington DL, Knight RT (2000) Neural representations of skilled movement. Brain 123:2306–2313 Haarmeier T, Thier P, Repnow M, Petersen D (1997) False perception of motion in a patient who cannot compensate for eye movements. Nature 389:849–852 Haase A, Matthaei D, Hanicke W, Frahm J (1986) Dynamic digital subtraction imaging using fast low-angle shot MR movie sequence. Radiology 160:537–541

Haaxma R, Kuypers HGJM (1975) Intrahemispheric cortical connexions and visual guidance of hand and finger movements in the rhesus monkey. Brain 98:239–260 Hadjikani N, Liu AK, Dale AM et al. (1998) Retinotopy and color sensitivity in human visual cortical area V8. Nat Neurosci 1:235–241 Hadziselimovic H, Cus M (1966) The appearance of internal structures of the brain in relation to configuration of human skull. Acta Anat 63:289–299 Hafter ER (1984) Spatial hearing and the duplex theory: how viable is the model? In: Edelman G, Gall WE, Cowan WM (eds) Dynamic Aspects of Neocortical Function. Wiley, New York, pp 425– 448 Haggard P, Eimer M (1999) On the relation between brain potentials and the awareness of voluntary movements. Exp Brain Res 126:128– 133 Hagoort P, Brown C, Indefrey P et al. (1999) The neural circuitry involved in the reading of German words and pseudowords: A PET study. J Cogn Neurosci 11:383–398 Hahne A (1998) Charakteristika syntaktischer und semantischer Prozesse bei der auditiven Sprachverarbeitung. Risse, Leipzig Halligan PW, Marshall JC (1991) Spatial compression in visual neglect: a case study. Cortex 27:623–629 Hambrick D Z, Salthouse TA., Meinz E (1999) Predictors of crossword puzzle proficiency and moderators of age-cognition relations. J Exp Psychol General 128:131–164 Hamm AO (1997) Furcht und Phobien. Hogrefe, Göttingen Hamm AO, Greenwald MK, Bradley MM, Lang PJ (1993) Emotional learning, hedonic change, and the startle probe. J Abnorm Psychol 102:453–465 Hamm AO, Cuthbert BN, Globisch J, Vaitl D (1997) Fear and the startle reflex: Blink modulation and autonomic response patterns in animal and mutilation fearful subjects. Psychophysiology 34:97– 107 Hardin CL, Maffi L (1997) Color categories in thought and language. Cambridge Univ Press, New York Harlow JM (1868) Recovery from the passage of an iron bar through the head. Publ Massachusetts Med Soc 2:327–347 Harrington DL, Haaland KY, Yeo RA, Marder E (1990) Procedural memory in Parkinson’s disease: impaired motor but not visuoperceptual learning. J Clin Exp Neuropsychol 12:323–339 Harris IM, Harris JA, Caine D (2001) Object orientation agnosia: a failure to find the axis? J Cogn Neurosci 13:800–812 Hartline HK, Ratliff F (1957) Inhibitory interaction of receptor units in the eye of limulus. J Gen Physiol 40:357–376 Hartmann K, Goldenberg G, Daumüller M, Hermsdörfer J (2005) It takes the whole brain to make a cup of coffee: The neuropsychology of naturalistic actions involving technical devices. Neuropsychologia 43: 625–637 Hasher L, Zacks RT, May CP (2000) Inhibitory control, circadian arousal, and age. In: Gopher D, Koriat A (eds) Attention and performance, XVII: Cognitive regulation of performance: interaction of theory and application. MIT, Cambridge/MA, pp 653–675 Hashiba M, Matsuoka T, Baba S, Watanabe S (1996) Non-visually induced smooth pursuit eye movements using sinusoidal target motion. Acta Otolaryngol 525:158–162 Haslinger B, Erhard P, Altenmüller E et al. (2005) Transmodal sensorimotor networks during action observation in professional pianists J Cogn Neurosci 17:282–293

724

Literatur

Hassenstein B, Reichardt W (1956) Systemtheoretische Analyse der Zeitreihenfolgen- und Vorzeichenauswertung bei der Bewegungsperzeption des Rüsselkäfers Chlorophanus. Z Naturwiss 11:513– 524 Hatfield MF, Pattterson KE (1983) Phonological spelling. Q J Exp Psychol 35:451–468 Hauser MD (1996) The evolution of communication. MIT, Cambridge/ MA Hauser MD, Konishi M (eds) (1999) The design of animal communication. MIT, Cambridge/MA Hauser MD, Carey S, Hauser LB (2000) Spontaneous number representation in semi-free-ranging rhesus monkeys. Proc Royal Soc London Biol Sci 267:829–833 Hausmann M, Güntürkün O (2000) Steroid fluctuations modify functional cerebral asymmetries: the hypothesis of progesterone-mediated interhemispheric decoupling. Neuropsychologia 38:1362–1374 Haxby JV, Grady CL, Horwitz B et al. (1991) Dissociation of object and spatial visual processing pathways in human extrastriate cortex. Proc Natl Acad Sci USA 88:1621–1625 Haymaker W, Schiller F (1970) The founders of neurology, 2nd edn. Thomas, Springfield/IL Healey JM, Liederman J, Geschwind N (1986) Handedness is not a unidimensional trait. Cortex 22:33–53 Hebb DO (1949) The organization of behavior. A neuropsychological theory. Wiley, New York Hécaen H, de Ajuriaguerra J (1949) Le cortex cerebral. Etude neuropsycho-pathologique. Masson, Paris Hécaen H, Angelergues R, Houillier S (1961) Les variétés cliniques des acalculies au cours des lésions rétrorolandiques: approche statistique du probleme. Rev Neurol 105: 85–103 Heffner HE, Heffner RS (1990) Effect of bilateral auditory cortex lesions on sound localization in Japanese macaques. J Neurophysiol 64:915–931 Heider B (2000) Visual form agnosia: neural mechanisms and anatomical foundations. Neurocase 6:1–12 Heilman KM (1991) Anosognosia: possible neuropsychological mechanisms. In: Prigatano GP, Schacter DL (eds) Awareness of deficit after brain injury. Oxford University Press, New York, pp 53–62 Heilman KM, Scholes R, Wason RT (1975) Auditory affective agnosia: Disturbed comprehension of affective speech. J Neurol Neurosurg Psychiatry 38:69–72 Heilman KM, Rothie LJ, Valenstein E (1982) Two forms of ideomotor apraxia. Neurology 32:342–346 Heilman KM, Bowers D, Valenstein E (1993) Emotional disorders associated with neurological diseases. In: Heilman KM, Valenstein E (eds) Clinical neuropsychology, 3rd edn. Oxford Univ Press, New York, pp 461–497 Heilman KM, Maher LM, Greenwald ML, Rothi LJG (1997) Conceptual apraxia from lateralized lesions. Neurology 49:457–464 Heindel WC, Salmon DP, Shults CW et al. (1989) Neuro psychological evidence for multiple implicit memory systems: a comparison of Alzheimer’s, Huntington’s, and Parkinson’s disease patients. J Neurosci 9:582–587 Heinze HJ, Mangun GR, Burchert W et al. (1994) Combined spatial and temporal imaging of brain activity during visual selective attention in humans. Nature 372:543–546 Heiss WD (2000) Ischemic penumbra: evidence from functional imaging in man. J Cereb Blood Flow Metabolism 20:1276–1293

Heiss WD, Karbe H, Weber-Luxenburger G et al. (1997) Speech-induced cerebral metabolic activation reflects recovery from aphasia. J Neurol Sci 145:213–217 Heiss WD, Kessler J, Thiel A et al. (1999) Differential capacity of left and right hemispheric areas for compensation of poststroke aphasia. Ann Neurol 45:430–438 Helmholtz H von (1867) Handbuch der physiologischen Optik. Voss, Hamburg Helmuth LL, Mayr U, Daum I (2000) Sequence learning in Parkinson’s disease: a comparison of spatial-attention and number-response sequences. Neuropsychologia 38:1443–1451 Henderson L (1982) Orthography and word recognition in reading. Academic Press, London Henke K, Schweinberger SR, Grigo A et al. (1998) Specifity of face recognition: recognition of exemplars of non-face objects in prosopagnosia. Cortex 34:289–296 Henry FM, Rogers DE (1960) Increased response latency for complicated movements and a »memory drum« theory of neuromotor reaction. Res Q 31:448–458 Henschen SE (1919) Über Sprach-, Musik- und Rechenmechanismen und ihre Lokalisation im Großhirn. Z Ges Neurol Psychiatr 52:273– 298 Hering E (1861) Zur Lehre vom Ortsinne der Netzhaut. Beiträge zur Physiologie. Verlag von Wilhelm Engelmann, Leipzig Hermer L, Spelke ES (1994) A geometric process for spatial reorientation in young children. Nature 370:57–59 Herrmann C, Pauen M, Rieger J, Schicktanz S (Hrsg) (2005) Bewusstsein. Philosophie, Neurowissenschaften, Ethik. Fink, Paderborn Herrmann CS, Munk MH, Engel AK (2004) Cognitive functions of gamma-band activity: memory match and utilization. Trends Cogn Sci 8:347–355 Hertrich I, Ackermann H (1995) Gender-specific vocal dysfunctions in Parkinson’s disease: electroglottographic and acoustic analyses. Ann Otol Rhinol Laryngol 104: 197–202 Herzog MH, Fahle M (1998) Modelling perceptual learning: difficulties and how they can be overcome. Biol Cybernetics 78:107–117 Herzog MH, Fahle M (2002) Effects of grouping in contextual modulation. Nature 415:433–436 Heuer H (1990) Psychomotorik. In: Spada H (Hrsg) Lehrbuch Allgemeine Psychologie. Huber, Bern Heuvel OA van den, Groenewegen HJ, Barkhof F et al. (2003) Frontostriatal system in planning complexity: a parmetric functional magnetic resonance version of Tower of London task. Neuroimage 18:367–374 Heyder K, Suchan B, Daum I(2004) Cortico-subcortical contributions to executive control. Acta Psychol (Amst). 115:271–289 Heydt R von der, Peterhans E, Baumgartner G (1984) Illusory contours and cortical neuron responses. Science 224: 1260–1262 Heywood CA, Cowey A (1992) The role of the ›face-cell‹ area in the discrimination and recognition of faces by monkeys. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 335:31–37 Hick WE (1952) On the rate of gain in information. Q J Exp Psychol 4:11– 26 Hickok G, Poeppel D (2004) Dorsal and ventral streams: a framework for understanding aspects of the functional anatomy of language. Cognition 92:67–99 Hier DB, Mondlock J, Caplan LR (1983) Recovery of behavioral abnormalities after right hemisphere stroke. Neurology 33:345–350

725 Literatur

Highley JR, Esiri MM, McDonald B et al. (1999) The size and fibre composition of the corpus callosum with respect to gender and schizophrenia: a post-mortem study. Brain 122:99–110 Higuchi S, Miyashita Y (1996) Formation of mnemonic neuronal responses to visual paired associates in inferotemporal cortex is impaired by perirhinal and entorhinal lesions. Proc Natl Acad Sci U S A 93:739–743 Hikosaka O, Wurtz RH (1983) Effects on eye movement of a GABA agonist and antagonist injected into monkey superior colliculus. Brain Res 272:368–372 Hikosaka O, Takikawa Y, Kawagoe R (2000) Role of the basal ganglia in the control of purposive saccadic eye movements. Physiol Rev 80:953–978 Hildebrandt H, Zieger A (1995) Unconscious activation of motor responses in a hemiplegic patient with anosognosia and neglect. Eur Arch Psychiatry Clin Neurosci 246:53–59 Hildreth E (1984) The measurement of visual motion (ACM Distinguished Dissertation Series). MIT, Cambridge/MA Hill H, Schyns PG, Akamatsu S (1997) Information and viewpoint dependence in face recognition. Cognition 62: 201–222 Hillis AE, Caramazza A (1995) Cognitive and neural mechanisms underlying visual and semantic processing: Implications from »optic aphasia«. J Cogn Neurosci 7:457–478 Hillis AE, Heidler J (2002) Mechanisms of early aphasia recovery. Aphasiology 16:885–895 Hillis AE, Work M, Barker PB et al. (2004) Re-examining the brain regions crucial for orchestrating speech articulation. Brain 127:1479–1487 Himmelbach M, Karnath HO (2003) Goal-directed hand movements are not affected by the biased space representation in spatial neglect. J Cogn Neurosci 15:972–980 Himmelbach M, Erb M, Karnath HO (eingereicht) Exploring the visual world: the neural substrate of spatial orienting. Hirata Y, Kuriki S, Pantev C (1999) Musicians with absolute pitch show distinct neural activities in the auditory cortex. Neuroreport 10: 999–1002 Hirsh-Pasek K, Golinkoff RM (1996) The origins of grammar. Evidence from eraly language comprehension. MIT, Cambridge/MA Hittmair-Delazer M, Semenza C, Denes G (1994) Concepts and facts in calculation. Brain 117:715–728 Hochstein S, Ahissar M (2002) View from the Top: hierarchies and reverse hierarchies in the visual system. Neuron 36:791–804 Hodges JR, Patterson K (1996) Nonfluent progressive aphasia and semantic dementia: A comparative neuropsychological study. J Int Neuropsychol Soc 2:511–524 Hodges JR, Patterson K, Graham N, Dawson K (1996) Naming and knowing in dementia of Alzheimer’s type. Brain Lang 54:302–325 Hodges JR, Spatt J, Patterson K (1999) »What« and »how«: Evidence for the dissociation of object knowledge and mechanical problemsolving skills in the human brain. Proc Natl Acad Sci U S A 96:9444– 9448 Hoff H, Pötzl O (1937) Über eine optisch-agnostische Störung des »Physiognomie-Gedächtnisses« (Beziehungen zur Rückbildung einer Wortblindheit). Z Ges Neurol Psychiatr 159:367–395 Hoffman KL, McNaughton B (2002) Sleep on it: cortical reorganization after-the-fact. Trends Neurosci 25: 1–2 Hofmann G, Mürbe D, Kuhlisch E, Pabst F (1997) Unterschiede des auditiven Frequenzdiskriminationsvermögens bei Musikern verschiedener Fachbereiche. Folia Phoniatr Logopaed 49:21–25

Hogan N (1984) An organizing principle for a class of voluntary movements. J Neurosci 4:2745–2754 Höhle B, Weissenborn J (1999) Discovering grammar: prosodic and morphosyntactic aspects of rule formation in first language acquisition. In: Friederici A, Menzel R (eds) Learning: rule abstraction and representation. de Gruyter, Berlin, pp 38–69 Höhle B, Weissenborn J (2000) The origins of syntactic knowledge: Recognition of determiners in one year old German children (Proceedings of the 24th Annual Boston Conference on Language Development). Cascadilla, Somerville/MA Höhle B, Weissenborn J (2003) German-learning infants’ ability to detect unstressed closed-class elements in continuous speech. Developmental Science 6:154–159 Höhle B, Weissenborn J, Kiefer D et al. (2004) Functional elements in infants’ speech processing: The role of determiners in the syntactic categorization of lexical elements. Infancy 5:341–353 Holcomb HH, Medoff DR, Caudill PJ et al. (1998) Cerebral blood flow relationships associated with a difficult tone recognition task in trained normal volunteers. Cereb Cortex 8:534–542 Holmes G (1918) Disturbances of visual orientation. Br J Ophthalmol 2:449–468, 506–516 Holmes G, Horax G (1919) Disturbances of spatial orientation and visual attention with loss of stereoscopic vision. Arch Neurol Psychiatr 1:385–407 Holst E von, Mittelstaedt H (1950) Das Reafferenzprinzip. Naturwissenschaften 37:464 Hopfinger JB, Buonocore MH, Mangun GR (2000) The neural mechanisms of topdown attentional control. Nat Neurosci 3:284–291 Horn JL, Cattell RB (1967) Age differences in fluid and crystallized intelligence. Acta Psychol 26:107–129 Hornak J (1992) Ocular exploration in the dark by patients-with visual neglect. Neuropsychologia 30:547–552 Houk JC, Wise SP (1995) Distributed modular architectures linking basal ganglia, cerebellum, and cerebral cortex: their role in planning and controlling action. Cereb Cortex 5:95–110 Howard D, Patterson K, Wise RJS et al. (1992) The cortical localisation of the lexicons: positron emission tomography evidence. Brain 115:1769–1782 Hubbard EM, Piazza M, Pinel P, Dehaene S (2005) Interactions between number and space in parietal cortex. Nat Rev Neurosci 6:435–448 Hubel DH, Wiesel TN (1968) Receptive fields and functional architecture of monkey striate cortex. J Physiol 195:215–243 Huber A (1998) Retrochiasmale Läsionen. In: Huber A, Kömpf D (Hrsg) Klinische Neuroophthalmologie. Thieme, Stuttgart New York, S 350–366 Huber W, Schlenck KJ (1988) Satzverschränkungen bei Wernicke-Aphasie. In: Blanken G, Dittmann J, Wallesch CW (Hrsg) Sprachproduktionsmodelle. Hochschulverlag, Freiburg, S 111–149 Huber W, Poeck K, Weniger D, Willmes K (1983) Der Aachener AphasieTest. Hogrefe, Göttingen Huberle E, Karnath HO (2006) Global shape recognition is modulated by the spatial distance of local elements – evidence from simultanagnosia. Neuropsychologia (im Druck) Huch R, Bauer C (2003) Mensch, Körper, Krankheit, 3. Aufl. Urban & Fischer, München Hugdahl K (1995) Dichotic listening: Probing temporal lobe functional integrity. In: Davidson RJ, Hugdahl K (eds) Brain asymmetry. MIT, Cambridge/MA, pp 123–156

726

Literatur

Hugdahl K, Andersson L, Asbjornsen A, Dalen K (1990) Dichotic listening, forced attention, and brain asymmetry in righthanded and lefthanded children. J Clin Exp Neuropsychol 12:539–548 Hull CL (1943) Principles of behavior. Appleton Century Crofts, New York Humphrey NK (1974) Vision in a monkey without striate cortex: a case study. Perception 3:241–255 Humphreys GW, Evett LJ (1985) Are there independent lexical and nonlexical routes in word processing? An evaluation of the dual route theory of reading. Behav Brain Sci 8:689–740 Humphreys GW, Price CJ (1994) Visual feature discrimination in simultanagnosia: a study of two cases. Cogn Neuropsychol 11:393–434 Humphreys GW, Riddoch MG (1987) To see but not to see – a case study of visual agnosia. Lawrence Erlbaum, London Hillsdale/NJ Humphreys GW, Riddoch MJ (1993) Interaction between space-based and object-based systems revealed through neuropsychology. In: Meyer DE, Kornblum S (eds) Attention and performance, vol XIV. Erlbaum, Hillsdale/NJ, pp 143–162 Humphreys GW, Riddoch GW, Quinlan PT (1988) Cascade processing in picture identification. Cogn Neuropsychol 5:67–104 Humphreys P, Kaufmann WE, Galaburda AM (1990) Developmental dyslexia in women: neuropathological findings in three patients. Ann Neurol 28:727–738 Humphreys GW, Romani C, Olson A et al. (1994) Nonspatial extinction following lesions of the parietal lobes in humans. Nature 372:357– 359 Humphreys GW, Watson DG, Jolicoeur P (2002) Fractionating the preview benefit in search: Dual-task decomposition of visual marking by timing and modality. J Exp Psychol Hum Percept Perform 28:640–660 Hurford JR (1987) Language and number. The emergence of a cognitive system. Blackwell, New York Husain M, Kennard C (1996) Visual neglect associated with frontal lobe infarction. J Neurol 243:652–657 Husain M, Shapiro K, Martin J, Kennard C (1997) Abnormal temporal dynamics of visual attention in spatial neglect patients. Nature 385:154–156 Hutchison WD, Davis KD, Lozano AM et al. (1999) Pain-related neurons in the human cingulate cortex. Nat Neurosci 2:403–405 Iacoboni M, Woods RP, Brass M et al. (1999) Cortical mechanisms of human imitation. Science 286:2526–2528 Ide A, Rodriguez E, Zaidel E, Aboitiz F (1996) Bifurcation patterns in the human sylvian fissure: hemispheric and sex differences. Cereb Cortex 6:717–725 Ide A, Dolezal C, Fernandez M et al. (1999) Hemispheric differences in variability of fissural patterns in parasylvian and cingulate regions of human brains. J Comp Neurol 410:235–242 Ifrah G (1985) From one to zero: A universal history of numbers. Viking, New York Ilg U, Rommel J, Thier P (1999) Parietal neurons are activated by smooth pursuit of imaginary targets. In: Becker W, Deubel H, Mergner T (eds) Current oculomotor research: physiological and psychological aspects. Plenum, New York, pp 37–44 Ilmoniemi RJ, Virtanen J, Ruohonen J et al. (1997) Neuronal responses to magnetic stimulation reveal cortical reactivity and connectivity. Neuroreport 8:3537–3540 Inhoff AW, Diener HC, Rafal RD, Ivry R (1989) The role of cerebellar structures in the execution of serial movements. Brain 112:565–581

Irle E, Markowitsch HJ (1982) Connections of the hippocampal formation, mamillary bodies, anterior thalamus and cingulate cortex. A retrograde study using horseradish peroxidase in the cat. Exp Brain Res 47:79–94 Ito M (1993) Movement and thought: identical controlmechanisms by the cerebellum. Trends Neurosci 16:448–454 Ivry R (1993) Cerebellum involvement in the explicit representation of temporal information. Ann NY Acad Sci 682:214–230 Ivry RB, Diener HC (1991) Impaired velocity perception in patients with lesions of the cerebellum. J Cogn Neurosci 3:355–366 Iwai E, Mishkin M (1969) Further evidence on the locus of the visual area in the temporal lobe of the monkey. Exp Neurol 25:585–594 Izquierdo I, Medina J H (1997) Memory formation: The sequence of biochemical events in the hippocampus and its connection to activity in other brain structures. Neurobiol Learn Mem 68:285–316 Jackson GM, Jackson SR, Harrison J et al. (1995) Serial reaction time learning and Parkinson’s disease: evidence for a procedural learning deficit. Neuropsychologia 33:577–593 Jacobs BL, Azmitia EC (1992) Structure and function of the brain serotonin system. Physiol Rev 72:165–229 Jacoby LL, Witherspoon D (1982) Remembering without awareness. Can J Psychol 36:300–324 Jacoby LL, Woloshyn V, Kelley CM (1989) Becoming famous without being recognized: unconscious influences of memory produced by dividing attention. J Exp Psychol Gen 118:115–125 Jahanshahi M, Ardouin CM, Brown RG et al. (2000) The impact of deep brain stimulation on executive function in Parkinson’s disease. Brain 123:1142–1154 Jakobson LS, Archibald YM, Carey DP, Goodale MA (1991) A kinematic analysis of reaching and grasping movements in a patient recovering from optic ataxia. Neuropsychologia 29:803–809 James TW, Culham J, Humphrey GK et al. (2003) Ventral occipital lesions impair object recognition but not object-directed grasping: an fMRI study. Brain 126:2463–2475 James W (1890) The principles of psychology. Holt, New York James W (1894) The physical basis of emotion. Psychol Rev 1:516–529 Jäncke L (1998) Anatomische Rechts-Links-Asymmetrien perisylvischer Hirnareale und Lese-Rechtschreib-Schwächen (LRS). Sprache Stimme Gehör 22:153–162 Jäncke L, Steinmetz H (1994) Auditory lateralization in monozygotic twins. Int J Neurosci 75:57–64 Jäncke L, Steinmetz H (1995) Hand motor performance and degree of asymmetry in monozygotic twins. Cortex 31: 779–785 Jäncke L, Staiger JF, Schlaug G et al. (1997a) The relationship between corpus callosum size and forebrain volume. Cereb Cortex 7:48– 56 Jäncke L, Wunderlich G, Schlaug G, Steinmetz H (1997b) A case of callosal agenesis with strong anatomical and functional asymmetries. Neuropsychologia 35:1389–1394 Jäncke L, Schlaug G, Steinmetz H (1997c) Hand skill asymmetry in professional musicians. Brain Cogn 34:424–432 Jäncke L, Shah NJ, Posse S et al. (1998) Intensity coding of auditory stimuli: an fMRI study. Neuropsychologia 36:875–883 Jäncke L, Buchanan RW, Lutz K, Shah NJ (2001) Focussed and nonfocussed attention in verbal and emotional dichotic listening: An fMRI Study. Brain Lang 78:349–363 Jänke L, Wustenberg T, Scheich H, Heinze HJ (2002) Phonetic perception and the temporal cortex. Neuroimage 15:733–746

727 Literatur

Jay MF, Sparks DL (1984) Auditory receptive fields in primate superior colliculus shift with changes in eye position. Nature 309:345–347 Jeannerod M (1981) Intersegmental coordination during reaching at natural visual objects. In: Long J, Baddeley A (eds) Attention and performance IX. Erlbaum, Hillsdale/NJ, pp 153–168 Jeannerod M (1986a) The formation of finger grip during prehension. A cortically mediated visuomotor pattern. Behav Brain Res 19:99–116 Jeannerod M (1986b) Mechanisms of visuomotor coordination: a study in normal and brain-damaged subjects. Neuropsychologia 24:41– 78 Jeannerod M (1988) Neural and behavioural organization of goaldirected movements. Oxford Univ Press, Oxford Jeannerod M (1997) The cognitive neuroscience of action. Blackwell, Oxford Jeannerod M, Decety J, Michel F (1994) Impairment of grasping movements following a bilateral posterior parietal lesion. Neuropsychologia 32:369–380 Jellinek A (1933) Zur Phänomenologie der Amusie (Expressive Amusie und Aphasie eines Lautensängers). Jahrb Psychiatr Neurol 50:115– 141 Jenkins WM, Merzenich MM, Ochs MT et al. (1990) Functional reorganization of primary somatosensory cortex in adult owl monkeys after behaviorally controlled tactile stimulation. J Neurophysiol 63:82– 104 Jescheniak JD, Levelt WJM (1994) Word frequency effects in speech production: Retrieval of syntactic information and of phonological form. J Exp Psychol Learn Mem Cogn 20:824–843 Jetter W, Poser U, Freeman RB Jr et al. (1986) A verbal long term memory deficit in frontal lobe damaged patients. Cortex 22:229–242 Johansson BB, Zhao L, Mattsson B (1999) Environmental influence on gene expression and recovery from cerebral ischemia. Acta Neurochir Suppl 73:51–55 Johansson G (1973) Visual perception of biological motion and a model for its analysis. Perception Psychophys 14: 201–211 Johnson MK, Raye CL (1998) False memories and confabulation. Trends Cogn Sci 2:137–145 Johannsen L, Broetz D, Naegele T, Karnath HO (2006) »Pusher syndrome« following cortical lesions that spare the thalamus. J Neurol (im Druck) Johnson MK, O’Connor M, Cantor J (1997) Confabulation, memory deficits, and frontal dysfunction. Brain Cogn 34:189–206 Johnson SH (2000) Imagining the impossible: intact motor representations in hemiplegics. Neuroreport 11:729–732 Johnston WA, Heinz SP (1979) Depth of nontarget processing in an attention task. J Exp Psychol 5:168–175 Jones GV (1984) Deep dyslexia, imageability, and ease of predication. Brain Lang 24:1–19 Jonides J (1980) Voluntary versus automatic control over the mind’s eye’s movement. In: Long JB, Baddeley AD (eds) Attention and performance IX. Lawrence Erlbaum, Hillsdale/NJ, pp 187–203 Josse G, Tzourio-Mazoyer N (2004) Hemispheric specialization for language. Brain Res Brain Res Rev 44:1–12 Jung R (1975) Neurophysiologie von Bewusstsein, Schlaf und Traum. In: Klement HW (Hrsg) Bewusstsein: Ein Zentralproblem der Wissenschaften. Agis, Baden-Baden, S 165–218 Jürgens U, Ploog D (1988) On the motor control of monkey calls. In: Newman JD (ed) The physiological control of mammalian vocalization. Plenum, New York, pp 7–19

Jusczyk P (1997) The discovery of spoken language. MIT, Cambridge/MA Just MA, Carpenter PA, Keller TA et al. (1996) Brain activation modulated by sentence comprehension. Science 274:114–116 Kaga K, Shindo M, Tanaka Y (1997) Central auditory information processing in patients with bilateral auditory cortex lesions. Acta Otolaryngol (Suppl) 532:77–782 Kahane P, Hoffmann D, Minotti L, Berthoz A (2003) Reappraisal of the human vestibular cortex by cortical electrical stimulation study. Ann Neurol 54:615–624 Kang DH, Davidson RJ, Coe CL et al. (1991) Frontal brain asymmetry and immune function. Behav Neurosci 105: 860–869 Kaniza G (1955) Margini quasi-percettivi in campi con stimulazione omogenea. Rivista di Psicologia 49:7–30 Kaniza G (1976) Subjective contours. Sci Am 234:48–52 Kaniza G (1979) Organization in vision. Praeger, New York Kapur S, Craik FIM, Tulving E et al. (1994) Neuroanatomical-correlates of encoding in episodic memory: levels of processing effect. Proc Natl Acad Sci USA 91:2008–2011 Karl A, Lutzenberger W, Cohen L, Flor H (2001) Reorganization of motor and somatosensory cortex in upper extremity amputees with phantom limb pain. J Neurosci 21:3609–3618 Karnath HO (1988) Deficits of attention in acute and recovered visual hemi-neglect. Neuropsychologia 26:27–43 Karnath HO (1994a) Disturbed coordinate transformation in the neural representation of space as the crucial mechanism leading to neglect. Neuropsychol Rehabil 4:147–150 Karnath HO (1994b) Subjective body orientation in neglect and the interactive contribution of neck muscle proprioception and vestibular stimulation. Brain 117:1001–1012 Karnath HO (1997) Spatial orientation and the representation of space with parietal lobe lesions. Philos Trans R Soc B 352:1411–1419 Karnath HO (2001) New insights into the functions of the superior temporal cortex. Nat Rev Neurosci 2:568–576 Karnath HO, Broetz D (2003) Understanding and treating »pusher syndrome«. Phys Ther 83:1119–1125 Karnath HO, Ferber S (1999) Is space representation distorted in neglect? Neuropsychologia 37:7–15 Karnath HO, Fetter M (1995) Ocular space exploration in the dark and its relation to subjective and objective body orientation in neglect patients with parietal lesions. Neuropsychologia 33:371–377 Karnath HO, Niemeier M (2002) Task-dependent differences in the exploratory behaviour of patients with spatial neglect. Neuropsychologia 40:1577–1585 Karnath HO, Perenin MT (1998) Tactile exploration of peripersonal space in patients with neglect. Neuroreport 9:2273–2277 Karnath HO, Perenin MT (2005) Cortical control of visually guided reaching: evidence from patients with optic ataxia. Cereb Cortex 15:1561–1569 Karnath HO, Wallesch CW (1992) Inflexibility of mental planning: a characteristic disorder with prefrontal lobe lesions? Neuropsychologia 30:1011–1016 Karnath HO, Schumacher M, Wallesch CW (1991a) Limitations of interhemispheric extracallosal transfer of visual information in callosal agenesis. Cortex 27:345–350 Karnath HO, Wallesch CW, Zimmermann P (1991b) Mental planning and anticipatory processes with acute and chronic frontal lobe lesions: a comparison of maze performance in routine and non-routine situations. Neuropsychologia 29:271–290

728

Literatur

Karnath HO, Christ K, Hartje W (1993) Decrease of contralateral neglect by neck muscle vibration and spatial orientation of trunk midline. Brain 116:383–396 Karnath HO, Dick H, Konczak J (1997) Kinematics of goal-directed arm movements in neglect: control of hand in space. Neuropsychologia 35:435–444 Karnath HO, Niemeier M, Dichgans J (1998) Space exploration in neglect. Brain 121:2357–2367 Karnath HO, Ferber S, Bülthoff HH (2000a) Neuronal representation of object orientation. Neuropsychologia 38: 1235–1241 Karnath HO, Ferber S, Dichgans J (2000b) The origin of contraversive pushing: Evidence for a second graviceptive system in humans. Neurology 55:1298–1304 Karnath HO, Ferber S, Dichgans J (2000c) The neural representation of postural control in humans. Proc Natl Acad Sci U S A 97:13931– 13936 Karnath HO, Ferber S, Rorden C, Driver J (2000d) The fate of global information in dorsal simultanagnosia. Neurocase 6:295–306 Karnath HO, Ferber S, Himmelbach M (2001) Spatial awareness is a function of the temporal not the posterior parietal lobe. Nature 411:950–953 Karnath HO, Himmelbach M, Rorden C (2002) The subcortical anatomy of human spatial neglect: putamen, caudate nucleus, and pulvinar. Brain 125:350–360 Karnath HO, Fruhmann Berger M, Küker W, Rorden C (2004) The anatomy of spatial neglect based on voxelwise statistical analysis: a study of 140 patients. Cereb Cortex 14:1164–1172 Karnath HO, Baier B, Nägele T (2005a) Awareness of the functioning of one’s own limbs mediated by the insular cortex? J Neurosci 25:7134–7138 Karnath HO, Johannsen I, Broetz D, Küker W (2005b) Posterior thalamic hemorrhage induces »pusher syndrome«. Neurology 64:1014–1019 Karnath HO, Zopf R, Johannsen L, Fruhmann Berger M, Nägele T, Klose U (2005c) Normalised perfusion MRI to identify common areas of dysfunction: patients with basal ganglia neglect. Brain 128:2462–2469 Karni A, Sagi D (1991) Where practice makes perfect in texture discrimination: evidence for primary visual cortex plasticity. Proc Natl Acad Sci U S A 88:4966–4970 Kase CS, Troncoso JF, Court JE et al. (1977) Global spatial disorientation. Clinico-pathological correlations. J Neurol Sci 34:267–278 Kaufmann AM, Firlik AD, Fukui MB et al. (1999) Ischemic core and penumbra in human stroke. Stroke 30:93–99 Kawai N, Matsuzawa T (2000) Numerical memory span in a chimpanzee. Nature 403:39–40 Keele SW (1968) Movement control in skilled motor performance. Psychol Bull 70:387–403 Keele SW, Ivry R (1990) Does the cerebellum provide a common computation for diverse tasks? A timing hypothesis. Ann N Y Acad Sci 608:179–211 Keenan JP, Gallupp GG, Falk D (2005) Das Gesicht im Spiegel. reinhardt, München Kelly SJ, Ostrowski NL, Wilson MA (1999) Gender differences in brain and behavior. Hormonal and neual bases. Pharmacol Biochem Behav 64:655–665 Kent RD (1998) The speech sciences. Singular, San Diego/CA Keri S, Beniczky S, Voros E et al. (2002) Dissociation between attentional set shifting and habit learning: a longitudinal case study. Neurocase 8:219–225

Kerkhoff G (1993) Displacement of the egocentric visual midline in altitudinal postchiasmatic scotomata. Neuropsychologia 31:261– 265 Kerkhoff G (1999a) Räumlich-perzeptive, räumlich-kognitive, räumlichkonstruktive und räumlich-topographische Störungen. In: Sturm W, Hermann M, Wallesch CW (Hrsg) Lehrbuch Klinische Neuropsychologie. Swets & Zeitlinger, Frankfurt, S 411–429 Kerkhoff G (1999b) Multimodal spatial orientation deficits in left-sided visual neglect. Neuropsychologia 37:1387–1405 Kerkhoff G (2000) Multiple perceptual distortions and their modulation in patients with left visual neglect. Neuropsychologia 38:1073– 86 Kerns JG, Cohen JD, MacDonald AW et al. (2004) Anterior cingulate conflict monitoring and adjustments in control. Science 303:1023– 1026 Kersten D, Mamassian P, Knill DC (1997) Moving cast shadows induce apparent motion in depth. Perception 26:171–192 Kertesz A, Ferro JM (1984) Lesion size and location in ideomotor apraxia. Brain 107:921–933 Kessler J, Kalbe E (1996) Written numeral transcoding in patients with Alzheimer’s disease. Cortex 32:755–761 Kiefer M (2002) Bewusstsein. In: Müsseler J, Prinz W (Hrsg) Allgemeine Psychologie. Spektrum, Heidelberg, S 179–222 Kiefer M (2002) The N400 is modulated by unconsciously perceived masked words at a very short SOA: Further evidence for an automatic spreading activation account of N400 priming effects. Brain Res Cogn Brain Res 13:27–39 Kiefer M, Dehaene S (1997) The time course of parietal activation in single-digit multiplication: Evidence from event-related potentials. Math Cogn 3:1–30 Kilgard M, Merzenich MM (1998) Cortical map reorganization enabled by nucleus basalis activity. Science 279: 1715–1718 Kimura D (1961) Cerebral dominance and the perception of verbal stimuli. Can J Psychol 15:166–171 King SM, Azzopardi P, Cowey A et al. (1996) The role of light scatter in the residual visual sensitivity of patients with complete cerebral hemispherectomy. Vis Neurosci 13: 1–13 Kinsbourne M (1970) A model for the mechanism of unilateral neglect of space. Trans Am Neurol Assoc 95:143–146 Kinsbourne M (1993) Orientational bias model of unilateral neglect: evidence from attentional gradients within hemispace. In: Robertson IH, Marshall JC (eds) Unilateral neglect: clinical and experimental studies. Lawrence Erlbaum, Hillsdale, pp 63–86 Kinsbourne M, Warrington EK (1963) The localizing significance of limited simultaneous visual form perception. Brain 86:697– 702 Kircher T, David A (eds) (2003) The self in neuroscience and psychiatry. Cambridge Univ Press, pp 436–444 Klatzky RL, Beall AC, Loomis JM et al. (1999) Human navigation ability: tests of the encoding-error model of path integration. Spatial Cogn Comp 1:31–65 Kleinschmidt A, Nitschke M, Frahm J (1997) Somatotopy in the human motor cortex hand area. A high-resolution functional MRI study. Eur J Neurosci 9:2178–2186 Kleinschmidt A, Buchel C, Zeki S, Frackowiak RS (1998) Human brain activity during spontaneously reversing perception of ambiguous figures. Proc R Soc Lond B Biol Sci 265:2427–2433 Kleist K (1934) Gehirnpathologie. Barth, Leipzig

729 Literatur

Klemmer ET (1956) Time uncertainty in simple reaction time. J Exp Psychol 51:179–184 Kliegl R, Mayr U, Krampe RT (1994) Time-accuracy functions for determining process and person differences: An application to cognitive aging. Cogn Psychol 26:134–164 Klingberg T, Hedehus M, Temple E et al. (2000) Microstructure of temporo-parietal white matter as a basis for reading ability: evidence from diffusion tensor magnetic resonance imaging. Neuron 25: 493–500 Kluender R, Kutas M (1993) Subjacency as a processing phenomenon. Lang Cogn Proc 8:573–633 Klumpp RG, Eady HR (1956) Some measurements of interaural time difference thresholds. J Acoust Soc Am 28:859–860 Klüver H, Bucy PC (1937) »Psychic blindness« and other symptoms following bilateral lobectomy in rhesus monkeys. Am J Physiol 119:352–353 Klüver H, Bucy PC (1939) Preliminary analysis of functions of the temporal lobes in monkeys. Arch Neurol Psychiatry 42:979–1000 Knecht S, Henningsen H, Elbert T et al. (1996) Reorganizational and perceptual changes after amputation. Brain 119:1213–1219 Knecht S, Deppe M, Drager B et al. (2000) Language lateralizationin healthy right-handers. Brain 123:74–81 Knight RT (1984) Decreased response to novel stimuli after prefrontal lesions in man. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 59:9–20 Knight RT, Staines WR, Swick D, Chao L (1999) Prefrontal cortex regulates inhibition and excitation in distributed neura networks. Acta Psychol 101:159–178 Knowlton BJ, Mangels JA, Squire LR (1996) A neostriatal-habit learning system in humans. Science 273:1399–1402 Koch C (2005) Bewusstsein – ein neurobiologisches Rätsel. Elsevier, München Koch M (1999) The neurobiology of startle. Progr Neurobiol 59:107–128 Koechlin E, Corrado G, Pietrini P, Grafman J (2000) Dissociating the role of the medial and lateral anterior prefrontal cortex in human planning. Proc Natl Acad Sci USA 97:7651–7656 Koechlin E, Ody C, Kouneiher F (2003) The architecture of cognitive control in the human prefrontal cortex. Science 302:1181–1185 Köhler W, Wallach H (1944) Figural after-effects. Proc Am Phil Soc 88:269–357 Koelsch S (2005) Neural substrates of processing syntax and semantics in music. Curr Opin Neurobiol 15:207–212 Koepp MJ, Gunn RN, Lawrence AD et al. (1998) Evidence for striatal dopamine release during a video game. Nature 393:266–268 Kohlmetz C, Müller SV, Nager W et al. (2003) Selective loss of timbre perception for keyboard and percussion instruments following a right temporal lesion. Neurocase 9: 86–93 Kohn SE, Smith KL (1995) Serial effects of phonemic planning during word production. Aphasiology 3:209–222 Kolb B, Milner B (1981) Performance of complex arm and facial movements after focal brain lesions. Neuropsychologia 19:491–503 Kolb B, Wishaw IQ (1998) Brain plasticity and behavior. Annu Rev Psychol 49:43–64 Kolers PA (1976) Reading a year later. J Exp Psychol Hum Learn Mem 3:554–565 Kolk H, Heeschen C (1990) Adaption symptoms and impairment symptoms in Broca’s aphasia. Aphasiology 4:221–231 Kölmel HW (1984) Visuelle Halluzinationen im hemianopen Feld. Springer, Berlin Heidelberg New York

Komatsu H, Wurtz RH (1988) Relation of cortical areas MT and MST to pursuit eye movements. I. Localization and visual properties of neurons. J Neurophysiol 60:580–603 Kömpf D (1998) Visuelle Halluzinationen. In: Huber A, Kömpf D (Hrsg) Klinische Neuroophthalmologie. Thieme, Stuttgart, S 401–408 Konczak J, Himmelbach M, Perenin M-T, Karnath HO (1999) Do patients with neglect show abnormal hand velocity profiles during tactile exploration of peripersonal space? Exp Brain Res 128:219–223 Konishi S, Hayashi T, Uchida I et al. (2002) Hemispheric asymmetry in human lateral prefrontal cortex during cognitive set shifting. Proc Nat Acad Sci 99:7803–7808 Kopelman MD (1987) Two types of confabulation. J Neurol Neurosurg Psychiatry 50:1482–1487 Kornblum S (1992) Dimensional overlap and dimensional relevance in stimulus-response and stimulus-stimulus compatibility. In: Stelmach GE, Requin J (eds) Tutorials in motor behavior II. Elsevier, Amsterdam Korsakow SS (1892) Erinnerungstäuschungen (Pseudoreminiscenzen) bei polyneuritischer Psychose. Allg Z Psychiat Psych Med 47:390– 410 Kotrla K, Ardaman MF, Meyers CA et al. (1994) Unsuspected obsessive compulsive disorder in a patient with bilateral mineralizations. Neuropsychiatry Neuropsychol Behav Neurol 2:130–135 Kraft JM, Brainard DH (1999) Mechanisms of color constancy under nearly natural viewing. Proc Natl Acad Sci USA 96:307–312 Kramer AF, Weber TA, Watson SE (1997) Object-based attentional selection – Grouped arrays or spatially invariant representations? Comment on Vecera and Farah (1994). J Exp Psychol Gen 50:267– 284 Krampe RT, Ericsson KA (1996) Maintaining excellence: Deliberate practice and elite perofrmance in young and old pianists. J Exp Psychol Gen 125:331–359 Krams M, Rijntjes M, Müller SP, Weiller C (1995) Language representation and handedness in normal subjects: a PET study. In: Siegenthaler W, Haas R (eds) Publikationen der Jung-Stiftung für Wissenschaft und Forschung, Bd 7: The decade of the brain. Hirnfunktion und Bildgebung – Ein Symposion. Thieme, Stuttgart, p 134 Kreiman G, Koch C, Fried I (2000) Imagery neurons in the human brain. Nature 408:357–361 Kreisler A, Godefrey O, Delmaire C et al. (2000) The anatomy of aphasia revisited. Neurology 54:1117–1123 Kroll N, Markowitsch HJ, Knight RK et al. (1997) Retrieval of old memories – the temporo-frontal hypothesis. Brain 120:1377–1399 Kuffler SW (1953) Discharge patterns and functional organization of mammalian retina. J Neurophysiol 16:37–68 Kuhn GF (1977) Model for the interaural time differences in the azimuthal plane. J Acoust Soc Am 62:157–167 Kuipers B (2000) The spatial semantic hierarchy. Artif Intell 119:191– 233 Kujala T, Alho K, Näätänen R (2000) Cross-modal reorganization of human cortical functions. Trends Neurosci 23: 115–120 Kuriki S, Murase M (1989) Neuromagnetic study of the auditory responses in right and left hemispheres of the human brain evoked by pure tones and speech sounds. Exp Brain Res 77:127–134 Kurthen M, Grunwald T, Elger CE (1998) Will there be a neuroscientific theory of consciousness? Trends Cogn Sci 2: 229–234 Kußmaul A (1877) Die Störungen der Sprache. Versuch einer Pathologie der Sprache. Barth, Leipzig

730

Literatur

Kutas M, Hillyard SA (1983) Event-related potentials to grammatical errors and semantic anomalies. Mem Cogn 11:539–550 Kutas M, Van Petten C (1988) Event-related potential studies of language. In: Ackles PK, Jennings JR, Coles MGH (eds) Advances in psychophysiology, vol 3. JAI, Greenwich, pp 139–187 Kwong KK, Belliveau JW, Chesler DA et al. (1992) Dynamic magnetic resonance imaging of human brain activity during primary sensory stimulation. Proc Natl Acad Sci USA 89:5675–5679 LaBar KS, LeDoux JE, Spencer DD, Phelps EA (1995) Impaired fear conditioning following unilateral temporal lobectomy in human. J Neurosci 15:6846–6855 Lacritz LH, Cullum CM, Frol AB et al. (2000) Neuropsychological outcome following unilateral stereotactic pallidotomy in intractable Parkinson’s disease. Brain Cognition 42:364–378 LaMantia AS, Rakic P (1990) Cytological and quantitative characteristics of four cerebral commissures in the rhesus monkey. J Comp Neurol 291:520–537 Lamme V (2003) Why visual attention and awareness are different. Trends Cogn Sci 7:12–18 Lamotte RH, Acuna C (1978) Deficits in accuracy of reaching after removal of posterior parietal cortex in monkey. Brain Res 139:309– 326 Lance JW (1976) Simple formed hallucinations confined to the area of a specific field defect. Brain 99:719–734 Lance JW (1986) Visual hallucinations and their possible pathophysiology. In: Pettigrew JD, Sanderson KJ, Levick WR (eds) Visual Neuroscience. Cambridge Univ Press, Cambridge, pp 374–380 Landau B (1994) Where’s what and what’s where: the language of objects in space. In: Gleitman L, Landau B (eds) The acquisition of the lexicon. MIT, Cambridge/MA, pp 259–296 Landis C, Hunt WA (1939) The startle pattern. Farrar, New York Landis T, Cummings JL, Benson DF, Palmer EP (1986a) Loss of topographic familiarity. An environmental agnosia. Arch Neurol 43:132– 136 Landis T, Cummings JL, Christen L et al. (1986b) Are unilateral right posterior cerebral lesions sufficient to cause prosopagnosia? Clinical and radiological findings in six additional patients. Cortex 22:243– 252 Lang PJ (1995) The emotion probe. Am Psychol 50:372–385 Lang PJ, Bradley MM, Cuthbert BN (1990) Emotion, attention, and the startle reflex. Psychol Rev 97:377–395 Lang PJ, Greenwald MK, Bradley MM, Hamm AO (1993) Looking at pictures: affective, facial, visceral, and behavioral reactions. Psychophysiology 30:261–273 Lang PJ, Bradley MM, Cuthbert BN (1998) Emotion, motivation, and anxiety: brain mechanisms and psychophysiology. Biol Psychiatry 44:1248–1263 Lausberg H, Davis M, Rothenhäusler A (2000) Hemispheric specialization in spontaneous gesticulation in a patient with callosal disconnection. Neuropsychologia 38:1654–1663 Lavie N (1995) Perceptual load as a necessary condition for selective attention. J Exp Psychol Hum Percept Perform 21:451–468 LaVoie D, Light LL (1994) Adult age differences in repetition priming: A meta-analysis. Psychol Aging 9:539–553 Lawrence AD, Sahakian BJ, Hodges JR et al. (1996) Executive and mnemonic functions in early Huntington’s disease. Brain 119:1633– 1645 LeDoux J (1996) The emotional brain. Simon & Schuster, New York

LeDoux J (1998) Das Netz der Gefühle: Wie Emotionen entstehen. Hanser, München LeDoux JE, Cicchetti P, Xagoraris A, Romanski LM (1990) The lateral amygdaloid nucleus: sensory interface of the amygdala in fear conditioning. J Neurosci 10:1062–1069 Leggio MG, Silveri MC, Petrosini L, Molinari M (2000) Phonological groupng is specifically affected in cerebellar patients: a verbal fluency study. J Neurol Neurosurg Psychiatry 69:102–106 Leibovitch FS, Black SE, Caldwell CB et al. (1998) Brain-behavior correlations in hemispatial neglect using CT and SPECT. The Sunnybrook stroke study. Neurology 50: 901–908 Leiner HC, Leiner AL, Dow RS (1986) Does the cerebellum contribute to mental skills? Behav Neurosci 100:443–454 Leiner HC, Leiner AL, Dow RS (1993) Cognitive and language functions of the human cerebellum. Trends Neurosci 16: 444–447 Lennie P (1998) Single units and visual cortical organization. Perception 27:889–935 Lerdahl F, Jackendoff R (1983) A generative theory of tonal music. MIT, Cambridge/MA Levelt WJM (1989) Speaking: from intention to articulation. MIT, Cambridge/MA Levelt WJM (2001) Spoken word production: A theory of lexical access. Proc N Y Acad Sci 98:13464–13471 Levelt WJM, Roelofs A, Meyer AS (1999) A theory of lexical access in speech production. Behav Brain Sci 22:1–38 Levine B, Black SE, Cabeza R et al. (1998) Episodic memory and the self in a case of isolated retrograde amnesia. Brain 121:1951–1973 Levine DN (1990) Unawareness of visual and sensorimotor defects: a hypothesis. Brain Cogn 13:233–281 Levine DN, Calvanio R (1978) A study of the visual defect in verbal alexia-simultanagnosia. Brain 101:65–81 Levine DN, Calvanio R, Rinn WE (1991) The pathogenesis of anosognosia for hemiplegia. Neurology 41:1770–1781 Levy J, Nagylaki T (1972) A model for the genetics of handedness. Genetics 72:117–128 Levy R, Goldman-Rakic PS (2000) Segragation of working memory functions within the dorsolateral prefrontal cortex. Exp Brain Res 133:23–32 Lewald J (1998) The effect of gaze eccentricity on perceived sound direction and its relation to visual localization. Hear Res 115:206–216 Lewald J (2002) Rapid adaptation to auditory-visual spatial disparity. Learn Memory 9:268–278 Lewald J, Karnath HO (2000) Vestibular influence on human auditory space perception. J Neurophysiol 84:1107–1111 Lewald J, Karnath HO (2001) Sound lateralization during passive wholebody rotation. Eur J Neurosci 13:2268–2272 Lewald J, Karnath HO (2002) The effect of whole-body tilt on sound lateralization. Eur J Neurosci 16:761–766 Lewald J, Karnath HO, Ehrenstein WH (1999) Neck-proprioceptive influence on auditory lateralization. Exp Brain Res 125:389–396 Lewald J, Dörrscheidt GJ, Ehrenstein WH (2000) Sound localization with eccentric head position. Behav Brain Res 108: 105–125 Lewald J, Foltys H, Töpper R (2002) Role of the posterior parietal cortex in spatial hearing. J Neurosci 22:RC207 (1–5) Lewald J, Meister IG, Weidemann J, Töpper R (2004) Involvement of the superior temporal cortex and the occipital cortex in spatial hearing: evidence from repetitive transcranial magnetic stimulation. J Cog Neurosci 16:828–838

731 Literatur

Lewis SJ, Dove A, Robbins TW et al. (2003) Cognitive impairments in early Parkinson’s disease are accompanied by reductions in activity in frontostriatal neural circuitry. J Neurosci 16:6351–6356 Lhermitte F, Beauvois MF (1973) A visual-speech disconnection syndrome. Report of a case with optic aphasia, agnosic alexia and colour agnosia. Brain 96:695–714 Lhermitte F, Pillon B (1975) La prosopagnosie. Role de l’hémisphère droit dans la perception visuelle. Rev Neurol 131:791–812 Lhermitte F, Pillon B, Serdaru M (1986) Human autonomy and the frontal lobes. Part I: Imitation and utilization behavior: a neuropsychological study of 75 patients. Ann Neurol 19:326–334 Li C, Mazzoni P, Andersen RA (1999) Effect of reversible inactivation of macaque lateral intraparietal area on visual-and memory saccades. Am Physiol Soc 22:1827–1838 Li S-C, Lindenberger U, Baltes PB (2001) Aging cognition: From neuromodulation to representation. Trends Cogn Sci 5:479–486 Liberman AM (1996) Speech: a special code. MIT, Cambridge/MA Libet B, Wright EW Jr, Feinstein B, Pearl DK (1979) Subjective referral of the timing for a conscious sensory experience: a functional role for the somatosensory specific projection system in man. Brain 102:193–224 Liepert J, Weiller C (1998) Learning induced across limb plasticity in the motor cortex. Neuroimage 6:956 Liepert J, Tegenthoff M, Malin J (1995) Changes of cortical motor area size during immobilisation. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 97:382–386 Liepert J, Bauder H, Miltner WHR et al. (2000) Treatment-induced cortical reorganization after stroke in humans. Stroke 31:1210–1216 Liepmann H (1905) Störungen des Handelns bei Gehirnkranken. Karger, Berlin Liepmann H (1908a) Drei Aufsätze aus dem Apraxiegebiet. Karger, Berlin Liepmann H (1908b) Ueber die agnostischen Stoerungen. Neurol Centralbl 27:609–617, 664–675 Lincoln NB, McGuirk E, Mulley GP et al. (1984) Effectiveness of speech therapy for aphasic stroke patients. A randomised controlled trial. Lancet 1:1197–1200 Lindenberger U, Baltes PB (1994) Sensory functioning and intelligence in old age: A strong connection. Psychol Aging 9:339–355 Lindenberger U, Poetter U (1998) The complex nature of unique and shared effects in hierarchical linear regression: Implications for developmental psychology. Psychol Methods 3:218–230 Linebarger MC, Schwartz MF, Saffran EM (1983) Sensitivity to grammatical structure in so-called agrammatic aphasics. Cognition 13:361–392 Lissauer H (1890) Ein Fall von Seelenblindheit nebst einem Beitrag zur Theorie derselben. Arch Psychiatr Nervenkrankh 21:222–270 Liu GT, Schatz NJ, Galetta SL et al. (1995) Persistent positive visual phenomena in migraine. J Neurol 45:664–668 Livingstone MS, Hubel D (1988) Segregation of form, color, movement, and depth: anatomy, physiology, and perception. Science 240:740– 749 Llinas R (2001) Iz of the cortex. MIT, Cambridge/MA Locke JL (1994) Gradual emergence of developmental language disorders. J Speech Hear Res 37:608–616 Loftus EF, Palmer JC (1974) Reconstruction of automobile destruction: an example of the interaction between language and memory. J Verb Learn Verb Behav 13:585–589

Loftus EF, Miller DG, Burns HJ (1978) Semantic integration of verbal information into a visual memory. J Exp Psychol Hum Learn Mem 4:19–31 Logie RH, Gilhooly KJ, Wynn V (1994) Counting on working memory in arithmetic problem solving. Mem Cogn 22: 395–410 Logothetis NK (1998) Object vision and visual awareness. Curr Opin Neurobiol 8:536–544 Logothetis NK, Pauls J (1995) Psychophysical and physiological evidence for viewer-centered object representations in the primate. Cereb Cortex 5:270–288 Logothetis NK, Pauls J, Buelthoff HH, Poggio T (1994) View-dependent object recognition by monkeys. Curr Biol 4: 401–414 Logothetis NK, Pauls J, Poggio T (1995) Shape representation in the inferior temporal cortex of monkeys. Curr Biol 5: 552–563 Logothetis NK, Pauls J, Augath M et al. (2001) Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal. Nature 412:150–157 Lomber SG, Payne BR, Horel JA (1999) The cryoloop: an adaptable reversible cooling deactivation method for behavioral or electrophysiological assessment of neural function. J Neurosci Methods 86:179–194 Louie K, Wilson MA (2001) Temporally structured replay of awake hippocampal ensemble activity during rapid eye movement sleep. Neuron 29:145–56 Ludlow CL (1993) Speech tics in Tourette’s syndrome. In: Blanken G, Dittmann J, Grimm H et al. (eds) Linguistic disorders and pathologies. De Gruyter, Berlin, pp 505–509 Lüders E, Gaser C, Jancke L, Schlaug G (2004) A voxel-based approach to gray matter asymmetries. Neuroimage 22:656–664 Luh KE, Butter CM, Buchtel HA (1986) Impairments in orienting to visual stimuli in monkeys follwing unilateral lesions of the superior sulcal polysensory cortex. Neuropsychologia 24:461–470 Lumer ED, Edelman GM, Tononi G (1997) Neural dynamics in a model of the thalamocortical system. Part I: Layers, loops and the emergence of fast synchronous rhythms. Part II: The role of neural synchrony tested through perturbations of spike timing. Cereb Cortex 7:207– 227, 228–236 Lumer ED, Friston KJ, Rees G (1998) Neural correlates of perceptual rivalry in the human brain. Science 280: 1930–1934 Lupien SJ, Nair NPV, Brière S et al. (1999) Increased cortisol levels and impaired cognition in human aging: Implication for depression and dementia in later life. Rev Neurosci 10:117–139 Luria AR (1959) Disorders of »simultaneous perception« in a case of bilateral occipito-parietal brain injury. Brain 82:437–449 Luria AR (1980) Higher cortical functions in man. Basic Books, New York Luria AR, Pravdina-Vinarskaya EN, Yarbuss AL (1963) Disorders of ocular movement in a case of simultanagnosia. Brain 86:219–228 Luria AR, Naydin VL, Tsvetkova LS, Vinarskaya EN (1969) Restoration of higher cortical functions following local brain damage. In: Vinken PJ, Bruyn GW (eds) Handbook of clinical neurology, vol 3. North Holland, Amsterdam, pp 368–433 Lüscher C, Nicoll RA, Malenka RC, Müller D (2000) Synaptic plasticity and dynamic modulation of the postsynaptic membrane. Nat Neurosci 3:545–550 Lütkenhöner B, Menninghaus E, Steinsträter O et al. (1995) Neuromagnetic source analysis using magnetic resonance images for the construction of source and volume conductor model. Brain Topography 7:291–299

732

Literatur

Lynch JC (1980) The functional organization of posterior parietal cortex. Behav Brain Sci 3:485–499 Macchi G, Bentivoglio M (1994) Principles of organisation of the thalamus and thalamo-cortical connections. In: Guilleminault C (ed) Fatal familial insomnia: Inherited prion diseases, sleep and the thalamus. Raven, New York, pp 37–44 Mach E (1903) Analyse der Sinnesempfindungen. Fischer, Jena Mach JR, Kabat V, Olson D, Kuskowski M (1996) Delirium and right-hemisphere dysfunction in cognitively impaired older persons. Int Psychogeriatr 8:373–382 Mack A, Rock I (1998) Inattentional blindness. MIT Press, Cambridge/ MA MacKay WA (1992) Properties of reach-related neuronal activity in cortical area 7-A. J Neurophysiol 67:1335–1345 MacLean CD (1949) Psychosomatic disease and the visceral brain: Recent developments bearing on the Papez theory of emotion. Psychosom Med 11:338–353 MacLean CD (1952) Some psychiatric implications of physiological studies on frontotempoal portion of limbic system (visceral brain). Electroencephalogr Clin Neurophysiol 4:407–418 MacLean CD (1955) The limbic system (»visceral brain«) and emotional behavior. Arch Neurol Psychiatry 73:130–134 MacLusky NJ, Naftolin F (1981) Sexual differentiation of the central nervous system. Science 211:1294–1304 Macmillan M (1996) Phineas Gage: a case for all reasons. In: Code C, Wallesch CW, Joanette Y, Lecours AR (eds) Classic cases in neuropsychology. Psychology Press, Hove, pp 243–262 Maeshima S, Dohi N, Funahashi K et al. (1997) Rehabilitation of patients with anosognosia for hemiplegia due to intracerebral haemorrhage. Brain Injury 11:691–697 Magill RA (1998) Motor learning. Concepts and applications, 5th edn. WCB/McGraw-Hill, Boston/MA Maguire EA (1999) Hippocampal and parietal involvement in human topographical memory: evidence from functional neuroimaging. In: Burgess N, Jefferey KJ, O’Keefe J (eds) The hippocampal and parietal foundations of spatial cognition. Oxford Univ Press, Oxford, pp 404–15 Maguire EA, Frith CD (2003) Lateral asymmetry in the hippocampal response to the remoteness of autobiographical memories. J Neurosci 23:5302–5307 Maguire EA, Büchel C, Mummery CJ (1999) The role of parahippocampal-hippocampal connectivity in memory retrieval. Neuroimage 9:34 Maguire EA, Gadian DG, Johnsrude IS et al. (2000) Navigation-related structural change in the hippocampi of taxi drivers. Proc Natl Acad Sci USA 97:4398–4403 Maier SF, Watkins LR (1998) Cytokines for psychologist: Implications of bidirectional immune-to-brain communication for understanding behavior, mood, and cognition. Psychol Rev 105:83–107 Maia TV, Cleeremanns A (2005) Consciousness: converging insights from connectionsist modeling and neuroscience. Trends Cog Sci 9:397–404 Maia TV, McClelland JL (2004) A reexamination of the evidence for the somatic marker hypothesis: what participants really know in the Iowa gambling task. Proc Natl Acad Sci USA 101:16075–80 Makram H, Lübke J, Frotscher M, Sakmann B (1997) Regulation of synaptic efficacy by coincidence of postsynaptic APs and EPSPs. Science 275:213–215

Malach R, Reppas JB, Benson RR et al. (1995) Object-related activity revealed by functional magnetic-resonance-imaging in human occipital cortex. Proc Natl Acad Sci USA 92:8135–8139 Mallot HA (2000) Sehen und die Verarbeitung visueller Information. Eine Einführung, 2. Aufl. Vieweg, Wiesbaden Mallot HA, Gillner S (2000) Route navigation without place recognition: what is recognized in recognition-triggered responses? Perception 29:43–55 Malpass RS, Devine PG (1981) Guided memory in eyewitness identification. J Appl Psychol 66:343–350 Manes F, Shaakian B, Clark L et al. (2002) Decision-making processes following damage to the prefrontal cortex. Brain 125:624–639 Manford M, Andermann F (1998) Complex visual hallucinations. Clinical and neurobiological insights. Brain 121: 1819–1840 Mansfield P, Maudsley AA (1977) Medical imaging by NMR. Br J Radiol 50:188–194 Marcel AJ (1998) Blindsight and shape perception: Deficit of visual consciousness or of visual function? Brain 121: 1565–1588 Marcel T (1980) Surface dyslexia and beginning reading: a revised hypothesis of the pronunciation of print and ist impairments. In: Coltheart M, Patterson K, Marshall JC (eds) Deep dyslexia. Routledge, London, pp 227–258 Marcel T, Patterson K (1978) Word recognition and production: Reciprocity in clinical and normal research. In: Requin J (ed) Attention and performance VII. Lawrence Erlbaum, Hillsdale, pp 209–226 Marie P (1906) Révision de la question de l’aphasie I. La troisième circonvolution frontale gauche ne joue aucun rôle dans la fonction de language. Sem Med Paris 26: 241–247 Mark VW, Kooistra CA, Heilman KM (1988) Hemispatial neglect affected by non-neglected stimuli. Neurology 38:1207–1211 Markman E (1994) Constraints on word meaning in early language acquisition. In: Gleitman L, Landau B (eds) The acquisition of the lexicon. MIT, Cambridge/MA, pp199–228 Markowitsch HJ (1985) Der Fall H.M. im Dienste der Hirnforschung. Naturwiss Rundsch 38:410–416 Markowitsch HJ (1988) Diencephalic amnesia: a reorientation towards tracts? Brain Res Brain Res Rev 13:351–370 Markowitsch HJ (1992) Intellectual functions and the brain. Hogrefe & Huber, Toronto Markowitsch HJ (1994) Effects of emotion and arousal on memory processing by the brain. In: Delacour J (ed) Memory, learning and the brain. World Scientific, Singapore, pp 210–240 Markowitsch HJ (1996) Organic and psychogenic retrograde amnesia: two sides of the same coin? Neurocase 2:357–371 Markowitsch HJ (1998a) The mnestic block syndrome: Environmentally induced amnesia. Neurol Psychiatr Brain Res 6:73–80 Markowitsch HJ (1998b) Differential contribution of the right and left amygdala to affective information processing. Behav Neurol 11:233-244 Markowitsch HJ (1999a) Gedächtnisstörungen. Kohlhammer, Stuttgart Markowitsch HJ (1999b) Neuroimaging and mechanisms of brain function in psychiatric disorders. Curr Opin Psychiatry 12:331– 337 Markowitsch HJ (1999c) Functional neuroimaging correlates of functional amnesia. Memory 7:561–583 Markowitsch HJ (2001) Mnestische Blockaden als Stress- und Traumafolgen. Z Klin Psychol Psychother 30:204–211

733 Literatur

Markowitsch HJ, Calabrese P, Liess J et al. (1993) Retrograde amnesia after traumatic injury of the temporo-frontal cortex. J Neurol Neurosurg Psychiatry 56:988–992 Markowitsch HJ, Weber-Luxenburger G, Ewald K et al. (1997a) Patients with heart attacks are not valid models for medial temporal lobe amnesia. A neuropsychological and FDG-PET study with consequences for memory research. Eur J Neurol 4:178–184 Markowitsch HJ, Fink GR, Thöne AIM et al. (1997b) Persistent psychogenic amnesia with a PET-proven organic basis. Cogn Neuropsychiatr 2:135–158 Markowitsch HJ, Kessler J, Van der Ven C et al. (1998) Psychic trauma causing grossly reduced brain metabolism and cognitive deterioration. Neuropsychologia 36:77–82 Markowitsch HJ, Kalbe E, Kessler J et al. (1999a) Short-term memory deficit after focal parietal damage. J Clin Exp Neuropsychol 21:784– 796 Markowitsch HJ, Kessler J, Kalbe E et al. (1999b) Functional amnesia and memory consolidation. A case of persistent anterograde amnesia with rapid forgetting following whiplash injury. Neurocase 5:189– 200 Markowitsch HJ, Kessler J, Russ MO et al. (1999c) Mnestic block syndrome. Cortex 35:219–230 Markowitsch HJ, Calabrese P, Neufeld H et al. (1999d) Retrograde amnesia for famous events and faces after left fronto-temporal brain damage. Cortex 35:243–252 Markowitsch HJ, Kessler J, Schramm U et al. (2000a) Severe degenerative cortikal and cerebellar atrophy and progressive dementia in a young adult. Neurocase 6:357–364 Markowitsch HJ, Kessler J, Weber-Luxenburger G et al. (2000b) Neuroimaging and behavioral correlates of recovery from ›mnestic block syndrome‹ and other cognitive deteriorations. Neuropsychiatr Neuropsychol Behav Neurol 13:60–66 Marr D (1969) A theory of cerebellar cortex. J Physiol 202:437–470 Marr D (1982) Vision. Freeman, San Francisco Marr D, Nishihara H (1978) Representation and recognition of the spatial organization of three-dimensional shapes. Proc R Soc London Series B 200:269–291 Marshall JC, Newcombe F (1973) Patterns of paralexia: a psycholinguistic approach. J Psycholinguist Res 2:175–199 Marteniuk RG, MacKenzie CL, Jeannerod M et al. (1987) Constraints on human arm movement trajectories. Can J Psychol 41:365–378 Martin A, Ungerleider LG, Haxby JV (2000) Category-specificity and the brain: The sensory-motor model of semantic representations of objects. In: Gazzaniga MS (ed) The cognitive neurosciences. MIT, Cambridge/MA, pp 1023–1036 Martin E (1965) Transfer of verbal paired associates. Psychol Rev 72:327– 343 Martin JP (1927) Hemichorea resulting from a local lesion of the brain (the syndrome of the body of Luys). Brain 50:637–651 Martin TA, Keating JG, Goodkin HP et al. (1996) Throwing while looking through prisms. I. Focal olivocerebellar lesions impair adaptation. Brain 119:1183–1198 Martinez-Trujillo JC, Treue S (2002) Attentional modulation strength in cortical area MT depends on stimulus contrast. Neuron 35:365– 370 Maruff P, Wilson PH, De Fazio J et al. (1999) Asymmetries between dominant hands in reals and imagined motor task performance. Neuropsychologia 37:379–384

Marzi CA, Tassinari G, Aglioti S, Luzemberger L (1986) Spatial summation across the vertical meridian in hemiaopics. A test of blindsight. Neuropsychologia 24:749–758 Marzi CA, Smania N, Martini MC et al. (1996) Implicit redundant-targets effect in visual extinction. Neuropsychologia 34:9–22 Maschke M, Drepper J, Burgerhoff K et al. (2002) Differences in trace and delay visuomotor associative learning in cerebellar patients. Exp Brain Res 147:538–548 Maschke M, Gomez CM, Ebner TJ, Konczak J (2004) Hereditary cerebellar ataxia progressively impairs force adaptation during goal-directed arm movements. J Neurophysiol 91:230–238 Masdeu JC, Gorelick PB (1988) Thalamic astasia: inability to stand after unilateral thalamic lesions. Ann Neurol 23: 596–603 Masterman DL, Cummings JL (1997) Frontal-subcortical circuits: the anatomic basis of executive, social and motivated behaviors. J Psychopharmacol 11:107–114 Mattingley JB, Davis G, Driver J (1997) Preattentive filling-in of visual surfaces in parietal extinction. Science 275: 671–674 Mayr U (2001) Age differences in the selection of mental sets: the role of inhibition, stimulus ambiguity, and response overlap. Psychol Aging 16:96–109 Mayr U, Kliegl R (2000) Complex semantic processing in old age: Does it stay or does it go? Psychol Aging 15:29–43 Mayr U, Kliegl R, Krampe RT (1996) Sequential and coordinative processing dynamics in figural transformations across the life span. Cognition 59:61–90 Mayr U, Spieler DM, Kliegl R (eds) (2001) Aging and Executive Control. Psychology Press, Howe, UK Mazoyer BM, Tzourio N, Frak V et al. (1993) The cortical representation of speech. J Cogn Neurosci 5:467–479 Mazzoni P, Bracewell RM, Barash S, Andersen RA (1996) Spatially tuned auditory responses in area LIP of macaques performing delayed memory saccades to acoustic targets. J Neurophysiol 75:1233– 1241 McAdams CJ, Maunsell JHR (1999) Effects of attention on orientationtuning functions of single neurons in Macaque cortical area V4. J Neurosci 19:431–441 McCloskey M, Caramazza A, Basili A (1985) Cognitive mechanisms in number processing and calculation: Evidence from dyscalculia. Brain Cogn 4:171–196 McCloskey M, Sokol SM, Goodman RA (1986) Cognitive processes in verbal-number production: Inferences from the performance of brain-damaged subjects. J Exp Psychol Gen 115:307–330 McCloskey M, Aliminosa D, Sokol SM (1991) Facts, rules, and procedures in normal calculation: Evidence from multiple single-patient studies of impaired arithmetic fact retrieval. Brain Cogn 17:154–203 McCollough C (1965) Color adaptation of edge-detectors in the human visual system. Science 149:1115–1116 McCrink K, Wynn K (2004) Large-number addition and subtraction by 9-month-old infants. Psychol Sci 15:776–781 McGaugh JL (2000) Memory – a century of consolidation. Science 287:248–251 McGlinchey-Berroth R, Milberg WP, Verfaiellie M et al. (1993) Semantic procesing in the neglected visual field: Evidence from a lexical decision task. Cogn Neuropsychol 10:79–108 McGlynn SM, Schacter DL (1989) Unawareness of deficits in neuropsychological syndromes. J Clin Exp Neuropsychol 11:143– 205

734

Literatur

McKee SP, Westheimer G (1978) Improvement in vernier acuity with practice. Percept Psychophys 24:258–262 McKeever WF, Seitz KS, Krutsch AJ, Van Eys PL (1995) On language laterality in normal dextrals and sinistrals: results from the bilateral object naming latency task. Neuropsychologia 33:1627– 1635 McMains SA, Somers DC (2004) Multiple spotlights of attentional selection in human visual cortex. Neuron 42:677–686 McManus IC (1985) Handedness, language dominance and aphasia: a genetic model. Psychol Med Monogr Suppl 8 McNeill D (1992) Hand and mind. Univ Chicago Press, Chicago London Mecklinger A, Schriefers H, Steinhauer K, Friederici AD (1995) Processing relative clauses varying on syntactic and semantic dimensions: an analysis with event-related potentials. Mem Cogn 23:477– 494 Mehler MF (1987) Visuo-imitative apraxia. Neurology 37 [Suppl 1]:129 Meiser T, Klauer KC (1999) Working memory and changing-state hypothesis. J Exp Psychol Learn Mem Cogn 25:1272–1299 Melchner L von, Pallas SL, Sur M (2000) Visual behaviour mediated by retinal projections directed to the auditory pathway. Nature 404: 871–876 Melsbach G, Wohlschlager A, Spiess M, Güntürkün O (1996) Morphological asymmetries of motoneurons innervating upper extremities: clues to the anatomical foundations of handedness? Int J Neurosci 86:217–224 Menon RS, Luknowsky DC, Gati JS (1998) Mental chronometry using latency-resolved functional MRI. Proc Natl Acad Sci USA 95:10901– 10907 Mercer B, Wapner W, Gardner H, Benson DF (1977) A study of confabulation. Arch Neurol 34:429–433 Merzenich MM, Jenkins WM (1993) Reorganization of cortical representations of the hand following alterations of skin inputs induced by nerve injury, skin island transfer and experience. J Hand Ther 6:89– 103 Merzenich MM, Nelson RJ, Stryker MP et al. (1984) Somatosensory cortical map changes following digit amputation in adult monkeys. J Comp Neurol 224:591–605 Mesulam MM (2000) Principles of behavioral and cognitive neurology, 2nd edn. Oxford Univ Press, New York Metzger W (1975) Gesetze des Sehens. Kramer, Frankfurt am Main Metzinger T (1993) Subjekt und Selbstmodell. Schöningh, Paderborn [Vgl. auch die englische Neubearbeitung: Derss. (2002) Being no one – the self-model theory of consciousness. MIT, Cambridge/ MA] Metzinger T (2000) Neural correlates of consciousness. Empirical and conceptual questions. MIT, Cambridge/MA Metzinger T (2001) Die Selbstmodell-Theorie der Subjektivität: Eine Kurzdarstellung in sechs Schritten. In: Greve W (Hrsg) Psychologie des Selbst. Psychologie Verlagsunion, Weinheim Metzinger T (2003) Being no one: The self-model theory of subjectivity. MA MIT Press, Cambridge Metzler C, Parkin AJ (2000) Reversed negative priming following frontal lobe lesions. Neuropsychologia 38:363–379 Meyer M, Friederici AD, von Cramon DY (2000) Neurocognition of auditory sentence comprehension: event-related fMRI reveals sensitivity to syntactic violations and task demands. Brain Res Cogn Brain Res 9:19–33

Miceli G, Silveri MC, Nocentini U, Caramazza A (1988) Patterns of dissociation in comprehension and production of nouns and verbs. Aphasiology 2:351–358 Middleton FA, Strick PL (2000) Basal ganglia output and cognition: evidence from anatomical, behavioral and clinical studies. Brain Cogn 42:183–200 Miller EK, Cohen JD (2001) An integrative theory of prefrontal cortex function. Ann Rev Neurosci 24:167–202 Miller-Fisher C (1992) Concerning the mechanism of recovery in stroke hemiplegia. Can J Neurol Sci 19:57–63 Mills AW (1958) On the minimum audible angle. J Acoust Soc Am 30:237–246 Mills AW (1960) Lateralization of high-frequency tones. J Acoust Soc Am 32:132–134 Milner AD (1987) Animal models for the syndrome of spatial neglect. In: Jeannerod M (ed) Neurophysiological and neuropsychological aspects of spatial neglect. Elsevier, Amsterdam, pp 259–288 Milner AD (1995) Cerebral correlates of visual awareness. Neuropsychologia 33:1117–1130 Milner AD, Goodale MA (1995) The visual brain in action. Oxford Univ Press, Oxford New York Tokio Milner AD, Harvey M (1995) Distortion of size perception in visuospatial neglect. Curr Biol 5:85–89 Milner AD, Perrett DI, Johnston RS et al. (1991) Perception and action in »visual form agnosia«. Brain 114:405–428 Milner AD, Harvey M, Pritchard CL (1998) Visual size processing in spatial neglect. Exp Brain Res 123:192–200 Milner AD, Paulignan Y, Dijkerman HC et al. (1999) A paradoxical improvement of misreaching in optic ataxia: new evidence for two separate neural systems for visual localization. Philos Trans R Soc Lond B 266:2225–2229 Milner AD, Dijkerman HC, McIntosh RD et al. (2003) Delayed reaching and grasping in patients with optic ataxia. Prog Brain Res 142: 25–242 Milner B (1963) Effects of different brain lesions on card sorting. Arch Neurol 9:90 Milner B (1965) Visually-guided maze learning in man: effects of bilateral hippocampal, bilateral frontal and unilateral cerebral lesions. Neuropsychologia 3:317–338 Milner B, Petrides M (1984) Behavioural effects of frontal-lobe lesions in man. Trends Neurosci 7:403–407 Miltner R, Simon U, Netz J, Hömberg V (1998) Bewegungsvorstellung in der Therapie von Patienten mit Hirninfarkt. In: Dettmers C, Rijntjes M, Weiller C (Hrsg) Funktionelle-Bildgebung und Physiotherapie. Hippocampus, Bad Honnef, S 181–198 Mimura M, Kato M, Kato M et al. (1998) Prospective and retrospective studies of recovery in aphasia. Changes in cerebral blow and language functions. Brain 121: 2083–2094 Mishkin M, Ungerleider LG, Macko KA (1983) Object vision and spatial vision: two cortical pathways. Trends Neurosci 6:414–417 Mittelstaedt H (1992) Somatic versus vestibular gravity reception in man. Ann NY Acad Sci 656:124–139 Mittelstaedt H (1998) Origin and processing of postural information. Neurosci Biobehav Rev 22:473–478 Mogilner A, Grossman JAI, Ribary U et al. (1993) Somatosensory cortical plasticity in adult humans revealed by magnetoencephalography. Proc Natl Acad Sci USA 90: 3593–3597 Mollon JD, Jordan G (1988) Eine evolutionäre Interpretation des menschlichen Farbensehens. Farbe 35:139–170

735 Literatur

Monakow A von (1885) Experimentelle und pathologisch-anatomische Untersuchungen über die Beziehungen der sog. Sehsphäre zu den infracorticalen Opticuscentren und zum N. opticus. Arch Psychiatr 16:151–199 Monakow A von (1914) Die Lokalisation im Grosshirn und der Abbau der Funktion durch kortikale Herde. Bergmann, Wiesbaden Monsch AU, Bondi MW, Butters N et al. (1992) Comparisons of verbal fluency tasks in the detection of dementia of the Alzheimer type. Arch Neurol 49:1253–1258 Moore BCJ (1997) An introduction to the psychology of hearing. Academic Press, San Diego Moran J, Desimone R (1985) Selective attention gates visual processing in the extrastriate cortex. Science 229:782–784 Morasso P (1981) Spatial control of arm movements. Exp Brain Res 42:223–227 Morgan MJ (1979) Perception of continuity in stroboscopic motion: A temporal frequency analysis. Vision Res 19: 491–500 Morlaas J (1928) Contribution à l’étude de l’apraxie. Amédée Legrand, Paris Morrell F (1972) Visual system’s view of acoustic space. Nature 238:44– 46 Morton J (1980) The logogen model and orthographic structure. In: Frith U (ed) Cognitive processes in spelling. Academic Press, London, pp 117–133 Morton J, Patterson KE (1980) A new attempt at an interpretation or an attempt at a new interpretation. In: Coltheart M, Patterson K, Marshall JC (eds) Deep dyslexia. Routledge, London, pp 91– 118 Moscovitch M, Melo B (1997) Strategic retrieval and the frontal lobes: evidence from confabulation and amnesia. Neuropsychologia 35:1017–1034 Moscovitch M, Winocur G, Behrmann M (1997) What is special about face recognition? Nineteen experiments on a person with visual object agnosia and dyslexia but normal face recognition. J Cogn Neurosci 9:555–604 Motomura N, Yamadori A, Mori E, Tamaru F (1986) Auditory agnosia. Analysis of a case with bilateral subcortical lesions [published erratum appears in Brain 1986; 109:1322]. Brain 109:379–391 Motter BC, Mountcastle VB (1981) The functional properties of the lightsenstive neurons of the posterior parietal cortex studied in waking monkeys: foveal sparing and opponent vector organization. J Neurosci 1:3–36 Mountcastle VB (1997) The columnar organization of the neocortex. Brain 120:701–722 Mountcastle VB, Lynch JC, Georgopoulos A et al. (1974) Posterior parietal association cortex of the monkey: command functions for operations within extrapersonal space. J Neurophysiol 38: 871–908 Mountcastle VB, Georgopoulos LA, Sakata H, Acuna C (1975) Posterior parietal association cortex of the monkey: command functions for operations within extrapersonal space. J Neurophysiol 38:871– 908 Mudie MH, Matyas TA (2000) Can simultaneous bilateral movement involve the undamaged hemisphere in reconstruction of neural networks damaged by stroke? J Disabil Rehabil 22:23–37 Mühlnickel W, Elbert T, Taub E, Flor H (1998) Reorganization of auditory cortex in tinnitus. Proc Natl Acad Sci USA 95:10340– 10343

Müller GE, Pilzecker A (1900) Experimentelle Beiträge zur Lehre vom Gedächtnis. Z Psychol Physiol Sinnesorg (Ergänzungsband 1):1– 300 Müller HJ, Rabbitt PMA (1989) Reflexive and voluntary orienting of visual attention: time course of activation and resistance to interruption. J Exp Psychol Hum Percept Perform 15:315–330 Müller HJ, Heller D, Ziegler J (1995) Visual search for singleton feature targets within and across feature dimensions. Perception Psvchophysics 57:1–17 Müller HJ, Reimann B, Krummenacher J (2003) Visual search for singleton feature targets across dimensions: Stimulus and expectancydriven effects in dimensional weighting. J Exp Psychol Hum Percept Perform 29:1021–1035 Müller MM, Bosch J, Elbert T et al. (1996) Visually induced gamma band responses in human EEG. A link to animal studies. Exp Brain Res 112:96–112 Müller NG, Machado L, Knight RT (2002) Contributions of subregions of the prefrontal cortex to working memory: evidence from brain lesions in humans. J Cogn Neurosci 14:673–686 Müller-Lyer FC (1889) Optische Urteilstäuschungen. Du Bois-Reymonds Arch Anat Physiol [Suppl]: 263–270 Münte TF, Heinze HJ, Mangun GR (1993) Dissociation of brain activity related to syntactic and semantic aspects of language. J Cogn Neurosci 5:335–344 Münte TF, Kohlmetz C, Nager W, Altenmüller E (2001) Superior auditory spatial tuning in professional conductors. Nature 409:580 Münte TF, Altenmüller E, Jäncke L (2002) The musician’s brain as a model of neuroplasticity. Nat Rev Neurosci 3:473–478 Muggleton NG, Juan CH, Cowey A, Walsh V (2003) Human frontal eye fields and visual search. J Neurophysiol 89:3340–3343 Murata A, Gallese V, Luppino G et al. (2000) Selectivity for the shape, size, and orientation of objects fo grasping in neurons of monkey parietal area AIP. J Neurophysiol 83:2580–2601 Murphy FC, Nimmo-Smith I, Lawrence AD (2003) Functional neuroanatomy of emotions: a meta-analysis. Cogn Affect Behav Neurosci 3:207–233 Murray EA, Bussey TJ (1999) Perceptual-mnemonic functions of the perirhinal cortex. Trends Cogn Sci 3:142–151 Musso M, Weiller C, Kiebel S et al. (1999) Training-induced plasticity in aphasia. Brain 122:1781–1790 Naccache L, Dehaene S (2001) The priming methods: Imaging unconscious repetition priming reveals an abstract representation of number in the parietal lobes. Cereb Cortex 11:966–974 Näätänen R, Picton TW (1987) The N1 ware of the human electric and magnetic response to sound: a review and an analysis of the component structure. Psychophysiology 24:375–425 Nadeau SE, Crosson B (1997) Subcortical aphasia. Brain Lang 58:335– 402, 436–458 Nadel L (1991) The hippocampus and space revisited. Hippocampus 1:221–229 Nadel L (1994) Multiple memory systems: What and why. An update. In: Schacter D, Tulving E (eds) Memory systems. MIT, Cambridge/MA, pp 39–63 Nadel L (1999) Neural mechanisms of spatial orientation and wayfinding. In: Golledge RG (ed) Wayfinding behavior. Johns Hopkins Univ Press, Baltimore, pp 313–327 Nakayama K (1985) Biological image motion processing: a review. Vision Res 25:625–660

736

Literatur

Narr KL, Bilder RM, Klim S et al. (2004) Abnormal gyral complexity in first-episode schizophrenia. Biol Psychiatry 55:859–867 Nathans J (1992) Die Gene für das Farbensehen. In: Singer W (Hrsg) Gehirn und Kognition. Spektrum, Heidelberg Nathanson M, Berman PS, Gordon GG (1952) Denial of illness. Its occurrence in one hundred consecutive cases of hemiplegia. Arch Neurol Psychiatry 68:380–387 Natsoulas T (1995) A rediscovery of Sigmund Freud. Consciousness Cogn 4:300–322 Navon D (1977) Forest before trees: the precedence of global features in visual perception. Cogn Psychol 9:353–383 Neff WD, Diamond IT, Casseday JH (1975) Behavioral studies of auditory discrimination: central nervous system. In: Keidel WD, Neff WD (eds) Handbook of sensory physiology, vol V, part 2. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 307–400 Nelles G, Cramer SC, Schaechter JD et al. (1998) Quantitative assessment of mirror movements after stroke. Stroke 6:1182–1187 Nelson WL (1983) Physical principles for economies of skilled movements. Biol Cybernetics 46:135–147 Netz J, Lammers T, Hömberg V (1997) Reorganization of motor ouput in the non-affected hemisphere after stroke. Brain 120:1579–1586 Neumann O, Klotz W (1994) Motor responses to nonreportable, masked stimuli: Where is the limit of direct parameter specification? In: Umiltà C, Moscovitch M (eds) Attention, Performance. MIT-Press, Cambridge/MA, pp 124–150 Neville HJ, Bavalier D (2000) Specificity and plasticity in neurocognitive development in humans. In: Gazzaniga MS (ed) The new cognitive neuroscience, 2nd edn. MIT, Cambridge/MA, pp 83–98 Neville HJ, Nicol J, Barss A et al. (1991) syntactically based sentence processing classes: evidence from evet-related brain potentials. J Cogn Neurosci 3:151–165 Neville HJ, Mills DL, Lawson DS (1992) Fractionating language: Different neural subsystems with different sensitive periods. Cereb Cortex 2:244–258 Newen A, Vogeley K (2000) Selbst und Gehirn. Mentis, Paderborn Newman J (1997) Putting the puzzle together: Toward a general theory of the neural correlates of consciousness, Part I & II. J Consciousness Stud 4:47–66, 100–121 Newman J (ed) (1999) Temporal binding and consciousness. Consciousness Cogn 8:123–268 Newman SD, Carpenter PA, Varma S, Just MA (2003) Frontal and parietal participation in problem solving in the Tower of London: fMRI and computational modeling of planning and high-level perception. Neuropsychologia 41:1668–1682 Newsome WT, Wurtz RH (1988) Probing visual cortical function with discrete chemical lesions. Trends Neurosci 11: 394–399 Newsome WT, Wurtz RH, Komatsu H (1988) Relation of cortical areas Mt and MST to pursuit eye movements. II. Differentiation of retinal from extraretinal inputs. J Neurophysiol 60:604–620 Nichelli P, Bahmanian-Behbahani G, Gentilini M, Vecchi A (1988) Perserved memory abilities in thalamic amnesia. Brain 11:1337–1353 Nickels L, Howard D (1995) Aphasic naming: What matters? Neuropsychologia 33:1281–1303 Nickels L, Howard D (2000) When the words won’t come: Relating impairments and models of word production. In: Wheeldon L (ed) Aspects of language production. Psychology Press, London, pp 115–142 Nieder A (2005) Counting on neurons: the neurobiology of numerical competence. Nat Rev Neurosci 6:177–90

Nieder A, Miller EK (2003) Coding of cognitive magnitude: Compressed scaling of numerical information in the primate prefrontal cortex. Neuron 37:149–157 Nieder A, Miller EK (2004) A parieto-frontal network for visual numerical information in the monkey. Proc Natl Acad Sci USA 101:7457– 7462 Nieder A, Freedman DJ, Miller EK (2002) Representation of the quantity of visual items in the primate prefrontal cortex. Science 297:1708– 1711 Niemeier M, Karnath HO (2000) Exploratory saccades show no direction-specific deficit in neglect. Neurology 54: 515–518 Nikolaenko NN, Egorov AY (1996) Types of interhemispheric relations in man. J Evol Biochem Physiol 32:278 –286 Ninokura Y, Mushiake H, Tanji J (2003) Representation of the temporal order of visual objects in the primate lateral prefrontal cortex. J Neurophysiol 89:2868–2873 Ninokura Y, Mushiake H, Tanji J (2004) Integration of temporal order and object information in the monkey lateral prefrontal cortex. J Neurophysiol 91:555–560 Nissen MJ, Bullemer P (1987) Attentional requirements of learning: Evidence from performance measures. Cogn Psychol 19:1–32 Noël M-P, Seron X (1992) Notational constraints and number processing: reappraisal of Gonzalez and Kolers (1982) study. Q J Exp Psychol 45:451–478 Noël M-P, Seron X (1993) Arabic number reading deficit: A single case study or when 236 is read (2306) and judged-superior to 1258. Cogn Neuropsychol 10:317–339 Noesselt T, Shah NJ, Jänke L (2003) Top-down and bottom-up modulation of language related areas – an fMRI study. BMC Neurosci 4:13 Nolte UG, Finsterbusch J, Frahm J (2000) Rapid isotropic diffusion mapping without susceptibility artifacts: whole brain studies using diffusion-weighted single-shot STEAM MR imaging. Magn Reson Med 44:731–736 Nordby K (1990) Vision in a complete achromat: a personal account. In: Hess RF, Sharpe LT, Nordby K (eds) Night vision: basic, clinical and applied aspects. Cambridge Univ Press, Cambridge, pp 290– 315 Nuerk HC, Weger U, Willmes K (2001) Decade breaks in the mental number line? Putting tens and units back in different bins. Cognition 82:B25–B33 Nuerk HC, Wood G, Willmes K (2005) The universal SNARC effect: The association between number magnitude and space is amodal. Exp Psychol 52:1–8 Nyffeler T, Pflugshaupt T, Hofer H et al. (2005) Oculomotor behaviour in simultanagnosia: a longitudinal case study. Neuropsychologia 43:1591–1597 Ochipa C, Rapcsak SZ, Maher LM et al. (1997) Selective deficit of praxis imagery in ideomotor apraxia. Neurology 49:474–480 O’Connor DH, Fukui MM, Pinsk MA, Kastner S (2002) Attention modulates responses in the human lateral geniculate nucleus. Nat Neurosci 5:1203–1209 O’Craven KM, Downing PE, Kanwisher N (1999) fMRI evidence for objects as the units of attentional selection. Nature 401:584–587 Oepen G, Berthold H, Thoden U (1989) Amusien bei unterschiedlichen Hirnläsionen. In: Petsche H (Hrsg) Musik – Gehirn – Spiel. Birkhäuser, Basel, S 179–190 Ojeman GA, Whitaker HW (1978) Language localization and variability. Brain Lang 6:239–260

737 Literatur

Ojemann JG, Buckner RL, Akbudak E et al. (1998) Functional MRI studies of word-stem completion: reliability across laboratories and comparison to blood flow imaging with PET. Hum Brain Mapp 6:203– 215 O’Keefe J, Nadel L (1978) The hippocampus as a cognitive map. Clarendon, Oxford Oldfield RC (1971) The assessment and analysis of handedness: The Edinburgh inventory. Neuropsychologia 9:97–113 Olesen J, Friberg C, Olsen TS et al.(1990) Timing and topography of cerebral blodd flow, aura and headache during migraine attacks. Ann Neurol 28:791–798 Oller DK (1986) Metaphonology and Infant vocalization. In: Lindblom B, Zetterström R (eds) Precursors of early speech. Stockson, New York, pp 21–35 Olson CR, Gettner SN (1998) Impairment of object-centered vision following lesions of macaque posterior parietal cortex. Soc Neurosci Abstr 24:1140 Oppel JJ (1854–1855) Über geometrisch-optische Täuschungen. Jahresber Frankf Verein 55:37–47 Oppenheim H (1885) Ueber eine durch eine klinisch bisher-nicht verwerthete Untersuchungsmethode ermittelte-Form der Sensibilitatsstoerung bei einseitigen Erkrankungen des Großhirns. Neurol Centralbl 4:529–533 Oppenheimer DR, Newcombe F (1978) Clinical and anatomic findings in a case of auditory agnosia. Arch Neurol 35:712–719 O’Regan JK (1992) Solving the »real« mysteries of visual perception: The world as an outside memory. Special Issue: Object perception and scene analysis. Can J Psychol 46:461–488 O’Regan K, Deubel H, Clark JJ, Rensink RA (2000) Picture changes during blinks: Looking without seeing and seeing without looking. Visual Cognition 7:191–211 Osterhout L, Holcomb PJ (1992) Event-related potentials and syntactic anomaly. J Mem Lang 31:785–804 Osterhout L, Holcomb PJ, Swinney D (1994) Brain potentials elicited by garden-path sentences: evidence of the application of verb information during parsing. J Exp Psychol Learn Mem Cogn 20:786–803 Owen AM, Morris RG, Sahakian BJ et al. (1996) Double dissociations of memory and executive functions in working memory tasks following frontal lobe excisions, temporal lobe excisions or amygdalohippocampectomy in man. Brain 119:1597–1615 Owen AM, Stern CE, Look RB et al. (1998) Functional organisation of spatial and non-spatial working memory processes within the human lateral frontal cortex. Proc Natl Acad Sci U S A 95:7721–7726 Ozimek A, Richter S, Hein-Kropp C et al. (2004) Cerebellar mutism: report of four cases. J Neurol 251:963–972 Pakkenberg B, Gundersen HJ (1997) Neocortical neuron number in humans: effect of sex and age. J Comp Neurol 384:312–320 Pandya DN (1995) Anatomy of the auditory cortex. Rev Neurol 151:486– 494 Panksepp J (1985) Mood changes. In: Vinken PJ, Bruyn GW, Klawans HL (eds) Handbook of clinical neurology, vol-1: Clinical neuropsychology. Elsevier, Amsterdam, pp 271–285 Panksepp J (1998) Affective neuroscience. Oxford Univ Press, New York Pantano P, Baron JC, Samson Y et al. (1986) Crossed cerebellar diaschisis. Further studies. Brain 109:677–694 Pantev C, Hoke M, Lehnertz K, Lütkenhöner B (1989) Neuromagnetic evidence of an amplitopic organization of the human auditory cortex. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 72:225–231

Pantev C, Oostenveld R, Engelien A et al. (1998) Increased auditory cortical representation in musicians. Nature 392: 811–814 Pantev C, Wollbrink A, Roberts LE et al. (1999) Short-term plasticity of the human auditory cortex. Brain Res 842: 192–199 Pantev C, Roberts LE, Schulz M et al. (2001) Timbre-specific enhancement of auditory cortical representations in musicians. Neuroreport 12:169–74 Parent A, Hazrati L-N (1995) Functional anatomy of the basal ganglia. I. The cortico-basal ganglia-thalamo-cortical loop. Brain Res Brain Res Rev 20:91–127 Parker A, Eacott MJ, Gaffan D (1997) The recognition memory deficit caused by mediodorsal thalamic lesion in non-human primates: A comparison with rhinal cortex lesion. Eur J Neurosci 9:2423–2431 Parkin AJ, Rees JE, Hunkin NM, Rose PE (1994) Impairment of memory following discrete thalamic infarction. Neuropsychologia 32:39– 51 Partiot A, Grafman J, Sadato N et al. (1996) Brain activation during script event processing. Neuroreport 7:761–766 Pascual-Leone A, Gates JR, Dhuna A (1991) Induction of speech arrest and counting errors with rapid-rate transcranial magnetic stimulation. Neurology 41:697–702 Pascual-Leone A, Torres F (1993) Plasticity of the sensorimotor cortex representation of the reading fingers in Braille readers. Brain 116:39–52 Pascual-Leone A, Grafman J, Clark K et al. (1993) Procedural learning in Parkinson’s disease and cerebellar degeneration. Ann Neurol 34:594–602 Pasquier F, Lebert F, Petit H (1995) Dementia, apathy, and thalamic infarcts. Neuropsychiatry Neuropsychol Behav Neurol 8:208–214 Patrick CJ (1994) Emotion and psychopathy: Startling new insights. Psychophysiology 31:319–330 Patterson K (1986) Lexical but nonsemantic spelling? Cogn Neuropsychol 3:341–367 Patterson K, Besner D (1984) Is the right hemisphere literate? Cogn Neuropsychol 1:315–341 Paulignan Y, Jeannerod M (1996) Prehension movements. The visuomotor channels hypothesis revisited. In: Wing AM, Haggard P, Flanagan JR (eds) Hand and brain. The neurophysiology and psychology of hand movements. Academic Press, San Diego, pp 265–282 Pause M, Kunesch E, Binkofski F, Freund HJ (1989) Sensorimotor disturbances in patients with lesions of the parietal cortex. Brain 112: 1599–1625 Pavese A, Coslett HB, Saffran E, Buxbaum L (2002) Limitations of attentional orienting. Effects of abrupt visual onsets and offsetson naming two objects in a patient with simaltanagnosia. Neuropsychologia 40:1097–1103 Pedersen PM, Wandel A, Jorgensen HS et al. (1996) Ipsilateral-pushing in stroke: incidence, relation to neuropsychological symptoms, and impact on rehabilitation. The Copenhagen stroke study. Arch Phys Med Rehabil 77:25–28 Pedersen PM, Jorgensen HS, Nakayama H et al. (1997) Hemineglect in acute stroke – incidence and prognostic implications. Am J Phys Med Rehabil 76:122–127 Pellegrino Gd, Fadiga L, Fogassi L et al. (1992) Understanding motor events: a neurophysiological study. Exp Brain Res 91:176–180 Penfield W (1957) Vestibular sensation and the cerebral cortex. Ann Otol 66:691–698

738

Literatur

Penfield W, Evans J (1935) The frontal lobe in man: a clinical study of maximum removals. Brain 58:115–133 Penner Z, Fischer A (2000) Continuity in early phonology: the prosody of canonical babbling (Vortrag gehalten im Rahmen des Workshops »Development and Interaction of Linguistic and Non-Linguistic Cognition in Infants«, Wissenschaftskolleg, Berlin) Penner Z, Weissenborn J (1996) Strong continuity, parameter setting, and the trigger hierarchy. In: Clahsen H (ed) Generative perspectives on language acquisition. Benjamins, Amsterdam, pp 161–200 Penner Z, Wymann K, Dietz C (1998) From verbal particles to complex object-verb constructions in early german. In: Penner Z, Wymann K. (eds) Normal and impaired language acquisition. Studies in lexical, syntactic and phonological development (Fachgruppe Sprachwissenschaft, Universität Konstanz, Arbeitspapiere Nr. 89.4–109) Penner Z, Tracy R, Weissenborn J (2000) Where scrambling begins: triggering object scrambling at the early stage in german and bernese swiss german. In: Powers S, Hamann C (eds) The L1- and L2-acquisition of clause-internal rules: scrambling and cliticization. Kluwer, Dordrecht, pp 127–164 Penrose LS, Penrose R (1958) Impossible objects: a special type of visual illusion. Br J Psychol 49:31–33 Penrose R (2001) Consciousness, the brain, and spacetime geometry: an addendum. Some new developments on the Orch OR model for consciousness. Ann NY Acad Sci 929:105–110 Perani D, Cappa SF, Schnur T et al. (1999) The neural correlates of verb and noun processing: A PET study. Brain 122:2337–2344 Perenin MT (1991) Discrimination of motion in perimetrically blind fields. Neuroreport 2:397–400 Perenin MT (1997) Optic ataxia and unilateral neglect: clinical evidence for dissociable spatial functions in posterior parietal cortex. In: Thier P, Karnath HO (eds) Parietal lobe contribution to orientation in 3D space. Springer, Berlin Heidelberg New York Tokyo, pp 289– 308 Perenin MT, Vighetto A (1983) Optic ataxia: a specific disorder in visuomotor coordination. In: Hein AJM (ed) Visually oriented behavior. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 305–326 Perenin MT, Vighetto A (1988) Optic ataxia: a specific disruption in visuomotor mechanisms. I. Different aspects of the deficit in reaching for objects. Brain 111:643–674 Perenin MT, Revol P, Rode G (1998) Goal-direted and exploratory movements: opposite deficits in optic ataxia and unilateral neglect. Eur J Neurosci [Suppl] 10:256 Peretz I (1990) Processing of local and global musical information by unilateral brain-damaged patients. Brain 113: 1185–1205 Peretz I (1993) Auditory agnosia: a functional analysis. In: McAdams S, Bigand E (eds) Thinking in sound. Oxford Univ Press, New York, pp 199–230 Peretz I, Kolinsky R, Tramo M et al. (1994) Functional dissociations following bilateral lesions of auditory cortex. Brain 117:1283–1301 Peretz I, Ayotte J, Zatorre R et al. (2002) Congenital Amusia: A disorder of fine-grained pitch discrimination. Neuron 33:185–191 Perrett DI, Smith PA, Potter DD et al. (1985) Visual cells in the temporal cortex sensitive to face view and gaze direction. Proc R Soc Lond B Biol Sci 223:293–317 Perrett DI, Oram MW, Ashbridge E (1998) Evidence accumulation in cell populations responsive to faces: an account of generalisation of recognition without mental transformations. Cognition 67:111– 145

Perry E, Walker M, Grace J, Perry R (1999) Acetylcholine in mind: a neurotransmitter correlate of consciousness? Trends Neurosci 22:273– 280 Péruch P, Gaunet F (1998) Virtual environments as a promising tool for investigating human spatial cognition. Cahiers Psychol Cogn 17:881–899 Pesenti M, Seron X, Samson D, Duroux B (1999) Basic and exceptional calculation abilities in a calculation prodigy: A case study. Math Cogn 5:97–148 Pesenti M, Zago L, Crivello F et al. (2001) Mental calculation in a prodigy is sustained by right prefrontal and medial temporal areas. Nat Neurosci 4:103–107 Peters M, McGrory J (1987) The writing performance of inverted and noninverted right – and left-handers. Can J Psychol 41:20–32 Petersen SE, Robinson DL, Morris JD (1987) Contributions of the pulvinar to visual spatial attention. Neuropsychologia 25:97–105 Petersen SE, Fox PT, Posner MI et al. (1989) Positron emission tomographic studies of the processing of single words. J Cogn Neurosci 1:153–170 Petersen SE, Fox PT, Snyder AZ, Raichle ME (1990) Activation of extrastriate and frontal cortical areas by visual words and word-like stimuli. Science 249:1041–1044 Petrides M (1995) Impairments on nonspatial self-ordered and externally ordered working memory tasks after lesions of the mid-dorsal part of the lateral frontal cortex in the monkey. J Neurosci 15:359– 375 Petrides M (1996) Specialized systems for the processing of mnemonic information within the primate frontal cortex. Philos Trans R Soc Lond B 351:1455–1462 Petrides M, Milner B (1982) Deficits on subject-ordered tasks after frontal- and temporal-lobe lesions in man. Neuropsychologia 20: 249–262 Piazza M, Izard V, Pinel P et al. (2004) Tuning curves for approximate numerosity in the human intraparietal sulcus. Neuron 44:547– 555 Pick A (1913) Die agrammatischen Sprachstörungen. Studien zur psychologischen Grundlegung der Aphasielehre. Springer, Berlin (Monographien aus dem Gesamtgebiete der Neurologie und Psychiatrie) Pick A (1923) Sprachpsychologie und andere Studien zur Aphasielehre. 1. Zur Psychologie der »Not«-Sprachen. Schweiz Arch Neurol Psychiatr 12:105–135 Pierrot-Deseilligny C, Gray F, Brunet P (1986) Infarcts of both inferior parietal lobules with impairment of visually guided eye movements, peripheral visual inattention and optic ataxia. Brain 109:81– 97 Pierrot-Deseilligny, C, Rivaud S, Gaymard B et al. (1995) Corticol control of saccades. Ann Neurol 37:557–567 Pihan H, Altenmüller E, Ackermann H (1997) The cortical processing of perceived emotion: a DC-potential study on affective speech prosody. Neuroreport 8:623–627 Pihan H, Altenmüller E, Hertrich I, Ackermann H (2000) Cortical activation patterns of affective speech processing depend on concurrent demands on the subvocal rehearsal system: a DC-potential study. Brain 123:2338–2349 Pinek B, Brouchon M (1992) Head turning versus manual pointing to auditory targets in normal subjects and in subjects with right parietal damage. Brain Cogn 18:1–11

739 Literatur

Pinek B, Duhamel J-R, Cavé C, Brouchon M (1989) Audio-spatial deficits in humans: differential effects associated with left versus right hemisphere parietal damage. Cortex 25:175–186 Pinel P, Le Clec’H G, van de Moortele XX et al. (1999) Event-related fMRI analysis of the cerebral circuit for number comparison. Neuroreport 10:1473–1479 Pinel P, Piazza M, Le Bihan D, Dehaene S (2004) Distributed and overlapping cerebral representations of number, size, and luminance during comparative judgments. Neuron 41:1–20, 983–993 Pisella L, Grea H, Tilikete C et al. (2000) An ›automatic pilot‹ for the hand in human posterior parietal cortex: toward reinterpreting optic ataxia. Nat Neurosci 3:729–736 Pitkanen A, Savander V, LeDoux JE (1997) Organization of intraamygdaloid circuitries in the rat: an emerging framework for understanding functions of the amygdala. Trends Neurosci 20: 517–523 Pitzalis S, Di Russo F, Figliozzi F, Spinelli D (2004) Underestimation of contralateral space in neglect: a deficit in the »where« task. Exp Brain Res 159:319–328 Pizzamiglio L, Frasca R, Guariglia C et al. (1990) Effect of optokinetic stimulation in patients with visual neglect. Cortex 26:535–540 Plaut DC, Shallice T (1993) Perseverative and semantic influences on visual object naming errors in optic aphasia: A connectionist account. J Cogn Neurosci 5:89–117 Poeck K (1968) Hat der Mensch zwei Gehirne? Dtsch Med Wochenschr 93:185–187 Poeck K (1983a) Ideatorische Apraxie. J Neurol 230:1–5 Poeck K (1983b) What do we mean by aphasic syndromes. A neurologists view. Brain Lang 20:79–89 Poeck K (1985a) Pathological laughter and crying. In: Vinken PJ, Bruyn GW, Klawans HL (eds) Handbook of clinical neurology, vol 1: Clinical neuropsychology. Elsevier, Amsterdam, pp 219–225 Poeck K (1985b) The Klüver-Bucy syndrome in man. In: Vinken PJ, Bruyn GW, Klawans HL (eds) Handbook of clinical neurology, vol 1: Clinical neuropsychology. Elsevier, Amsterdam, pp 257–263 Poeck K, De Bleser R, Keyserlingk D von (1984a) Computed tomography localization of standard aphasic syndromes. In: Rose FC (ed) Advances in neurology, vol 42: Progress in aphasiology. Raven, New York, pp 71–89 Poeck K, DeBleser R, Keyserlingk D von (1984b) Neurolinguistic status and localization of lesion in aphasic patients with exclusively consonant-vowel recurring utterances. Brain 107:199–217 Poeppel D, Yellin E, Phillips C et al. (1996) Task-induced asymmetry of the auditory evoked M100 neuromagnetic field elicited by speech sounds. Brain Res Cogn Brain Res 4:231–242 Poggio T, Edelman S (1990) A network that learns to recognize threedimensional objects. Nature 343:263–266 Poggio T, Torre V, Koch C (1985) Computational vision and regularization theory. Nature 317:314–319 Poggio T, Fahle M, Edelman S (1992) Fast percpetual learning in visual hyperacuity. Science 256:1018–1021 Poirier P, Lassonde M, Villemure JG et al. (1994) Sound localization in hemispherectomized patients. Neuropsychologia 32:541–553 Poldrack RA, Wagner AD, Prull MW et al. (1999) Functional specialization for semantic and phonological processing in the left inferior prefrontal cortex. Neuroimage 10:15–35 Pollux PM, Robertson C (2002) Reduced task-set inertia in Parkinson’s disease. J Clin Exp Neuropsychol 24:1046–1056

Pons TP, Garraghty PE, Ommaya AK et al. (1991) Massive cortical reorganization after sensory deafferentation in adult macaques. Science 252:1857–1860 Ponzo M (1912) Rapporto fra alcune illusioni visive di contrasto angolare e apprezzamento di grandezza degli astri all‹ orizzonte. Rivista di Psicologia 54:304–306 Pöppel E, Held R, Frost D (1973) Residual visual function after brain wounds involving the central visual pathways in man. Nature 243:295–296 Poppelreuter W (1917, 1990) Disturbances of lower and higer visual capacities caused by occipital damage (translation by J Zihl and L Weiskrantz). Clarendon, Oxford Posner MI (1980) Orienting of attention. Q J Exp Psychol 32: 3–25 Posner MI, Cohen Y (1984) Components of visual orienting. In: Bouma H, Bouwhuis DG (eds) Attention and performance X. Lawrence Erlbaum, Hillsdale/NJ, pp 531–556 Posner MI, Petersen SE (1990) The attention system of the human brain. Annu Rev Neurosci 13:25–42 Posner MI, Snyder CRR, Davidson BJ (1980) Attention and the detection of signals. J Exp Psychol Gen 109:160–174 Posner MI, Walker JA, Friedrich FJ, Rafal RD (1984) Effects of parietal injury on covert orienting of attention. J Neurosci 4:1863–1874 Posner MI, Walker JA, Friedrich FA, Rafal RD (1987) How do the parietal lobes direct covert attention? Neuropsychologia 25:135–145 Posner MI, Peterson SE, Fox PT, Raichle ME (1988) Localization of cognitive operations in the human brain. Science 240:1627–1631 Pötzl O (1924) Über Störungen der Selbstwahrnehmung bei linksseitiger Hemiplegie. Z Ges Neurol Psychiatr 93:117–168 Pouget A, Driver J (2000) Relating unilateral neglect to the neural coding of space. Curr Opin Neurobiol 10:242–249 Preis S, Jäncke L, Schmitz-Hillebrecht J, Steinmetz H (1999) Child age and planum temporale asymmetry. Brain Cogn 40:441–452 Premack D, Woodruff G (1978) Does the chimpanzee have a theory of mind? Behav Brain Sci 1:515–526 Previc FH (1991) A general theory concerning the prenatal origins of cerebral lateralization in humans. Psychol Rev 98:299–334 Price CJ (2000) The anatomy of language: contributions from functional neuroimaging. J Anatom 197:335–359 Price CJ, Howard D, Patterson K et al. (1998) A functional neuroimaging description of two deep dyslexic patients. J Cogn Neurosci 10:303– 315 Price CJ, Indefrey P, van Turennout M (1999) The neural architecture underlying the processing of written and spoken word forms. In: Brown CM, Hagoort P (eds) The neurocognition of language. Oxford Univ Press, Oxford, pp 211–240 Prinz W (1990) A common coding approach to perception and action. In: Neumann O, Prinz W (eds) Relationships between perception and action: current approaches. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 167–201 Prinz W (1998) Die Reaktion als Willenshandlung. Psychol Rundsch 49:10–20 Prinzmetal W, Presti D, Posner MI (1986) Does attention affect visual feature integration? J Exp Psychol Hum Percep Perform 12:361–370 Pritzel M (1997) Lateralisierung des Zentralnervensystems und Verhalten: Eine Übersicht unter besonderer Berücksichtigung der Linkshändigkeit. In: Markowitsch M (Hrsg) Enzyklopädie der Psychologie, Bd 2: Neuropsychologie. Hogrefe, Göttingen, S 155– 208

740

Literatur

Proctor RW, Reeve TG (eds) (1990) Stimulus-response compatibility: an integrated perspective. Elsevier, Amsterdam Proust M (1979) Auf der Suche nach der verlorenen Zeit (Übers.: Eva Rechel-Mertens). Suhrkamp, Frankfurt/Main, S 3096–3097 Provins KA (1997a) Handedness and speech: a critical reappraisal of the role of genetic and environmental factors in the cerebral lateralization of function. Psychol Rev 104:554–571 Provins KA (1997b) The specifity of motor skill and manual asymmetry: a review of the evidence and its implications. J Motor Behav 29:183–192 Prull MW, Gabrieli JDE, Bunge SA (2000) Age-related changes in menory: A cognitive neuroscience perspective. In: Craik FIM, Salthouse TA (eds) The handbook of aging and cognition, 2nd edn. Erlbaum, Mawah, pp 91–153 Ptak R, Birtoli B, Imboden H et al. (2001) Hypothalamic amnesia with spontaneous confabulations: A clinicopathologic study. Neurology 56:1597–1600 Puce A, Allison T, Bentin S et al. (1998) Temporal cortex activation in humans viewing eye and mouth movements. J Neurosci 18:2188– 2199 Pulvermüller F, Genkinger B, Elbert T et al. (2001) Constraint-induced therapy of chronic aphasia following stroke. Stroke 32:1621–1626 Rafal RD (1997) Balint syndrome. In: Feinberg TE, Farah MJ (eds) Behavioral neurology and neuropsychology. McGraw-Hill, New York, pp 337–356 Rafal RD, Posner MI (1987) Deficits in human visual spatial attention following thalamic lesions. Proc Natl Acad Sci USA 84:7349–7353 Rafal R, Robertson L (1995) The neurology of visual attention. In: Gazzaniga MS (ed) The cognitive neurosciences. MIT, Cambridge/MA, pp 625–648 Ramachandran VS (1988) Perception of shape from shading. Nature 331:163–166 Ramachandran VS (1995) Anosognosia in parietal lobe syndrome. Consciousness Cogn 4:22–51 Ramachandran VS, Braddick O (1973) Orientation-specific learning in stereopsis. Perception 2:371–376 Ramachandran VS, Rogers-Ramachandran D (1996) Denial of disabilities in anosognosia. Nature 382:501 Ramers KH (1998) Einführung in die Phonologie. Fink, München Ramnani N, Owen AM (2004) Anterior prefrontal cortex: insights into function from anatomy and neuroimaging. Nat Rev Neurosci 5:184–194 Ranck JB Jr (1984) Head direction cells in the deep cell layer of dorsal presubiculum in freely moving rats. Soc Neurosci Abstr 10:599 Rao SC, Rainer G, Miller EK (1997) Integration of what and where in the primate prefrontal cortex. Science 276: 821–824 Ratcliff G, Davies-Jones GAB (1972) Defective localization in focal brain wounds. Brain 95:49–60 Rauschecker JP (1998) Cortical processing of complex sounds. Curr Opin Neurobiol 8:516–521 Rauschecker JP, Tian B (2000) Mechanisms and streams for processing of »what« and »where« in auditory cortex. Proc Natl Acad Sci USA 97:11800–11806 Raymond JE, Shapiro KL, Arnell KM (1992) Temporary suppression of visual processing in an RSVP task: An attentional blink? J Exp Psychol Hum Percept Perform 18:849–860 Rayner K, Bertera JH (1979) Reading without a fovea. Science 206:468– 469

Raz N (2000) Aging of the brain and its impact on cognitive performance: An integration of structural and functional findings. In: Craik FIM, Salthouse TA (eds) The handbook-of aging and cognition, 2nd edn. Erlbaum, Mawah, pp 1–90 Raz N (2005) The aging brain observed in vivo. In: Cabeza R, Nyberg L, Park D (eds) Cognitive Neuroscience of aging: Linking cognitive and cerebral aging. Oxford Univ Press, New York/NY Recanzone GH, Jenkins WM, Hradek GT, Merzenich MM (1992a) Progressive improvement in diskriminative abilities in adult owl monkeys performing a tactile diskrimination task. J Neurophysiol 67:1015– 1030 Recanzone GH, Merzenich MM, Jenkins WM et al. (1992b) Topographic reorganisation of the hand representation in cortical area 3b of owl monkeys trained in a frequency-discrimination task. J Neurophysiol 67:1031–1056 Recanzone GH, Merzenich MM, Jenkins WM (1992c) Frequency diskrimination training engaging a restricted skin surface results in an emergence of cutaneous response zone in cortical area 3b. J Neurophysiol 67:1057–1070 Recanzone GH, Merzenich MM, Schreiner CE (1992d) Changes in the distributed temporal properties of S1 cortical neurons refelect improvements in performance an a temporally based tactile discrimination task. J Neurophysiol 67:1071–1091 Redlich FC, Dorsey JF (1945) Denial of blindness by patients-with cerebral disease. Arch Neurol Psychiatry 53:407–417 Rees G, Wojciulik E, Clarke K et al. (2000) Unconscious activation of visual cortex in the damaged right-hemisphere of a parietal patient with extinction. Brain 123:1624–1633 Reischies FM (1998) Age related cognitive decline and the dementia threshold. In: Lomranz J (ed) Handbook of aging and mental health. An integrative approach. Plenum, New York, pp 435–448 Reischies FM, Geiselmann B (1997) Age related cognitive decline and vision impairment affecting the detection of dementia syndrome in old age. Br J Psychiatry 171:449–451 Reischies FM, Lindenberger U (1996) Grenzen und Potentiale kognitiver Leistungen im hohen Alter. In: Mayer KU, Baltes PB (Hrsg) Die Berliner Altersstudie. Akademie Verlag, Berlin, S 351–377 Reischies FM, Geiselmann B, Geßner R et al. (1997) Demenz bei Hochbetagten – Ergebnisse der Berliner Altersstudie. Nervenarzt 68:719– 729 Rensink RA, O’Regan JK, Clark JJ (1995) Image flicker is as good as saccades in making large scene changes invisible. Perception 24:26– 27 Rensink RA., O’Regan JK, Clark JJ (1997) To see or not to see: The need for attention to perceive changes in scenes. Psychol Sci 8:368– 373 Reverberi C, Lavaroni A, Gigli GL et al. (2005) Specific impairments of rule induction in different frontal lobe subgroups. Neuropsychologia 43:460–472 Revonsuo A (2000) Can functional brain imaging discover consciousness in the brain? J Consciousness Stud 8:3–23 Reynolds JH, Pasternak T, Desimone R (2000) Attention increases sensitivity of V4 neurons. Neuron 26:703–714 Ribary U, Ioannides AA, Singh KD et al. (1991) Magnetic field tomography of coherent thalamocortical 40-Hz oscillations in humans. Proc Natl Acad Sci USA 88:11037–11041 Richards W (1971) The fortification illusions of migraine. Sci Am 224: 89–96

741 Literatur

Rickard TC (2005) A revised identical elements model of arithmetic fact representation. J Exp Psychol Learn Mem Cogn 31:250–257 Rickard TC, Bourne LE Jr (1996) Some tests of an identical elements model of basic arithmetic skills. J Exp Psychol Learn Mem Cogn 22:1281–1295 Ridderinkhof KR, Ullsperger M, Crone EA, Nieuwenhuis S (2004) The role of the medial frontal cortex in cognitive control. Science 306:443– 447 Riddoch G (1917) Dissociation of visual perceptions due to occipital injuries, with especial reference to appreciation of movement. Brain 40:15–57 Riddoch MJ, Humphreys GW (1987a) Perceptual and action systems in unilateral visual neglect. In: Jeannerod M (ed) Neurophysiological and neuropsychological aspects of spatial neglect. Elsevier, Amsterdam, pp 151–182 Riddoch MJ, Humphreys GW (1987b) Visual object processing in optic aphasia: a case of semantic access agnosia. Cogn Neuropsychol 4:131–185 Riecker A, Ackermann H, Wildgruber D et al. (2000) Opposite hemispheric lateralization effects during speaking and singing at motor cortex, insula and cerebellum. Neuroreport 11:1997–2000 Riecker A, Wildgruber D, Grodd W, Ackermann H (2002) Reorganization of speech production at the motor cortex and cerebellum following capsular infarction: A follow-up functional magnetic resonance imaging study. Neurocase 8:417–423 Riecker A, Wildgruber D, Mathiak K et al. (2003) Parametric analysis of rate-dependent hemodynamic response functions of cortical and subcortical brain structures during auditorily cued finger tapping: A fMRI study. Neuroimage 18:731–739 Riecker A, Mathiak K, Wildgruber D et al. (2005) Functional MRI reveals two distinct cerebral networks subserving speech motor control. Neurology 64:700–706 Riedel G, Micheau J, Lam AGM et al. (1999) Reversible neural inactivation reveals hippocampal participation in several memory processes. Nat Neurosci 2:898–905 Rijntjes M, Weiller C, Krams M (1994) Functional magnetic resonance imaging in recovery from stroke. Stroke 25:256 Rijntjes M, Tegenthoff M, Liepert J et al. (1997) Cortical reorganization in patients with facial palsy. Ann Neurol 41:621–630 Rijntjes M, Dettmers C, Büchel C et al. (1999a) A blueprint for movement: functional and anatomical representations in the human motor system. J Neurosci 19:8043–8048 Rijntjes M, Krams M, Müller S, Weiller C (1999b) Mitbewegungen der Gegenseite nach Schlaganfall. Neurol Rehabil 5:15–18 Rilling JK, Insel TR (1999) Differential expansion of neural projection systems in primate brain evolution. Neuroreport 10:1453– 1459 Ringo JL, Doty RW, Demeter S, Simard PY (1994) Time is of the essence: a conjecture that hemispheric specialization arises from interhemispheric conduction delay. Cereb Cortex 4:331–343 Riva D (1995) Le lesioni cerebrali focali [Cerebral focal lesions]. In: Sabbadini G (ed) Manuale di neuropsicologia dell‹ età evolutiva [Handbook of developmental neuropsychology]. Zanichelli, Bologna, pp 484–504 Rivier F, Clarke S (1997) Cytochrome oxidase, acetylcholinesterase, and NADPH-diaphorase staining in human supratemporal and insular cortex: evidence for multiple auditory areas. Neuroimage 6:288– 304

Rizzolatti G, Matelli M (2003) Two different streams form the dorsal visual system: anatomy and functions. Exp Brain Res 153:146– 157 Rizzolatti G, Fogassi L, Gallese V (2001) Neurophysiological mechanisms underlying the understanding and imitation of action. Nat Rev Neurosci 2:661–670 Robbins TW, James M, Owen AM et al. (1994) Cognitive deficits in progressive supranuclear palsy, Parkinson’s disease, and multiple system atrophy in tests sensitive to frontal lobe dysfunction. J Neurol Neurosurg Psychiatry 57:79–88 Robertson I (1989) Anomalies in the laterality of omissions in unilateral left visual neglect: implications for an attentional theory of neglect. Neuropsychologia 27:157–165 Robertson L, Eglin M (1993) Attentional search in unilateral visual neglect. In: Robertson IH, Marshall JC (eds) Unilateral neglect: clinical and experimental findings. Erlbaum, Hove, pp 169–191 Robertson L, Treisman A, Friedman-Hill, S, Grabowecky M (1997) The interaction of spatial and object pathways: evidence from Balint’s syndrome. J Cogn Neurosci 9:295–317 Robertson LC (2003) Binding, spatial attention and perceptual awareness. Nat Rev Neurosci 4:93–102 Robertson MM (2000) Tourette syndrome, associated conditions and the complexities of treatment. Brain 123:425–462 Robey RR (1998) A meta-analysis of clinical outcomes in the treatment of aphasia. J Speech Lang Hear Res 41:172–87 Robinson DL, Goldberg ME, Stanton GB (1978) Parietal association cortex in the primate: sensory mechanisms and behavioral modulations. J Neurophysiol 41:910–932 Robinson RG (1995) Psychiatric syndromes following stroke. In: Bogousslavsky J, Caplan L (eds) Stroke syndromes. Cambridge Univ Press, Cambridge, pp 188–199 Rock I, DiVita J (1987) A case of viewer-centered object perception. Cogn Psychol 19:280–293 Rock I, Palmer S (1991) Das Vermächtnis der Gestaltpsychologie. Spektrum Wissenschaft 91:68–75 Rockstroh B, Vanni S, Elbert T, Hari R (1996) Extensive somatosensory stimulation alters somatosensory evoked fields. In: Aine C, Okada Y, Stroink G et al. (eds) Advances in biomagnetism research: Biomag96. Springer, Berlin Heidelberg New York Tokyo, pp 848– 851 Röder B, Rösler F, Henninghausen E, Nacker F (1996) Event-related potentials during auditory and somatosensory discrimination in sighted and blind human subjects. Brain Res Cogn Brain Res 4:77– 93 Röder B, Stock O, Neville H et al. (2002) Brain activation modulated by the comprehension of normal and pseudo-word sentences of different processing demands: a functional magnetic resonance imaging study. Neuroimage 15:1003–1014 Roelfsema PR, König P, Engel AK et al. (1994) Reduced synchronization in the visual cortex of cats with strabismic amblyopia. Eur J Neurosci 6:1645–1655 Roelfsema PR, Engel AK, König P, Singer W (1997) Visuomotor integration is associated with zero time-lag synchronization among cortical areas. Nature 385:157–161 Roeltgen DP, Heilman KM (1984) Lexical agraphia. Brain 107:811–827 Rolls ET (1994) Brain mechanisms for invariant visual recognition and learning. Behav Proc 33:113–138 Rolls ET (1999a) The brain and emotion. Oxford Univ Press, New York

742

Literatur

Rolls ET (1999b) The representation of space in the hippocampus and ist role in memory. In: Burgess N, Jefferey KJ, O’Keefe J (eds) The hippocampal and parietal foundations of spatial cognition. Oxford Univ Press, Oxford, pp 320–344 Rondot P, De Recondo J, Ribadeau-Dumas JL (1977) Visuomotor ataxia. Brain 100:355–376 Roorda A, Williams DR (1999) The arrangement of the three cone classes in the living human eye. Nature 397:520–522 Rorden C, Brett M (2000) Stereotaxic display of brain lesions. Behav Neurology 12:191–200 Rorden C, Karnath HO (2004) Using human brain lesions to infer function: a relic from a past era in the fMRI age? Nat Rev Neurosci 5:813–819 Rosch E, Mervis C, Gray W et al. (1976) Basic objects in natural categories. Cogn Psychol 8:382–439 Rose M, Schmid C, Winzen A et al. (2005) The functional and temporal characteristics of top-down modulation in visual selection. Cerebr Cortex 15:1290–1298 Rosen HJ, Petersen SE, Linenweber MR et al. (2000) Neural correlates of recovery from aphasia after damage to left inferior frontal cortex. Neurology 55:1883–1894 Rosenbaum DA (1980) Human movement initiation: specification of arm, direction, and extent. J Exp Psychol Gen 109:444–474 Rosenbaum DA, Jorgensen MJ (1992) Planning macroscopic aspects of manual control. Hum Movem Sci 11:61–69 Rosenbaum DA, Meulenbroek RGJ, Vaughan J (1996) Three approaches to the degrees of freedom problem in reaching. In: Wing AM, Haggard P, Flanagan JR (eds) Hand and brain. The neurophysiology and psychology of hand movements. Academic Press, London, pp 169–185 Ross ED (1981) The aprosodias: functional-anatomic organization of the affective components of language in the right hemisphere. Arch Neurol 38:561–569 Ross ED (1985) Modulation of affect and nonverbal communication by the right hemisphere. In: Mesulam MM (ed) Principles of behavioral neurolgy. Davis, Philadelphia, pp 239–258 Ross ED, Mesulam MM (1979) Dominant language functions of the right hemisphere? Prosody and emotional gesturing. Arch Neurol 36: 144–148 Rossetti Y, Pisella L, Vighetto A (2003) Optic ataxia revisited: visually guided action versus immediate visuomotor control. Exp Brain Res 153:171–179 Rossetti Y, Revol P, McIntosh R et al. (2005) Visually guided reaching: bilateral posterior parietal lesions cause a switch from fast visuomotor to slow cognitive control. Neuropsychologia 43:162–177 Roth G (1995) Das Gehirn und seine Wirklichkeit. Suhrkamp, Frankfurt a. M., S 111–112 Rothi LJG, Ochipa C, Heilman KM (1997) A cognitive neuropsychological model of limb praxis and apraxia. In: Rothi LJG, Heilman KM (eds) Apraxia – the neuropsychology of action. Psychology Press, Hove, pp 29–50 Rouleau I, Salmon DP, Butters N (1996) Longitudinal analysis of clock drawing in Alzheimer’s disease patients. Brain Cogn 31:17–34 Rowan A, Liegeois F, Vargha-Khadem F et al. (2004) Cortical lateralization during verb generation: a combined ERP and fMRI study. Neuroimage 22:665–675 Rowe JB, Owen AM, Johnsrude IS, Passingham RE (2001a) Imaging the mental components of a planning task. Neuropsychologia 39: 315–327

Rowe AD, Bullock PR, Polkey CE, Morris RG (2001b) ›Theory of mind‹ impairments and their relationship to executive functioning following frontal lobe excisions. Brain 124:600–616 Rubens AB (1985) Caloric stimulation and unilateral visual neglect. Neurology 35:1019–1024 Rubin E (1921) Visuell wahrgenommene Figuren. Gyldendal, Kopenhagen Rubin EH, Morris JC, Grant EA, Vendegna T (1989) Very mild senile dementia of the Alzheimer type. I. Clinical assessment. Arch Neurol 46:379–382 Rugg MD, Wilding E (2000) Retrieval processing and episodic memory. Trends Cogn Sci 4:108–115 Ruml W, Caramazza A, Shelton JR, Chialant D (2000) Testing assumptions in computational theories of aphasia. J Mem Lang 43:217–248 Rushworth MFS, Walton ME, Kennerley SW, Bannerman DM (2004) Action sets and decisions in the medial frontal cortex. Trends Cogn Sci 8:410–417 Rüttiger L, Braun DI, Gegenfurtner KR et al. (1999) Selective colour constancy deficits after circumscribed unlilateral brain lesions. J Neurosci 19:3094–3106 Sack AT, Sperling JM, Prvulovic D et al. (2002) Tracking the mind’s image in the brain II: Transcranial magnetic stimulation reveals parietal asymmetry in visuospatial imagery. Neuron 35:195–204 Sacks O (1985) The man who mistook his wife for a hat. Summit Books, New York Sacks O (1997) The island of the colorblind. Knopf, New York Sadato N, Pascual-Leone A, Grafman J et al. (1996) Activation of the primary visual cortex by Braille reading in blind subjects. Nature 380:526–528 Saint-Cyr JA (2003) Frontal-striatal circuit functions: context, sequence, and consequence. J Int Neuropsychol Soc 9:1003–1027 Saj A, Honore J, Bernati T et al. (2005) Subjective visual vertical in pitch and roll in right hemispheric stroke. Stroke 36: 588–591 Sakai K, Hikosaka O, Miyauchi S et al. (1999) Neural representation of rhythm depends on ist interval ratio. J Neurosci 19:10074– 10081 Sakata H, Shibutani H, Ito Y et al. (1994) Functional properties of rotation–sensitive neurons in the posterior parietal cortex of the monkey. Exp Brain Res 101:183–202 Sakata H, Taira M, Kusunoki M et al. (1997a) The parietal association cortex in depth perception and visual control of hand action. Trends Neurosci 20:350–357 Sakata H, Taira M, Murata A et al. (1997b) Parietal visual neurons coding three-dimensional characteristics of objects and their relation to hand action. In: Thier P, Karnath HO (eds) Parietal lobe contributions to orientation in 3D space. Springer, Berlin Heidelberg New York Tokyo, pp 237–254 Salinas E, Thier P (2000) Gain modulation: a major computational principle of the cental nervous system. Neuron 27:15–21 Salthouse TA (1992) Mechanisms of age-cognition relations in adulthood. Erlbaum, Hillsdale/NJ Salthouse TA (1996) A processing-speed theory of adult age differences in cognition. Psychol Rev 103:403–428 Salthouse TA, Babcock RL, Skovronek E, Mitchell DR (1990) Age and experience effects in spatial visualization. Dev Psychol 26:128–136 Salzman CD, Britten KH, Newsome WT (1990) Cortical microstimulation influences perceptual judgements of motion direction. Nature 346:174–177

743 Literatur

Samuelsson H, Jensen C, Ekholm S et al. (1997) Anatomical and neurological correlates of acute and chronic visuospatial neglect following right hemisphere stroke. Cortex 33:271–285 Sandson J, Albert ML (1984) Varieties of perseveration. Neuropsychologia 22:715–732 Sanes JN, Dimitrov B, Hallett M (1990) Motor learning in patients with cerebellar dysfunction. Brain 113:103–120 Sanes JN, Wang J, Donaghue JP (1992) Immediate and delayed changes of rat motor cortical output representation with new forelimb configurations. Cereb Cortex 2:141–152 Sanes JN, Donoghue JP, Thangaraj V et al. (1995) Shared neural substrates controlling hand movements in human motor cortex. Science 268:1775–1777 Sasanuma S, Monoi H (1975) The syndrome of Gogi (word meaning) aphasia. Selective impairment of Kanji processing. Neurology 25:627–632 Saver JL, Damasio AR (1991) Preserved access and processing of social knowledge in a patient with acquired sociopathy due to ventromedial frontal damage. Neuropsychologia 29:121–1249 Schacter DL, Tulving E (1994) What are the memory systems of 1994? In: Schacter DL, Tulving E (eds) Memory systems. MIT, Cambridge/MA, pp 1–38 Schärli H, Harman AM, Hogben JH (1999) Blindsight in subjects with homonymous visual field defects. J Cogn Neurosci 11:52–66 Schall U, Johnston P, Lagopoulos J et al. (2003) Functional brain maps of Tower of London performance: a positron emission tomography and functional magnetic resonance imaging study. Neuroimage 20:1154–1161 Schenk T, Zihl J (1997) Visual motion perception after brain damage: I. Deficits in global motion perception. Neuropsychologia 35:1289– 1297 Scherg M, von Cramon DY (1986) Evoked dipole source potentials of the human auditory cortex. Neurophysiology 65:344–360 Schieber MH (1999) Somatotopic gradients in the distributed organization of teh human primary motor cortex hand area: evidence from small infarcts. Exp Brain Res 128:139–148 Schlag-Rey M, Amador N, Sanchez H, Schlag J (1997) Antisaccade performance predicted by neuronal activity in the supplentary eye field. Nature 390:398–400 Schlaug G, Jäncke L, Huang Y, Steinmetz H (1995) In vivo evidence of structural brain asymmetry in musicians. Science 267:699–701 Schleenbaker RE, Mainous AG (1993) Electromyographic biofeedback for neuromuscular reeducation in the hemiplegic stroke patient: a meta-analysis. Arch Phys Med Rehabil 12:1301–1904 Schmahmann JD (1991) An emerging concept. The cerebellar contribution to higher function. Arch Neurol 48:1178–1187 Schmahmann JD (1997) Rediscovery of an early concept. Int Rev Neurobiol 41:3–27 Schmahmann JD (2003) Vascular syndromes of the thalamus. Stroke 34:2264–2278 Schmahmann JD, Pandya DN (1997) The cerebrocerebellar system. Int Rev Neurobiol 41:31–60 Schmahmann JD, Sherman JC (1997) Cerebellar cognitive affective syndrome. Int Rev Neurobiol 41:433–440 Schmidt RA (1975) A schema theory of discrete motor skill learning. Psychol Rev 82:225–260 Schmidt RA, Lee TD (1999) Motor control and learning: a behavioral emphasis, 3rd edn. Human Kinetics, Champaign/IL

Schneider P, Scherg M, Dosch HG et al. (2002) Morphology of Heschl’s gyrus reflects enhanced activation in the auditory cortex of musicians. Nat Neurosci 5:688–694 Schneirla TC (1959) An evolutionary and developmental theory of biphasic processes underlying approach and withdrawal. In: Jones MR (ed) Nebraska Symposium on Motivation. University of Nebraska Press, Lincoln, pp 1–42 Schnider A (2000) Spontaneous confabulations, disorientation, and the processing of ›now’. Neuropsychologia 38: 175–185 Schnider A (2003) Spontaneous confabulation and the adaptation of thought to ongoing reality. Nat Rev Neurosci 4:662–671 Schnider A (2004) Verhaltensneurologie. Die neurologische Seite der Neuropsychologie. Eine Einführung für Ärzte und Psychologen, 2. Aufl. Thieme, Stuttgart Schnider A, Ptak R (1999) Spontaneous confabulators fail to suppress currently irrelevant memory traces. Nat Neurosci 2:677–681 Schnider A, Benson DF, Alexander DN, Schniderklaus A (1994) Non verbal environ-mental sound recognition after unilateral hemispheric stroke. Brain 117:281–287 Schnider A, Däniken C von, Gutbrod K (1996a) Disorientation in amnesia: a confusion of memory traces. Brain 119:1627–1632 Schnider A, Gutbrod K, Hess CW et al. (1996b) Memory without context. Amnesia with confabulations following right capsular genu infarction. J Neurol Neurosurg Psychiatry 61:186–193 Schnider A, Däniken C von, Gutbrod K (1996c) The mechanisms of spontaneous and provoked confabulations. Brain 119:1365–1375 Schnider A, Ptak R, Däniken C, Remonda L (2000a) Recovery from spontaneous confabulations parallels recovery of temporal confusion in memory. Neurology 55:74–83 Schnider A, Treyer V, Buck A (2000b) Selection of currently relevant memories by the orbitofrontal cortex. J Neurosci 20:5880–5884 Schnider A, Valenza N, Morand S, Michel CM (2002) Early cortical distinction between memories that pertain to ongoing reality and memories that don’t. Cereb Cortex 12:54–61 Schoenbaum G, Chiba AA, Gallagher M (1998) Orbitofrontal cortex and basolateral amygdala encode expected outcomes during learning. Nat Neurosci 1:155–159 Schöner G, Kelso JAS (1988) Dynamic pattern generation in behavioral and neural systems. Science 239:1513–1520 Schönpflug W, Schönpflug U (1995) Psychologie, 3. Aufl. Beltz PVU, Weinheim Schoffelen JM, Oostenveld R, Fries P (2005) Neuronal coherence as a mechanism of effective corticospinal interaction. Science 308:111– 113 Schooler C, Mulatu MS, Oates G (1999) The continuing effects of substantively complex work on the intellectual functioning of older. Psychology Aging 14:483–506 Schrauf M, Lingelbach B, Lingelbach E, Wist ER (1995) The Hermann grid and the scintillation effect. Perception 24:88–89 Schubotz R, von Cramon DY (2006) Funktionelle Neuroanatomie und Pathologie der Exekutivfunktionen. In: Goschke T (Hrsg) Enzyklopädie der Psychologie. Hogrefe, Göttingen Schulman S (1957) Bilateral symmetrical degeneration of the thalamus. A clinic pathological study. J Neuropathol Exp Neurol 16:446– 470 Schulz P, Wymann K, Penner Z (2001) The early acquisition-of verb meaning in German by normally developing-and language impaired children. Brain Lang 77:407–418

744

Literatur

Schultz W, Dayan P, Montague PR (1997) A neural substrate of prediction and reward. Science 275:1593–1599 Schultz W, Tremblay L, Hollerman JR (2000) Reward processing in primate orbitofrontal cortex and basal ganglia. Cereb Cortex 10:272– 283 Schuppert M, Altenmüller E (2001) Test zur Überprüfung der Musikwahrnehmung. IMPF, Hannover Schuppert M, Münte TF, Wieringa BM, Altenmüller E (2000) Receptive amusia: Evidence for cross-hemispheric neural networks underlying music processing strategies. Brain 123:546–559 Schuppert M, Münte F, Altenmüller E (2003) Recovery from receptive amusia reveals functional reorganisation of music-processing networks. Z Neuropsychologie 14:113–122 Schüz A, Preißl H (1996) Basic connectivity of the cerebral cortex and some considerations on the corpus callosum. Neurosci Biobehav Rev 20:567–570 Schwartz MF, Marin OSM, Saffran EM (1979) Dissociations of language function in dementia: a case study. Brain Lang 7:277–306 Schwartz MF, Lee SS, Coslett HB et al. (1998) Naturalistic action impairment in closed head injury. Neuropsychology 12:13–28 Schwartz MF, Buxbaum LJ, Montgomery MW et al. (1999) Naturalistic action production following right hemisphere stroke. Neuropsychologia 37:51–66 Schwartz ML, Goldman-Rakic PS (1982) Single cortical neurones have axon collaterals to ipsilateral and contralateral cortex in fetal and adult primates. Nature 299:154–155 Schwarz M, Chur J (1993) Semantik: Ein Arbeitsbuch. Narr, Tübingen Scoville WB, Milner B (1957) Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20:11–21 Searle JR (1990) Consciousness, explanatory inversion, and cognitive science (with commentary). Behav Brain Sci 13:585–642 Seitz RJ, Hoflich P, Binkofski F et al. (1998) Role of the premotor cortex in recovery from middle cerebral artery infarction. Ann Neurol 55:1081–1088 Seltzer B, Mesulam MM (1988) Confusional states and delirium as disorders of attention. In: Boller F, Grafman J (eds) Handbook of Neuropsychology, vol 1. Elsevier, Amsterdam, pp 165–174 Seltzer JB, Pandya DN (1994) Parietal, temporal, and occipital projections to cortex of the superior temporal sulcus in the rhesus monkey: A retrograde tracer study. J Comp Neurol 343:445–463 Semenza C, Sgaramella TM (1993) Production of proper names: A clinical case study of the effects oh phonemic cueing. Memory 1:265– 280 Sergent J, Poncet M (1990) From covert to overt recognition-of faces in a prosopagnosic patient. Brain 113:989–1004 Sérieux P (1893) Sur un cas de surdité verbale pure. Rev Med 13:733– 750 Seymour SE, Reuter-Lorenz PA, Gazzaniga MS (1994) The disconnection syndrome: basic findings reaffirmed. Brain 117:105–115 Shallice T (1988) From neuropsychology to mental structure. Cambridge Univ Press, Cambridge/MA Shallice T, Burgess PW (1991) Deficits in strategy application following frontal lobe damage in man. Brain 114:727–741 Shallice T, Burgess PW, Schon F, Baxter DM (1989) The origins of utilization behaviour. Brain 112:1587–1598 Shapiro LP, Gordon B, Hack N, Killackey J (1993) Verb-argument structure processing in complex sentences in Broca’s and Wernicke’s aphasia. Brain Lang 45:423–447

Shapleske J, Rossell SL, Woodruff PW, David AS (1999) The planum temporale: a systematic, quantitative review of its structural, functional and clinical significance. Brain Res Brain Res Rev 29:26–49 Shapley R (1990) Visual sensitivity and parallel retinocortical channels. Annu Rev Psychology 41:635–658 Sharma J, Angelucci A, Sur M (2000) Induction of visual orientation modules in auditory cortex. Nature 404:841–847 Sharpe LT, Stockman A, Jägle H, Nathans J (1999) Opsin genes, cone photopigments, color vision, and color blindness. In: Gegenfurtner KR, Sharpe LT (eds) Color vision: from genes to perception. Cambridge Univ Press, New York, pp 3–51 Shaywitz BE, Shaywitz SE, Pugh KR et al. (1995) Sex differences in the functional organization of the brain for language. Nature 373:607– 609 Sheinberg DL, Logothetis NK (1997) The role of temporal cortical areas in perceptual organization. Proc Natl Acad Sci U S A 94:3408–3413 Sheinberg DL, Logothetis NK (2001) Noticing familiar objects in real world scenes: the role of temporal cortical neurons in natural vision. J Neurosci 21:1340–1350 Shepard RN, Cooper LA (1992) Mental images and their transformations. MIT, Cambridge/MA Shimamura AP, Squire LR (1984) Paired-associate learning and priming effects in amnesia: a neuropsychological study. J Exp Psychol Gen 113:556–570 Shimamura AP, Janowsky JS, Squire LR (1990) Memory for the temporal order of events in patients with frontal lobe lesions and amnesic patients. Neuropsychologia 28:803–813 Shimojo S, Silverman GH, Nakayama K (1989) Occlusion and the solution to the aperture problem for motion. Vision Res 29:619– 626 Shohamy D, Myers CE, Onlaor S, Gluck MA (2004) Role of the basal ganglia in category learning: how do patients with Parkinson’s disease learn? Behav Neurosci 118:676–686 Shohamy D, Myers CE, Grossman S, Sage J, Gluck MA (2005) The role of dopamine in cognitive sequence learning: evidence from Parkinson’s disease. Behav Brain Res 30:191–199 Shuman M, Kanwisher N (2004) Numerical magnitude in the human parietal lobe: Tests of representational generality and domain specificity. Neuron 44:557–569 Sidaway B, Sekiya H, Fairweather M (1995) Movement variability as a function of accuracy demand in programmed serial aiming responses. J Motor Behav 27:67–76 Signoret J L (1980) Commémoration du centenaire de la mort de Paul Broca (1824–1880). (Société de Neuropsychologie de Langue Francaise, Société Francaise de Neurologie. Paris le 19 juin 1980) Silveri M, Leggio MG, Molinari M (1994) The cerebellum contributes to linguistic production: a case of agrammatism of speech following reighzt hemicerebellar lesion. Neurology 44:2047–2050 Simons DJ (2000) Attentional capture and inattentional blindness. Trends Cogn Sci 4:147–155 Simons DJ, Chabris CF (1999) Gorillas in our midst: sustained inattentional blindness for dynamic events. Perception 28:1059–1074 Singer T, Lindenberger U, Baltes PB (2003) Plasticity of memory for new learning in very old age: A story of major loss? Psychology Aging 18:306–317 Singer W (1977) Control of thalamic transmission by corticofugal and ascending reticular pathways in the visual system. Physiol Rev 57:386–420

745 Literatur

Singer W (1993) Synchronization of cortical activity and its putative role in information processing and learning. Annu Rev Physiol 55:349– 374 Singer W (2000) Phenomenal awareness and consciousness from a neurobiological perspective. In: Metzinger T (ed) Neural correlates of consciousness. MIT, Cambridge/MA, pp 121–137 Singer W, Engel A, König P (1997) Neuronal assemblies: necessity, signature and detectability. Trends Cogn Sci 1:252–261 Sinha P, Poggio T (1996) Role of learning in three-dimensional form perception. Nature 384:460–463 Sirigu A, Duhamel JR, Poncet M (1991) The role of sensorimotor experience in object recognition – a case of multimodal agnosia. Brain 114:2555–2573 Sirigu A, Cohen L, Duhamel JR et al. (1995) A selective impairment of hand posture for object utilization in apraxia. Cortex 31:41–56 Sirigu A, Duhamel JR, Cohen L et al. (1996a) The mental representation of hand movements after parietal cortex damage. Science 273: 1564–1568 Sirigu A, Zalla T, Pillon B et al. (1996b) Encoding of sequence and boundaries of script following prefrontal lesions. Cortex 32:297– 310 Sitton M, Mozer MC, Farah MJ (2001) Superadditive effects of multiple lesions in a connectionist architecture: Implications for the neuropsychology of optic aphasia. Psychol Rev 107:709–734 Slater-Hammel AT (1960) Reliability, accuracy, and refractoriness of a transit reaction. Res Q 31:217–228 Sloboda J (1985) The musical mind. Clarendon, Oxford Sloboda JA, Rogers D (eds) (1987) Cognitive processes in mathematics. Clarendon, Oxford Small M, Ellis S (1996) Denial of hemiplegia: an investigation-into the theories of causation. Eur Neurol 36:353–363 Small SL, Hofman GE (1994) Neuroanatomical lateralization-of language. Sexual dimorphism and the ethology of neural computation. Brain Cogn 26:300–311 Smith AT, Snowden RJ (eds) (1994) Visual detection of motion. Academic Press, London Smith AT, Singh KD, Greenlee MW (2000) Attentional suppression of activity in the human visual cortex. Neuroreport 11:271–277 Smith EE, Jonides J (1997) Working memory: a view from neuroimaging. Cogn Psychol 33:5–42 Smith EE, Jonides J (1999) Storage and executive processes in the frontal lobe. Science 283:1657–1661 Smith SM (1979) Remembering in and out of context. J Exp Psychol Hum Learn Mem 5:460–471 Snyder LH, Batista AP, Andersen RA (1997) Coding of intention in the posterior parietal cortex. Nature 386:167–170 Snyder LH, Grieve KL, Brotchie P, Andersen RA (1998) Separate bodyand world-referenced representations of visual space in parietal cortex. Nature 394:887–891 Snyder PJ, Bilder RM, Wu H et al. (1995) Cerebellar volume asymmetries are related to handedness: a quantitative MRI study. Neuropsychologia 33:407–419 Sokol SM, McCloskey M, Cohen NJ, Aliminosa D (1991) Cognitive representations and processes in arithmetic: Inferences from the performance of brain-damaged subjects. J Exp Psychol Learn Mem Cogn 17:355–376 Solms M, Kaplan-Solms K, Saling M, Miller P (1988) Inverted vision after frontal lobe disease. Cortex 24:499–509

Sommer M, Koch M, Paulus W et al. (2002) A disconnection of speechrelevant brain areas in developmental stuttering. Lancet 360:380– 383 Sonderheft BBS (2000) Sleep and dreaming (mit Beiträgen von Hobson JA et al., Solms M; Nielsen TA; Vertes RP; Revonsuo A sowie Kommentaren und Antworten der Autoren). Behav Brain Sci 23:793–1121 Sowell ER, Peterson BS, Thompson PM et al. (2003) Mapping cortical change across the human life span. Nat Neurosci 6:309–315 Speedie LJ, Heilman KM (1983) Anterograde memory deficits for visuospatial material after infarction of the right thalamus. Arch Neurol 40:183–186 Sperling G (1960) The information available in brief visual presentations. Psychol Monogr 74 (11, whole no 498) Sperling RA, Bates JF, Chua EF et al. (2003) fMRI studies of associative encoding in young and elderly controls and mild Alzheimer’s disease. J Neurol Neurosurg Psychiatry 74:44–50 Sperry RW (1964) The great cerebral commisure. Sci Am 210:42–52 Sperry RW (1974) Lateral specialization in the surgically separated hemispheres. In: Schmitt FO, Warden FG (eds) The neurosciences: third study program. MIT, Cambridge/ MA, pp 5–19 Sperry RW (1982) Some effects of disconnecting the cerebral hemispheres (Nobel Lecture, 8 December 1981). Biosci Rep 2:265–276 Spreen O, Benton AL, Finchman RW (1965) Auditory agnosia without aphasia. Arch Neurol 13:84–92 Sprengelmeyer R, Young AW, Calder AJ et al. (1996) Loss of disgust: perception of faces and emotions in Huntington’s disease. Brain 119:1647–1665 Squire LR (1987) Memory and brain. Oxford Univ Press, New York Squire LR, Cohen NJ (1984) Human memory and amnesia. In: Lynch G, McCaugh JL, Weinberger NM (eds) Neurobiology of learning and memory. Guilford Press, New York, pp 3–64 Squire LR, Knowlton BJ (1999) The medial temporal lobe, the hippicampus, and the memory systems of the brain. In: Gazzagnia MS (ed) The new cognitive neurosciences. MIT, Cambridge/MA, pp 765–779 Squire LR, Zola SM (1998) Episodic memory, semantic memory, and amnesia. Hippocampus 8:205–211 Srinivasan R, Russell DP, Edelman GM, Tononi G (1999) Increased synchronization of neuromagnetic responses during conscious perception. J Neurosci 19:5435–5448 Stanescu-Cosson R, Pinel P, van de Morteleere P-F et al. (2000) Understanding dissociations in dyscalculia: A brain imaging study of the impact of number size on the cerebral networks for exact and approximate calculation. Brain 123:2240–2255 Starkstein SE, Robinson RG (1997) Mechanism of disinhibition after brain lesions. J Nerv Ment Dis 185:108–114 Starkstein SE, Fedoroff JP, Price TR et al. (1992) Anosognosia in patients with cerebrovascular lesions. A study of causative factors. Stroke 23:1446–1453 Starkstein SE, Mayberg HS, Berthier ML et al. (1999) Mania after brain injury: neuroradiological and metabolic findings. Ann Neurol 27:652–659 Steck SD, Mallot HA (2000) The role of global and local landmarks in virtual environment navigation. Presence Teleoperat Virtual Environment 9:69–83 Steeves JKE, Humphrey GK, Culham JC et al. (2004) Behavioral and neuroimaging evidence for a contribution of color and texture information to scene classification in a patient with visual form agnosia. J Cogn Neurosci 16:955–965

746

Literatur

Stein BE, Meredith MA (1993) The merging of the senses. MIT, Cambridge/MA Stein JF (1992) The representation of the egocentric space in the posterior parietal cortex. Behav Brain Sci 15:691–700 Steinmetz H (1996) Structure, function, and cerebral asymmetry: in vivo morphometry of the planum temporale. Neurosci Biobehav Rev 20:587–591 Steinmetz H, Herzog A, Schlaug G et al. (1995) Brain (A) symmetry in monozygotic twins. Cereb Cortex 5:296–300 Stephan KM, Fink GR, Passingham RE et al. (1995) Functional anatomy of the mental representation of upper extremity movements in healthy subjects. J Neurophysiol 73: 373–386 Stephan T, Deutschländer A, Nolte A et al. (2005) fMRI of galvanic vestibular stimulation with alternating currents at different frequencies. Neuroimage 26:721–723 Sterr A, Müller MM, Elbert T et al. (1998a) Changed perception in Braillereaders. Nature 381:134–135 Sterr A, Müller MM, Elbert T et al. (1998b) Perceptual correlates of changes in cortical representation of fingers in blind multi-finger readers. J Neurosci 18:4417–4423 Sterr A, Elbert T, Berthold I et al. (2002) Longer vs shorter daily constraint induced movement therapy of chronic hemiparesis: an exploratory study. Arch Phys Med Rehabil 83:1374–1377 Stoerig P, Cowey A (1997) Blindsight in man and monkey. Brain 120:535– 559 Stoerig P, Hübner M, Pöppel E (1985) Signal detection analysis of residual vision in a field defect due to a post-geniculate lesion. Neuropsychologia 23:589–599 Stoerig P, Faubert J, Ptito M et al. (1996) No blindsight following hemidecortication in human subjects? Neuroreport 7:1990–1994 Stone VE, Baron-Cohen S, Knight RT (1998) Frontal lobe contributions to theory of mind. J Cogn Neurosci 10:640–656 Storandt M, Morris JC, Rubin EH et al. (1992) Progression of senile dementia of the Alzheimer type on a battery of psychometric tests. In: Bäckman L (ed) Memory functioning in dementia. North Holland, Amsterdam, pp 207–26 Stowe LA, Haverkort M, Zwarts F (2005) Rethinking the neurological basis of langauge. Lingua 115:997–1042 Stromswold K, Caplan D, Alpert N, Rauch S (1996) Localization of syntacitc comprehension by positron emission tomography. Brain Lang 52:452–473 Stroop JR (1935) Studies of interference in serial verbal reactions. J Exp Psychol 18:643–662 Stuphorn V, Hoffmann KP, Miller LE (1999) Correlation of primate superior colliculus and reticular formation discharge with proximal limb muscle activity. J Neurophysiol 81:1978–1982 Sturm W, Longoni F, Fimm B et al. (2004) Network for auditory intrinsic alertness: a PET study. Neuropsychologia 42:563–568 Stuss DT, Alexander MP (2000) Affectively burnt in: A proposed role of the right frontal lobe. In: Tulving E (ed) Memory, consciousness, and the brain. Psychology Press, Philadelphia/PA, pp 215–227 Stuss DT, Guberman A, Nelson R, Larochelle S (1988) The neuropsychology of paramedian thalamic infarction. Brain Cogn 8:348– 378 Stuss DT, Gallup GG, Alexander MP (2001) The frontal lobes are necessary for ›theory of mind‹. Brain 124:279–286 Sunaert S, Van Hecke P, Marchal G, Orban GA (1999) Motion-responsive regions of the human brain. Exp Brain Res 127:355–370

Sur M, Garraghty PE, Roe AW (1988) Experimentally induced visual projections into auditory thalamus and cortex. Science 242:1437– 1441 Talairach J, Tournoux P (1988) Co-planar stereotaxic atlas of the human brain: 3-dimensional proportional system – an approach to cerebral imaging. Thieme, New York Tallon-Baudry C, Bertrand O (1999) Oscillatory gamma activity in humans and its role in object representation. Trends Cogn Sci 3:151–162 Tallon-Baudry C, Bertrand O, Delpuech C, Permier J (1997) Oscillatory gamma-band (30-70 Hz) activity induced by a visual search task in humans. J Neurosci 17:722–734 Tallon-Baudry C, Bertrand O, Peronnet F, Pernier J (1998) Induced gamma-band activity during the delay of a visual short-term memory task in humans. J Neurosci 18:4244–4254 Tanaka H, Hachisuka K, Ogata H (1999) Sound lateralisation in patients with left or right cerebral hemispheric lesions: relations with unilateral visuospatial neglegt. J Neurol Neurosurg Psychiatry 67:481– 486 Tanaka K (1996) Inferotemporal cortex and object vision. Annu Rev Neurosci 19:109–139 Tanaka Y, Kamo T, Yoshida M, Yamadori A (1991) So-called cortical deafness – clinical, neurophysiological and radiological observations. Brain 114:2385–2401 Tang-Wai DF, Graff-Radford NR, Boeve BF et al. (2004) Clinical, genetic, and neuropathologic characteristics of posterior cortical atrophy. Neurology 63: 1168–1174 Taniwaki T, Tagawa K, Sato F, Iino K (2000) Auditory agnosia restricted to environmental sounds following cortical deafness and generalized auditory agnosia. Clin Neurol Neurosurg 102:156–162 Tarpley RJ, Ridgway SH (1994) Corpus callosum size in delphinid cetaceans. Brain Behav Evol 44:156–165 Tarr MJ (1995) Rotating objects to recognize them: a case study on the role of viewpoint dependency in the recognition of three-dimensional objects. Psychonom Bull Rev 2:55–82 Tarr MJ, Cheng YD (2003) Learning to see faces and objects. Trends Cogn Sci 7:23–30 Tartaglione A, Cocito L, Bino G et al. (1983) Further evidence for asymmetry of point localisation in normals and unilateral brain damaged patients. Neuropsychologia 21: 407–412 Taub E, Berman AJ (1968) Movement and learning in the absence of sensory feedback. In: Freedman SJ (ed) The neuropsychology of spatially oriented behavior. Dorsey, Homewood/IL, pp 173–191 Taub E, Miller NE, Novack TA et al. (1993) Technique to improve chronic motor deficit after stroke. Arch Phys Med Rehabil 74:347–354 Taub E, Uswatte G, Pidikiti R (1999) Constraint-induced movement therapy: a new family of techniques with broad application to physical rehabilitation – a clinical review. J Rehabil Res Dev 36:237–251 Taub E, Urswatte G, Elbert T (2002) New treatments in neurorehabilitation founded on basic research. Nat Rev Neurosci 3:228–236 Tausch R (1954) Optische Täuschungen als artifizielle Effekte der Gestaltungsprozesse von Größen- und Formenkonstanz in der natürlichen Raumwahrnehmung. Psychol Forsch 24:299–348 Taylor AE, Saint-Cyr JA, Lang AE (1990) Memory and learning in early Parkinson’s disease: evidence for a »frontal lobe syndrome«. Brain Cogn 13:211–232 Teixeira-Ferreira C, Giusiano B, Ceccaldi M, Poncet M (1997) Optic aphasia: Evidence of the contribution of different neural systems to object and action naming. Cortex 33:499–514

747 Literatur

Temple CM (1989) Digit dyslexia: A category specific disorder in developmental dyscalculia. Cogn Neuropsychol 6:93–116 Temple CM (1991) Procedural dyscalculia and number fact dyscalculia: Double dissociation in developmental dyscalculia. Cogn Neuropsychol 8:155–176 Terrace HS, Son L, Brannon E (2003) Serial expertise by rhesus macaques. Psychol Sci 14:66–73 Teuber HL (1969) Wahrnehmung, Willkürbewegung und Gedächtnis. Grundfragen der Neuropsychologie. Studium Generale 22:1153– 1178 Teuber HL, Battersby W, Bender MB (1960) Visual field defects after penetrating missile wounds of the brain. MIT, Cambridge/MA Thal D, Marchman V, Stilles J et al. (1991) Early lexical development in children with focal brain injury. Brain Lang 40:491–527 Thier P, Andersen RA (1998) Electrical microstimulation distinguishes distinct saccade-related areas in the posterior parietal cortex. J Neurophysiol 80:1713–1735 Thier P, Erickson RG (1992) Responses of visual-tracking neurons from cortical area MSTl to visual, eye and head motion. Eur J Neurosci 4:539–553 Thier P, Karnath HO (1997) Parietal lobe contributions to orientation in 3D space. Springer, Berlin Heidelberg New York Tokyo Thier P, Haarmeier T, Treue S, Barash S (1999) Absence of a common functional denominator of visual disturbances in cerebellar disease. Brain 122:2133–2146 Thier P, Haarmeier T, Chakraborty S et al. (2001) Cortical substrates of perceptual stability during eye movements. Neuroimage 14:S33–S39 Thierry G, Giraud AL, Price C (2003) Hemispheric dissociation in access to the human semantic system. Neuron 38:499–506 Thompson CK, Lange KL, Schneider SL, Shapiro LP (1997) Agrammatic and non-brain-damaged subjects‹ verb and verb argument structure production. Aphasiology 11: 473–490 Thompson P (1980) Margaret Thatcher: a new illusion. Perception 9:483–484 Thompson RF, Thompson JK, Kim JJ et al. (1998) The nature of reinforcement in cerebellar learning. Neurobiol Learning Memory 70:150–176 Thompson-Schill SL, D’Esposito M, Aguirre GK, Farah MJ (1997) Role of left inferior prefrontal cortex in retrieval of semantic knowledge: A reevaluation. Proc Natl Acad Sci USA 94:14792–14797 Thrower NJW (1996) Maps and civilization: cartography in culture and society. Univ Chicago Press, Chicago London Tierney MC, Szalai JP, Snow WG et al. (1996) Prediction of probable Alzheimer’s disease in memory-impaired patients: A prospective longitudinal study. Neurology 46: 661–665 Tiling T (1892) Ueber die amnestische Geistesstörung. Allg Z Psychiat Psych Med 48:549–565 Timmann D, Drepper J, Calabrese S et al. (2004) Use of sequence information in associative learning in control subjects and cerebellar patients. Cerebellum 3:75–82 Tisch S, Silberstein P, Limousin-Dowsey P, Jahanshahi M (2004) The basal ganglia: anatomy, physiology, and pharmacology. Psychiat Clin NA 27:757–799 Tokunaga H, Nishikawa T, Ikejiri Y et al. (1999) Different neural substrates for Kanji and Kana writing: a PET study. Neuroreport 10:3315– 3319 Tomaiuolo F, Ptito M, Marzi CA et al. (1997) Blindsight in hemispherectomized patients as revealed by spatial summation across the vertical meridian. Brain 120:795–803

Tomer R, Levin BE, Weiner WJ (1993) Obsessive-compulsive symptoms and motor asymmetries in Parkinson’s disease. Neuropsychiatry Neuropsychol Behav Neurol 6:26–30 Tong F, Nakayama K, Vaughan JT, Kanwisher N (1998) Binocular rivalry and visual awareness in human extrastriate cortex. Neuron 21:753– 759 Tononi G, Sporns O, Edelman GM (1992) Reentry and the problem of integrating multiple cortical areas: simulation of dynamic integration in the visual system. Cereb Cortex 2:310–335 Tononi G, Srinivasan R, Russell DP, Edelman GM (1998) Investigating neural correlates of conscious perception by frequency-tagged neuromagnetic responses. Proc Natl Acad Sci USA 95:3198–3203 Toraldo A, Shallice T (2004) Error analysis at the level of single moves in block design. Cogn Neuropsychol 21:645–659 Tranel D, Adolphs R, Damasio H, Damasio AR (2001) A neural basis for the retrieval of words for actions. Cogn Neuropsychol 18:655–670 Treisman AM (1960) Contextual cues in selective listening. Q J Exp Psychol 12:242–248 Treisman AM, Gelade G (1980) A feature-integration theory of attention. Cogn Psychol 12:97–126 Treisman AM, Gormican S (1988) Feature analysis in early vision: Evidence from search asymmetries. Psychol Rev 95:15–48 Treisman AM, Schmidt H (1982) Illusory conjunction in the perception of objects. Cogn Psychol 14:107–141 Treue S (2001) Neural correlates of attention in primate visual cortex. Trends Neurosci 24:294–300 Treue S, Martinez Trujillo JC (1999) Feature-based attention influences motion processing gain in macaque visual cortex. Nature 399:575– 579 Treyer V, Buck A, Schnider A (2003) Orbitofrontal-subcortical loop activation during suppression of memories that do not pertain to ongoing reality. J Cogn Neurosci 1510–618 Trousseau M (1864) De l’aphasie, maladie décrite récemment-sous le nom impropre d’aphémie. Gaz Hop Paris 37:13–14 Trullier O, Wiener SI, Berthoz A, Meyer JA (1997) Biologically based artificial navigation systems: Review and prospects. Progr Neurobiol 51:483–544 Trzepacz PT (1994) The neuropathogenesis of delirium. Psychosomatics 35:374–391 Trzepacz PT (1999) Update on the neuropathogenesis of delirium. Dement Geriatr Cogn Disord 10:330–334 Tulving E (1972) Episodic and semantic memory. In: Tulving E, Donaldson W (eds) Organization of memory. Academic Press, New York, pp 382–403 Tulving E (1983) Elements of episodic memory. Clarendon, Oxford Tulving E (1995) Organization of memory: Quo vadis. In: Gazzaniga MS (ed) The cognitive neurosciences. MIT, Cambridge/MA, pp 839– 847 Tulving E (1999) Study of memory: processes and systems. In: Foster JK, Jelicic M (eds) Memory: systems, process, or function? Oxford Univ Press, Oxford, pp 11–30 Tulving E, Markowitsch HJ (1998) Episodic and declarative memory: Role of the hippocampus. Hippocampus 8:198–204 Turnbull OH, Laws KR, McCarthy RA (1995) Object recognition without knowledge of object orientation. Cortex 31:387–395 Turnbull OH, Beschin N, Della Sala S (1997) Agnosia for object orientation: implications for theories of object recognition. Neuropsychologia 35:153–163

748

Literatur

Turnbull OH, Driver J, McCarthy R (2004) 2D but not 3D: Pictorial-depth deficits in a case of visual agnosia. Cortex 40:723–738 Turton A, Wroe S, Trepte N et al. (1996) Contralateral and ipsilateral EMG responses to transcranial magnetic stimulation during recovery of arm and hand function after stroke. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 101:316–328 Tyler HR (1968) Abnormalities of perception with defective eye movements (Bálint’s syndrome). Cortex 3:154–171 Tyler LK, Moss HE, Durrant-Peatfield MR, Levy JP (2000) Conceptual structure and the structure of concepts: A distributed account of category-specific deficits. Brain Lang 75:195–231 Tyler LK, Russell R, Fadili J, Moss HE (2001) The neural representation of nouns and verbs: PET studies. Brain 124: 1619–1634 Tzavaras A, Masure MC (1976) Aspects différents de l’ataxie optique selon la latéralisation hémisphérique de la lésion. Lyon Med 236:673–683 Ullman S (1989) Aligning pictorial descriptions, an approach to object recognition. Cognition 32:193–254 Ullman S (1996) High level vision. MIT, Cambridge/MA Ullman S, Basri R (1991) Recognition by linear combinations of models. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence 13:992–1005 Ullsperger M, Cramon DY von (2001) Subprocesses of performance monitoring: a dissociation of error processing and response competition revealed by event-related fMRI and ERPs. Neuroimage 14:1387–1401 Ungerleider LG, Haxby JV (1994) »What« and »where« in the human brain. Curr Opin Neurobiol 4:157–165 Ungerleider LG, Mishkin M (1982) Two cortical visual systems. In: Ingle DJ, Goodale MA, Mansfield RJM (eds) Analysis of visual behavior. MIT, Cambridge/MA, pp 549–586 Uno Y, Kawato M, Suzuki R (1989) Formation and control of optimal trajectory in human multijoint arm movement: minimum torquechange model. Biol Cybernet 61:89–101 Vaadia E (1989) Single-unit activity related to active localization of acoustic and visual stimuli in the frontal cortex of the rhesus monkey. Brain Behav Evol 33:127–131 Vaina LM, Jaulent MC (1991) Object structure and action requirements: A compatibility model for functional recognition. Int J Intellig Sys 6:313–336 Vallar G, Perani D (1986) The anatomy of unilateral neglect after righthemisphere stroke lesions. A clinical/CT-scan correlation study in man. Neuropsychologia 24:609–622 Vallar G, Rusconi ML, Bignamini L et al. (1994) Anatomical correlates of visual and tactile extinction in humans: a clinical and CT scan study. J Neurol Neurosurg Psychiatr 57:464–470 Vallar G, Guariglia C, Nico D, Bisiach E (1995) Spatial hemineglect in back space. Brain 118:467–472 Van der Horst L (1932) Über die Psychologie des Korsakowsyndroms. Monatsschr Psychiatr Neurol 83:65–84 Van der Werf YD, Witter MP, Uylings HBM, Jolles J (2000) Neuropsychology of infarctions in the thalamus: a review. Neuropsychologia 38:613–627 Van der Werf YD, Scheltens P, Lindeboom J et al. (2003) Deficits of memory, executive functioning and attention following infarction in the thalamus: a study of 22 cases with localised lesions. Neuropsychologia 41:1330–1344

Van Essen DC, De Yoe EA (1995) Concurrent processing in the primate visual cortex. In: Gazzaniga MS (ed) The cognitive neurosciences. MIT, Cambridge/MA, pp 383–400 Van Lancker DR, Canter GJ (1982) Impairment of voice and face recognition in patients with hemispheric damage. Brain Cogn 1:185–195 Vandenberghe R, Dupont P, De Bruyn B et al. (1996) The influence of stimulus location on the brain activation pattern in detection and orientation discrimination. A PET study of visual attention. Brain 119:1263–1276 Vanduffel W, Fize D, Mandeville JB et al. (2001) Visual motion processing investigated using contrast agent-enhanced fMRI in awake behaving monkeys. Neuron 32:565–577 Vaphiades MS, Celesia GG, Brigell MG (1996) Positive spontaneous visual phenomena limited to the hemianopic field in lesions of the central visual pathways. Neurology 47:408–417 Vargha-Khadem F, Gadian DG, Watkins KE et al. (1997) Differential effects of early hippocampal pathology on episodic and semantic memory. Science 277:376–380 Varley RA, Whiteside SP (2000) What is the underlying impairment in acquired apraxia of speech? Aphasiology 15: 39–49 Varley RA, Klessinger NJ, Romanowski CA, Siegal M (2005) Aggramatic but numerate. Proc Natl Acad Sci USA 102:3519–3524 Velmans M (1991) Is human information processing conscious? Behav Brain Sci 14:651–726 Ventre J, Flandrin JM, Jeannerod M (1984) In search for the egocentric reference. A neurophysiological hypothesis. Neuropsychologia 22:797–806 Verhaegen P, Salthouse TA (1997) Meta-analyses of age-cognition relations in adulthood: Estimates of linear and nonlinear age effects and structural models. Psychol Bull 122:231–249 Verleger R, Jaskowski P, Wauschkuhn B (1994) Suspense and surprise: on the relationship between expectancies and P3. Psychophysiology 31:359–369 Vignolo LA (1969) Auditory agnosia: a review and report of recent evidence. In: Benton AL (ed) Contributions to clinical neuropsychology. Aldine, Chicago, pp 172–208 Vignolo LA (1982) Auditory agnosia. Philos Trans R Soc Lond B 298:49–57 Visch-Brink EG, Van de Sandt-Koenderman M (1984) The occurrence of paraphasias in the spontaneous speech of children with an acquired aphasia. Brain Lang 23:258–271 Vivani P, Perani D, Grassi F et al. (1998) Hemispheric asymmetries and bimanual asynchrony in left- and right-handers. Exp Brain Res 120:531–536 Vogeley K, Curio G (1998) Pictorial pseudohallucinations with an aperture effect in a patient with quadrantanopia. J Neurol Neurosurg Psychiatr 65:275–277 Vogels R, Orban GA (1985) The effect of practice on the oblique effect in line orientation judgements. Vision Res 25:1679–1687 Volz KG, Schubotz RI, Raab M et al. (2005) Recognition heuristic and the brain. Poster präsentiert bei Control in Attention and Action: Neurocognitive Systems and Mechanisms. Amsterdam Vorberg D, Mettler U, Heinecke A et al. (2003) Different time courses for visual perception and action priming. Proc Natl Acad Sci USA 100:6275–6280 Vorberg D, Mattler U, Heinecke A et al. (in press) Invariant time-course of priming with and without awareness. In: Kaernbach C, Schröger E, Müller H (eds) Psychophysics beyond sensation: laws and invariants of human cognition. Erlbaum, Hillsdale/NJ

749 Literatur

Voyer D (1996) On the magnitude of laterality effects and sex differences in functional lateralities. Laterality 1:51–83 Vuilleumier P, Valenza N, Landis T (2001a) Explicit and implicit perception of illusory contours in unilateral spatial neglect: behavioural and anatomical correlates of preattentive grouping mechanisms. Neuropsychologia 39:597–610 Vuilleumier P, Sagiv N, Hazeltine E et al. (2001b) Neural fate of seen and unseen faces in visuospatial neglect: a combined eventrelated fMRI and ERP study. Proc Natl Acad Sci USA 98:3495– 3500 Wager TD, Smith EE (2003) Neuroimaging studies of working memory: a meta-analysis. Cogn Aff Behav Neurosci 3:255–274 Walker AE (1940) A cytoarchitectural study of prefrontal area of the macaque monkey. J Comp Neurol 73:59–86 Wallesch CW (1990) Repetitive verbal behaviour: functional and anatomical considerations. Aphasiology 4:133–154 Wallesch CW (1999) Klinik der Bewusstseinsstörungen: Somnolenz und Koma. In: Hopf HC, Deuschl G, Diener HC, Reichmann H (Hrsg) Neurologie in Klinik und Praxis, Bd 1. Thieme, Stuttgart, S 65–75 Wallesch CW, Blanken G (2000) Recurring utterances – how, where, and why are they generated? Brain Lang 71:255–257 Wallesch CW, Hundsalz A (1994) Language function in delirium: a comparsion of single word processing in acute confusional states and probable Alzheimer’s disease. Brain Lang 46:592–606 Wallesch CW, Papagno C (1988) Subcortical aphasia. In: Clifford Rose F, Whurr R, Wyke MA (eds) Aphasia. Whurr, London, pp 256–287 Walsh V (2003) A theory of magnitude: common cortical metrics of time, space and quantity. Trends Cogn Sci 7:483–488 Walsh V, Ellison A, Cowey A (1998) Possible interactions between the posterior parietal cortex and area V5: A magnetic stimulation study. Eur J Neurosci 10:9317 Walter H (1998) Emergence and the cognitive neuroscience of psychiatry. Z Naturforsch 53:723–737 Walter H (1999) Neurophilosophie der Willensfreiheit. Mentis, Paderborn Walter H (2005) Funktionelle Bildgebung in Psychiatrie und Psychotherapie. Schattauer, Stuttgart Walter H, Spitzer M (2003) The cognitive neuroscience of agency. In: Kircher T, David A (eds) The self in neuroscience and psychiatry. Cambridge Univ Press, Cambridge, pp 436–444 Walzer T, Herrmann M, Wallesch CW (1997) Neuropsychological disorders after coronary bypass surgery. J Neurol Neurosurg Psychiatry 62:644–648 Wandell BA (1995) Foundations of vision. Sinauer, Sunderland/MA Warburton E, Wise RJS, Price CJ et al. (1996) Noun and verb retrieval by normal subjects: studies with PET. Brain 119:159–179 Warburton E, Price CJ, Swinburn K, Wise RJ (1999) Mechanisms of recovery from aphasia: evidence from positron emission tomography studies. J Neurol Neurosurg Psychiatry 66:155–161 Ward JP, Cantalupo C (1997) Origins and functions of laterality: interactions of motoric systems. Laterality 2:279–303 Warren WH Jr., Kay BA, Zosh WD et al. (2001) Optic flow is used to control human walking. Nat Neurosci 4:213–216 Warrington EK (1982) The fractionation of arithmetical skills: A single case study. Q J Exp Psychol 34:31–51 Warrington EK, McCarthy RA (1987) Categories of knowledge. Further fractionations and an attempted integration. Brain 110:1273–1296 Warrington EK, Shallice T (1969) The selective impairment of auditory verbal short-term memory. Brain 92: 885–896

Warrington EK, Shallice T (1984) Category specific semantic impairments. Brain 107:829–854 Watanabe M (1996) Reward expectancy in primate prefrontal neurons. Nature 382:629–632 Watson DG, Humphreys GW (1997) Visual marking: Prioritizing selection for new objects by top-down attentional inhibition. Psychol Rev 104:90–122 Watson DG, Humphreys GW (2000) Visual marking: Evidence for inhibition using a probe-dot detection paradigm. Perception Psychophysics 62:471–481 Watson RT, Valenstein E, Day A, Heilman KM (1994) Posterior neocortical systems subserving awareness and neglect. Arch Neurol 51:1014– 1021 Webster J, Franklin S, Howard D (2001) An investigation of the interaction between thematic and phrasal structure in nonfluent agrammatic subjects. Brain Lang 78:197–211 Weddell RA, Davidoff JB (1991) A dyscalculic patient with selectively impaired processing of the numbers 7, 9, and 0. Brain Cogn 17:240– 271 Weekes B, Coltheart M (1996) Surface dyslexia and surface dysgraphia: Treatment studies and their theoretical implications. Cogn Neuropsychol 13:277–315 Weeks RA, Aziz-Sultan A, Bushara KO et al. (1999) A PET study of human auditory spatial processing. Neurosci Lett 262:155–158 Weiller C, Chollet F, Friston KJ et al. (1992) Functional reorganization of the brain in recovery from striatocapsular infarction in man. Ann Neurol 31:463–472 Weiller C, Ramsay SC, Wise RJ et al. (1993a) Individual patterns of functional reorganization in the human cerebral cortex after capsular infarction. Ann Neurol 33:181–189 Weiller C, Willmes K, Reiche W et al. (1993b) The case of aphasia or neglect after striatocapsular infarction. Brain 116:1509–1525 Weiller C, Isensee C, Rijntjes M et al. (1995) Recovery from Wernicke’s aphasia: a positron emission tomography study. Ann Neurol 37:723–732 Weiller C, Juptner M, Fellows S et al. (1996) Brain representation of active and passive movements. Neuroimage 4:105–110 Weinberger NM, Bakin JS (1998) Learning-induced physiological memory in adult primary auditory cortex: receptive field plasticity, model, and mechanisms. Audiol Neurootol 3:145–167 Weinstein EA, Kahn RL (1955) Denial of illness: symbolic and physiological aspects. Thomas, Springfield/IL Weis S, Klaver P, Reul J et al. (2004) Temporal and cerebellar brain regions that support both declarative memory formation and retrieval. Cereb Cortex 14:256–267 Weiskrantz L (1986) Blindsight. A case study and implications. Oxford Univ Press, Oxford Weiskrantz L, Warrington EK, Sanders MD, Marshall J (1974) Visual capacity in the hemianopic field following-a-restricted occipital ablation. Brain 97:709–728 Weiss AP, Heckers S (1999) Neuroimaging of hallucinations: a review of the literature. Psychiatr Res 92:61–74 Weiss T, Miltner WHR, Adler T et al. (1999) Decrease in phantom limb pain associated with prosthesis-induced increased use of an amputation stump in humans. Neurosci Lett 272:131–134 Weiss Y, Edelman S, Fahle M (1993) Models of perceptual learning in vernier hyperacuity. Neural Comp 5:695–718

750

Literatur

Weissenborn J (1994) Constraining the child’s grammar: Local wellformedness in the development of verb movement in German and French. In: Lust B, Whitman J, Kornfilt J (eds) Syntactic theory and language acquisition: Crosslinguistic perspectives, vol 1: Phrase structure. Lawrence Erlbaum, Hillsdale/ NJ, pp 215–247 Weissenborn J (2000) Der Erwerb von Morphologie und Syntax. In: Grimm H (Hrsg) Sprachentwicklung (Enzyklopädie der Psychologie). Hogrefe, Göttingen, S 139–167 Welford AT (1952) The »psychological refractory period« and the timing of high speed performance – A review and a theory. Br J Psychol 43:2–19 Wermke K, Mende W, Borschberg H, Ruppert R (1996) Voice characteristics of prespeech vocalizations of twins during the first year of life. In: Powell T (ed) Pathologies of speech, language: contributions of clinical phonetics, linguistics. ICPLA, New Orleans, pp 1–8 Wernicke C (1874) Der aphasische Symptomenkomplex: Eine psychologische Studie auf anatomischer Basis. Max Cohn & Weigert, Breslau Wernicke C (1886) Die neueren Arbeiten über Aphasie (3). Fortschr Med 4:463–482 Wernicke C, Friedländer C (1883) Ein Fall von Taubheit in Folge von doppelseitiger Läsion des Schläfenlappens. Fortschr Med 1:177– 185 Wertheim N, Botez M (1961) Receptive amusia: A clinical analysis. Brain 84:18–30 West RL (1996) An application of prefrontal cortex functioning theory to cognitive aging. Psychol Bull 120:272–292 Whalen J, McCloskey M, Lesser RP, Gordon B (1997) Localizing arithmetic processes in the brain: Evidence from a transient deficit during cortical stimulation. J Cogn Neurosci 9:409–417 Whalen PJ, Rauch SL, Etcoff NL et al. (1998) Masked presentations of emotional facial expressions modulate amygdala activity without explicit knowledge. J Neurosci 18:411–418 Wiese H (2003) Numbers, Language, and the Human Mind. Cambridge Univ Press, Cambridge Wiesel T, Hubel DH (1965) Binocular interaction in striate cortex of kittens reared with artificial squint. J Neurophysiol 28:1041–1059 Wiggs CL, Weisberg J, Martin A (1999) Neural correlates of semantic and episodic memory retreival. Neuropsychologia 37:103–118 Wildgruber D, Pihan H, Ackermann H et al. (2002) Dynamic brain activation during processing of emotional intonation: influence of acoustic parameters, emotional valence, and sex. Neuroimage 15:856– 869 Wildgruber D, Riecker A, Hertrich I et al. (2005) Identification of emotional intonation evaluated by fMRI. Neuroimage 24:1233–1241 Willmes K, Poeck K (1984) Ergebnisse einer multizentrischen Untersuchung über die Spontanprognose von Aphasien vaskulärer Ätiologie. Nervenarzt 55:62–71 Willmes K, Poeck K (1993) To what extent can aphasic syndromes be localized? Brain 116:1527–1540 Wilshire CE, McCarthy RA (1996) Experimental investigations of an impairment in phonological encoding. Cogn Neuropsychol 13:1059– 1098 Wilson FR (2000) Die Hand – Geniestreich der Evolution. Ihr Einfluss auf Gehirn, Sprache und Kultur des Menschen. Stuttgart: Klett-Cotta Wilson SAK (1912) Progressive lenticular degeneration. Brain 34:295– 509 Wilson SAK (1924) Some problems in neurology: II. Pathological laughing and crying. J Neurol Psychopathol 16: 299–333

Wilson KD, Woldorff MG, Mangun GR (2005) Control networks and hemispheric asymmetries in parietal cortex during attentional orienting in different spatial reference frames. Neuroimage 25: 668–683 Winstein CJ, Schmidt RA (1989) Sensorimotor feedback. In: Holding D (eds) Human skills, 2nd edn. Wiley, London, pp 17–47 Wise R, Chollet F, Hadar U et al. (1991) Distribution of cortical neural networks involved in word comprehension and word retrieval. Brain 114:1803–1817 Witelson SF (1989) Hand and sex differences in the isthmus and genu of the human corpus callosum. A postmortem morphological study. Brain 112:799–835 Witelson SF, Kigar DL (1992) Sylvian fissure morphology and asymmetry in men and women: bilateral differences in relation to handedness in men. J Comp Neurol 323:326–340 Wolfe JM (1983) Hidden visual processes. Sci Am 248:94–103 Wolfe JM (1994) Guided search 2.0: A revised model of visual search. Psychonom Bull Rev 1:202–238 Wolfe JM (1999) Inattentional amnesia. In: Coltheart V (ed) Fleeting memories: Cognition of brief visual stimuli. MIT Press, Cambridge/ MA, pp 71–94 Wolpert DM, Ghahramani Z, Jordan MI (1995) An internal model of sensorimotor integration. Science 269:1880–1882 Wolpert DM, Miall RC, Kawato M (1998) Internal models in the cerebellum. Trends Cogn Sci 2(9): 338–347 Wolpert I (1924) Die Simultanagnosie – Störung der Gesamtauffassung. Z Ges Neurol Psychiatr 93:397–415 Wood JN, Grafman J (2003) Human prefrontal cortex: processing and representational perspectives. Nat Rev Neurosci 4:139–147 Woodruff-Pak DS (1997) The neuropsychology of aging. Blackwell, Malden/MA Woods BT (1980) The restricted effects of right-hemisphere lesions after age one: Wechsler test data. Neuropsychologia 18:65–70 Woods BT, Carey S (1979) Language deficits after apparent clinical recovery from childhood aphasia. Ann Neurol 6:405–409 Woods BT, Teuber HL (1978) Changing pattern of childhood aphasia. Ann Neurol 3:273–280 Wunderlich G, Suchan B, Volkmann J et al. (2000) Visual hallucinations in recovery from cortical blindness – Imaging correlates. Arch Neurol 57:561–565 Wundt W (1898) Die geometrisch-optischen Täuschungen. Akademie der sächsischen Wissenschaften Leipzig. Abhandlungen 24:53–178 Wurtz RH (1969) Comparison of effects of eye movements and stimulus movements on striate cortex neurons of the monkey. J Neurophysiol 32:987–994 Wynn K (1998) Psychological foundations of number: Numerical competence in human infants. Trends Cogn Sci 2:296–303 Wyszecki G, Stiles WS (1967) Color science. Wiley, New York Yamada K, Kaga K, Uno A, Shindo M (1996) Sound lateralization in patients with lesions including the auditory cortex: comparison of interaural time difference (ITD) discrimination and interaural intensity difference (IID) discrimination. Hear Res 101:173–180 Yamaguchi S, Hale LA, D’Esposito M, Knight RT (2004) Rapid prefrontalhippocampal habituation to novel events. J Neurosci 24:5356– 5363 Yantis S, Jonides J (1990) Abrupt visual onsets and selective attention: Voluntary versus automatic allocation. J Exp Psychol Hum Percept Perform 16:121–134

751 Literatur

York G, Steinberg D (1995) Hughlings Jackson’s theory of recovery. Neurology 45:834–838 Zaehle T, Wustenberg T, Meyer M, Jänke L (2004) Evidence for rapid perception as the foundation of speech processing: a sparse temporal sampling fMRI study. Eur J Neurosci 20:2447–2456 Zaidel E (1982) Reading by the disconnected right hemisphere: An aphasiological perspective. In: Zotterman Y (ed) Dyslexia. Neuronal, cognitive and linguistic aspects. Pergamon, Oxford, pp 67–91 Zangemeister WH, Oechner V, Freska C (1995) Short-term adaptation of eye movements in patients with visual hemifield defects indicates high level control of human scanpath. Optometry Vis Sci 72:467– 477 Zanker JM (1993) Theta motion: a paradoxical stimulus to explore highter order motion extraction. Vision Res 33: 553–569 Zanker JM (1994) Illusionen als Schlüssel zur Wirklichkeit. Naturwiss Rundschau 47:295–305 Zatorre RJ (2000) The neural basis of musical processes. In: Nakada T (ed) Integrated human brain science: theory, method and application (music). Elsevier, Amsterdam, pp 345–355 Zatorre RJ (2001) Neural specialization for tonal processing. Ann N Y Acad Sci 930:193–210 Zatorre RJ (2003) Absolute pitch: a model for understanding the influence of genes and development on neural and cognitive function. Nat Neurosci Rev 6:692–695 Zatorre RJ, Evans AC, Meyer E, Gjedde A (1992) Lateralization of phonetic and pitch discrimination in speech processing. Science 256: 846–849 Zatorre RJ, Evans AC, Meyer E (1994) Neural mechanism underlying melodic perception and memory for pitch. J Neurosci 14:1908– 1919 Zeki S (1980) The representation of colours in the cerebral cortex. Nature 284:412–418 Zeki S (1990) A century of cerebral achromatopsia. Brain 113:1721– 1777 Zeki S (1993) A vision of the brain. Blackwell, Oxford Zeki SM (1974) Functional organization of a visual area in the posterior bank of the superior temporal sulcus of the rhesus monkey. J Physiol 236:549–573 Zentall TR (2004) Action imitation in birds. Learning Behavior 328: 15–23 Zhang da R, Li ZH, Chen XC et al. (2003) Functional comparison of primacy, middle and recency retrieval in human auditory shortterm memory: an event-related fMRI study. Brain Res Cogn Brain Res 16:91–98 Zhang J, Norman DA (1995) A representational analysis of numeration systems. Cognition 57:271–295 Zhang M, Barash S (2000) Neuronal switching of sensorimotor transformations for antisaccades. Nature 408:971–921 Ziegler W (1997) Die Bedeutung der Stammganglien für die Sprachproduktion. Neurolinguistik 12:133–166 Ziegler W (1998) Grundlagen der Dysarthrien. In: Ziegler W, Vogel M, Gröne B, Schröter-Morasch H (Hrsg) Dysarthrie. Grundlagen, Diagnostik, Behandlungsverfahren. Thieme, Stuttgart, S 73–98 Ziegler W (2000) Apraxia of speech is not a lexical disorder. Aphasiology 15:74–77 Ziegler W (2002a) Grundlagen der Dysarthrien. In: Ziegler W, Vogel M, Gröne B, Schröter-Morasch H (Hrsg) Dysarthrie. Grundlagen, Diagnostik, Behandlungsverfahren, 2. Aufl. Thieme, Stuttgart, S 1–25

Ziegler W (2002b) Psycholinguistic and motor theories of apraxia of speech. Sem Speech Language 23:231–243 Ziegler W (2002c) Task-related factors in oral motor control: speech and oral diadochokinesis in dysarthria and apraxia of speech. Brain Language 80:556–575 Ziegler W (2003) Speech motor control is task-specific. Evidence from dysarthria and apraxia of speech. Aphasiology 17:3–36 Ziegler W, Vogel M (1998) Diagnostik der Dysarthrien. In: Ziegler W, Vogel M, Gröne B, Schröter-Morasch H (Hrsg) Dysarthrie. Grundlagen, Diagnostik, Behandlungsverfahren. Thieme, Stuttgart, S 99-132 Ziegler W, Vogel M (2002) Diagnostik der Dysarthrien. In: Ziegler W, Vogel M, Gröne B, Schröter-Morasch H (Hrsg) Dysarthrie. Grundlagen, Diagnostik, Behandlungsverfahren, 2. Aufl. Thieme, Stuttgart Ziegler W, Wessel K (1996) Speech timing in ataxic disorders: Sentence production and rapid repetitive articulation. Neurology 47:208– 214 Zihl J (1995a) Eye movements in hemianopic dyslexia. Brain 118:891– 912 Zihl J (1995b) Visual scanning behavior in patients with homonymous hemianopia. Neuropsychologia 33:287–303 Zihl J (1998) Gesichtsfeldausfälle, zerebrale Amblyopie, zerebrale Blindheit und Anton-Syndrom. In: Huber A, Kömpf D (Hrsg) Klinische Neuroophthalmologie. Thieme, Stuttgart New York, S 367–375 Zihl J (2000) Rehabilitation of cerebral visual deficits. Psychology Press, Hove Zihl J, Cramon D von (1986) Zerebrale Sehstörungen. Stuttgart, Kohlhammer Zihl J, Hebel N (1997) Patterns of oculomotor scanning in patients with unilateral posterior parietal or frontal lobe damage. Neuropsychologia 35:893–906 Zihl J, Cramon D von, Mai N (1983) Selective disturbance of movement vision after bilateral brain damage. Brain 106: 313–340 Zimmer U, Lewald J, Karnath HO (2003) Disturbed sound lateralization in patients with spatial neglect. J Cog Neurosci 15:694–703 Zimmer U, Lewald J, Erb M et al. (2004) Is there a role of visual cortex in spatial hearing? Eur J Neurosci 20:3148–3156 Zingeser LB, Berndt RS (1990) Retrieval of verbs and nouns in agrammatism and anomia. Brain Lang 39:14–32 Zola-Morgan SM, Squire LR (1990) The primate hippocampal formation: evidence for a time-limited role in memory storage. Science 250:288–290 Zöllner F (1861) Ueber die Abhängigkeit der pseudoskopischen Ablenkung paralleler Linien von dem Neigungswinkel der sie durchschneidenden Querlinien. Poggendorfs Ann Phys 114:587–591 Zoppelt D, Koch B, Schwarz M, Daum I (2003) Involvement of the mediodorsal thalamic nucleus in mediating recollection and familiarity. Neuropsychologia 41:1160–1170 Zorzi M, Priftis K, Umilta C (2002) Brain damage: neglect disrupts the mental number line. Nature 417:138–139 Zurif EB, Caramazza A, Myerson R, Galvin J (1974) Semantic feature representation for normal and aphasic language. Brain Lang 1:167–187 Zysset S, Huber O, Samson A et al. (2003) Functional specialization within the anterior medial prefrontal cortex: a functional magnetic resonance imaging study with human subjects. Neurosci Lett 335:183–186

753

Sachverzeichnis A Aachener Aphasietest 5, 365 Ablenkbarkeit 476 Absoluthörer (7 Gehör, absolutes) AC (7 Commissura anterior) ACC (7 anteriorer cingulärer Kortex) Adaptation 617–618 – motorische 625–627 adaptive coding model 499 Affektlabilität 516 Affektprogramm 528–529 Affektstörung 516, 545 Agnosie – auditive 145–149 – affektive auditive (7 Phonagnosie) – apperzeptive 129–131 – assoziative (7 auch Aphasie, optische) 129–135, 326 – musikalische (7 Amusie) – Objektorientierung 139–143 Agrammatismus 363–366, 417 Akalkulie 400–422 Aktivität, neuronale 26, 27 akzessorisches optisches System (AOS) 46 Alexie 373–374, 417 – kortikale 373–374 – subkortikale 373–374 – transkortikale 373–374 Alignment-Modell (7 auch Objekterkennung) 112 Altgedächtnis, episodisches 458 Alzheimer-Erkrankung (7 auch Demenz) 678–686 Amblyopie, zerebrale 88, 91 Amimie 549–550 Amnesie (auch Gedächtnis, Störung) 440–442, 516, 680–683 – anterograde 449 – dienzephale 516 – mediale dienzephale 452

– – Temporallappen 452 – psychogene 459–460 – retrograde 682 Amputation 645, 658 Amusie 432–434 Amusietest 433–434 Amygdala 431, 454, 498, 504, 535–537, 539–542, 546–548, 598, 613 – Schädigung 455, 539–542, 546–548 Anarthrie 337 Angst 512, 538 – Konditionierung 536, 539 Anisotropie, fraktionelle 21–22 Anopia (7 Farbenblindheit) Anopie (7 Anopsie) Anopsie 90 Anosodiaphorie (7 auch Anosognosie) 565 Anosognosie 452, 464, 565–575 – Diskonnektion 571 – Feedback-Hypothese 570 – Feedforward-Hypothese 574–575 anterior operculum syndrome 549 Antrieb – Sprache 337, 357 – Störung 490–492 AOS (7 akzessorisches optisches System) Apertur-Problem (7 auch Barber-PoleIllusion) 73–74 Aphasie 3, 356–372, 405, 522, 595, 637– 638, 660–661, g–h – amnestische 3, 365–366 – Automatismen 522 – Broca 3, 365–366 – funktionelle, Rückbildung 369–371 – globale 3, 365–366 – Kompensation 370 – Leitsymptome 357–365 – Leitungsaphasie 365 – optische (7 auch Agnosie, assoziative) 129–135 – primär progressive 366

– – – –

Restitution 370 Stereotypien 359 Substitution 370 transkortikal motorische 366, 522– 523 – transkortikal sensorische 366 – transkortikale 365, 366 – Wernicke 3, 365–367, 638, 657–658 Aphasiologie 373 Aphemie 337 Aphonie 337 Apraxie 320–329 – ideatorische 321 – ideomotorische 321 – konstruktive (7 auch visuokonstruktive Störung) 686 – visuoimitative 322–324 – visuomotorische (7 Ataxie, optische) Aprosodie 549–550 ARAS (7 aufsteigendes retikuläres aktivierendes System) Arbeitsgedächtnis 11, 350, 369, 426– 427, 437, 445–447, 456, 478, 480, 482–483, 486–487, 494–495, 508 – Störung 513–514 Area, supplementärmotorische (SMA) 338, 471, 627–628, 657, 659 – Läsion 337 Area 1 (7 auch Kortex, somatosensorischer) 161 Area 2 (7 auch Kortex, somatosensorischer) 161 Area 3 (7 auch Kortex, somatosensorischer) 161 Area 5 174 Area 10 352 Area 20 (7 auch IT-Kortex) 117 Area 21 (7 auch IT-Kortex) 117 Area 22 352 Area 40 352 Area 41 (7 auch Heschl’sche Querwindung) 147, 430 Area 42 147, 352

A

754

Sachverzeichnis

Area 44 353–354, 431, 472, 482 Area 45 352, 472 Area 46 352 Area 47 352, 353 Area AIP (anterior intraparietal area) 170–172, 313 Area extrastriata 89–90, 95–96, 181 Area LIP 166–168 Area MIP (parietal reach area) 168, 171 Area MP 166–168 Area MST (middle superior temporal area) 45–46, 163–165, 169, 174–175, 304 Area MT (7 auch V5) 42, 43, 48, 51, 53, 163–165, 203, 303, 508 Area striata (7 V1) Area TE 117–122 Area TEO 121 Area VIP 173 –174, 203 Arithmetik 601 – mentale 408–410, 414 – Faktenwissen 406, 411, 417 Armmotorik 277–279 Arteria cerebri media 217, 365, 411, 569 Arteria cerebri posterior 132 Artikulationsorgan 380 ascending reticular activating system (ARAS) (7 aufsteigendes retikuläres aktivierendes System) Asomatognosie 567 Assembly-Modell 57–61, 64 Assoziationskortex 457 Astasie, thalamische 201 Ataxie, optische 131, 225–226, 234, 263, 308–318 Attenuations-Theorie (7 auch Aufmerksamkeit) 241 auditory gating 481 Aufmerksamkeit 239–271, 598, 536 – Blinzeln 250–251 – exekutive 252 – Kaperung 249–250 – Kontrolle 480 – Modulation 258–260 – nichträumliche 257–258 – objektbasierte 242, 245–246, 258 – Orientierung 244–245 – ortsbasierte 242–245

– räumliche 250, 255, 270, 396 – selektive 239–252, 481, 562 – Störungen 219–220, 261–271, 578 – visuelle 227, 231, 242–246, 481 – Wechsel 481 aufsteigendes retikuläres aktivierendes System (ARAS) 523, 556–557 Augenbewegung (7 auch Sakkade) 194, 245, 309–310, 297–305 – eigenbewegungskompensierende 296–297 – zielgerichtete 296–307, 296–307 Augenfeld 303 – frontales (frontal eye field, FEF) 168, 303, 471, 474, 480 Augenfolgebewegung 471, 505, 512 – langsame 163–166, 303–305 – reflektorische 46 Augenposition 190–191 Autismus 495, 543 Automatismus, sprachlicher 359, 366 Azetylcholin 538

B Bahnung, emotionale 531–533 Bahnungseffekt 100 Bálint-Holmes-Syndrom 139–141, 183, 225–236, 261–271 Balken (7 Corpus callosum) Barber-Pole-Illusion (7 auch AperturProblem) 73–74 Basalganglien 285, 337, 457, 472, 504, 506–508, 512–515, 522–523, 539, 627 – Erkrankung 548, 550 – Läsionen 512–513, 549, 569 Belohnung 476 Benennen 360–362, 601 – Störung (7 auch Fehlbenennen) 568 Benham-Scheibe 73 Bereitschaftspotential 558 Bernoulli-Effekt 334 Bernstein-Problem (7 auch Freiheitsgrad) 275–280 Bewegung 286, 289–293, 624 – 1. Ordnung 48–49

– 2. Ordnung 48–49 – apparente 41 – Detektion 47–49 – Detektor, Reichhardt’scher 47–48 – Glattheit 279 – Initiierung 290–291 – Steuerung – – closed loop 294 – – open loop 294, 303 – Täuschung 74–75 Bewegungsnacheffekt 41 Bewegungswahrnehmung 41–54, 306, 509 Bewegungszeit (movement time, MT) 288, 290 Bewusstsein 555–564 – autonoetisches 458 – Forschung 556, 558 – Klarheit 576 – personales 562–564 – Störung 576–578 – subpersonales 563–564 – visuelles 561–562 – Wachheitsgrad 556–557 Biased-competition-Modell 260, 561 Bildbewegung, augenbewegungsinduzierte 305–307 bildgebende Verfahren (7 Bildgebung, funktionelle) Bildgebung, funktionelle (7 auch fMRT) 7–14 – Signal-Rausch-Verhältnis 8–9, 22 Bildgebung, strukturelle 14–22 Bildinterpolationsansatz 112 – voxelbasierte Analyse 16 Bildverschiebung, retinale 47–49, 51, 165, 296, 306 Blickbewegung (7 auch Augenbewegung und Sakkade) 93–94 – Störung 226, 229, 231–233, 263 Blickfolgebewegung, Störung 233 Blindenschrift (7 auch Braille-Lesen) 647–648, 651 Blindheit – genikulostriäre 88 – kortikale 565–566 – zerebrale 95–96 Blindsehen 97–103

755 Sachverzeichnis

blindsight (7 Blindsehen) Blochs Gesetz 67 BOLD-Kontrast 8, 9 Braille-Lesen 647–648, 651 Broadbents Filtertheorie 240–241 Broca-Areal 346, 353, 356, 658–659 Brodmann-Areal (7 Area)

C Capsula interna 549 CAS (conscious awareness system) 573 Cerebellum (7 Kleinhirn) Cerebrum (7 Kortex) CGL (7 Corpus geniculatum laterale) Chorea Huntington 381–382, 385, 512– 514, 548 CIMT (7 constraint induced movement therapy) Cingulum, anteriores (7 Kortex, anteriorer cingulärer) Cochlea 192 Cocktailparty-Phänomen 240 Colliculus inferior 193 Colliculus superior 505–508 Commissura anterior (AC) 584 Commissura hippocampi 584 conscious awareness system (CAS) 573 constraint induced movement therapy (CIMT) 641–642, 649, 662–663 Corpus callosum (7 auch Split-brainPatient) 430, 583–585, 586, 591–593 – Agenesie 613 – heterotope Verbindung 584 – homotope Verbindung 584 – Läsion 378, 416, 596–599 – Splenium 131 Corpus geniculatum laterale (CGL) 43, 86, 256, 305, 503, 622 – Läsion 100–101 Corpus geniculatum mediale 193 – Läsion 146 Craig-Cornsweet-Illusion 68, 70 cueing (7 Hinweisreiz) cueing paradigma (7 spatial cueing paradigma)

D degenerative Erkrankung (7 Erkrankung, degenerative) Delir 576 Demenz (7 auch Alzheimer-Erkrankung) 678–686 – Demenzsyndrom 678–679 – frontotemporaler Typ 678 Depression 545–546, 612–613 Desorientiertheit 512, 578 Diaschisis 659 Diffusionstensorbildgebung 20–22, 430 Diskonnektion (7 auch Corpus callosum) 4 – visuell verbale 133–134 Disparität, retinale 51–53 Distanzschätzung 180 Dopamin 476–478, 521, 537–538 – Mangel 548 Drehschwindel 199 Drücken, pathologisches (7 PusherSyndrom) Dynamik, inverse 281–282 Dysarthrie 380, 386 – Parkinson 380 Dysexekutivsyndrom (7 Exekutivfunktion, Störung) Dyskinesie 381 Dyslexie 22, 373–379, 610–611 – direkte 376 – Oberflächendyslexie 375 – phonologische 377 – Tiefendyslexie 375–376, 379, 418 Dysthymia (7 Depression) Dystonie – fokale 651 – laryngeale 381

E Ebbinghaus-Täuschung 76 EEG (7 Elektroenzephalographie) Effekt – falscher Berühmtheit 445

– phonologischer Ähnlichkeit 445 – unbeachteter Sprache 445 Effektor-Kopplung 276–279 Efron shapes (7 Formschätzung) Eigenbewegung 49–51, 202 – Empfindung 203–205 – Täuschung 82 Eingelenksbewegung 281–282 Einmaleins 408 Ein-Routen-Modell 402–406 EKP (ereigniskorreliertes Hirnpotential) 24, 347–348 – ELAN (early left anterior negativity) 350 – LAN (links-anteriore Negativierung) 349–350 – N100 24, 348 – N200 24 – N400 349 – P200 348 – P300 24, 481 Elektroenzephalographie (EEG) 22–24, 347 – Zeitreihenanalyse 24 Elektrokrampftherapie 595 Emmerts Gesetz 75 Emotion 431–432, 455, 601, 527–534, 535–544, 562–564 – Basis 529 – catastrophic reaction 545 – Rechte-Hemisphäre-Hypothese 545–546 – Störung 490–492, 545–551 Enkodierspezifität 442–443 Enkodierung, phonologische 360 Enthemmung 490, 685 – Zwangslachen 549 – Zwangsweinen 549 Entwicklung 617–618 Epilepsie 449–451, 547–548 – visuelle Reizerscheinungen 87 – Sprachblockade 336 EPI-Technik (Echo-Planar-ImagingTechnik) 10, 20 Erfahrungsnachwirkung 440–441 Erholung, spontane 641 equilibrium point theory (7 Gleichgewichtspunkt)

A–E

756

Sachverzeichnis

Erkrankung, degenerative (7 auch Demenz) 548 ERTAS (extended reticulo thalamic activating system) (7 auch ARAS) 557 Exekutive, zentrale 445–446 Exekutivfunktion (7 auch Frontalhirnfunktion) 479–488, 512–520 – Störung (7 auch Frontalhirnstörung) 492–495, h Exploration, Raum 215–216, 218 extended reticulo thalamic activating system (ERTAS) (7 auch ARAS) 556–557 Extinktion 261–271 – unilaterale 261–262 extrapyramidale Erkrankung (7 auch Parkinson-Syndrom, Gilles-de-laTourette-Syndrom) 521–523

F Farbenblindheit 34–35 Farbensehen (7 Farbwahrnehmung) Farbkonstanz 34, 39 Farbtemperatur 72 Farbwahrnehmung 33–40 – Farbinformation 39 Feature-similarity-gain-Modell 260 Feedback 292–294, 627–630 – bewegungsbezogenes 293 – propriozeptives 292–293 – sensorisches 292–293 – visuelles 292–293 FEF (frontal eye field) (7 Augenfeld, frontales) Fehlbenennen, modalitätsspezifisch visuelles (7 auch Agnosie, assoziative, Aphasie, optische) 129, 131–135 Filehne-Illusion 306 Filtertheorie der Aufmerksamkeit (7 Broadbents Filtertheorie) Fissura lateralis (7 Sylvi’sche Fissur) Fitts’ Gesetz 290 Fixation 297 Flankierer-Paradigma 242–244

FLASH-Technik (fast low angle shot) 10 Flexibilität 473–474, 494, 516 Flickerfarben 73 Flimmerskotom 85 fluency (7 Wortflüssigkeit) fMRT (funktionelle Magnetresonanztomographie) 9–14, 25 – Artefakte 10–11 – Auswertung 11–13 – Design 10–111 – ereigniskorrelierte (efMRT) 10 – Zeitreihenanalyse 13 Forced-choice-Verfahren 98 forced use therapy (7 constraint induced therapy) Formagnosie 130, 180, 317 Formation, hippocampale (7 Hippocampus) Formschätzung (Efron shapes) 180 fortification illusion (7 Flimmerskotom) Fovea 36 Freiheitsgrad 275–280 frontal eye field (7 Augenfeld, frontales) Frontalhirn (7 auch Frontallappen) 479–488 – Schädigung 489–500 Frontallappen (7 auch Kortex, präfrontaler) 361, 439, 455, 471–478

G Gain-field-Prinzip 165, 168–169 galvanische Stimulation 198 Gammaband 24 Ganser-Syndrom 459–460 Gedächtnis 435–467, 514–515, 516–519, 536 – Abruf 458–459, 486, 514 – Arbeitsgedächtnis (7 Arbeitsgedächtnis) – assoziatives 536 – autobiographisches 598 – Blockade 456, 460–461 – deklaratives 408, 438–440, 454 – Einspeicherung 449–456, 519 – – Störung 465

– episodisches 438–439, 454, 457–458, 518, 680 – ikonisches 446–447 – implizites 440–441, 515 – Kurzzeitgedächtnis (7 Kurzzeitgedächtnis) – Langzeitgedächtnis (7 Langzeitgedächtnis) – Modell 437–438 – nondeklaratives 440–441 – prozedurales 408 – semantisches 326, 366, 353, 438, 454, 457–458 – sensorisches (7 auch sensorisches Register) 437, 446–447 – Störung (7 auch Amnesie) 448–462, 485–486, 512, 514, 516, 578 – Struktur 439 Gefühl (7 Emotion) Gegenfarbkanal 37–38 Gehör – absolutes 428 – Bildung 428–429 Gelenkbewegung 161 Gelenkposition 282 Geräuschagnosie 147 Gesichtsausdruck 539–540, 543 Gesichtserkennung 115, 135–136, 537, 541 – selektive neuronale Aktivität 123–125 Gesichtsfeld-Ausfall (7 auch Hemianopsie, Quadrantenanopsie) 84, 88–96, 101, 180, 311, 566–567 Gesichtswahrnehmung (7 Gesichtserkennung) Gestaltkriterium (7 Gestaltprinzip) Gestaltprinzip 56–58, 108 Gestaltpsychologie 56 Geste 320–326 – Imitieren 320–324 Gilles-de-la-Tourette-Syndrom 521–522, 610, 613 – Koprolalie 522 – Tic 522 Gleichgewicht 207 Gleichgewichtsorgan 296 Gleichgewichtspunkt 282–285

757 Sachverzeichnis

Gliedmaßenapraxie (7 Apraxie) Globus pallidus 492, 512–513 Glukokortikoidsystem 527 Grammatikwissen 344, 638 Graphem-Phonem-Zuordnung 375 Gravizeptionssystem 209–211 Greifbewegung 315, 317–318 – distale Komponente 311–313 Größenkonstanz 75–76 Großhirnrinde (7 Kortex) Gruppieren, präattentives 262–266 GS-Modell (7 Suche, gesteuerte) guided activation 499 Gyrus angularis 160–161, 234–235, 356, 369, 396, 413–414 Gyrus cinguli 431, 498, 536, 659 Gyrus frontalis inferior 346, 593 Gyrus fusiformis 115, 414, 558 Gyrus supramarginalis 356 Gyrus temporalis medius 368, 379 Gyrus temporalis superior 194–195, 217, 352, 597 Gyrus temporalis inferior 368

H Habituation 617–618, 624 Halbseitenlähmung (7 Hemiparese) Halluzinose, pedunkuläre 86 Handareal 428, 430, 655 Handbewegung 275–285, 308, 316 – objektgerichtete 170–172 Handeffekt (7 auch optische Ataxie) 312–313 Hand-Faust-Sequenzen 686 Handregion (7 Handareal) Händigkeit 605–609 – Bestimmung 606 – Handgeschicklichkeit 605–606 – Handpräferenz 605–606 – Linkshänder 595, 598, 602, 607–609 – Rechtshänder 595, 598, 602, 605, 607–609 Handlung 286–288 – Antizipation 494 – Disposition 527

– – – –

Durchführung 479–481, 483–485 Folge, komplexe 328 Kontrolle 483–485, 493 Planung 290, 479–481, 483–485, 499, 518 – – Störung 513, 685 – Steuerung 286–295 – Vorbereitung 287–291 HAS (high amplitude sucking) 632 Hautberührung 161 Hautwertreaktion 531 Hautwiderstand 498 Hebb’sche Regel 643, 648 Hebb’scher Zellverband 643 Helligkeitskontrast, simultaner (7 Simultankontrast) Hemianopsie 84, 86, 90–91, 93–95, 99, 221, 566–567 Hemiparese 206, 567–569, 655, 662 Hemisphäre – Asymmetrie 431, 586–594, 595–604, 598–599, 610–614 – frontale Weite 588 – linke (7 auch Asymmetrie) 353, 356, 378, 595, 599, 601, 637 – okzipitale Weite 588 – rechte (7 auch Asymmetrie) 542–543, 545, 599, 600–601, 659 – sprachdominante (7 auch Sprachdominanz) 595 Hemmung (7 Inhibition) HERA-Modell (hemispheric encoding retrieval asymmetry) 455, 598 Hermann-Hering-Gitter 68, 70 Herpes-simplex-Enzephalitis 539, 541, 547–548 Herzrate 528–529 Heschl’sche Querwindung (7 auch Heschl’scher Gyrus) 147–148, 356, 430 Heschl’scher Gyrus 202, 586 Hicks Gesetz 288 high amplitude sucking (7 HAS) Hinweisreiz 216, 219 Hippocampus 199–200, 439, 443, 455, 459, 517, 678 – Resektion 450–451 Hirnpotential, ereigniskorreliertes (7 EKP)

Hirnstamm 505, 539 – Läsion 178 H.M. 449–451, 624 Holzwegeffekt (garden path effect) 351 Homunkulus 647–648 Hörnerv 192–193 Horopter 52 Hörrinde (7 Kortex, auditorischer) Hörtest, dichotischer 240, 596, 601 Hüllkurven-Zeitdifferenz, interaurale 188 Hypothalamus 472, 498, 535, 538–539, 546–548 Hysterie 459–460

I Identitätsknoten (person identity nodes) 136 IDM (7 inverses dynamisches Modell) Imitieren 320–324 Informationsverarbeitung 496 – sensorische (7 auch Wahrnehmung, visuelle) 254–255, 260 – unbewusste 266–268 – visuelle (7 auch Wahrnehmung, visuelle) 254–255 Inhibition 480–481, 513 – laterale 36, 67–69 inhibition of return (IOR) 245, 249–250 Instrumentalapraxie (7 Amusie) Integration, sensomotorische 61–63 Intention 294–295 Interferenz 100, 444, 483 – proaktive 444 – retroaktive 444 Interpolation, raum-zeitliche 75 Intrusion 463 Iowa gambling task 498 IPS (7 Sulcus, intraparietaler) Isoluminanz 33 IT-Kortex (inferiorer temporaler Kortex) 117–123 IT-Neurone 121–122, 125

E–I

758

Sachverzeichnis

J James-Lange-Theorie 528–529, 550 Jargon 358, 638

K Karte, kognitive 153–154, 157–159, 199–200 Kehlkopf 333 Kernspintomographie, funktionelle (7 fMRT) Kinematik 315–316 Kleinhirn 285, 299, 337–338, 457, 508–511, 518–519, 523–524, 627–630 – Asymmetrie 593 – Dysfunktion 509, 511, 548–549 – Erkrankung 381, 385 – Kletterfaser 629 – Körnerzellen 629 – Moosfasern 629 – Parallelfasern 629 Klüver-Bucy-Syndrom 547–578 Koartikulation 334 kognitive Karte (7 Karte, kognitive) Kommissur (7 auch Corpus callosum) 583–584 Komponente, negative (7 auch EKP N100, N200) 24 Komponente, positive (7 auch EKP P200, P300) 24 Konditionierung, klassische 624, 630 Konfabulation 463–467 – provozierte 463–464 – spontane 464–467 Konjunktion 269 Konsolidierung 443–444, 456–457 Kontrastverschärfung 67, 69 Kontrolle – exekutive 498 – kognitive 474–478 Koordinatensystem, retinales 307 Koordination, visuomotorische 130–131

Körperorientierung 208 Körperposition 210, 222 Körperschema 174 Korsakow-Syndrom 451–452, 516 Kortex – anteriorer cingulärer (ACC) 543, 547–548 – auditorischer (7 auch primär auditorischer) 193–194, 598 – – Läsion 194 –195 – inferiorer temporaler (7 IT-Kortex) – insulärer 569 – Kolumne 521 – motorischer (7 auch primär motorischer) 605, 655–657 – orbitofrontaler 431, 466–467, 490–491, 513, 536–538, 542, 547, 551 – parietaler (7 auch Parietallappen) 160–176, 313, 315, 316, 327, 393, 412 – – Läsion 262, 269, 308–309, 323–324 – parietookzipitaler, Läsion 225–226 – präfrontaler 361, 368, 393, 397, 439, 446, 471–478, 490–492, 513, 561 – – dorsolateraler 411, 430, 486–487, 493, 513 – – inferiorer 353 – – Schädigung (7 auch Frontalhirnschädigung) 489–500 – prämotorischer 172, 627, 660 – primär auditorischer (A1) 147, 367, 430, 647 – primär motorischer (M1) 25, 281, 285, 336, 337, 428, , 471, 627–628, 656–657 – – Läsion 337 – primär sensorischer 618 – primär visueller (7 V1) – sekundär visueller (7 V2) – somatosensorischer Kortex (7 auch Area 1, Area 2, Area 3) 627 – supplementär motorischer (7 Area, supplementärmotorische) – ventromedialer frontaler (VMF) 542 – visueller (7 auch V1, V2, V3) 254–256, 503, 567 Kraft-Längen-Funktion 282–283 Kurzzeitgedächtnis 437, 456 – auditives 425–426 – Störung 452–453

Kurzzeitspeicher – räumlicher 301 – visueller 228–231

L Labyrinthe 494 Landmarke 155–157 Längenschätzung 179 Langzeitgedächtnis 240, 437–445, 453, 480 – episodisches 438 – musikalisches 426 Larynx (7 Kehlkopf ) Läsion, experimentelle 25, 28 Läsionslokalisation 14–19 Lateralisation (7 auch Hemisphäre, Asymmetrie) 431 – Geschlechtsunterschied 593, 602 Lateralisationsunschärfe 189 Legasthenie (7 Dyslexie) Leitungsaphasie 3–4 Leitungsstörungen 3 Lemma 358 Lernen 617–631, 681 – emotionales 531 – explizites 624 – feedback 627–630 – implizites (7 auch Lernen, prozedurales) 624 – Kontexteffekt 442–443 – massiertes 443 – motorisches 285, 292, 624–631 – perzeptuelles 617–623 – prozedurales (7 auch Lernen, implizites) 624 – sensorisches 625 – S-R 648 – verteiltes 443 Lesen 373, 374–378 – Blickbewegung 94 – buchstabierendes (letter by letter reading) (7 Simultanagnosie) – Zwei-Bahnen-Modell 376–379 Lese-Rechtschreib-Schwäche (7 Dyslexie)

759 Sachverzeichnis

Leseunfähigkeit (7 Alexie) letter by letter reading (7 Simultanagnosie) Lexem 358–359, 383 Lexikon 632, 635–637 – mentales 344, 358 – musikalisches 426 Libet-Typ-Experimente 558–559 Lidschlagreaktion 533 limbisches System (7 System, limbisches) Linguistik 340 Linienhalbierung 180 Listing’sche Ebene (7 auch Listing’sches Gesetz) 340 Listing’sches Gesetz 279–280 Locus coeruleus 538, 557 Lokalisation, auditive (7 Raumorientierung, auditive) Lokomotion (7 Ortsveränderung) long term depression (LTD) 643 long term potentation (LTP) 643 Löschung (7 Extinktion)

M Mach-Bänder 67–68 magisches Auge 78–79 Magnetenzephalographie (MEG) 23–24, 347 – Zeitreihenanalyse 24 Magnetresonanztomographie, funktionelle (7 fMRT) Magnetstimulation, transkranielle (MEP, TMS) 25, 641 – repetitive (rTMS) 25 magnozellulärer Pfad (7 magnozelluläres System) magnozelluräres System 43–44, 89, 305, 503 Mammillarkörper 451 managerial knowledge unit (MKU) 497 Mandelkern (7 Amygdala) Mapping, sensorisches 92 Marker, somatischer 498–499 Markierung, visuelle 249–250

match-to-sample task 114 MBEA (Montreal Battery of Evaluation of Amusia) 433 McCollough-Effekt 73 Medianwand 487–488 MEG (7 Magnetenzephalographie) Mehrgelenksbewegung 282 Merkmalsbindung 56, 559 Merkmalsintegration 55–64 Merkmalsintegrationstheorie (MIT) 247–249, 268 Merkspanne 405 middle superior temporal area (7 Area MST) Migräne, ophthalmische 85, 87 Mikroelektrodenableitung 27, 28 Mikrostimulation 28–29 Mini Mental State Examination 679–680, 686 MIT (7 Merkmalsintegrationstheorie) MKU (7 managerial knowledge unit) MNI (7 Standardhirn) Modell, invers dynamisches (IDM) 625 Monitoring 480, 493 Morbus Pick 547–548 Morphem 342–343 Morphologie 340, 342–343, 632 Morphometrie 18–20 Morphosyntax 350 Morris water maze 156 Motoneuron (7 Neuron, Motoneuron) Motorik 601, 630 – zielgerichtete 275–285 M-System (7 magnozelluläres System) MT-Homolog, humanes (hMT) 45 MT-Komplex, humaner (hMT+) 45 Müller-Lyer-Täuschung 77 multiple views plus transformation (MVPT) 112 Musik 425–427, 601 – dynamische Struktur 426 – harmonische Struktur 426 – Melodiestruktur 426, 430–431 – mentale Repräsentation 429 Musiker 429–430, 645–646, 651–652 Musikhören (7 Musikwahrnehmung) Musikwahrnehmung 425–434 – Melodiewahrnehmung 430

J–N

– Plastizität 427–428 – Tonhöhendiskrimination 428, 430–431 Muskeldehnung 161 Mutismus 387 – akinetischer 490 Muttersprache 632 MVPT (7 multiple views plus transformation) Myasthenia gravis 381

N Nacheffekt (7 auch Täuschung, visuelle) 71, 81–82, 192, 617 Navigation 155–157, 200 NC (7 Nucleus caudatus) Necker-Würfel 79 Neglect 180, 194–195, 212–224, 235, 261–271, 313, 316, 570–572 – Aufmerksamkeitshypothese 219–220 – objektzentrierter 215–216 – raumzentrierter 215–216 – Repräsentationshypothese 220–222 Neologismus 358 Netzhaut 34–36, 296 Netzwerk, emotionales 532–533 Netzwerkorganisation 4 Neuheitsdetektion (novelty detection) 480–482 Neurochirurgie 25, 26 Neuron – auditorisch-visuelles 191 – cholinerges 557 – Fixationsneuron 162 – Folgebewegungsneuron 162 – Manipulationsneuron 162 – Motoneuron 283 – number 401 – orientierungsselektives 621 – rangfolgeselektives 397 – richtungsselektives 43–47, 257–258 – rotationssensitives 182 – Sakkadenneuron 162–168 – sensorisches 259

760

Sachverzeichnis

Neuron – Spiegelneuron (mirror neuron) 172, 429, 496, 543, 627 – visuomotorisches 63 Neurotransmission, Störungen 577 NGL (7 Corpus geniculatum laterale) NMDA-Rezeptorkomplex 557 Nominalphrase 341 Noniusdiskrimination 617–619 Notizblock, visuell–räumlicher 445–446 novelty detection (7 Neuheitsdetektion) Nucleus accumbens 431, 513, 537 Nucleus basalis Meynert 678 Nucleus caudatus (NC) 200, 218, 492, 512–513, 548 Nucleus geniculatum laterale (NGL) (7 Corpus geniculatum laterale, CGL) Nucleus subthalamicus (NST) 512 numerische Konzepte 391–399, 401 Nystagmus, optokinetischer 233, 297

O Objektagnosie, visuelle 128–135 Objekterkennung 11, 107–115, 117–123, 128–131, 268, 505–506, 601 – Alignment-Modell 112 – Ansichten, kanonische 113–114 – beobachterzentriertes Koordinatensystem 110–112 – lexikalische Phase 129, 132 – objektzentriertes Koordinatensystem 110–112 – perzeptive Phase 129–130 – selektive neuronale Aktivität 122 – semantische Phase 129, 131 Objektgebrauch 325–328 – Pantomime 325 Objektgruppierung 265 Objektkonstanz 72, 107, 129, 307 Objektorientierung (7 auch Objekterkennung), Agnosie 139–144 Objektrepräsentation 57–61 – dreidimensionale ( 3D) 110, 112

– weltzentrierte 174 – zweidimensionale ( 2D) 110, 112 Objektwahrnehmung (7 Objekterkennung) OKR (7 optokinetischer Reflex) Okulomotorik 280, 508 Okzipitallappen (7 auch Kortex, visueller) 566 old-new task 114 Operculum 352, 354 – anterior operculum syndrome 549 – frontales 337 – rolandisches 21 Optik, inverse 108 optokinetische Stimulation 198–199, 204 Orientierungsdiskrimination 179, 617 Orientierungsreaktion 153 Ortsfrequenz 80–82 Ortsgedächtnis 153, 158, 200 Ortskonstanz 306 Ortsveränderung (Lokomotion) 153 Ortszellen 200 Oszillation – phasensynchrone 559–560 – thalamokortikale 559–560 Otolithen 200–201

P Papez’scher Schaltkreis (7 Papez-Kreis) Papez-Kreis 453–454, 466, 515, 546 Parahippocampus 431, 439 Paragrammatismus (7 auch Satzverschränkung) 365–366 Paralexie, semantische (7 Dyslexie, Tiefendyslexie) Paraphasie 358–360, 366, 523 – phonematische 358–360 – semantische 358–360 parietal reach area (7 Area MIP) Parietallappen (7 auch Kortex, parietaler) 160–176, 368–369, 413, 542, 593 – inferiorer (IPL) 309 – posteriorer 313 – superiorer (SPL) 309

parietoinsulärer vestibulärer Kortex (PIVC) 174–175, 198–203 Parkinson-Krankheit (7 ParkinsonSyndrom) Parkinson-Syndrom 512–514, 521–522, 548, 550 – Dysarthrie 380–381 parvozelluläres System 43–44, 89, 305 Patch-Clamp-Technik 26, 27 Pegeldifferenz, interaurale 186–189 Penrose-Dreieck 77–78 periaqueductal gray (PAG) 538–539 Perseveration 476, 494 Persönlichkeit – Störung 498 – Veränderung 489 Perzept 557 PET (Positronenemissionstomographie) 7–12 Phantomschmerz (7 auch Amputation) 642, 650–651 Phasensynchronizität (7 Oszillation, phasensynchrone) Phineas Gage 489–490, 542 Phobie 532 Phonagnosie 149 Phonation 334, 337 Phonem 343–344 – Identifikation 352 Phonetik 343–344 Phonologie 340, 352, 632, 635 Phonotaktik 334 Phosphen 70 Photophobie 34 Photorezeptor (7 auch Zapfen, Stäbchen) 34 Phrenologie 1, 2 PIVC (7 parietoinsulärer vestibulärer Kortex) Plaids 73–74 Planum temporale 147, 589, 610–611 Plastizität 427–428, 617 – kreuzmodale 646–649 Pons-Läsion 569 Ponzo-Illusion 76 Positionsinvarianz 121 Positionsschätzung 180 Positionstransformation 156

761 Sachverzeichnis

Positronenemissionstomographie (7 PET) Primacy-Effekt 453 Priming 82, 440, 457, 515, 617–618 Problemlösen 480, 496, 518 Prosodie 334, 336, 354, 600, 636 – affektive 551 – emotive 550 Prosopagnosie (7 auch apperzeptive Agnosie) 115, 135–138 Proto-Selbst 563 Pseudowort 354 Psycholinguistik 344 Psychosyndrom, akutes organisches 576–578 P-System (7 parvozelluläres System) Pulvinar 218, 504–506 Purkinje-Phänomen 70 Purkinje-Zellen 629 Pusher-Syndrom 206–211 Putamen 218, 512 Pyramidenbahn 660

Q Quadrantenanopsie 86, 90–91

R Radiatio acustica 146 Raphe-Kerne 557 Raumkarten (7 kognitive Karten) Raumorientierung 153–159, 163 – auditive 185–195 – Störung 177–183 – – vestibuläre 201–205 – – visuelle 177–183, 225–226, 233–234 – vestibuläre 197–205 – visuelle 153–159 Raumrepräsentation 200 – Störung 223 Reaktion – Ausführung 287

– Auswahl 287–289 – Programmierung 289–290 Reaktionszeit (RZ) 245, 287–292 Reaktionszeitforschung (RT-Forschung) 287 Realität, virtuelle 153 Recency-Effekt 453, 680 Rechenfertigkeit 420–421 Rechenkünstler 421 Rechenoperation 683 Rechenstörung (7 Akalkulie) Rechnen 400–401, 405, 412–413 Redundanz – farbliche 36–37 – räumliche 36 Reflektanz 34, 39, 72 Reflex 277 – optokinetischer (OKR) 296–297 Refraktärperiode, psychologische (psychological refractory period, PRP) 240 Register, sensorisches 437, 446 Reizerscheinung, visuelle 84–87 Reiz-Reaktions-Kompatibilität 289, 295 Reorganisation, kortikale 640–653, 660–663 – Deafferenzierung 644–645 – input decrease 642 – input increase 642 – motorisches System 654–657 – sprachliches System 658–659 Retina (7 Netzhaut) retinale Querdisparität (7 Disparität, retinale) retinales Flussfeld (7 Bildverschiebung, retinale) rezeptive Felder 650 Richtungshören, Duplex-Theorie 189, 192–193 Richtungsparameter – binauraler 186–188 – monoauraler 188 Rigidität 494 Rindenblindheit (7 Blindheit, zerebrale) Risikoverhalten 499 Robotik 282 Rollvektion (7 Eigenbewegungsempfindung)

N–S

room tilt illusions (7 Verkehrtsehen) Rotation, mentale 113–115, 181–182, 600 Routen – dorsale visuelle 57, 89–90, 130–131, 180–181, 218, 317 – ventrale visuelle 57, 89–90, 130–131, 172, 180–181, 218, 268, 317, 562 RT (reaction time, 7 Reaktionszeit) Rubin’sche Gesichter, Figur 79–80 Rückenmark 284–285 Rule-breaking-Verhalten 493–494

S Sakkade 297–307, 471, 474, 505, 507 – Antisakkade 301–302 – Aufholsakkade 303 – Expresssakkade 299 – gedächtnisgeführte 301–302 – sakkadische Suppression 503 – visuell geführte 302 same-different task 114 Sättigung (7 Habituation) Satzproduktion 363–365 Satzverschränkung (7 auch Paragrammatismus) 365 Schalleinfallswinkel 186–188 Schallquelle 191 Schallschatten 186–188 Schallsignal 186–193, 324 Schallwellen 185–186, 334 Schema 496 – contention scheduling (CS) 496 – supervisory attentional system (SAS) 496 Schielamblyopie 60–61 Schielen 60–61 Schizophrenie 611–613 – Sehempfindungen 71 Schlaf 556–557 – REM 560 – Traumschlaf 557 Schlaganfall (7 auch Reorganisation, kortikale) 660–661, 663 Schleife, phonologische 445

762

Sachverzeichnis

Schmerz, chronischer 658 Schreckreaktion 530–531, 533 Schreiben 373 Schreibhand (7 Händigkeit, Bestimmung) Schriftsprache 356, 373–378 – Buchstabenverarbeitung 374, 376–378 Schröder’sche Treppe 80 Segmentierung 634 Sehrinde, primäre (7 V1) Sehschärfe 511 Selbst, autobiographisches 563 Selbstbewusstsein (7 auch Bewusstsein, personales) 563 Selbsttäuschung 573–574 self monitoring (7 Selbstkontrolle) Semantik 344, 348–349, 632 Sequenzieren 480 Sequenzlernaufgabe 440 Simultanagnosie 225–231, 263, 265 Simultankontrast 67 Sinnestäuschung (7 auch Täuschung, visuelle) 66 Skotom (7 auch Gesichtsfeldausfall) 90 Skript 573 SMA (7 Area, supplementärmotorische) SN (7 Substantia nigra) SOA (stimulus onset asynchrony) 240, 245 Somatoparaphrenie 567 Somatosensorik 162–163 Somatotopie 656 soziale Kompetenz 495 Sozialverhalten 490–492, 542 spatial cueing paradigma 242–245 Spatiotopie 193 speed-accuracy trade-off 290 Spiegelneuron (7 Neuron, Spiegel) SPI-Modell 457 Spleniumläsion 378 Split-brain-Patient 599–600 Split-span-Paradigma 240 Spontansprache 357, 363–365, 638 – agrammatische 363–365 – nichtflüssige 357, 366 – telegrammartige (7 auch Agrammatismus) 363

Sprachautomatismus (7 Automatismus, sprachlicher) Sprachblockade 336 Sprachdominanz 595, 602, 607 Sprache 340–355, 368, 521–524, 659 Sprachentwicklung 632–639 – Blickpräferenzmethode 635 Sprachlateralisation 586, 595–596, 606–607 Sprachperzeption (7 Sprachwahrnehmung) Sprachproduktion 359, 635–637 – Lallphase 636 – Schreiphase 636 Sprachregion, perisylvische 366, 410, 412, 598 Sprachstörung (7 Aphasie) Sprachverarbeitung 344–345, 356–355, 366 – Modell 346–347 Sprachverständnis 351–352 – Störung 366–367, 684 Sprachwahrnehmung 632–635 Sprechapparat, peripherer 334–336 Sprechapraxie 337, 380–382, 386–387, 522 Sprechbewegungsstörung, Störung, ataktische 385 Sprechen 333–339, 357 Sprechmotorik 337 – Kontrolle 338 – Störung 383–384 Sprechmuskulatur, Parese 384 Sprechstörung, zerebrale 380–388, 637 – Akinesie 384 – Ataxie 38 – Dyskinesie 385 – Rigidität 384 Sprechtempo 334, 337 SPV (subjektive posturale Vertikale) 208–209 Stäbchen (7 auch Photorezeptor) 34 Standardhirn 12, 20 Stereopsis 50–54 Stimmband 333 Stimmzittern (7 auch Tremor) 385 stimulus onset asynchrony (SOA) 240, 244–245

Stoppsignalexperiment 291 Stottern 21, 385 Stress 460 Streulicht 97 Striatum (7 auch Basalganglien, Nucleus caudatus, Putamen) 508 – ventrales 537 Stria terminalis 537–538 Stroop-Effekt 475–476 Stroop-Test (7 Stroop-Effekt) STS (7 Sulcus temporalis superior) Substantia nigra (SN) 512, 548 Substanz, weiße 20 Suche – gesteuerte (GS) 248–249 – parallele 246–249 – serielle 246–249 – visuelle 246–249, 268–269 Sulcus, intraparietaler (IPS) 166–168, 172–174, 309, 393, 395, 398, 411–413, 415 Sulcus centralis 593 Sulcus temporalis superior (STS) 123–125, 163, 368 Sylvi’sche Fissur 338, 369, 586–588 sympathikoadrenerges System 527 Synchronisation, neuronale 58–64, 657 Syntax 340–341, 349–351, 353, 400 – Erwerb 635–637 – musikalische 426 – Wissen 632 Syrinx 333 System, limbisches 453–455, 456, 466, 512, 515, 536, 546–548

T tachistoskopische Darbietung 596, 599–601 Talairach (7 Standardhirn) Täuschung, visuelle 66–81 Temporallappen 346, 352–354, 361, 369, 536, 542 – Epilepsie (7 auch Epilepsie) 547–548 – Läsion 194, 317, 348, 433–434, 565

763 Sachverzeichnis

– medialer 438–439, 442–443, 452, 465 – – Läsion 449–451 Temporalpol 458 Textur 33 Thalamus 504, 515–518, 557, 641 – dorsolateraler 200 – Läsion 178, 201, 492, 523, 569 – medialer 451, 492 – posteriorer 210 – vestibulärer 201 Theory of Mind 484, 495–496, 543 Tiefendiskrimination, stereoskopische 617, 620 Tiefenelektroden 25, 26 Tiefeninformation 50 Tiefensehen 50–54 Tiefensensibilität 570, 572 Tierexperiment 26 Tinnitus 642 Token-Test 684 Tonotopie 647 Tower-of-London-Aufgabe 496–497 Tracer 584 Tradingphänomen 189 Trajektorie 318, 301, 304, 625–627 – Bewegung 279, 281, 285, 304 Transformation, visuomotorische 313–315 Transkodierungsprozess 406 Traumschlaf (7 Schlaf, Traumschlaf ) Tremor (7 auch Stimmzittern) 385 Triple-code-Modell 406–408, 410–412, 416, 419

U Unaufmkerksamkeitsblindheit 250–251 Urbach-Wiethe-Krankheit 455 Urteilsfähigkeit, Störung 685

V V1 37, 86, 89–90, 180, 254–256, 264, 268, 559, 618, 621–623, 647

– Läsion 86, 97, 100–101 V2 37, 264 V3 32, 203 V4 37–38, 120–121 V5 42, 203, 311, 303 V7 311 Vektion (7 auch Eigenbewegung) 50, 203, 297 Veränderungsblindheit 250–251 Vergessen 444–445 Verhalten, Störung 492–493 Verkehrtsehen 202 Verwirrtheitszustand (7 Bewusstseinsstörung) Vestibularapparat 199 Vestibularissystem 154 Vierhügel (7 auch Colliculus superior) 506–508 view interpolating (7 Bildinterpolationsansatz) Vigilanz 255, 556 visual search (7 Suche, visuelle) visuelles System (7 auch Wahrnehmung, visuelle) 88–95 visuokonstruktive Störung 578, 686 Vokalisation 336 Vorn-hinten-Unterscheidung 189–190

W Wada-Test 568–569–570, 595, 598 Wahrnehmung, visuelle 130, 250, 309–310, 305–307, 503–511, 617 Wahrnehmungsstörung 578 – zentral auditive 145 Wasserfallillusion 41, 75 WCST (7 Wisconsin Card Sorting Test) Wegintegration 154–155 Wellenlänge 34, 35 Wernicke-Areal 346, 352, 356–357, 659 Wesensänderung 490–492 Wettstreit, binokulärer 61–62 Wilson-Krankheit 512–513 Wisconsin Card Sorting Test (WCST) 598, 474 Wissen 497

S–Z

– assoziatives 440 – prozedurales 457 – semantisches 369 Witzelsucht 490 Wortbedeutung 349, 369 Wortfindung 598 – Störungen 357–362, 366, 523, 684 – – Eigennamen 362 Wortflüssigkeit 516, 684 Wortform 340–341, 369 Wortlängeneffekt 445 Wortschatzentwicklung 636 Wortschatzexplosion 636–637 Wortverarbeitung 374, 376–378

Z Zahl 391–399, 400–402, 406, 415 – Distanzeffekt 407 – Form 410–411, 417 – mentaler Größenvergleich 401, 413, 416 – Problemgrößeneffekt 407, 409 – SNARC-Effekt 399, 407 Zahlenstrahl, mentaler 399, 407 Zahlenverarbeitung 389–399, 401–408, 413, 415, 417, 419 Zahlwort 400, 407, 410, 601 Zapfen (7 auch Photorezeptor) 34–36 Zeitdifferenz, interaurale 186–189, 192, 194 Zeitreihenanalyse (7 fMRT, EEG, MEG) Zöllner’sche Illusion 77 Zwangslachen (7 Enthemmung) Zwangsstörung 610 Zwangsweinen (7 Enthemmung)