Motorische Reorganisation bei Hirntumoren - eine fMRT ... · Motorische Reorganisation bei...

Motorische Reorganisation bei Hirntumoren - einefMRT-Verlaufsstudie

Dissertation

zur Erlangung des akademischen Grades

Dr. med.

an der Medizinischen Fakultät

der Universität Leipzig

eingereicht von: Michael Thomas Frauenheim

geboren am 23.08.1976 in Rochlitz

angefertigt am: Max-Planck-Institut für Kognitions- und

Neurowissenschaften, Leipzig

Betreuer: PD Dr. med. Margret Hund-Georgiadis

Prof. Dr. med. Arno Villringer

Beschluss über die Verleihung des Doktorgrades vom 23.06.2015

Inhaltsverzeichnis

Bibliographische Beschreibung 1

Abkürzungsverzeichnis 2

1. Einleitung 4

2. Theoretischer Hintergrund 7

2.1. Neuroonkologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2. Motorisches System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2.1. Kortikale Organisation der Motorik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2.2. Kortikofugale Bahnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.2.3. Subkortikale Organisation der Motorik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3. Zerebrale Plastizität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.3.1. Definition & Prinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.3.2. Akute zerebrale Läsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.3.3. Langsam fortschreitende zerebrale Läsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.3.4. Aufgabenkomplexität und motorisches Lernen . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.4. Funktionelle Bildgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.4.1. Grundlagen der Magnetresonanztomographie (MRT) . . . . . . . . . . . . 23

2.4.2. Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) . . . . . . . . . . . . . 26

3. Materialien und Methoden 30

3.1. Probanden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.1.1. Patienten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.1.2. Kontrollgruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.2. Edinburgh-Handedness-Inventory (EHI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.3. fMRT-Studie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.3.1. Versuchsaufgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.3.2. Versuchsablauf und Datenerhebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.3.3. Auswertung der fMRT-Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

i

Inhaltsverzeichnis ii

4. Ergebnisse 43

4.1. Einzelfallanalyse - Patienten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.1.1. Klinische Beschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.1.2. Strukturelle Anatomie und Morphometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.1.3. fMRT-Aktivierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.2. Gruppenanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.2.1. Primär somatomotorischer Cortex (MI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4.2.2. Dorsolateraler prämotorischer Cortex (PMd) . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4.2.3. Supplementär-motorisches Areal (SMA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.2.4. Sulcus intraparietalis (IPS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.2.5. Lobulus parietalis superior (SPL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.2.6. Kleinhirn (CER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.2.7. Kortikale Hemisphäre (HEM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

5. Diskussion und Ausblick 65

5.1. Einzelfallanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

5.2. Gruppenanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5.3. Limitationen und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

6. Zusammenfassung 73

Literaturverzeichnis 89

A. Abbildungen 90

B. Tabellen 101

Selbständigkeitserklärung 115

Lebenslauf 116

Danksagung 118

Bibliographische Beschreibung

Frauenheim, Michael Thomas

Motorische Reorganisation bei Hirntumoren - eine fMRT-Verlaufsstudie

Universität Leipzig, Dissertation

121 Seiten, 220 Literaturquellen, 19 Abbildungen, 24 Tabellen

Referat:

Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) mit einer Feldstärke von 3T ist in der

prächirurgischen Nutzen-Risiko-Evaluation von Patienten mit Hirntumoren in bzw. im Bereich

funktionell bedeutsamer Regionen, wie beispielsweise in Nachbarschaft zum Sulcus centralis, gut

etabliert. Das Konzept der Neuroplastizität umfasst unter anderem Mechanismen zur zerebra-

len kortikalen Reorganisation nach Hirnschädigung. Ziel der vorliegenden prospektiven fMRT-

Verlaufsstudie ist die Evaluation der noch wenig bekannten längerfristigen funktionellen Ver-

änderungen des Gehirns nach neurochirurgischer Intervention. Zu diesem Zwecke wurden 14

Patienten mit Hirntumoren innerhalb oder in der Nähe des primären motorischen Cortex (MI)

in die Studie eingeschlossen, welche sich einer neurochirurgischen Behandlung unterzogen. Bei

12 der Patienten wurde sowohl prä- als auch postoperativ eine funktionelle Bildgebung (fMRT)

anhand des motorischen Paradigmas des unimanuellen und bimanuellen Fingertappens in einem

3T MRT-Scanner durchgeführt. Wegen Bewegungsartefakten konnten lediglich 9 der Patien-

ten in die weitere Auswertung eingeschlossen werden. Als Kontrollgruppe diente eine einmalige

Untersuchung von neun gesunden Probanden.

An längerfristigen Reorganisationsmustern konnten bei Patienten ohne Handparese sowohl

die Rekrutierung der geschädigten als auch der intakten Hemisphäre des kortikalen motorischen

Netzwerkes aufgezeigt werden. Tumorwachstum im Bereich des supplementär-motorischen Areals

(SMA) ging mit einer bilateralen Rekrutierung der rostralen Portion des SMA (SMAr) einher.

Die postoperative Reorganisation des motorischen Netzwerkes umfasste unter kontraläsionalen

Fingertappen eine Lateralisierung der Aktivierung der SMAr zur nicht betroffenen Hemisphäre.

Diese war umso ausgeprägter je größer das Tumorvolumen oder je näher der Tumor zur SMAr

gelegen war. Demnach kann eine Dysfunktion der ipsilateralen SMAr präoperativ durch eine

bilaterale und postoperativ durch eine kontraläsionale Rekrutierung kompensiert werden.

1

Abkürzungsverzeichnis

2D zweidimensional

3D dreidimensional

AC Comissura anterior

ANOVA Varianzanalyse

BA Brodmann-Areal

BH Bimanuelles Fingertappen

BOLD Blood oxygen level dependent

bzw. beziehungsweise

C kontraläsional

CER Cerebellum

CERA Lobus cerebellaris anterior

CERP Lobus cerebellaris posterior

CH Kontraläsionales Fingertappen

CMA Cinguläres motorisches Areal

CT Computertomographie

DCS Direct current stimulation

dHb Desoxygeniertes Hämoglobin

DTI Diffusions-Tensor-Bildgebung

EHI Edinburgh-Handedness-Inventory

EPI Echo-Planar-Imaging

FDR False-Discovery-Rate

FG Freiheitsgrad

fMRT Funktionelle Magnetresonanztomogra-

phie

FWE Familywise-Error-Rate

FWHM Full Width at Half Maximum

GLM General linear model

Hb Hämoglobin

HDR Hemodynamic Response

HEM Hemisphäre

HF Hochfrequenz

I ipsiläsional

ID Identifizierungsnummer

IH Ipsiläsionales Fingertappen

IPL Lobulus parietalis inferior

IPS Sulcus intraparietalis

LCD Liquid-Crystal-Display

LGG Low-grade glioma

LI Lateralitätsindex

Lipsia Leipzig Image Processing and Statisti-

cal Inference Algorithms

lPMC Lateraler prämotorischer Cortex

LTP Long term potentiation

MDEFT Modified Driven Equilibrium Fourier

Transform

MEG Magnetenzephalographie

MI Primär motorischer Cortex

MI-4a Area 4 anterior

MI-4p Area 4 posterior

MPC Mesialer prämotorischer Cortex

MR Magnetresonanz

MRCS Medical Research Council Skala

2

Abkürzungsverzeichnis 3

MRT Magnetresonanztomographie, Kernspin-

tomographie

Ncl. Nucleus

Ncll. Nuclei

NMR Nuclear Magnetic Resonance, Kernspin-

resonanz

NPMA Nicht primäre motorische Areale

PAC Postarcuate Cortex

PC Comissura posterior

PET Positronen-Emissions-Tomographie

PMC Prämotorischer Cortex

PMd Dorsolateraler prämotorischer Cortex

PMdc Kaudaler dorsolateraler prämotorischer

Cortex

PMdr Rostraler dorsolateraler prämotorischer

Cortex

PMv Ventrolateraler prämotorischer Cortex

PMvc Kaudaler ventrolateraler prämotorischer

Cortex

PMvr Rostraler ventrolateraler prämotori-

scher Cortex

PPC Posteriorer parietaler Cortex

pre-SMA Prä-supplementär-motorisches Are-

al

rCBF Regional cerebral blood flow

rCBV Regional cerebral blood volume

rCGU Regional cerebral glucose utilization

rCOA Regional cerebral oxygen avallability

rCOU Regional cerebral oxygen utilization

rOEF Regional oxygen extraction fraction

ROI Region of interest

SI Primärer somatosensorischer Cortex

SMA Supplementär-motorisches Areal, sup-

plementär-motorischer Cortex

SMA proper Supplementär-motorisches Are-

al proper

SMAc Kaudale Portion des SMA proper

SMAr Rostrale Portion der SMA proper

SMI Primärer somatosenso-motorischer Cor-

tex

SNR Signal-Rausch-Verhältnis

sog. sogenannt

SPL Lobulus parietalis superior

SPM Statistical parametric map

tDCS Transkranielle Gleichstromstimulation

TE Echozeit

TR Repetitionszeit

u. a. unter anderen

VCA Frontalebene durch die AC

VCP Frontalebene durch die PC

VGC Frontalebene durch das Genu corporis

callosi

WHO World-Health-Organization

z. B. zum Beispiel

ZNS Zentralnervensystem

Kapitel 1

Einleitung

„Auf der Welt gibt es nichts, was sich nicht verändert,

nichts bleibt ewig so wie es einst war.“

Zhuangzi (ca. 365 - 290 v. Chr.), chinesischer Philosoph

Abgeleitet von dem griechischen Wort plastein - „gestalten“, „formen“ - ist unter Plastizität im

weitesten Sinne Verformbarkeit zu verstehen. Bezogen auf das Gehirn ist Neuroplastizität

dessen Fähigkeit durch morphologische bzw. funktionelle Veränderung synaptischer, neuronaler

und kortikaler Eigenschaften sich an veränderte Umweltbedingungen oder pathologische Verän-

derungen anzupassen und neue Verhaltensweisen auszuformen (Donoghue u. a., 1996; Karnath

und Thier, 2012). Erstmalig in das Gebiet der Neurowissenschaften eingeführt wurde der Begriff

der Plastizität mit der Überlegung, dass der beachtlichen Flexibilität des menschlichen motori-

schen Verhaltens ein modifizierbares neuroanatomisches Substrat zugrunde liegen müsse (James,

1890; Cajal, 1904). Demnach sei nach Cajal (1904) beim Erwerb neuer Fertigkeiten ein Wechsel

zwischen rascher Inanspruchnahme zuvor bestehender neuronaler Bahnen zu später neu entste-

henden anzunehmen. Die Idee der neuronalen kortikalen Plastizität wurde schon in Arbeiten

von Brown, T. Graham und Sherrington, C. S. (1912) und Leyton und Sherrington (1917) mit

berücksichtigt. Konträr dazu formulierte Cajal (1928) später das „Dogma der Regenerationsun-

fähigkeit“ für Nervenzellen sowie des Zentralnervensystems (ZNS), welches bis Ende des zweiten

Drittels des 20. Jahrhunderts fortbestand. Entgegen dieser Annahme stehen Forschungsergeb-

nisse der letzten Jahrzehnte, welche belegen, dass das Gehirn auch im Erwachsenenalter ein

beträchtliches Ausmaß an Neuroplastizität und daraus folgender Funktionsanpassung aufweist.

Darunter zählt zum einen die auf mikroskopischer Ebene stattfindende Modulation der Struktur

und Funktion von Synapsen sowie neurales Wachstum nach Verletzungen (Kolb und Whishaw,

4

Einleitung 5

1998). Zum anderen sind auf makroskopischer Ebene Veränderungen kortikaler Repräsentations-

muster zuzurechnen. Erst dadurch ist das Gehirn fähig sich an physiologische und pathologische

Veränderungen anzupassen.

Neurochirurgische Interventionen stellen Eingriffe dar, die in die strukturelle Basis von neuro-

physiologischen sowie neuropsychologischen Prozessen invasiv eingreifen. Im Sinne einer Nutzen-

Risiko-Abwägung wird deren Einsatz bei Erkrankungen erwogen, die wie Hirntumore entweder

einen vorzeitigen Tod bzw. schwerwiegende Behinderungen zur Folge haben können. Unter Ver-

wendung von Operationsmikroskopen sowie miniaturisierten Operationsinstrumenten, Neurona-

vigation, intraoperativer Sonographie, prä- sowie intraoperativer funktioneller Magnetresonanz-

tomographie (fMRT), elektrophysiologischem Monitoring wird versucht die Invasivität neuro-

chirurgischer Eingriffe zu minimieren, um gesundes Gewebe bestmöglich zu schonen. In diesem

Kontext steht die präoperative „Kartierung“ funktioneller Areale neuroanatomischer Systeme

mittels fMRT, durch welche operationsbedingte Schädigungen des Gehirns und damit einherge-

hende neurologische bzw. neuropsychologische Defizite reduziert werden können. Bislang konn-

ten sowohl aus der funktionellen Bildgebung mittels fMRT als auch im Rahmen intraoperativer

direkter Elektrostimulation zunehmend Erkenntnisse über prä-, intraoperative und kurz- bis mit-

telfristige postoperative Reorganisationsmechanismen gewonnen werden (Desmurget u. a., 2007;

Duffau, 2011). Längerfristige postoperative strukturelle sowie funktionelle Veränderungen des

Gehirns wurden bislang nur selten prospektiv untersucht. Faktoren, die Reorganisationsprozes-

se des Gehirns einleiten bzw. beeinflussen können, sind u. a. die Histopathologie und die Lage

des Hirntumors, der neurochirurgische Eingriff selbst, Chemotherapie, Bestrahlung und eine an-

schließende Rehabilitationsbehandlung.

In dieser prospektiven Studie sollen mithilfe der fMRT längerfristige funktionelle Veränderun-

gen des von Hirntumoren sowie der durchgeführten neurochirurgischen Intervention beeinflussten

bzw. geschädigten Gehirns hinsichtlich des involvierten motorischen Systems untersucht werden.

Dementsprechend werden zunächst in einer Einzelfallanalyse im Vergleich zu präoperativen Ak-

tivierungsmustern postoperative Reorganisationsmuster unter Fingertappen erfasst. Dabei sollen

Aktivierungen des motorischen Netzwerkes hinsichtlich ihrer Ausprägung und Lateralisierung be-

rücksichtigt werden. Im Langzeitverlauf ist sowohl eine vermehrte Rekrutierung der geschädigten

Hemisphäre als auch der intakten Hemisphäre anzunehmen. Letzteres wurde mit der Hypothe-

se einer hierarchischen Ordnung kortikaler Reorganisationsmuster eher mit einem schlechteren

funktionellen Ergebnis der Reorganisation in Verbindung gebracht (Desmurget u. a., 2007). Krai-

nik u. a. (2004) konnte in einer prospektiven Studie dagegen an Patienten mit niedrigmalignen

Gliomen im Bereich des medialen Frontallappens in der Nähe des supplementär-motorischen

Areals (SMA) präoperativ eine verminderte ipsiläsionale sowie verstärkte kontraläsionale Akti-

vierung des SMA und postoperativ nach dessen Resektion und funktioneller Restitution neuro-

logischer Ausfälle eine vermehrte Rekrutierung sekundärer motorischer Areale nachweisen. Trotz

funktioneller Restitution wären demnach auch Reorganisationsprozesse denkbar, die neben der

geschädigten auch die intakte Hemisphäre einbeziehen. Es soll dabei auch geprüft werden, ob

im Längsschnitt neben der Histopathologie die Größe und Lokalisation der Neoplasien (im Sinne

der Entfernung zum primären motorischen Cortex (MI) und SMA) in Beziehung mit erhobenen

Einleitung 6

Reorganisationsmustern des zu betrachtenden motorischen Netzwerkes stehen.

Beginnend mit der Einführung in die theoretischen Grundlagen sollen für die Studie relevante

Informationen zur Neuroonkologie, Neuroanatomie sowie zerebralen Plastizität und funktionel-

len Bildgebung gegeben werden. Anschließend werden im Methodenteil Aufgabenparadigma der

Studie, der technische Ablauf des Experimentes sowie wesentliche Schritte der Auswertung der

fMRT-Daten beschrieben. Im Ergebnisteil werden die Patienten in der Einzelfallanalyse hinsicht-

lich ihrer Klinik, Tumore, Behandlung und fMRT-Aktivierungen charakterisiert. In der Gruppen-

analyse werden die Ergebnisse unter Berücksichtigung der jeweiligen Regionen des motorischen

Netzwerkes dargestellt. Im Diskussionsteil folgt eine kritische Beleuchtung der Ergebnisse hin-

sichtlich der genannten Fragestellungen und der aktuellen Studienlage.

Kapitel 2

Theoretischer Hintergrund

In diesem Kapitel werden die theoretischen Grundlagen der Neuroanatomie und der Plastizität

des motorischen Systems gelegt. Im Abschnitt (2.4) folgen Ausführungen zu den Grundlagen

der funktionellen MR-Tomographie. In den jeweiligen Abschnitten werden die Plastizität und

die funktionelle Bildgebung beeinflussenden Variablen mit Relevanz für die Interpretation der

Ergebnisse berücksichtigt.

2.1. Neuroonkologie

Unter dem Begriff der Neoplasie wird eine autonome Neubildung von Geweben aufgrund einer

Störung oder Verlust der Wachstumsregulation verstanden (Pschyrembel, 2004). Primäre Hirn-

tumore umfassen Tumore, die vom Neuroepithel, Ganglienzellen, Nervenscheiden, den Meningen,

der Hirnanhangsgebilde, der Hirngefäße bzw. des Plexus choroideus ausgehen oder von ektopen,

intrakraniellen Gewebe stammen (Hacke und Poeck, 2010). Die Inzidenz primärer Hirntumore

beträgt insgesamt 12-20 pro 100 000 Einwohner pro Jahr (Schlegel u. a., 2009). Die Prävalenz

primärer Hirntumore liegt bei etwa 50 pro 100 000 Einwohner pro Jahr. Im Jahr 2010 erkrankten

entsprechend der Broschüre „Krebs in Deutschland 2009/2010“ 3890 Männer und 3030 Frauen

an Krebserkrankungen des ZNS (Kaatsch u. a., 2013). Dabei sind Gliome mit einer jährlichen

Inzidenz von 4-5 pro 100 000 (40%) am häufigsten und werden von den Meningeomen (20%),

den Neurinomen (8%) und Hypophysenadenomen (6%) gefolgt (Hacke und Poeck, 2010). Zu den

sekundären Hirntumoren zählen Metastasen von Tumoren anderer Lokalisation sowie Tumore,

die von den das Gehirn umgebenden knöchernen Strukturen ausgehen. Metastasen sind die häu-

figsten intrakraniellen Tumore und weisen schätzungsweise eine Inzidenz von ca. 6 - 8/100 000

und Jahr auf. Bei mehr als 25% der Patienten mit systemischen Tumoren treten Hirnmetastasen

auf (Gavrilovic und Posner, 2005). Häufigste zugrunde liegende Primärtumore sind u. a. Bron-

chialkarzinome, Mammakarzinome, maligne Melanome und Nierenzellkarzinom (Schlegel u. a.,

2003). Obgleich ZNS-Tumore in jedem Lebensalter auftreten können, liegt das mittlere Erkran-

kungsalter nach Kaatsch u. a. (2013) für Frauen bei 67 Jahren und für Männer bei 61 Jahren.

Die World-Health-Organization (WHO)-Klassifikation der Tumore des ZNS beruht in ihrer

7

2.1 Neuroonkologie 8

revidierten Fassung von 2007 auf einer morphologischen Einteilung, welche histogenetische Ge-

sichtspunkte und die Entwicklungsgeschichte des ZNS berücksichtigt, sodass ein Hirntumor demje-

nigen Zelltyp zugeordnet wird, aus dem er hervorgegangen ist (Kleihues u. a., 2002; Louis u. a.,

2007). Entsprechend des Ausmaßes der histopathologischen Entdifferenzierung der Hirntumore

werden vier Malignitätsgrade (WHO-Grad I-IV) unterschieden.

Abhängig von der Lokalisation, der Aggressivität des Tumorwachstums und Ausbildung eines

peritumoralen Ödems kommt es zur entsprechenden Progression klinischer Symptome. Langsam

wachsende Tumore können eine beträchtliche Größe erreichen, bevor sie symptomatisch werden.

Dagegen kommt es bei schnellem Wachstum zu einer raschen Entwicklung von Symptomen und

dies auch schon bei kleinen Volumina. Neurologisch fokale Symptome werden u. a. durch Infiltra-

tion, Kompression, Druckschädigung zerebraler Strukturen und Ischämie als Folge der Kompres-

sion von Gefäßen verursacht. Bei 30-70% der Fälle treten als Frühsymptome fokale oder sekundär

generalisierte epileptische Anfälle auf (Schlegel u. a., 2009). Entsprechend der Tumorlokalisation

können weitere neurologische, neuropsychologische, psychische oder endokrine Symptome auftre-

ten. Neben Kopfschmerzen können an weiteren Symptomen einer intrakraniellen Druckerhöhung

Übelkeit, Erbrechen, Stauungspapille, Puppillenstörungen bis hin zu Einklemmungszeichen hin-

zutreten.

Therapeutisch stehen in Abhängigkeit einer günstigen Nutzen-Risiko-Relation für den jewei-

ligen Patienten neurochirurgische Operation, Strahlentherapie sowie Chemotherapie zur Verfü-

gung. Zusätzlich können Hirndrucktherapie sowie Schmerztherapie erforderlich werden. Ziel der

operativen Therapie ist eine möglichst radikale Resektion des Tumors, welche bei eloquenter

Lokalisation von Hirntumoren drohende postoperative Defizite und dadurch eine verminderte

Lebensqualität zur Folge haben kann. Zur exakten Resektion und Schonung angrenzender funk-

tioneller Hirnstrukturen wird die sogenannte Neuronavigation eingesetzt. Darunter versteht man

die Verwendung von prä- und intraoperativ erhobenen kraniellen Computertomographie (CT)-

bzw. Magnetresonanztomographie (MRT)-Daten zur intraoperativen Orientierung bei gleichzei-

tiger mechanischer Fixation des Schädels. Die Implementierung von fMRT- oder Magnetenze-

phalographie (MEG)-Daten zur Lokalisation und Schonung von an eine Hirnläsion angrenzende

bzw. involvierte eloquente Hirnstruktur in die durch Neuronavigation gestützte Resektion der

Hirnläsion, bezeichnet man als funktionelle Neuronavigation (Nimsky u. a., 1999; Rutten u. a.,

2003). Eine derartige „Kartierung“ funktioneller Areale mittels fMRT kann analog zur intraopera-

tiven elektrophysiologischen Stimulation das Risiko einer operationsbedingten Schädigung dieser

Strukturen reduzieren. Im Vergleich zur Elektrokortikographie weist die prächirurgische fMRT-

Lokalisation von Körperrepräsentationen im präzentralen und postzentralen Gyrus eine hohe

Sensitivität auf (Lehericy u. a., 2000). Durch die zusätzliche Berücksichtigung wichtiger Faser-

bahnen mittels Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) kann eine weitere Verbesserung der Planung

und Durchführung neurochirurgischer Eingriffe erzielt werden (Nimsky u. a., 2005). Intraoperativ

ermöglicht die direkte Elektrostimulation von Hirnstrukturen sowohl eine kortikale als auch eine

subkortikale Kartierung der Hirnfunktionen untersuchter Hirnregionen. Dies kann im Rahmen

der Resektion von Hirntumoren zu jedem Zeitpunkt und an jeder beliebig zu untersuchenden

Stelle des Operationsfeldes durchgeführt werden. Dabei erweist sich diese Methode sowohl in der

2.2 Motorisches System 9

Erweiterung der Indikationsstellung bei Involvierung eloquenter Hirnareale, in der Reduktion des

Risikos postoperativer Spätfolgen als auch in der Verbesserung des Ausmaßes der Tumorresektion

als förderlich (Duffau u. a., 2005; Duffau, 2007). Schließlich ist es im Rahmen von Rezidivope-

rationen notwendig, neben der individuellen Repräsentation eloquenter Areale deren kortikale

Reorganisation unter sowie nach der Entstehung einer Läsion bzw. Resektion eines Hirntumors

zu berücksichtigen.

2.2. Motorisches System

2.2.1. Kortikale Organisation der Motorik

Innerhalb der zweiten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts differenzierte man hauptsächlich zwi-

schen drei motorischen Gebieten: der primäre motorische Cortex (MI), das prämotorische und das

supplementär-motorische Areal. Die fortschreitende Entwicklung architektonischer Kartierungs-

methoden und funktioneller bildgebender Verfahren führte zu einer Erweiterung der Kenntnisse

der strukturellen und funktionellen kortikalen Organisation des motorischen Systems.

Anatomisch kortikale Kartierung und Funktionszuordnung

Histologisch wird die Hirnrinde in sechs Schichten untergliedert, die je nach Lokalisation in ih-

rer relativen Dicke und Zelldichte, Größe, Form und Anordnung der Perikarya, der Gegenwart

spezieller Zellen (z. B. Betz-Riesenzellen) und weiteren histologischen Kriterien variieren kön-

nen. Aufgrund dieser nicht isotropen Zytoarchitektonik kann die Großhirnrinde je nach zugrun-

de liegenden zytoarchitektonischen Kartierung in 14 bis über 200 Areale untergliedert werden

(Nieuwenhuys u. a., 2008). Die heute gebräuchlichste und in dieser Studie verwendete Kartie-

rung geht auf Arbeiten des deutschen Neurologen und Psychiaters Brodmann (1909) zurück, der

die Hirnrinde in 52 Areale unterteilte, die ihm zu Ehren als Brodmann-Areale (BA) bezeichnet

wurden (Abbildung 2.1). Es wurde konstatiert, dass Unterschiede in der Architektur kortikaler

Areale unterschiedliche Funktionen zur Folge haben müssten und umgekehrt, dass unterschiedli-

che Funktionen einen unterschiedlichen kortikalen Aufbau erfordern (Vogt und Vogt, 1919). Das

klassische funktionelle Konzept des motorischen Cortex unterschied 3 Gebiete: der somatotop ge-

gliederte primäre motorische Cortex (BA 4), der im Gyrus precentralis gelegen ist; das somatotop

gegliederte supplementär-motorische Areal (mesialer Teil des BA 6) (Penfield und Welch, 1951;

Woolsey u. a., 1952) und die auf Läsionsstudien basierende funktionelle Trennung des prämoto-

rischen Cortex (lateraler Teil des BA 6) vom primären motorischen Cortex (Fulton, 1935). Seit

den 90er Jahren fand eine Novellierung des die zweite Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts domi-

nierenden klassischen, stark vereinfachten Konzepts der kortikalen Organisation des motorischen

Systems hin zu einem komplexer werdenden Mosaik aus anatomisch und physiologisch distinkten

Arealen statt (Rizzolatti u. a., 1998; Roland und Zilles, 1996; Geyer u. a., 2000). Grundlage dieses

Fortschrittes war die Weiterentwicklung von anatomischer (zytoarchitektonische, myeloarchitek-

tonische, metabolische architektonische, synaptische und rezeptorbezogene Parzellierung) sowie

funktioneller Methoden zur Parzellierung des kortikalen motorischen Systems.


(a) (b)

Abbildung 2.1.: Laterale (a) und mediale (b) Darstellung der zytoarchitektonischen Gliederung nachBrodmann, 1909.

Primär motorischer Cortex (MI, BA 4)

Die ursprüngliche Abgrenzung des primären motorischen Cortex (MI) orientierte sich an der im

Vergleich sekundärer motorischer Areale geringeren elektrophysiologischen Stimulationsschwelle.

Begründet wurde dies durch die im Vergleich zu den sekundären motorischen Arealen nähere

Lokalisation des MI zu den spinalen Motoneuronen. Zytoarchitektonisch ist der MI durch das

Fehlen der granulären Lamina IV und durch die Existenz von Betz-Riesenzellen in der inneren

Pyramidenschicht (Lamina V) charakterisiert. Während der MI durch den Verlauf des Sulcus cen-

tralis posterior scharf abgrenzbar ist, ist die anteriore Abgrenzung zur BA 6 infolge des fließenden

Übergangs zytoarchitektonischer Abgrenzungskriterien (insb. Betz-Riesenzellen) zwischen BA 4

und BA 6 schwieriger (Brodmann, 1909; Bailey und Bonin, 1951). Lediglich die Analyse der

Verteilung von Neurotransmitterrezeptoren in Kontrast zur zytoarchitektonischen und myeloar-

chitektonischen Parzellierung erlaubt eine präzisere Definition der anterioren Grenze des MI

(Zilles u. a., 1995; Geyer u. a., 1996). In den klassischen zytoarchitektonischen Parzellierungen

von Brodmann (1909) und Campbell (1905) wurde der MI als eine homogene Region betrachtet,

welche in neueren Arbeiten anatomisch, neurochemisch und funktionell in zwei parallel verlau-

fende Streifen Area „4 anterior“ (MI-4a) und Area „4 posterior“ (MI-4p) parzelliert wurde (Geyer

u. a., 1996; Nakada u. a., 2000). Hinsichtlich der funktionellen Bedeutung der Areale besitzt MI-4a

eine motorische exekutive Funktion und ist dementsprechend auch in der Verarbeitung komple-

xer Stimuli involviert. Dagegen scheint MI-4p unabhängig eines sensorischen Feedbacks für die

Initiierung von Bewegungen zuständig zu sein (Terumitsu u. a., 2009). Die Aktivität von MI-4p

wird des Weiteren durch die der Bewegungen zugewandten Aufmerksamkeit moduliert (Binkofski

u. a., 2002).

Das Konzept der systematischen Organisation des MI wurde erstmalig von Jackson (1958) als

Hypothese aufgestellt, der an Epileptikern eine systematische Ausbreitung der konvulsiven Bewe-

gungen von einem Körperteil zu angrenzenden Körperteilen (march of convulsion sog. Jackson-

Anfälle) hin beobachtete (Jackson, 1958). Basierend auf elektrische Reizversuche an Patienten


während der neurochirurgischen Resektion von Tumoren sowie epileptogener Fokusse wurde das

Konzept der somatotopischen Gliederung der Gyri pre- und postcentralis in Form einer verzerr-

ten Repräsentation des menschlichen Körpers (hinsichtlich von Bewegungen oder Muskeln bzw.

Sensibilität) der sog. „Homunculus“ (Penfield und Boldrey) bzw. „Simiusculus“ (Woolsey u. a.)

geboren (Penfield und Boldrey, 1937; Penfield und Rasmussen, 1950; Woolsey u. a., 1952) und

mittels moderner neurofunktioneller bildgebender Verfahren bestätigt (Grafton u. a., 1991; Rao

u. a., 1995; Lotze u. a., 2000; Plow u. a., 2010). Das ursprüngliche Konzept des „Homunculus“

setzte jedoch voraus, dass die Repräsentation jedes Körperteils streng geordnet sowie im Sinne

einer Punkt-zu-Punkt Zuordnung zu verstehen sei und nicht überlappend kortikalen Raum be-

setzt. Diese erweiterte Interpretation der damaligen Daten, die lediglich eine grobe von medial

zu lateral gerichtete Bein - Arm - Kopf, Gesicht Somatotopie zuließ, konnte jedoch u. a. in der

weiteren Untergliederung der Hauptabschnitte des Körpers nicht einheitlich bestätigt werden.

Nicht primäre motorische Areale (NPMA)

Mesialer prämotorischer Cortex - Supplementär-motorisches Areal (SMA, BA 6m) Die ur-

sprüngliche Zuordnung des SMA zum motorischen System basierte auf durch elektrische Stimu-

lation der mesialen kortikalen Hirnfläche (BA 6m) evozierbarer bilateraler synergetischer Bewe-

gungen und deren somatotopischen Gliederung (Penfield und Welch, 1951; Woolsey u. a., 1952).

Bereits in frühen funktionellen Bildgebungsstudien konnte nachgewiesen werden, dass das SMA

sowohl in der Generierung von willkürlich internal initiierten Bewegungssequenzen, als auch in

deren alleiniger Imagination involviert ist (Orgogozo und Larsen, 1979; Roland u. a., 1980). Des

Weiteren ist das SMA in der Sprachproduktion, sensorischen Diskrimination, senso-motorischen

Verarbeitungsprozessen und motorischen Lernprozessen involviert (Narayana u. a., 2012).

Das mediale BA 6 (supplementär-motorisches Areal, SMA) wurde anhand zyto- und chemoar-

chitektonischer Unterschiede in eine rostrale Portion (pre-SMA, 6aα) und in eine kaudale Portion

(SMA proper, 6aβ) untergliedert (Vogt und Vogt, 1919; Zilles u. a., 1995; Zilles u. a., 1996; Picard

und Strick, 1996). Die Grenze zwischen beiden Arealen entspricht der vertikal zur AC-PC-Linie

(zwischen der oberen Kante der Commissura anterior (AC) und der unteren Kante der Commis-

sura posterior (PC) verlaufende Linie) verlaufenden Frontalebene durch den posterioren Rand

der Commissura anterior (VCA). Die posteriore Begrenzung des SMA proper bildet die ver-

tikal zur AC-PC-Linie verlaufende Frontalebene (VCP) durch die Commissura posterior (PC)

und der Sulcus precentralis (Zilles u. a., 1996). Die anteriore Begrenzung des prä-supplementär-

motorischen Areals (pre-SMA) bildet die Frontalebene durch das Genu corporis callosi (VGC).

Des Weiteren zeigt das SMA proper eine grobe rostro-kaudal gerichtete somatotopische Orga-

nisation im Sinne einer Gesicht-Hand-Fuß Gliederung (Mitz und Wise, 1987; Mayer u. a., 2001;

Fontaine u. a., 2002). Die funktionelle Differenzierung der beiden Areale erfolgte beispielsweise

anhand des Komplexitätsgrades motorischer Aufgaben. So induzierten einfache motorische Auf-

gaben Aktivierungen innerhalb des SMA proper, während komplexe motorische Aufgaben wie

motorisches Lernen, komplexe Bewegungen, intrinsische Bewegungsselektion Aktivierungen in-

nerhalb des pre-SMA zur Folge hatten (Picard und Strick, 1996; Humberstone u. a., 1997; Ikeda


u. a., 1999).

Schließlich wurde beim Menschen das SMA proper (früher posteriore SMA bezeichnet) struk-

turell in eine rostrale (SMAr) und kaudale Portion (SMAc) untergliedert, wobei die SMAr bis zu

20 mm rostral der VCA sich erstreckt (Vorobiev u. a., 1998). Während die SMAr architektonisch

ähnlich aufgebaut ist wie die SMAc, ist sie wie das pre-SMA vorwiegend bei der Imagination

und Planung von Bewegungen aktiviert. Bei einfachen Aufgaben, die typischerweise zur Akti-

vierung der SMAc führen, ist die SMAr kaum oder nicht aktiviert (Stephan u. a., 1995; Grafton

u. a., 1996; Tyszka u. a., 1994; Roth u. a., 1996). Diese und weitere Ergebnisse belegen somit die

Existenz eines funktionellen rostrokaudalen Gradienten von Handlungsabsicht (Intention) und

kognitiven Funktionen (pre-SMA) zu Imagination von Bewegungen (pre-SMA, SMAr) und letzt-

lich Exekution motorischer, insbesondere sequenzieller Bewegungen (SMA proper, SMAc) (Mai

und Paxinos, 2012).

Lateraler prämotorischer Cortex (lPMC, BA 6l, 44) Bei Affen setzt sich das laterale BA

6 (lateraler prämotorischer Cortex, lPMC) aus einem ventralen (PMv) und dorsalen Segment

(PMd) zusammen, wobei Ersteres in einen rostralen (F4) und kaudalen Teil (F5) und Letzteres

ebenfalls in einen rostralen (F2) und kaudalen Teil (F7) untergliedert wird (Matelli u. a., 1985;

Barbas und Pandya, 1987; Baleydier u. a., 1997; Rizzolatti u. a., 1998). Beim Affen bildet der

Sulcus arcuatus die anatomische Grenze zwischen agranulären prämotorischen und dem granulä-

ren präfrontalen Cortex. Beim Menschen fehlt ein entsprechendes anatomisches Korrelat, sodass

der dorsale Teil des prämotorischen Cortex (PMd) (oberhalb der Verbindung zwischen Sulcus

precentralis inferior und superior) in einen rostralen (F2, BA 6aβ bzw. PMdr, kaudaler Anteil des

Gyrus frontalis superior, hellbraun in Abbildung 2.2) und einen kaudalen Part (F7, BA 6aα sup

bzw. PMdc, rostraler Anteil des Gyrus precentralis, dunkelbraun in Abbildung 2.2) untergliedert.

Der ventrale Teil des prämotorischen Cortex wird ebenfalls in einen rostralen (F5, BA 44 bzw.

PMvr, hell blau in Abbildung 2.2) und kaudalen Part (F4, BA 6aα inf bzw. PMvc, dunkelblau

in Abbildung 2.2) untergliedert. Schließlich wird dem menschlichen prämotorischen Cortex noch

BA 45 und die im dorsalen Anteil des Gyrus frontalis medius gelegene agranuläre Region zuge-

ordnet, deren zytoarchitektonische und funktionelle Homologie zum Affen nicht eindeutig geklärt

sind (Rizzolatti u. a., 1998).

Die ursprüngliche Annahme der funktionellen Bedeutung des prämotorischen Cortex war des-

sen Involvierung in der Planung und Organisation von motorischen Bewegungen und Aktionen

(Wise, 1985). Ähnlich wie bei Makaken existiert beim Menschen eine funktionelle Dissoziation

zwischen MPC und lPMC (Wise, 1985; Goldberg, 1985). Dabei wiesen Wessel u. a. (1997) eine

Dominanz des MPC für intern und des lPMC für extern getriggerte Bewegungen nach. Neben der

somatotopischen Organisation des primären motorischen Cortex (MI oder F1) und supplementär-

motorischen Areal (SMA oder F3) besteht nicht nur für ausgeführte Bewegungen, sondern auch

für die Beobachtung von Bewegungen (Spiegelneuronensystem) eine grobe und überlappende

somatotopische Gliederung prämotorischer Areale (Buccino u. a., 2001). Funktionelle Gradien-

ten in rostral-kaudaler Richtung liegen für sensorische versus motorische Funktionen, komplex

motorische Aufgaben versus einfache Bewegungen, Imagination versus Exekution motorischer


(a) (b)

Abbildung 2.2.: Vergleichende Darstellung der Homologie des motorischen Cortex zwischen Affe (a)und Menschen (b) (vergleichbare Areale und Sulci sind in denselben Farben dargestellt). Die Definitionder kortikalen Areale des Affen F2-F7 erfolgte nach Matelli u. a. (1985). Die Definition der humanenkortikalen Areale erfolgte nach Brodmann (1909) und der zusätzlichen Untergliederung der BA 6 nachVogt und Vogt (1919). Abkürzungen: (a) C, Sulcus centralis; AS, Sulcus arcuatus superior; AI, Sulcusarcuatus inferior; Grün, inferior precentral dimple; IP, Sulcus intraparietalis; L, Sulcus lateralis; Lu, Sulcuslunatus; IO, Sulcus occipitalis inferior; P, Sulcus principalis; POs, Sulcus parietooccipitalis; ST Sulcustemporalis; (b) SF, Sulcus frontalis superior; SP, Sulcus precentralis superior; IF, Sulcus frontalis inferior;IPa, aufsteigender Ast des Sulcus precentralis inferior; IPd, absteigender Ast des Sulcus precentralisinferior; C, Suclus centralis (Rizzolatti u. a., 1998).

Aktionen, frühen versus späten Lernstadien vor.

Posteriorer parietaler Cortex (PPC, BA 5, 7, 39, 40) Die anatomischen Grenzen des Lobus

parietalis sind zum Lobus frontalis der Sulcus centralis, zum Lobus temporalis der Sulcus lateralis

und zum Lobus occipitalis die Verbindungslinie zwischen dem Sulcus parietooccipitalis und der

Incisura preoccipitalis sowie einer weiteren Hilfslinie zum Ramus posterior des Sulcus lateralis.

Der Parietallappen wird untergliedert in den Gyrus postcentralis (SI; BA 3, 1, 2), den latero-

ventral der Basis des Gyrus postcentralis gelegenen BA 43, die durch den Sulcus intraparietalis

(IPS) getrennten Lobuli parietales superior (SPL; BA 5, 7) et inferior (IPL; Gyrus angularis

BA 39, Gyrus supramarginalis BA 40), welche den posterioren parietalen Cortex (PPC) bilden,

den posterioren Anteil des Lobulus paracentralis sowie den mesialen Anteil des SPL, der sog.

Precuneus, der durch die Sulci subparietalis et parietooccipitalis sowie der Pars marginalis des

Sulcus cinguli begrenzt wird (Zilles und Palomero-Gallagher, 2001; Cavanna und Trimble, 2006).

Bei Fingertappen gefundene Aktivierungen in rostralen Anteilen des parietalen Cortex, wie

SI und BA 5, werden in Zusammenhang mit einer somatosensorisch-motorischen Rückkopplung

gesehen. Für die Gewährleistung zielgerichteter Bewegungen sind dynamische Abgleiche zwischen

sensorischen Informationen und motorischen Bewegungen notwendig, an denen eine Reihe separat

und parallel arbeitende frontoparietale Schleifen beteiligt sind (Rizzolatti und Luppino, 2001).


2.2.2. Kortikofugale Bahnen

Tractus pyramidalis

Ausgehend von den tiefen Pyramidenbahnzellschichten der Endhirnrinde (Lamina V und VI)

projizieren kortikale Pyramidenzellen somatotop geordnet durch die Capsula interna verlaufend

als Tractus corticospinalis, Tractus corticonuclearis, Fibrae corticopontinae und Tractus corti-

cobulbaris in das Rückenmark, den Hirnstamm und zu subkortikal gelegenen Hirnzentren. Mit-

tels retrograder Markierung kortikospinaler Neurone von Affen konnte gezeigt werden, dass die

meisten motorischen kortikalen Areale entweder direkt zum Rückenmark oder direkt zum Hirn-

stamm projizieren (Murray und Coulter, 1981; Dum und Strick, 1991; Galea und Darian-Smith,

1994). Exemplarisch ist in der Tabelle 2.1 der Ursprung kortikospinaler Projektionen und deren

prozentualer Anteil am Tractus corticospinalis aufgeführt (Dum und Strick, 1991; Galea und

Darian-Smith, 1994). Der Hauptanteil der kortikospinalen Fasern entspringt im primär motori-

schen Cortex (Affe: 35-48.5 %, Mensch: 60 %) (Jane u. a., 1967; Dum und Strick, 1991; Galea

und Darian-Smith, 1994). Die verbleibenden 40% der kortikospinalen Fasern entspringen aus

dem Lobus parietale (BA 1, 2, 3, 5 und 7). Diese projizieren zum Cornu posterius der Medulla

spinalis und nehmen regulierend Einfluss auf sensorische Afferenzen. Beim Menschen entspringen

ca. 80 % der kortikospinalen Fasern aus den Arealen BA 4 und 6 (Mai und Paxinos, 2012).

Tabelle 2.1.: Auflistung des prozentualen Anteils kontralateraler corticospinaler Projektionsmusternach retrograder Markierung kortikospinaler Neuronen des Affen mittels fluoreszierenden Farbstoffes.Ipsilaterale Projektionen umfassten lediglich 8.1 % der kontralateralen Projektionen, zeigte jedoch einähnliches Verteilungsmuster (Galea und Darian-Smith, 1994).

Motorische Areale %-Anteil Sensorische Areale %-AnteilMI 35 BA 3a 2.2PMd 6 BA 3a 2.2SMA 15 BA 3b/1 9PAC 2.6 BA 2/5 13CMA 24 6 S2, Insula 3.4CMA 23 4

Der Tractus pyramidalis verläuft somatotop gegliedert durch das Crus posterior sowie Genu

der Capsula interna und setzt sich durch die Crura cerebri, Pons und Pyramis der Medulla ob-

longata fort. Axone nicht primärer motorischer Areale (NPMA) verlaufen durch das Genu und

vordere Drittel des Crus posterior der Capsula interna. Dagegen passieren Axone des MI das

mittlere Drittel des Crus posterior der Capsula interna. Projektionen aus dem Lobus parietale

verlaufen unmittelbar dorsal der kortifugalen Fasern des MI (Axer und Keyserlingk, 2000; More-

craft u. a., 2002). Innerhalb des Truncus cerebri gelangen die Fasern des Tractus corticonuclearis

ungekreuzt bilateral zu den Nuclei der motorischen Hirnnerven. In der Pyramis kreuzen in der

Decussatio pyramidum 75-90% der Fasern des Tractus corticospinalis die Seite und bilden den

somatotop geordneten Tractus corticospinalis lateralis, während der Rest ipsilateral als Tractus

corticospinalis anterior verläuft und innerhalb der Zielsegmente teilweise durch die Commissu-

ra alba zur Gegenseite kreuzt. Letztlich enden nur 10% der motorischen Fasern direkt an den


Motoneuronen des spinalen Vorderhirns (Rexed-Lamina IX), während der Hauptanteil an In-

terneuronen der Rexed-Laminae VII und VIII des Rückenmarks terminiert. Somatosensorische

Fasern (BA 3, 1, 2 und 5) werden bevorzugt in den spinalen Rexed-Laminae I-VII verschaltet

(Benninghoff und Drenckhahn, 2004).

2.2.3. Subkortikale Organisation der Motorik

Basalganglien

Die Basalganglien, eine Ansammlung von subkortikalen telencephalen Kernen, weisen zahlreiche

Verbindungen untereinander sowie zum Cortex auf und bilden mehrgliedrige, parallel arbeitende,

motorische kortiko - subkortiko - kortikale Funktionsschleifen. Zu den Basalganglien werden im

weiteren Sinne das Putamen und der Globus pallidus medialis und lateralis (bilden zusammen

den Ncl. lentiformis), Ncl. caudatus, Ncl. accumbens, Corpus amygdaloideum und das Clau-

strum sowie Kerne im Bereich der Area septalis und der Substantia perforata anterior gezählt.

Weiterhin werden ihnen die funktionell zugehörigen Kerne Substantia nigra des Mesencephalons

sowie Ncl. subthalamicus des Diencephalons zugerechnet. Ncl. caudatus und Putamen sind bis

auf Brücken grauer Substanz (Pontes grisei caudatolenticulares) durch die Capsula interna von-

einander getrennt und bilden zusammen das Corpus striatum. Zu den Ncll. basales zählt man im

engeren Sinn lediglich Striatum und Pallidum. Während die dorsalen Anteile der Ncll. basales in

somatomotorischen Funktionsschleifen involviert sind, spielen die ventralen Anteile als Teil des

limbischen Systems eine wichtige Rolle in kognitiven und emotionalen Prozessen (Benninghoff

und Drenckhahn, 2004).

Cerebellum

Das in der Fossa cranii posterior gelegene durch das Tentorium cerebelli vom Okzipitallappen des

Großhirns getrennte Kleinhirn ist Teil des Rhombencephalons und mit dem Truncus cerebri durch

die Kleinhirnstiele Pedunculi cerebellares superior, medius und inferior verbunden. Es gliedert

sich in latero-lateraler Richtung in einen median gelegenen Vermis und den beidseitig anschlie-

ßenden Kleinhirnhemisphären. Das Cerebellum besteht aus einer äußeren etwa 1 mm dicken aus

grauer Substanz bestehenden, dreischichtigen, weitgehend uniformen Rinde (Cortex cerebelli)

sowie der zum Inneren folgenden weißen Substanz (Corpus medullare cerebelli), die die Klein-

hirnkerne (Ncll. cerebelli) enthält. Die Oberfläche ist durch zahlreiche Fissurae cerebelli und den

dazwischen liegenden Foliae cerebelli untergliedert. Im Sinne der funktionell-anatomischen Unter-

gliederung des Kleinhirns ist das Vestibulocerebellum (entspricht dem Lobus flocculonodularis)

an der Feinabstimmung der Augenbewegungen und der Stützmotorik des Rumpfes beteiligt. Das

Spinocerebellum (bestehend aus Lobus cerebelli anterior, Vermis und angrenzende paramediane

Anteile des Lobus cerebelli posterior - Pars intermedia) kontrolliert die ipsilaterale Extremitäten-

und Rumpfmuskulatur im Rahmen der Feinabstimmung des Tonus der Schwerkraft entgegenwir-

kenden Muskulatur und ermöglicht einen unwillkürlichen, reibungslosen Ablauf von Stand- und

Gangmotorik. Der lateralen Zone bzw. dem Pontocerebellum (Kleinhirnhemisphären laterale

Anteile des Lobus cerebelli posterior) kommt die Aufgabe der Modulation, Korrektur und Fein-

2.3 Zerebrale Plastizität 16

abstimmung des Entwurfs willkürlicher Zielbewegungen durch die Koordination der beteiligten

Muskeln zu.

2.3. Zerebrale Plastizität

2.3.1. Definition & Prinzipien

Der Begriff Plastizität leitet sich vom griechischen Wort plastein - „gestalten“, „formen“ - ab und

bedeutet allgemein Verformbarkeit. Plastizität im physikalischen Sinne ist die Eigenschaft fester

Stoffe, sich unter einer Krafteinwirkung zu verformen (zu fließen) und diese Form anschließend

beizubehalten. In Analogie versteht man unter Plastizität des Gehirns dessen kontinuierliche

Fähigkeit durch morphologische bzw. funktionelle Veränderungen auf mikroskopischer Ebene

(Modifikation der synaptischen Mächtigkeit, Bildung von Synapsen, Veränderung der Dendriten-

dichte, Demaskierung latenter Verbindungen, Synchronizität, Modulation neuronaler Aktivität

durch Gliazellen und Extrazellularraum, phänotypische Veränderungen, Angiogenese, Neuroge-

nese u. a.) und makroskopischer Ebene (Auflösung von Diaschisis, Rekrutierung funktionell red-

undanter Areale, Umverteilung innerhalb eines eloquenten Netzwerkes, intermodale Plastizität,

Ausgestaltung kompensatorischer Strategien, morphologische Veränderungen u. a.) sich kurz-,

mittel- und längerfristig an veränderte Umweltbedingungen oder pathologische Veränderungen

anzupassen und neue Verhaltensweisen auszuformen (Duffau, 2006a; Duffau, 2008; Duffau, 2011;

Karnath und Thier, 2012). Dies gilt nicht nur für primäre kortikale Areale der jeweiligen Modali-

tät, sondern auch für funktionell nachgeschaltete Bereiche des Gehirns und für Modalitätsgrenzen

überschreitende Reorganisation (intermodale Plastizität). Duffau (2011) definiert Plastizität im

weiteren Sinne folgenderweise:

Cerebral plasticity can be defined as the continuous processing allowing short-, medium-, andlong-term remodelling of the neuronal-synaptic organization, in order to optimize the func-tioning of the networks of the brain during phylogeny, ontogeny, and physiological learningand after lesions involving the peripheral or the central nervous system. (Duffau, 2011)

Erstmalig in den Fachbereich der Neurowissenschaften eingeführt wurde der Begriff der Plas-

tizität mit der Überlegung, dass der beachtlichen Flexibilität des menschlichen motorischen Ver-

haltens (z. B. Erwerb neuer motorischer Fähigkeiten) ein modifizierbares neuroanatomisches Sub-

strat zugrunde liegen müsse (James, 1890; Cajal, 1904). Demnach sei nach Cajal (1904) beim

Erwerb neuer Fähigkeiten ein Wechsel zwischen rascher in Anspruchnahme bereits etablierter

Bahnen im Gehirn zu später neu gestalteten Bahnen anzunehmen. Die Idee der neuronalen kor-

tikalen Plastizität wurde schon in Arbeiten von Brown, T. Graham und Sherrington, C. S. (1912)

und Leyton und Sherrington (1917) in Erwägung gezogen. Hebb (1949) postulierte ein noch heute

hinsichtlich der Reorganisation kortikaler Landkarten bedeutsames Prinzip. Entsprechend dessen

kann eine gesteigerte Wirksamkeit von Synapsen durch zeitgleiche Aktivierung prä- und post-

synaptischer Neurone erzielt werden („cells that fire together wire together“). Dass heißt, dass ein

präsynaptischer Impuls wiederholt zu einer postsynaptischen neuronalen Aktivierung führt (long


term potentiation, LTP) (Karnath und Thier, 2012). Während generell die motorische Reorgani-

sationsfähigkeit des unreifen Gehirns akzeptiert war, stand dennoch hinsichtlich des ausgereiften

Gehirns von Erwachsenen das Dogma der relativen zeitlichen Stabilität und Regenerationsun-

fähigkeit für Nervenzellen sowie des ZNS bis Ende des zweiten Drittel des 20. Jahrhunderts

entgegen (Craggs u. a., 1976). So behauptete einige Jahre später konträr zu seiner obigen Aus-

sage Cajal (1928), dass das ausgereifte Gehirn Erwachsener nach substanzieller Schädigung des

peripheren oder zentralen Nervensystems kein bzw. ein zu vernachlässigendes Reorganisations-

vermögen und keine Fähigkeit Verletzungen zu kompensieren bzw. zu heilen besäße.

Entgegen dieser Sichtweise stehen Forschungsergebnisse der letzten Jahrzehnte. Einer der ers-

ten, der tierexperimentell Veränderungen kortikaler Repräsentationsareale nach Deafferenzierung

nachwies, war Merzenich u. a. (1983). Es zeigte sich beispielsweise bei der Fingeramputation bei

erwachsenen Affen eine Ausbreitung der kortikalen rezeptiven Felder der benachbarten Finger

in das Repräsentationsareal des amputierten Fingers (Merzenich u. a., 1984). Dieser Sachver-

halt konnte erstmals beim Menschen mit Amputation der oberen Extremität durch Elbert u. a.

(1994) mittels magnetischer Quellenlokalisation nachgewiesen werden. Kortikale rezeptive Felder

stellen dabei eine Karte dar, welche die räumliche Anordnung der Rezeptoren in der Peripherie

widerspiegelt. Unter kortikaler Reorganisation werden Veränderungen der Strukturierung, Lage

und Form einer bestimmten Funktion zugeordneten kortikalen Region verstanden (Karnath und

Thier, 2012). Nach Karnath und Thier (2012) können Veränderungen des relativen Gewichts von

Afferenzen eines Hirnsystems entweder in Form von Deafferenzierung oder Stimulierung zur Re-

organisation dieser Karten führen. Demgemäß unterscheiden Karnath und Thier (2012) folgende

Prinzipien kortikaler Reorganisation:

1. Deafferenzierung oder verminderter Gebrauch bedingt Invasion von Repräsentations-bereichen, die auf der Karte dazu benachbart liegen.

2. Vermehrter Gebrauch eines Gliedes oder vermehrte verhaltensrelevante Stimulationeines sensorischen Bereichs führt zu einer Expansion der zugehörigen kortikalen Reprä-sentation und zu einer Schärfung der rezeptiven Felder der entsprechenden Neurone.

3. Zeitsynchrone, verhaltensrelevante Stimulation von zwei Regionen (z. B. zwei Fingern)bedingt eine Fusion der Repräsentationen, d. h,. zeitliche korrelierte Aktivitäten formenkortikale Repräsentationen.

4. Asynchrone Reizung zweier Rezeptorgebiete bedingt Trennung der zugehörigen Reprä-sentationen (es entstehen z. B. getrennte Fingerareale).

5. Veränderungen in den kortikalen Karten erfolgen nur, wenn die Reizverarbeitung mithoher Motivation erfolgt.

6. Kortikale Reorganisation kann durch intensive Übung (mehrere Stunden am Tag anaufeinanderfolgenden Tagen) erreicht werden.

7. Eine Hirnverletzung kann kortikale Reorganisation in zur Läsion benachbarten Gebietenhervorrufen. (Karnath und Thier, 2012)

Im Falle von zerebralen Läsionen kann dementsprechend Plastizität als kortikale Reorgani-

sation der Verteilung von Aktivitätsmustern physiologischer aufgabenassoziierter Hirnaktivität

definiert werden, die durch Hirnerkrankungen verursachte Störung von Funktionen teilweise bis

vollständig kompensieren (Frackowiak u. a., 2004).


Akute und innerhalb eines längeren Zeitraums sich entwickelnde Läsionen unterscheiden sich

insbesondere in der unterschiedlichen Zeitspanne, die dem Gehirn zur Anpassung und Reorga-

nisation zur Verfügung steht. Erste diesbezüglich stützende Untersuchungen fanden an Tieren

(Ratten, Katzen und Affen) statt. Untersuchungsgegenstand derer waren einmalige Entfernung

(akute Läsion), mehrstufige Entfernung (progressive Läsion) definierter Hirnstrukturen und deren

Auswirkung auf die postoperative funktionelle Genesung. Zum Teil wurde auch eine Kontroll-

gruppe mit Simulation einer Scheinoperation ohne Entfernung von Hirngewebe eingeschlossen.

Gemeinsamer Nenner dieser Studien war, dass die postoperative funktionelle Genesung der Tiere

im Falle des mehrstufigen Vorgehens besser als bei einstufiger akuter Entfernung des Hirngewe-

bes war. Dies führte zum Schluss, dass gegenüber akuten Hirnläsionen die langsame Entwicklung

bzw. Progression von Hirnläsionen ein wichtiger Prädiktor für die funktionelle Genesung ist (Duf-

fau, 2011). In Analogie dazu werden zerebrovaskuläre Infarkte zu den akuten zerebralen Läsionen

zugeordnet, währenddessen Hirntumore, arteriovaskuläre Fehlbildungen und degenerative Hirn-

erkrankungen über eine längere Zeitspanne sich entwickeln, das Gehirn beeinflussen und schä-

digen. Dabei ist das Ausmaß negativer funktioneller Konsequenzen großer zerebraler Läsionen

bei langsamer progressiver zerebraler Schädigung im Vergleich zu akuten Läsionen geringer. Die

Verwendung minimalinvasiver Techniken im Rahmen neurochirurgischer Interventionen, versucht

zusätzliche akute zerebrale Schädigungen auf ein Minimum zu reduzieren.

2.3.2. Akute zerebrale Läsion

Folgen akuter substanzieller Schädigung können exemplarisch am Beispiel zerebrovaskulärer

Infarkte verdeutlicht werden. Die jährliche Neuerkrankungsrate (Inzidenz) von Hirninfarkten

beträgt entsprechend der Schätzung des Erlanger Schlaganfallregisters 182/100 000 Einwohner

(Kolominsky-Rabas und Heuschmann, 2002). Die Sterblichkeit (Mortalität) an zerebrovaskulä-

ren Erkrankungen betrug in Deutschland im Jahr 2012 ca. 73/100 000 Einwohner (Statistisches

Bundesamt, 2013).

Abgeleitet vom griechischen Wort „schizien“ übersetzt „spalten“, definierte Monakow (1914)

das Konzept der Diaschisis als bei zerebraler Läsion bedingte zeitlich begrenzte funktionelle

Beeinträchtigung funktionell oder anatomisch mit der Läsion zusammenhängender benachbarter

bzw. zum Teil weit entfernt gelegener nicht strukturell geschädigter Hirnteile. Dieses Konzept

dient beispielsweise der Erklärung von reversiblen neurologischen Defiziten nach akuter zere-

braler Läsion, wie die Genesung von Paresen nach Infarkten. Entsprechend der Lokalisation

zerebraler Läsionen konnten verschiedene Diaschisis-Reorganisationsmuster unter Verwendung

von Emissions-Computertomographien nachgewiesen werden (Baron, 1989). Anhand der Verbin-

dungsbahnen zwischen Läsion und temporär funktionell depriviertem Areal wurden u. a. folgen-

de Formen von Diaschisis unterschieden: Diaschisis spinocerebralis, Diaschisis bulbocerebralis,

Diaschisis corticommisuralis und Diaschisis associativa (Finger u. a., 2004). Prognostisch steht

dabei die Genesung akuter neurologischer Defizite mit dem in Ruhe mittels Positronen-Emissions-

Tomographie (PET) gemessenen Metabolismus der zur betroffenen Seite funktionell verbundenen

intakten Areale im positiven Zusammenhang (Di Piero u. a., 1992).


Chollet u. a. (1991) und Weiller u. a. (1992) untersuchten Patienten, die erstmals einen sub-

kortikalen ischämischen Infarkt erlitten und deren neurologische Defizite im Sinne von Paresen

der oberen Extremität zum Untersuchungszeitpunkt völlig genesen waren. Ergebnisse der beiden

PET-Studien zeigten beim Fingertapping der kontraläsionalen Hand bilaterale Aktivationsmus-

ter des motorischen Systems inklusive des Cerebellums. Fingertapping der kontraläsionalen Hand

induzierte in diesen Studien neben bilateraler Aktivierung des primären somatosenso-motorischen

Cortex (SMI) auch bilaterale Aktivierungen mesialer und lateraler sekundärer motorischer Area-

le wie der SMA und des lateralen prämotorischen Cortex sowie bilaterale Involvierung des PPC

(u. a. BA 39, BA 40). Beim Fingertapping der ipsiläsionalen Hand unterschieden sich Patien-

ten von Gesunden durch signifikante Erhöhung des regionalen cerebralen Blutflusses (rCBF)

im Bereich des kontraläsionalen SMI und der ipsiläsionalen Kleinhirnhemisphäre. Zusätzlich er-

schienen kontraläsionale Signalenhancements im Bereich sekundärer motorischer und parietaler

Areale. Weiller u. a. (1993) fanden bei Patienten mit ischämischer Infarzierung des Crus posterius

der Capsula interna eine deutliche Expansion der Aktivierung des Handareals des läsionsseitigen

primären motorischen Cortex nach ventral in das Gesichtsfeld. Dementsprechend können Neu-

rone eines Areals die Funktion von Neuronen eines anderen angrenzenden Areals übernehmen.

Den Sachverhalt, dass nicht geschädigte Hirnareale des motorischen Systems, die ursprünglich

nicht an der Performanz der Bewegung beteiligt waren, die Funktion eines geschädigten Areals

zumindest teilweise unterstützend übernehmen, bezeichnete Munk (1877) als geteilte motori-

sche Repräsentation (Vikariation, von lateinisch „vice“ “ an Stelle von). Sowohl die verstärkte

Aktivierung sekundärer motorischer Areale beider Hemisphären als auch die Veränderung der

somatotopischen Organisation motorischer Areale (Plastizität kortikaler Repräsentationsfelder)

stellen Reorganisationsmuster nach akuter zerebraler Läsion dar. Zu letzterem Mechanismus

neuronaler Plastizität fanden Nudo und Milliken (1996) in der Untersuchung akuter zentraler

Läsionen bei Affen, dass bei unbehandelter Lähmung der Hand und Finger es zu einer deutlichen

Größenabnahme der motorischen kortikalen Repräsentationsfelder in unmittelbarer Umgebung

der Läsionsstellen kam. Wurde dagegen eine intensive Rehabilitationsbehandlung durchgeführt,

vergrößerten sich die für die Hand- und Fingermotorik zuständigen Cortexareale und expandier-

ten sogar in benachbarte Hirnregionen.

Im zeitlichen Verlauf tritt initial nach Schlaganfall hinsichtlich der Ausprägung der Aktivierung

als auch des Ausmaßes der rekrutierten Areale eine Überaktivierung des motorischen Netzwer-

kes auf, welche mit funktioneller Genesung im Verlauf sinkt (Ward u. a., 2003). Spätere Akti-

vierungsmuster können denen entsprechen, welche beim Erlernen von motorischen Fertigkeiten

aufgefunden werden (Ward, 2011). Rehme u. a. (2012) zeigten in ihrer Metaanalyse auf, dass

über verschiedene Studien inklusive unterschiedlicher Schweregrade neurologischer Defizite und

Zeitintervalle nach Schlaganfall eine gesteigerte Aktivität des kontraläsionalen MI und bilateraler

prämotorischer Areale als konsistente Reorganisationsmuster zu verzeichnen sind. Nach Schlag-

anfall sinken mit der Zeit initial stärkere Aktivierungen des kontraläsionalen primär motorischen

Cortex und weisen keinen Zusammenhang mit dem Ausmaß der motorischen Genesung auf (Fa-

vre u. a., 2014). Stattdessen stehen nach Favre u. a. (2014) Aktivierungen in ipsiläsionalen primär

motorischen und mesialen sekundär motorischen Arealen in Beziehung mit einer guten motori-


schen Genesung. Neuroplastische Veränderungen primärer und sekundärer motorischer Areale

der geschädigten Hemisphäre liegen dementsprechend einer Verbesserung motorischer Funktio-

nen nach Schlaganfall zugrunde. Reorganisationsprozesse betreffen jedoch nicht nur Areale der

ipsiläsionalen Hirnhälfte, sondern auch der kontraläsionalen Hirnhälfte, insbesondere bei Pati-

enten mit größeren funktionellen Einbußen (Ward, 2011). Deren funktionelle Bedeutung wird

derzeit noch kontrovers diskutiert. Desmurget u. a. (2007) berichtet, dass die funktionelle Ge-

nesung nach Schlaganfall besser ist, wenn Reorganisationsprozesse innerhalb der Grenzen des

jeweiligen funktionellen Systems stattfinden. Am besten sind diese in zur Läsion benachbarten

ungeschädigten Arealen. Im Zusammenhang mit einer schlechteren Genesung stehen bei einem

Teil der Schlaganfallpatienten anstelle einer kompensatorischen Involvierung der intakten Hemi-

sphäre, deren negative, hemmende Einflüsse auf motorische Funktionen der geschädigten Hemi-

sphäre. So haben Bewegungen der paretischen Hand u. a. eine Aktivierung des MI der intakten

Hemisphäre zur Folge. Eine temporäre Ausschaltung dieser Region mittels fokaler transkranieller

Hirnstimulationsverfahren führt bei einem Teil der Schlaganfallpatienten zu verbesserten moto-

rischen Funktionen und Lernen (Nowak u. a., 2008; Zimerman u. a., 2012). Dies scheint dadurch

bedingt zu sein, dass transkallosal hemmende Einflüsse durch Areale der Läsionsseite wegfal-

len. Dagegen weist der PMd der intakten Hemisphäre bei stärkerem neurologischen Defizit der

betroffenen Hand eine stärkere unterstützende Funktion auf den SMI auf (Johansen-Berg u. a.,

2002; Bestmann u. a., 2010).

Ein weiterer neurobiologischer Mechanismus der Plastizität des substanziell geschädigten Ge-

hirns ist das Erlernen neuer Verhaltens- bzw. Lösungsstrategien, die Defizite kompensieren (Sub-

stitution).

2.3.3. Langsam fortschreitende zerebrale Läsion

Im Kontrast zu akuten substanziellen Hirnschädigungen stehen langsam fortschreitende zerebrale

Läsionen, wie beispielsweise Neoplasien, die abhängig von ihrer Lokalisation und Histopathologie

zu entsprechenden Symptomen führen und lange klinisch durch kompensatorische Mechanismen

unentdeckt bleiben können. Bemerkenswert ist zudem, dass bei Patienten mit Gliomen WHO-

Grads II in oder in der Nähe eloquenter Areale mit intraoperativer Detektion und Schonung

dieser bei der neurochirurgischen Behandlung größere Mengen von zerebralen Gewebes ohne

nennenswerte funktionelle Konsequenzen reseziert werden können (Duffau u. a., 2003b). Trotz

einer Rate von 80% unmittelbarer postoperativer neurologischer Defizite, konnten 94% der von

Duffau u. a. (2003b) 103 untersuchten Patienten innerhalb von 3 Monaten ihren präoperativen

Status wiedererlangen und anschließend erneut ihre berufliche Tätigkeit aufnehmen. Im Kontrast

dazu stehen die Befunde von Patienten mit zerebrovaskulären Infarkten. So fanden Varona u. a.

(2004) bei jungen Erwachsenen nach 11,7 Jahren nach einem Hirninfarkt, dass 11% schwere

neurologische Ausfälle und lediglich 26% der Patienten vollständig genesen waren. Es weisen

circa 10 - 20% der Patienten moderate und weitere 10% schwere Beeinträchtigungen im täg-

lichen Leben auf. Im Gegensatz dazu verbleiben im Alter 35 -40% der Patienten auf die Hilfe

anderer angewiesen (Varona, 2010). Zusammenfassend ist die funktionelle Genesung bei langsam


fortschreitenden zerebralen Läsionen deutlich besser als bei akuten zerebralen Läsionen. Diesbe-

züglich zeigen sich entsprechend der zugrunde liegenden Läsionsätiologie auch unterschiedliche

Reorganisationsmuster (Desmurget u. a., 2007).

Präoperative Reorganisation

Neoplasien (z. B. Gliome WHO-Grad II) induzieren eine Reihe von präoperativ zu beobachten-

den Reorganisationsprozessen, die sowohl individuell spezifisch als auch einige Gemeinsamkeiten

aufweisen. Diese müssen in der Beurteilung der Indikation und Planung einer neurochirurgischen

Intervention berücksichtigt werden. So werden nach Desmurget u. a. (2007) und Duffau (2005);

Duffau (2006b); Duffau (2012); Duffau (2014) bei niedrigmalignen Gliomen (Gliome WHO-Grad

II, LGG) folgende Reorganisationsmechanismen unterschieden: 1.) Persistenz neuronaler Funk-

tion innerhalb infiltrierter Regionen; 2.) Neuverteilung, Versetzung und Erweiterung speziali-

sierter Areale um die neoplastische Läsion (funktionelle Umverteilung bzw. „Shift“); 3.) Inan-

spruchnahme eines Netzwerks verteilter Areale der geschädigten Hemisphäre; 4.) Involvierung

eines Netzwerks von Arealen der ungeschädigten Hemisphäre; 5.) Kombinationen verschiedener

Mechanismen. Duffau (2005) gehen davon aus, dass diese Reorganisationsmechanismen einer

hierarchischen Ordnung unterliegen. Demnach finden zuerst lokale Reorganisationsprozesse in-

nerhalb und um die neoplastische Region statt. Bei Ineffektivität dieser erfolgt im zweiten Schritt

die Rekrutierung eines Netzwerkes von der Läsion entfernt gelegener Areale der ipsi- oder kon-

traläsionalen Hemisphäre. Im Unterschied zu Hirninfarkten steht die Rekrutierung entfernt der

Neoplasie gelegener ipsi- bzw. kontraläsionaler Hirnareale nicht im Zusammenhang mit einem

schlechteren Ergebnis der Reorganisation (Desmurget u. a., 2007).

Intra- & Postoperative Reorganisation

Im Vergleich zur präoperativen Reorganisation nach zerebraler Läsion lassen sich im Rahmen

und nach einer neurochirurgischen Intervention eine Reihe ähnlicher kortikaler Reorganisations-

muster feststellen. Die Neuverteilung, Versetzung und Erweiterung eloquenter Areale kann u. a.

mittels intraoperativer direkter kortikaler Stimulation (DCS) nachgewiesen werden. Dabei wird

am aus der Narkose erwachten Patienten durch Elektrostimulation eine transiente virtuelle Lä-

sion erzeugt. Eine einhergehende Störung inhärenter Funktionen eines geprüften Areals spricht

gegen eine weitere Ausdehnung der Resektion. Mithilfe der DCS konnte sogar eine innerhalb von

15-60 Minuten stattfindende durch die Tumorresektion hervorgerufene akute motorische kortika-

le Reorganisationsmuster innerhalb des MI aufgezeigt werden (Duffau u. a., 2000; Duffau, 2001a;

Desmurget u. a., 2007). Neben dem Vorliegen von multiplen kortikalen Repräsentationen im MI,

wurde diesbezüglich eine durch die Tumorresektion bedingte gesteigerte kortikale Erregbarkeit

und damit zusammenhängende Demaskierung redundanter intrakortikaler Verbindungen bzw.

Areale diskutiert. Intraoperativen Mapping wird zudem sogar im Falle von präoperativer Hemi-

plegie eine positive prognostische Bedeutung für die Genesung zugeschrieben, falls unmittelbar

nach Tumorresektion mittels direkter kortikaler Stimulation des primären motorischen Cortex

eine motorische Antwort ausgelöst werden kann (Duffau u. a., 1999; Duffau, 2001b).


Die Inanspruchnahme eines Netzwerks von Arealen der geschädigten Hemisphäre konnte in der

prospektiven fMRT Untersuchung von Reinges u. a. (2005) von Patienten mit Hirntumoren im

Bereich des Handareals des primären motorischen Cortex nachgewiesen werden. Die Probanden

wurden innerhalb des Zeitraumes einer Woche vor und zwei Wochen nach neurochirurgischer

Intervention mittels fMRT in der Absolvierung von kontraläsionalen Fingertappen untersucht.

Prospektiv wurden im kurzfristigen Verlauf motorische Aktivierungsmuster von sechs Patienten

mit postoperativ neu erworbenen zentralen Parese mit denen von fünf Patienten ohne postopera-

tive Parese und sechs gesunden Kontrollprobanden vergleichend untersucht. Dabei konnten keine

präoperativen Reorganisationsprozesse nachgewiesen werden. Sechs Patienten mit einer postope-

rativ neu eworbenen zentralen Parese zeigten hingegen rasch nach neurochirurgischer Intervention

signifikante Signalanstiege in SMA und PMC der geschädigten Hemisphäre, einen signifikanten

Signalabfall des MI der geschädigten Hemisphäre und nicht signifikante Signalanstiege des MI

der intakten und SPL der geschädigten Hemisphäre. Im Vergleich dazu wiesen fünf Patienten

ohne prä- und postoperative zentrale Parese keine signifikanten Aktivierungsänderungen im Ver-

lauf auf. In der prospektiven Einzelfallanalyse von Shinoura u. a. (2006) wurden 5 Patienten mit

Hirnmetastasen untersucht, die im oder in der Nähe des primären motorischen Cortex lokalisiert

waren. Die Probanden wurden u. a. pre- und postoperativ mittels fMRT in der Durchführung

von repetitiven Ballen der Faust untersucht. Shinoura u. a. (2006) fanden eine Wiederherstellung

der Funktion des primären motorischen Cortex und eine Verbesserung der motorischen Funkti-

on bei den Patienten, die präoperativ bereits eine Reorganisation des motorischen Netzwerkes

aufwiesen. Jedoch kann der präoperative BOLD-Signalverlust des MI in unmittelbarer Nähe der

Läsion auch durch Alteration der neurovaskulären Kopplung verursacht sein.

Für die Inanspruchnahme eines Netzwerks von Arealen der intakten Hemisphäre spricht die

prospektive Studie von Krainik u. a. (2004) in der im Falle von niedrig malignen Gliomen des

medialen Frontallappens nahe des SMA bei 12 Patienten in der präoperativen funktionellen Bild-

gebung zunächst eine verminderte ipsiläsionale und vermehrte kontraläsionale Aktivierung dieser

Region aufgezeigt werden konnte. Nach raschem Rückgang neurologischer Defizite kam es zu ei-

ner vermehrten Aktivierung des aus SMA und lPMC bestehenden prämotorischen Netzwerks

der gesunden Hemisphäre (Krainik u. a., 2004). Somit scheint, dass die Beeinträchtigung des

ipsiläsionalen SMA bereits präoperativ durch das SMA der ungeschädigten Hemisphäre kom-

pensiert wird und postoperativ entscheidend an der raschen Genesung der Patienten mit einem

SMA-Syndrom beteiligt ist.

Bei inkompletter Resektion von eloquenten Arealen involvierende Hirntumore kann durch die

neurochirurgische Intervention, postoperative Rehabilitation oder durch weiteres Wachstum ei-

nes residuellen Hirntumores verursachte Plastizität ein unter Erhalt betroffener Hirnfunktionen

zwei- bzw. mehrstufiges operatives Vorgehen ermöglichen, um eine subtotale bis totale Resekti-

on der Neoplasie erzielen zu können (Duffau u. a., 2002; Robles u. a., 2008). Dadurch kann bei

niedrig malignen Gliomen (WHO-Grad II Gliome) auch eine Reduktion des Risikos einer ana-

plastischen Transformation erzielt werden (Berger u. a., 1994). Entscheidend für eine funktionell

wirksame Plastizität scheint der Erhalt subkortikaler Strukturen zu sein. Dies begründet sich in

der Tatsache, dass im Gegensatz zur kortikalen die subkortikale Plastizität deutlicher begrenzt

2.4 Funktionelle Bildgebung 23

ist (Duffau, 2009; Duffau, 2012).

2.3.4. Aufgabenkomplexität und motorisches Lernen

Neben der Plastizität kortikaler Aktivitätsmuster nach substanzieller Schädigung des Gehirns

ist die Berücksichtigung von Plastizität im Rahmen motorischer Lernprozesse sowie zunehmen-

der Komplexität motorischer Aufgaben wesentlich. Im Prozess des Erwerbs neuer motorischer

Fertigkeiten unterscheidet man zwischen einer schnellen und langsamen Lernphase. Kennzeichen

der schnellen Lernphase sind rasche initiale Leistungsanstiege in der Durchführung der moto-

rischen Fertigkeit. Die langsame Lernphase ist geprägt durch weitere allmähliche Verbesserung

der Fertigkeit durch kontinuierliches Training (Karni u. a., 1998). In der Durchführung komple-

xer sequenzieller motorischer Bewegungen sind im Kontrast zu einfachen repetitiven Aufgaben

verstärkt primäre sowie sekundäre motorische Areale, somatosensorische und parietale Areale

im Sinne einer verstärkten Rekrutierung des motorischen Netzwerkes aktiviert (Rao u. a., 1993;

Shibasaki u. a., 1993; Gordon u. a., 1998). Im Rahmen kurzzeitigen motorischen Lernens kommt

es dann zu einer zunehmenden Abnahme der Aktivierung der involvierten Regionen des moto-

rischen Systems (Floyer-Lea und Matthews, 2004). Entsprechend zeigen professionelle Pianisten

bzw. Musiker im Vergleich zu Nichtmusikern in der Durchführung von Fingertappsequenzen

(Jäncke u. a., 2000; Haslinger u. a., 2004) und in der Absolvierung erlernter komplexer motori-

scher Sequenzen (Hund-Georgiadis und Cramon, 1999; Krings u. a., 2000; Meister u. a., 2005)

eine verminderte Rekrutierung von Neuronen primärer und sekundärer motorischer Areale. Die

Aktivierung des motorischen Netzwerkes ist somit sowohl von der Aufgabenkomplexität als auch

von den motorischen Fertigkeiten einer Person abhängig, die im Rahmen von Hirnschädigungen

reduziert sein können.

2.4. Funktionelle Bildgebung

2.4.1. Grundlagen der Magnetresonanztomographie (MRT)

Die jeweils unabhängige Entdeckung des Prinzips der Kernspinresonanz (engl. Nuclear Magentic

Resonance, NMR) geht auf die beiden Wissenschaftler Felix Bloch (1905-1983) und Edward M.

Purcell (1912-1997) zurück, welche 1952 den Nobelpreis für Physik erhielten (Thomas u. a., 2005).

Sie wiesen als erste Signale der magnetischen Kernresonanz nach (Bloch u. a., 1946; Purcell u. a.,

1946). Die darauf basierende Magnetresonanztomographie wurde als bildgebendes Verfahren ab

1973 vor allem durch Beiträge von Lauterbur (1973) und Mansfield und Maudsley (1976a);

Mansfield und Maudsley (1976b); Mansfield und Maudsley (1977); Mansfield u. a. (1978) als

bildgebendes Verfahren entwickelt und hat in der medizinischen Diagnostik einen essenziellen

Stellenwert gewonnen. Paul C. Lauterbur (1929-2007) und Sir Peter Mansfield (geboren 1933)

erhielten diesbezüglich 2003 den Nobelpreis für Medizin (Thomas u. a., 2005).

Gewebe des Menschen bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen, welche in Ato-

men organisiert sind. Atomkerne setzen sich aus zwei Arten von Nukleonen annähernd gleicher

Masse zusammen, dem positiv geladenen Proton und ungeladenen Neutron. Atomkerne mit un-


gerader Protonenzahl und/oder Neutronenzahl besitzen einen Kernspin ~I mit einem inhärenten

Eigendrehimpuls und einem magnetischen Moment ~µ von konstanter Größe (Reiser u. a., 2008).

Durch die Rotation der Ladungsverteilung der Kerne entsteht ein Kreisstrom, der wiederum ein

magnetisches Dipolfeld induziert, dessen Richtung und Stärke durch das magnetische Moment

~µ bestimmt ist (Weishaupt u. a., 2014). Im feldfreien Raum sind die magnetischen Momente

der Atomkerne, infolge deren thermischen Bewegung, ungeordnet ausgerichtet, was eine vekto-

rielle Aufhebung zur Folge hat. Kernspins sind hinsichtlich ihres Betrages und ihrer Richtung

gequantelt, können somit unter Einfluss eines statischen homogenen Magnetfeldes nur bestimmte

Energieniveaus und Richtungen annehmen (Zeeman-Effekt) (Reiser u. a., 2008). Für den Kern

des Wasserstoffatoms sind dies zwei Spinzustände, die energetisch günstigere leicht bevorzugte

parallele und die ungünstigere antiparallele Ausrichtung zur Richtung des Magnetfeldes mit der

Flussdichte ~B0.

Infolge der Drehimpulserhaltung "kreiseln", sog. Präzessionsbewegung, die magnetischen Di-

pole um die Richtung des ~B0-Feldes mit der Winkelgeschwindigkeit Larmorfrequenz, welche

entsprechend der Larmorgleichung (2.1) proportional zur Stärke des ~B0-Feldes ist (Weishaupt

u. a., 2014).

ω0 “ γ ˚ B0 (2.1)

Der Proportionalitätsfaktor γ wird als gyromagnetisches Verhältnis bezeichnet und besitzt für

Protonen einen Wert von 42.58MHzT´1 (Weishaupt u. a., 2014). Für Protonen weist die Larmor-

frequenz bei 3 T einen Wert von 127.74 MHz auf. Um die Komplexität der quantenmechanischen

Erläuterung des Sachverhaltes zu umgehen, kann an Stelle eines einzelnen Atomkerns ein En-

semble von vielen Atomkernen sowie deren messtechnisch ermittelten Mittelwerte der jeweiligen

Größen betrachtet werden. Diese makroskopische Sichtweise ermöglicht die uneingeschränkte An-

wendung der Gesetze der klassischen Physik. Eine derartige Einheit von Kernspins bedingt ein

pro Volumeneinheit (V) messbares makroskopisches magnetisches Moment - die Kernmagnetisie-

rung ~M0 (2.2) - in Richtung des homogenen Magnetfeldes ~B0, sog. Kernparamagnetismus (Reiser

u. a., 2008). Dieser kann vektoriell in eine Längsmagnetisierung ~Mz und eine Quermagnetisierung~Mxy zerlegt werden.

M0 “1

V

nÿ

i“1

pµzqi (2.2)

Wird in dieses System Energie in Form eines Hochfrequenz (HF)-Impulses senkrecht zur Längs-

magnetisierung entlang der x-Achse zugeführt, wird diese aus der z-Achse in die x,y-Ebene aus-

gelenkt, wobei durch zusätzliche Überlagerung der schnelleren Präzessionsbewegung die Vektor-

spitze der Längsmagnetisierung sich schraubenförmig mit ωHF auf der Oberfläche einer Kugel in

Richtung x,y-Ebene bewegt. Voraussetzung für eine derartige Auslenkung ist, dass die Frequenz

des HF-Impulses ωHF annähernd gleich der Larmorfrequenz ω0 ist, sog. Resonanzbedingung

(Weishaupt u. a., 2014). Vereinfachend ist die Betrachtung der Rotationsbewegung der ~Mz in ei-

nem rotierenden Bezugsystems (xr, yr, z), welches sich mit ωHF um die z-Achse dreht, sodass das~BHF in Richtung xr-Achse ruht und lediglich die Rotation der Längsmagnetisierung in Richtung

yr-Achse ersichtlich wird. Der Rotationswinkel ergibt sich aus der Gleichung (2.3) (Reiser u. a.,


2008). Die Impulsdauer tp, bei der die Magnetisierung um 90˝ zur yr-Achse ausgelenkt wird,

bezeichnet man als 90˝-Impuls.

α “ ωHF tp “ γBHF tp (2.3)

Die Quermagnetisierung ~Mxy-Anteil des Magnetisierungsvektors präzediert mit der Larmorfre-

quenz ωHF im ortsfesten Bezugssystem - ruht im rotierenden System - und induziert in einer

Empfängerspule das sog. MR-Signal, dessen Frequenz der Larmorfrequenz gleicht. Es handelt sich

dabei um die phasenkohärente Präzessionsbewegung eines „Spinpaketes“, die wie ein elektrischer

Generator wirkt (Weishaupt u. a., 2014). Nach Endigung des HF-Impulses ist das Spin-System

bestrebt, infolge Interaktion der Spins untereinander und mit ihrer Umgebung, in das thermische

Gleichgewicht überzugehen (Mxy “ 0,Mz “ M0), sog. Relaxation. Zwei gleichzeitig verlaufende,

unabhängige Relaxationsprozesse werden unterschieden. Der T1- bzw. longitudinalen Relaxation

liegt die Abgabe von Energie an die Umgebung zugrunde (Spin-Gitter-Relaxation), sodass der

Magnetisierungsvektor zurück in Richtung der z-Achse kippt (Weishaupt u. a., 2014). Die sub-

stanzspezifische T2- bzw. transversale Relaxation wird durch den Energieaustausch der Spins

untereinander - infolge fluktuierender lokaler Magnetfeldänderungen - verursacht, welcher eine

Dephasierung der Kernspins eines Spinpaketes zur Folge hat und mit dem Verlust der transver-

salen Magnetisierung ohne Aufbau von Mz einhergeht (Weishaupt u. a., 2014). Zusätzlich führen

zeitlich konstante, räumliche Inhomogenitäten des ~B0-Feldes zu einer weiteren Dephasierung,

die sog. effektive T2˚-Relaxation (T2 ą T2˚) (Weishaupt u. a., 2014). In Abhängigkeit vom je-

weiligen Gewebe relaxiert die Längsmagnetisierung exponentiell mit der Zeitkonstante T1 gegen

den Gleichgewichtswert Mz “ M0 , die Quermagnetisierung mit der Zeitkonstante T2 bzw. T2˚

gegen Mxy “ 0 (Weishaupt u. a., 2014). Die longitudinale Relaxationszeit T1 ist die erforderli-

che Zeit, die die Längsmagnetisierung Mz nach einem 90˝-Impuls benötigt, um wieder auf 63%

ihres Gleichgewichtswert M0 anzusteigen. Die transversale Relaxationszeit T2 ist diejenige Zeit,

welche erforderlich ist, damit die transversale Magnetisierung Mxy nach einem 90˝-Impuls auf

37% ihres Ausgangswertes fällt (Reiser u. a., 2008).

Die Zeitkonstanten T1 und T2 sind substanzspezifisch und sind Basis der Kontrastgebung

in MRT-Bildern, indem durch geeignete Wahl von Repetitionszeit TR und Echozeit TE die

Magnetisierung verschiedener Gewebe unterschiedlich stark relaxiert ist und das gemessene MR-

Signal unterschiedlich hoch ist. Repetitionszeit TR ist die Zeitspanne zweier HF-Impulse zur

Anregung derselben Schicht einer Bildgebungssequenz. Sie bestimmt den Einfluss von T1 auf

den Bildkontrast. Echozeit TE ist die Zeitspanne von Anregung bis Messung des MR-Signals.

Durch sie wird der Einfluss von T2 auf den Bildkontrast festgelegt. Wird der Einfluss von T1 und

T2 auf die Kontrastgebung gering gehalten, wird der Kontrast zwischen den Geweben durch die

Protonendichte, die Anzahl anregbarer Kernspins bezogen auf ein Elementarvolumen, bestimmt.

Je nach dem, ob der Kontrast durch T1, T2 oder Protonendichte beeinflusst wird, spricht man

von T1-, T2-, oder protonengewichteten Bildern (siehe Tabelle 2.2) (Weishaupt u. a., 2014).

Tomographie ist die Erzeugung von Schnittbildern durch ein interessierendes Objekt, sog. To-

mogramme. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber der CT ist, dass die Schichtwahl bei der MRT

beliebig gewählt werden kann. Die Einführung räumlicher Feldgradienten in ein statisches Ma-


Tabelle 2.2.: Beziehung zwischen MRT-Sequenzparametern, Bildkontrast bzw. Gewichtung.

TR kurz TR langTE kurz T1-gewichtet DichtegewichtetTE lang T1-/T2-gewichtet T2-gewichtet

gnetfeld und die damit verbundene Lokalisationsabhängigkeit der Resonanzfrequenz der Protonen

war ein entscheidender Schritt in der Erzeugung des ersten MRT-Bildes (Lauterbur, 1973). In

der Weiterentwicklung werden schließlich mittels dreier Spulensysteme dem ~B0-Feld drei magne-

tische Feldgradienten überlagert, deren Feld in x, y oder z-Richtung zeigt und deren Feldstärke

linear vom Ort der jeweiligen Achse abhängt. Dies ermöglicht sowohl eine selektive Schichtan-

regung, als auch eine Ortscodierung (Phasen-, Frequenzcodierung) des MR-Signales (Mansfield

und Maudsley, 1976b; Mansfield, 1977).

Zur selektiven Schichtanregung wird zum HF-Impuls mittels z-Gradientenspule ein entspre-

chender Feldgradient generiert, sodass in Abhängigkeit von der resultierenden Gesamtfeldstärke

die Larmorfrequenz entlang der z-Richtung linear ansteigt. Dies erlaubt die selektive Anregung

einer einzelnen Schicht mit ihrer jeweiligen zugehörigen Resonanzfrequenz. Die Schichtdicke ist

umgekehrt proportional zur Gradientstärke.

Zur Phasen-/ Zeilencodierung wird nach Schichtanregung mittels y-Gradientspule ein y-/ Pha-

sengradient erzeugt, sodass die Larmorfrequenz der Kernspins ortsabhängig entlang der y-Achse

linear anwächst und daraus eine Phasenverschiebung resultiert. Das Ausmaß dieser hängt von

der Dauer und Stärke des einwirkenden ~By-Feldes ab. Nach Endigung der Einwirkung des y-

Gradienten präzedieren die Kernspins mit gleicher Winkelgeschwindigkeit, jedoch phasenver-

schoben.

Im Anschluss wird zur Frequenz-/ Spaltencodierung mittels x-/ Frequenzgradienten bewirkt,

dass die Larmorfrequenz der Kernspins linear zur x-Richtung anwächst und dass in der Empfän-

gerspule registrierte Frequenzspektrum Informationen bezüglich des x,y-Ortes aufweist. Durch

Wiederholungen der Messung mit unterschiedlichen Phasengradienten wird der mathematische

Datenraum, sog. K-Raum gefüllt. Anschließende 2-dimensionale Fourier-Transformationen so-

wohl in Frequenzrichtung (Kx) als auch in Phasenrichtung (Ky) liefert das MR-Signal eines

jeden Voxels der selektierten Schicht. Die Zuordnung von Graustufen zu den MR-Signalstärken

der jeweiligen Voxel liefert das Tomogramm.

2.4.2. Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)

Neuronale Aktivität ist durch die Aktivität der Na`-K`-ATPase zur Wiederherstellung und

Aufrechterhaltung des Ruhemembranpotentials, durch die Aktivität der Ca2`-ATPase zur Wie-

derherstellung des Ca2`-Gradienten und durch die Recyclisierung der freigesetzten Neurotrans-

mitter mit dem Verbrauch der zellulären Energieform ATP verbunden. Entsprechend des gestei-

gerten lokalen Energiemetabolismus werden die Hauptenergielieferanten des Gehirns Sauerstoff

und Glucose durch gesteigerten lokalen zerebralen Blutfluss (rCBF) und zerebrales Blutvolumen

(rCBV) über das zerebro-/ zerebellovaskuläre System geliefert und diffundieren über ein weit


verzweigtes kapilläres Netz zu den entsprechenden aktiven Neuronen und Astrozyten (Sokoloff

u. a., 1977). Man schätzt, dass der mittlere Abstand der Zellen zu den Kapillaren lediglich 50 µm,

die summarische Länge und Oberfläche der Kapillaren 60 000Meilen und 800 bis 1000m2 beträgt

(Huettel u. a., 2009). Der Abtransport von CO2 in Form des desoxygenierten Hämoglobins (dHb)

und weiterer Metabolite erfolgt über die Kapillaren in die Venolen, den Venen zur Lunge. Die

Suszeptibilität kapillären und venösen Blutes hängt von der Konzentration des dHb ab, welches

Feldverzerrungen induziert und einen Abfall des MR-Signales (infolge verstärkter transversaler

Relaxation) zur Folge hat (Thulborn u. a., 1982). Als Grundlage der funktionellen Bildgebung

mittels fMRT werden Stimulus induzierte Änderungen des lokalen zerebralen Metabolismus und

lokaler hämodynamischer Perfusionsparameter („hemodynamic response“, (HDR)) infolge neuro-

naler synaptischer Aktivität angenommen, welche als sog. neurovaskuläre Kopplung bezeichnet

wird (Sokoloff, 1991; Logothetis u. a., 2001). Da die O2-Extraktion relativ zu den Perfusions-

parametern zurückbleibt, kommt es schließlich zu einem Abfall der lokalen Konzentration des

paramagnetischen dHb. Dies bedingt in T2˚-gewichteten Pulssequenzen eine regionale Zunah-

me des MR-Signals, sog. BOLD-Signal (Abbildung 2.3) (Ogawa u. a., 1990). Zusammenfassend

entsprechen diese Veränderungen einer typischen „Aktivation“ einer Region und resultieren aus

dem Anstieg regionaler zellulärer Hirnaktivität initiiert durch Veränderungen elektrischer den-

dritischer Potentiale mit konsekutiven metabolischen und zirkulatorischen Änderungen (Gusnard

u. a., 2001).

Derjenige Zustand, in dem Änderungen der beschriebenen Parameter innerhalb der funktio-

nellen Bildgebung fehlen, wird als „Baseline“ definiert. Nach Gusnard u. a. (2001) können die

Zustände „Aktivation“ oder „Deaktivation“ einer Region auf unterschiedliche Weise in der funk-

tionellen Bildgebung zustande kommen. Zum einen wird unter „Deaktivation“ einer Hirnregion

generell die regionale Abschwächung ihrer Aktivation verstanden, deren physiologisches Korrelat

möglicherweise der Abfall der Aktivität derjenigen Zellen ist, die zu dieser Region projizieren.

Zum anderen ist das Eintreten einer dieser beiden Zustände abhängig von der Richtung des Un-

terschiedes der experimentellen Bedingung und der Kontrollaufgabe relativ zur Baseline und der

Richtung ihres Vergleichs im Sinne der Richtung des Kontrastvektors.

Erste fMRT-Studien

Mit der Verbesserung der Hardware der MRT-Scanner und der Nutzung der von Mansfield (1977)

entwickelten Echoplanar (EPI-) Sequenz war es möglich, die von Ogawa u. a. (1990) postulier-

te Nutzung des BOLD-Kontrastes zur Messung funktioneller Veränderungen der Hirnaktivität

umzusetzen. In den ersten funktionellen Studien wurden stabile, einfache visuelle und motori-

sche Aufgaben durchgeführt, von denen die funktionelle Beteiligung der einzelnen zentralnervö-

sen Strukturen bekannt war und somit die Validität der funktionellen Messung mittels BOLD-

Kontrast überprüft werden konnte (Kwong u. a., 1992; Ogawa u. a., 1992; Bandettini u. a., 1992;

Blamire u. a., 1992; Frahm u. a., 1993; Turner u. a., 1993).


Stimulus

+

-

+

-

rOE

F

rCB

F

rCG

U

rCO

U

rCO

AB

OLD

BO

LD

Aktivation

Deaktivation

Lokaler Zellmetabolismus

tische Aktivationneuronale synap-

BOLD-Signal

Abbildung 2.3.: Stimulus induzierte neuronale synaptische Aktivität bedingt bei resultierendem po-sitivem BOLD-Signal einen gesteigerten lokalen Metabolismus mit Anstieg des regionalen zerebralenBlutflusses bzw. -volumens (rCBF) und der regionalen zerebralen Glucoseutilisation (rCGU) bei nichtbis geringem Anstieg der regionalen zerebralen Sauerstoffutilisation (rCOU). Folglich sinkt bei konstantbleibender bzw. gering steigender Kapillardichte die kapilläre Hb-Transitzeit mit konsekutivem Abfall derrelativen regionalen O2-Extraktion-Rate (rOEF). Somit steigt die regional verfügbare Menge an Sauer-stoff (rCOA), welche die lokale Suszeptibilität senkt und ein positives BOLD-Signal zur Folge hat. Derkonträre Fall einer Deaktivierung bedingt gegenteilige Effekte hinsichtlich der erläuterten Parameter.

Neurovaskuläre Kopplung

Grundlage der neurovaskulären Kopplung, die zentrales Thema derzeitiger Forschungen bleibt,

ist das Zusammenspiel zahlreicher physiologischer und pathologischer Faktoren, wie lokale meta-

bolische Eigenschaften des Gehirns (Kalium, Adenosin, Glucose, Sauerstoff), vasoaktive Substan-

zen (Nitroxid, Eikosanoide), Neurotransmitterverteilung (Glutamat, u. a.), Neuron-Astrozyten-

Interaktionen, Topographie kortikaler Gefäße, Alter und Erkrankungen, sodass die Interpretation

von Veränderungen des BOLD-Signals im Sinne von Veränderungen neuronaler Aktivität unter

Berücksichtigung dieser Faktoren erfolgen muss (D’Esposito u. a., 1999; D’Esposito u. a., 2003).

In die lokale Kontrolle des Blutflusses involvierte Neurotransmitter sind u. a. Dopamin, Serotonin,

Acetylcholin und Norepinephrine. Krimer u. a. (1998) wiesen mittels histologischer Färbetechni-

ken, Licht- und Elektronenmikroskopie beispielsweise nach, dass dopaminerge Axone an kleinen

intrakortikalen Arteriolen und Kapillaren angrenzen und vasomotorische Effekte verursachen. In

Erwiderung zur lokalen neuralen Aktivität vermitteln Astrozyten u. a. mit ansteigender intrazel-

lulärer Calciumkonzentration die Dilatation von Blutgefäßen und einen Anstieg des regionalen

zerebralen Blutflusses (Takano u. a., 2006). In der Nähe zerebraler Läsionen konnte im Vergleich

zur Aktivierung homologer Areale der intakten Hemisphäre in einigen Studien eine Beeinträchti-


gung des fMRT BOLD-Signals nachgewiesen werden (Holodny u. a., 2000; Schreiber u. a., 2000;

Fujiwara u. a., 2004). Dies kann sowohl die Identifizierung signifikanter periläsionaler Aktivi-

täten erschweren als auch in einer Übergewichtung der Funktion der intakten Hemisphäre im

Sinne einer Pseudolateralisierung resultieren (Ulmer u. a., 2004). Dies hat zur Folge, dass für

die Berücksichtigung funktioneller Grenzen in der Resektion von Hirntumoren der Einsatz in-

traoperativer direkter Elektrostimulation weiterhin Befürwortung findet (Duffau, 2008). Betreff

der Alteration des BOLD-Signals bedeutsame Faktoren sind bei Hirntumoren u. a. deren Histo-

pathologie, Volumen und Distanz zur jeweiligen Aktivierungsregion, Veränderungen der basalen

Perfusion im Einflussbereich hypervaskularisierter Hirntumore und die Veränderung funktioneller

Mechanismen der Hirnperfusion (z. B. vaskuläre Autoregulation) (Jiang u. a., 2010; Wang u. a.,

2012).

Kapitel 3

Materialien und Methoden

Nachfolgend werden die methodischen Aspekte und die Versuchsplanung dieser prospekti-

ven fMRT-Verlaufsstudie zur Erfassung der motorischen Reorganisation von Patienten mit

Hirntumoren während der Durchführung einfacher motorischer Aufgaben vor und nach einer

neurochirurgischen Intervention erläutert.

3.1. Probanden

3.1.1. Patienten

An der vorliegenden Studie nahmen 14 Patienten mit Hirntumoren teil, die vor dem operativen

Eingriff zur Diagnostik im Max-Plank-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leip-

zig untersucht wurden. Nach der neurochirurgischen Intervention in der Klinik für Neurochirurgie

des Universitätsklinikum Leipzig konnte eine analoge postoperative funktionelle Bildgebung bei

12 Patienten durchgeführt werden. In Zusammenarbeit mit der Klinik für Neurochirurgie des Uni-

versitätsklinikum Leipzig nahmen an der vorliegenden Studie Patienten mit raumfordernder neo-

plastischer Erkrankung des Gehirns bzw. seiner Hüllen mit Involvierung sensorisch-motorischer

oder angrenzender Areale teil. Nach orientierender Überprüfung der Daten konnten, infolge Be-

wegungsartefakten bei 3 Patienten, lediglich 9 Patienten im Alter von 28 bis 64 Jahren (x “ 52.44

a, M “ 61.00 a, s “ 13.62 a) in die weitere Auswertung eingeschlossen werden. Davon waren

8 weiblich und 1 Patient männlich. Zur Ermittlung der Händigkeit wurde bei jedem Probanden

eine von S. Pollmann übersetzte Version des Edingburgh-Handedness-Inventory (EHI) (Oldfield,

1971) verwendet. Laut EHI waren alle Patienten Rechtshänder (x “ 0.99, Median “ 1.00,

s “ 0.03). Der mittlere zeitliche Abstand zwischen präoperativer fMRT-Messung und Operation

betrug 33 Tage (s “ 48 Tage). Der zeitliche Abstand zwischen Operation und postoperativer

funktioneller Bildgebung betrug zwischen 158 und 1232 Tagen (x “ 582 Tage, s “ 368 Tage).

Ergänzend wurde ein weiterer Patient (ID 9) nach präoperativer fMRT-Messung und operativen

Eingriff zu drei Zeitpunkten im zeitlichen Abstand von 87, 406 sowie 546 Tagen mittels funk-

tioneller Bildgebung untersucht. In einem Vorgespräch fand durch eine Ärztin die Aufklärung

der Patienten über den Ablauf, die Versuchsbedingungen und eventuelle Risiken der Unter-

30

3.2 Edinburgh-Handedness-Inventory (EHI) 31

suchung statt. Nach Beendigung des Versuches schloss sich eine anamnestische Erhebung der

Beschwerden vor und nach der Operation sowie zum Erhebungszeitpunkt an. Zur semiquanti-

tativen Beurteilung einer Parese wurde die Medical Research Council Skala (MRCS) verwendet

(Medical Research Council, 1976). Die MRCS umfasst folgende Stufen: 0 - keine Kontraktion, 1 -

tastbare Kontraktion ohne Bewegungserfolg, 3 - Bewegung gegen die Schwerkraft, 4 - Bewegung

gegen Widerstand, 5 - normale Kraft. Für die Teilnahme erhielten die Probanden eine finanzielle

Vergütung von 15e. Die Genehmigung für die Durchführung der Studie erteilte die Leipziger

Ethikkommission und jeder einzelne Patient mittels schriftlicher Einverständniserklärung.

3.1.2. Kontrollgruppe

Die Patienten wurden mit 9 altersgematchten gesunden Probanden ohne neurologische oder vas-

kuläre Erkrankungsvorgeschichte verglichen. Davon waren 7 weiblich und 2 Personen männ-

lich. Alle Probanden waren entsprechend des Edinburgh-Handedness-Inventory Rechtshänder

(x “ 1.00, Median “ 1.00, s “ 0). Die funktionelle Bildgebung fand für jeden Probanden der

Kontrollgruppe einmal im Jahre 2003 statt.

3.2. Edinburgh-Handedness-Inventory (EHI)

Für die Bestimmung der Händigkeit füllten die Probanden eine von S. Pollmann übersetzte

Version des EHI nach Oldfield (1971) aus. Dieser umfasst 10 Fragen zu Hand- und jeweils eine

zu Fuß- und Augenpräferenz. Unter Verwendung distinkter Abstufungen („+“, „++“) konnte die

relative Häufigkeit der Seitenpräferenz für die jeweilige Tätigkeit angegeben werden. Anhand

der Angaben im EHI und folgender Formel erfolgte die Berechnung eines Lateralitätsquotienten

(LQ) zur Händigkeitszuordnung der Probanden.

LQr%s “Anzahl der « ` » mit rechts ´ Anzahl der « ` » mit links

Anzahl der « ` » mit rechts ` Anzahl der « ` » mit links˚ 100 (3.1)

Der Wertebereich des LQ variiert zwischen `100% für reine Rechts- und ´100% für reine Links-

händigkeit. Werte ă ´20% werden als Linkshändigkeit, Werte zwischen ´20% und `20% als

Beidhändigkeit und Werte ą `20% als Rechtshändigkeit gewertet (Hund-Georgiadis, 2005).

3.3. fMRT-Studie

Mit Verweis auf die Darstellung der Grundlagen der strukturellen und funktionellen Kernspinto-

mographie im theoretischen Teil dieser Arbeit werden nachfolgend Versuchsaufgabe, Versuchsab-

lauf sowie Auswertung der akquirierten fMRT-Daten näher erläutert.

3.3.1. Versuchsaufgabe

Die motorische Aufgabe umfasste eine die kurzen Handmuskeln involvierende Fingertappen-

aufgabe, bei der die Patienten in der Aktivitätsbedingung A sequenziell die Finger II bis V

3.3 fMRT-Studie 32

und wieder zurück gegen den Daumen führten. Obwohl in einem vorherigen Trainingslauf der

Wechsel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fingern in einer Frequenz von circa 12Hz erfolgte,

konnte im Versuch die Taktfrequenz des Tappens der Finger von dem Patienten selber festgelegt

werden. Unter der Ruhe- bzw. Kontrollbedingung R sollten die Probanden jegliche Bewegungen

der Hand entspannt vermeiden. Die fMRT-Aufgabe wurde als geblocktes Design durchgeführt.

Dieses bestand aus jeweils fünf alternierenden Ruhe- und Aktivitätsblöcken (RARARARARA)

mit einer Dauer von jeweils 24 s. Durch die Präsentation eines grünen Bildschirmes wurde dem

Probanden die Versuchsbedingung Aktivität und mittels roten Bildschirmes die Ruhebedingung

signalisiert. Vor jedem derartigen Durchlauf erhielt die Versuchsperson akustisch die Anweisung

die Aufgabe mit der rechten, dann der linken und abschließend mit beiden Händen durchzufüh-

ren. Die Compliance der Durchführung der Versuchsaufgabe wurde über die Kamera, die auf die

MRT-Bohrung ausgerichtet wurde, durch den Versuchsleiter visuell registriert.

Ergab die Erhebung der anatomischen Daten Hinweise auf neoplastische oder ödematöse Invol-

vierung des motorischen Beinareals des Gyrus pre-/postcentralis, wurde zusätzlich ein Durchlauf

im Sinne der Flexion und Extension im Fußgelenk durchgeführt. Aufgrund der zu geringen Fall-

zahl wurden diese Daten jedoch nicht ausgewertet.

3.3.2. Versuchsablauf und Datenerhebung

Lagerung und Stimuluspräsentation

Mittels einer schriftlichen Instruktion wurden die Probanden vor der Untersuchung über den

Versuchsablauf informiert. Zudem bestand die Gelegenheit, eventuelle Unsicherheiten und Miss-

verständnisse hinsichtlich gegebener Instruktionen und des Ablaufs der Untersuchung zu klären.

Es erfolgte eine Belehrung bezüglich magnetisierbarer Metalle am und im Körper im MRT und

Verhaltens im Notfall. Die Patienten wurden liegend im MRT-Scanner positioniert und beide

Arme mittels Vakuummatratzen fixiert, um Bewegungsartefakte zu reduzieren. Anschließend

erfolgte die Fixierung des Kopfes mittels Klemmkeilen und Stirnband. Kopfhörer inklusive Mi-

krofon ermöglichten eine wechselseitige Kommunikation zwischen Patient und Versuchsleiter und

die Dämpfung messungsbedingter Lärmgeräusche. Die Instruktion der Versuchsbedingungen ei-

nes Durchganges erfolgte mittels LCD-Projektors, der am Kopfende der Scannerröhre angebracht

war und auf eine Fläche innerhalb des Scanners projizierte, welche mittels justierter Spiegelbrille

eingesehen werden konnte. Zur Kontrolle basaler physiologischer Parameter wurde an der lin-

ken Hand ein Pulsoximeter angebracht, mittels dessen Puls und Sauerstoffsättigung registriert

und überprüft wurden. In greifbarer Nähe des Patienten wurde ein Gummibällchen positioniert,

dessen Betätigung im Notfall ein Warnsignal im Sinne „Hilfe“ auslöste (Hund-Georgiadis, 2005).

Technischer Ablauf

Die fMRT-Studie wurde im 3T MRT-Scanner (Bruker Medspec 30/100, Ettlingen) als Echo

Planar Imaging (EPI) - Experiment durchgeführt. Die technischen Parameter der EPI-Sequenz

waren: TE = 30ms, flip angle = 90˝, TR = 2000ms, Erfassungsbandweite = 100 kHz und eine

3.3 fMRT-Studie 33

Matrix von 64 ˚ 64 mit einem „field of view“ von 19.2 cm. Während der funktionellen Mes-

sung wurden 16 Schichten (vor dem Jahre 2000 8 Schichten) mit einer Dicke von 5mm und

einem Abstand von 2mm voneinander akquiriert. Die 2D-Auflösung betrug 3mm ˚ 3mm, so-

dass die räumliche Auflösung mit einer Voxelgröße von 3mm ˚ 3mm ˚ 5mm resultierte. Die

Oberkante der 7. Schicht wurde an der AC-PC-Linie orientierend platziert, sodass sowohl die

Erfassung des gesamten Temporallappens, als auch die Registrierung der Aktivitätsmuster des

Kleinhirns und dorsaler bis mantelkantennaher Cortexregionen möglich waren. Vor jeder funk-

tionellen Untersuchungssitzung wurde für jeden Probanden zusätzlich ein T1 gewichtetes 3D-

Referenzvolumen bzw. MDEFT-Volumendatensatz mit 160 Schichten je 1mm Schichtdicke er-

hoben und im Talairach-Koordinaten-System nach Talairach und Tournoux (1988) ausgerichtet.

Im 2 s Abstand erfolgte die Erhebung der funktionellen Daten für jede der 16 Schichten (vor dem

Jahre 2008 8 Schichten). Bei einer Gesamtdauer eines trials von 240 s erhielt man 120 Bilder pro

Schicht, insgesamt bei 16 Schichten 1920 Bilder. Die Scann-Dauer betrug dementsprechend bei

3 Versuchsbedingungen 6min.

3.3.3. Auswertung der fMRT-Daten

Die Weiterverarbeitung und Analyse der fMRT-Daten erfolgte unter Verwendung des nichtkom-

merziellen Softwarepakets Lipsia (Leipzig Image Processing and Statistical Inference Algorithms)

(Lohmann u. a., 2000; Lohmann u. a., 2001). Dieses Paket umfasst eine Reihe von Prozeduren,

die die Vorverarbeitung, räumliche Transformation, statistische Auswertung, Segmentation und

Visualisierung der fMRT-Daten ermöglichen. Zur statistischen Auswertung wurden bereits be-

währte Algorithmen, die eine effiziente Verarbeitung von fMRT-Daten erlauben, in Lipsia imple-

mentiert. Die Entwicklung von Lipsia erfolgte unter Linux in C und C++ in Zusammenarbeit

des Max-Plank-Instituts der Kognitiven Neurowissenschaften und des Max-Plank-Instituts der

Mathematik (Lohmann u. a., 2000; Lohmann u. a., 2001).

Vorverarbeitung

Für jeden Patienten erfolgte sowohl in der prä- als auch in der postoperativen Untersuchung die

Akquirierung einer anatomischen Referenzaufnahme in T1-Gewichtung und einer zeitlichen Ab-

folge funktioneller Bilder in T2˚-Gewichtung. Die im Bruker - Rohdatenformat vorliegenden ana-

tomischen und funktionellen Daten wurden für die weitere Analyse mittels Lipsia-Softwarepaket

mithilfe der Prozedur vbrutov in das Vista - Datenformat transformiert.

Vor Beginn der statistischen Auswertung und Analyse der fMRT-Daten steht die Vorver-

arbeitung (preprocessing) zum Zwecke der Eliminierung von Artefakten und Verbesserung des

Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) der funktionellen Daten, wie beispielsweise die Korrektur

von Objektbewegungen während der Messung; physiologischen Bewegungen wie Pulsationen,

Schluckbewegungen, abdominelle Bewegungen und Atmung; regionalen Unterschieden der Sus-

zeptibilität an Gewebegrenzen; Flussartefakten in Nachbarschaft von Gefäßen; Inhomogenitäten

des statischen Magnetfeldes und Unterschiede im Zeitablauf der Bildgenerierung (Kruggel u. a.,

1998). Aufgrund der nicht simultanen Messung der einzelnen Schichten alle 2 s (je eine Schicht

3.3 fMRT-Studie 34

zu einem Zeitpunkt) ist eine Korrektur der zeitlichen Verschiebungen der Zeitverläufe der MR-

Signale jedes Voxels der jeweiligen Schicht zur Schätzung der Werte für den Zeitpunkt t “ 0 mit-

tels Sinc-Interpolation notwendig, welche auf dem Nyquist-Shannon-Theorem basiert (Lohmann

u. a., 2000). Unter der Annahme, dass niederfrequente Signalanteile für das Abdriften der Grund-

linie in der Zeitkurve des MR-Signals verantwortlich sind, erfolgte die Anwendung eines Hoch-

passfilters bei einer cutoff-frequency von 172Hz, der niederfrequente Anteile des MR-Signals

eliminiert (baseline correction). Unter der Hypothese, dass funktionelle fMRT-Daten räumliche

Korrelationen aufweisen, erfolgte die Anwendung einer räumlichen Gauss - Filterung (FWHM

= 5.65mm). Dies dient sowohl der Verbesserung des SNR als auch der Validität statistischer

Verfahren, wobei ein minimaler Verlust der räumlichen Auflösung toleriert wird.

Probleme in der Auswertung von fMRT-Studien bereiten direkte und indirekte Kopfbewegun-

gen während der Erhebung der funktionellen Daten, welche größtenteils durch Fixierung des

Kopfes und der Arme ausgeschlossen werden können. Während unter der Messung aufgetretene

Translationsbewegungen und Pulsationen innerhalb einer Schichtebene (in plane motion) nach

Akquisition computergestützt bis zu einem gewissen Teil ausgeglichen werden können (movement

correction), sind Rotationsbewegungen um die Kopfachse und / oder Verschiebungen entlang der

Körperachse (through-plane movement) schwer bis nicht kompensierbar.

Räumliche Transformation

Aufgrund der begrenzten räumlichen Auflösung, des geringen anatomischen Kontrastes und zu-

sätzlicher geometrischer Verzerrungen und Intensitätsverzerrungen müssen die funktionellen Da-

ten auf anatomischen strukturellen Bildern mit hoher Auflösung und hohen anatomischen Kon-

trast visualisiert werden. Die räumliche Transformation (spatial transformation) der fMRI-Daten

im Sinne der dreidimensionalen Orientierung der funktionellen 2D-Bilder erfolgte durch die räum-

liche Ausrichtung der strukturellen MDEFT-Schichten (Ugurbil u. a., 1993; Norris, 2000) am

im Talairach-Koordinaten-System (Talairach und Tournoux, 1988) ausgerichteten individuellen

3D-Referenzvolumen, sog. Korregistration. Die voxelorientierte iterative Maximierung linearer

Korrelationskoeffizienten ergab jeweils eine aus 6 Freiheitsgraden bestehende 3 ˚ 3 Transforma-

tionsmatrix (3 Translationsparameter und 3 Rotationsparameter), anhand derer die räumliche

Ausrichtung des strukturellen 2D-Datensatzes am 3D-Referenzvolumen optimal erfolgte (cor-

registration) (Lohmann u. a., 2001). Sämtliche geometrisch an den strukturellen 2D-Schichten

ausgerichteten funktionellen 2D-Schichten (EPI-T1 Schichten) konnten anschließend durch die

Anwendung der Transformationsmatrix am Referenzvolumen geometrisch ausgerichtet werden

(resampling). Abschließend wurde zur Überprüfung der Qualität der Transformationsmatrix die

resampling-Prozedur auf den strukturellen 2D-Datensatz angewandt (applying the transformati-

on matrix) (Lohmann u. a., 2000).

Infolge der erheblichen Variabilität der Morphologie (z. B. Größen-, Ausdehnungsverhältnis-

se, Form, gyrale und sulcale Anatomie) individueller Gehirne ist es notwendig, in der Absicht

statistische Einzelvergleiche oder Gruppenvergleiche durchführen zu können, die individuellen

Gehirne auf eine einheitliche Größe und Form zu transformieren. Hierzu wurden die individuel-

3.3 fMRT-Studie 35

len Transformationsmatrizen der Patienten gemäß der Konventionen des Talairach-Atlases unter

Aufrechterhaltung des Ursprunges des Koordinatensystems (AC) durch lineare Normalisierung

(spatial linear normalization) auf ein standardisiertes stereotaktisches Koordinatensystem mit

standardisierter Hirngröße von 135 ˚ 175 ˚ 120mm skaliert (Lohmann u. a., 2000).

In einem weiteren Schritt erfolgte die Anwendung der normalisierten Transformationsmatrizen

auf die jeweiligen individuellen funktionellen Daten. Trilineare Interpolation der Zwischenschicht-

räume ermöglichte die Generierung von 3D Ausgabedaten mit einer räumlichen Auflösung von

3 ˚ 3 ˚ 3mm3 pro Voxel.

Statistische Analyse - Einzelfallanalyse

Ziel der statistischen Analyse der vorverarbeiteten und registrierten Daten ist die Identifizierung

signifikanter versuchsabhängiger Intensitätsveränderungen in den fMRT-Zeitkurven des BOLD-

Signals jedes Voxels, um signifikant aktive Hirnregionen ermitteln zu können.

Betreff der Untersuchung funktionell aktiver Gebiete kann das Prinzip der kognitiven Sub-

traktion herangezogen werden. Dieses nimmt an, dass komplexe kognitive Operationen sich aus

dem Zusammenwirken mehrerer Teilprozesse zusammensetzen. Zur Erfassung der im Focus der

Untersuchung stehenden Einzelprozesse werden die funktionellen Daten der Ruhe- bzw. Kon-

trollbedingung vom Aktivitätszustand subtrahiert. Zugrunde gelegt wird die Annahme, dass die

Untersuchungsbedingungen sich lediglich in einer Eigenschaft unterscheiden, welche die im In-

teresse stehende Teilfunktion darstellt. Eine derartige summative Differenzierung von höheren

kognitiven Prozessen stellt jedoch eine modellhaft vereinfachende Sichtweise dar, da gegensei-

tige Interaktionen unberücksichtigt bleiben. So können neu hinzutretende kognitive Funktionen

bereits involvierte in ihrer Beteiligung an kognitiven Prozessen derart verändern, dass relevante

Hirnareale in ihrer Aktivierung beeinflusst werden (Friston u. a., 1996).

Die statistische Evaluation der funktionellen Daten der einzelnen Patienten basiert auf einer

least-square Schätzung der fMRT-Daten unter Verwendung des Allgemeinen Linearen Modell

(General Linear Model, GLM) (Friston u. a., 1994b; Lohmann u. a., 2000; Poline und Brett,

2012). Dieses nimmt an, dass fMRT-Messwerte yi zum Zeitpunkt bzw. Scan i (i “ 1, . . . , n) als

Summe gewichteter Modellfunktionen βj ˚xij inkl. summierten zufälligem Rauschen ei beschrie-

ben werden können (siehe Gleichungen (3.2) und (3.3)). Dabei steht xij für die i-te Realisierung

der j-ten (j “ 0, . . . , k) angenommenen Werte, die sich aus der Faltung der theoretischen hämo-

dynamischen Responsefunktion mit dem Versuchsdesign ergeben.

Y “ X ˚ β ` e (3.2)¨

˚˚˝

y1

y2...

yn

˛

‹‹‹‹‚

“

¨

˚˚˝

x11 ¨ ¨ ¨ x1k

x21 ¨ ¨ ¨ x2k...

. . ....

xn1 ¨ ¨ ¨ xnk

˛

‹‹‹‹‚

¨

˚˝

β1...

βk

˛

‹‹‚`

¨

˚˚˝

e1

e2...

en

˛

‹‹‹‹‚

(3.3)

In Abhängigkeit der Anzahl und der Art der Modellfunktionen vereinfacht sich dieses Modell zu

Spezialfällen wie t-Test, Regressionsanalyse, Fourieranalyse, ANOVA u. a., sodass es die am häu-

3.3 fMRT-Studie 36

figsten verwendeten statistischen Analysetechniken subsumiert und theoretischer Hintergrund

einer Vielzahl von fMRT-Studien ist. Für den Fall der Analyse einer qualitativen (kategoriel-

len) unabhängigen Variable im Sinne des in dieser Studie verwendeten motorischen Paradigmas

(„Aktivation“ versus „Ruhe“) vereinfacht sich das GLM zu einem t-Test. Für jedes Voxel wird

mittels t-Test anhand der Student’s t-Verteilung geprüft, ob sich das Mittel d der n Differenz-

werte (di “ xi ´yi) der Signalverläufe der beiden Versuchsbedingungen (xi, Werte der Messreihe

Aktivierungsbedingung; yi, Werte der Messreihe Ruhebedingung) unter Berücksichtigung deren

Standardfehlers sd bzw. zugehörigen Standardabweichungen mit n´1 Freiheitsgraden (FG) sich

signifikant von Null (Alternativhypothese) unterscheiden (siehe Gleichung (3.4)).

t “d

sd“

př

diqndř

d2i ´ př

diq2n

npn ´ 1q

FG “ n ´ 1 (3.4)

Die für jedes Voxel resultierenden t-Werte werden anschließend in ihre zugehörigen z-Werte

transformiert, die hinsichtlich der Normalverteilung (Mittelwert 0, Standardabweichung 1) die

selben p-Werte wie die t-Werte bezüglich der t-Verteilung liefern. Die Gesamtheit der Ergebnis-

se der statistischen Tests (z-Werte) sämtlich gemessener Voxel des Gehirns wird als Statistical

Parametric Map (SPM) der Hirnaktivität bezeichnet. Mit dem Ziel der Visualisierung der SPM

werden die einzelnen Voxel entsprechend ihres Signifikanzniveaus farblich codiert und struktu-

rellen Bildern überlagert, wobei Voxel mit geringem Signifikanzniveau dunkelrot und Voxel mit

hohem Signifikanzniveau hellgelb dargestellt werden. Eine derartige farbliche Codierung der SPM

bezeichnet man color map. Neben der 2D Darstellung der SPM ist eine 3D Darstellung als sog.

rendered images möglich. Ein weiterer Ergebnistyp der statistischen Analyse in Lipsia sind die

sogenannten Kontrastmaps, welche zwar keine Aussage betreffs der statistischen Signifikanz ei-

nes Effektes geben, jedoch besser die Effektstärke zwischen den betrachteten experimentellen

Bedingungen (z. B. die Differenz zweier Mittelwerten) wiedergeben (Lohmann u. a., 2001).

Korrektur multipler statistischer Vergleiche

In fMRT-Studien angewandten statistischen Tests, die für jedes Voxel separat und simultan

durchgeführt werden, haben zur Folge, dass die Irrtumswahrscheinlichkeit α für falsch positive

Entscheidungen hinsichtlich der Aktivierung von Voxeln sich gegenüber dem Fehler Typ I eines

einzelnen Tests vergrößert. Um dieser Alphaeskalation bei multiplen statistischen Vergleichen

entgegenzuwirken bzw. falsch positive Resultate (Typ I Fehler) zu minimieren, können u. a. fol-

gende Arten von Korrekturen angewandt werden (Nichols, 2012). In der Bonferroni-Korrektur

wird die Rate der falsch positiven Rückweisungen der Nullhypothese über alle durchgeführten

statistischen Tests (Familywise Error Rate, FWE) berücksichtigt. Wurden beispielsweise k Tests

durchgeführt, so wird nach dieser Korrektur das Signifikanzniveau αbon für jeden durchgeführten

unabhängigen statistischen Test (hier entspricht k der Anzahl der Voxel) auf das Niveau αk

gesetzt. Diese Art der Korrektur stellt eine strenge Kontrolle des Typ I Fehlers dar. Neben der

3.3 fMRT-Studie 37

Minimierung des Typ I Fehlers bzw. der Wahrscheinlichkeit falsch positiver Ergebnisse hat dies

aber auch zur Folge, dass die Wahrscheinlichkeit für Typ II Fehler bzw. die Ablehnung richtig

positiver Aktivierungen dramatisch ansteigt. Für die klinische Fragestellung der Identifikation

des primär motorischen Cortex vor einer neurochirurgischen Intervention kann ein Anstieg des

Typ II Fehlers zur Folge haben, dass richtig positive Aktivierungen mit niedrigerer Signifikanz

abgelehnt werden und funktionelles Gewebe entfernt wird.

Als Methode zur Korrektur der Ergebnisse statistisch signifikanter Tests im Rahmen multipler

Vergleiche wurde in dieser Studie das Konzept der „False Discovery Rate“ (FDR) nach Benjamini

und Hochberg (1995) angewandt. Die FDR ist im Unterschied zur Bonferroni-Korrektur definiert

als Anteil der falsch positiven Zurückweisungen der Nullhypothese derjenigen Tests, für die die

Nullhypothese tatsächlich verworfen wurde (Genovese u. a., 2002). Angewandt auf funktionelle

Bildgebungsanalysen erhält man ohne Berücksichtigung einer kritischen minimalen Clustergröße

aus der Anwendung der FDR-Prozedur eine kritische p- bzw. z-Schwelle, die die erwartete FDR

auf oder unter einem α-Niveau von ď 0.05 bezüglich des funktionell gemessenen Hirnvolumens

kontrolliert. Ab dieser z-Schwelle werden Aktivierungen als signifikant betrachtet.

Zur Minimierung der Fehlerwahrscheinlichkeit falsch positiver Aktivierungen eines oder meh-

rerer Voxel innerhalb des gesamten gemessenen Hirnvolumens bei einem kritischen Signifikanzni-

veau wurde in Anlehnung an Friston u. a.; Forman u. a.; McAvoy u. a., mittels valphasim (Alpha

Simulationsroutine nach Lipsia) eine Monte Carlo Simulation für die gesamte EPI-Matrix mit

1000 Iterationen und einer FWHM des räumlichen Gaussfilters von 8 mm simuliert. Das FWHM

ergibt sich dabei aus der Summation des Ausmaßes der bei vbaseline angewandten räumlichen

Filterung (fwhmvbaseline “ 5.65) und der schon vor der räumlichen Filterung bestehenden in-

trinsischen Glätte der Daten (fwhmintrinsic). Somit wurde das FWHM individuelle für jeden

Patienten festgelegt und visuelle überprüft. Die Routine ergab für die individuelle z-Schwelle je

Voxel von 3.09 (p ď 0.001, unkorrigiert) und einer falsch positiven Fehlerwahrscheinlichkeit des

gesamt gemessenen Hirnvolumens von α ď 0.05, dass beispielsweise bei FWHM = 8mm ledig-

lich Cluster mit einem Volumen von mindestens 23 (621mm3) zusammenhängenden Voxeln als

signifikant aktiv betrachtet werden können.

Eine berechtigte Frage ist: Welche der Korrekturmethoden sind unter welchen Bedingungen

anzuwenden? Nachteil der Bonferroni-Korrektur ist eine sehr strenge Kontrolle des Typ I Fehlers

und die Tendenz sowohl falsch positive als auch richtig positive Aktivierungen abzulehnen, sodass

diese Methode für das weitere Vorgehen ungeeignet ist. Ist eher die Sicherheit und somit eine gute

Sensitivität der Erfassung aktiver Cluster gewünscht, wird die Wahl eher auf die Kombination von

kritischer z-Schwelle und mindest Clustergrößenschwelle fallen. Ist dagegen eine gute Spezifität

kombiniert mit einer ausreichenden Kontrolle falsch positiver Aktivierungen erwünscht, fällt die

Wahl auf die FDR-Korrektur.

Visualisierung

Die Visualisierung der aufgabenbezogenen Hirnaktivität erfolgte durch Überlagerung der SPM

auf strukturelle Bilder (zugehörige anatomische Schicht, individuelles 3D-Referenzvolumen, 3D-

3.3 fMRT-Studie 38

Standardvolumen) mit hoher räumlicher Auflösung und hohem anatomischen Kontrast. Dies

ermöglicht eine präzisere Zuordnung aktiver Hirnregionen zu anatomischen Strukturen. Durch

Transformierung der Datensätze in das Talairach-Koordinatensystem konnten für einzelne Akti-

vierungen die entsprechenden Koordinaten ermittelt und anhand deren Lage im Standardgehirn

des Talairach-Systems (Talairach und Tournoux, 1988) sowie entsprechender makroanatomischer

Landmarken im Duvernoy-Atlas (Duvernoy, 1999) sowohl eine neuroanatomische Zuordnung als

auch die Bestimmung entsprechender Brodmann-Areale (BA) geleistet werden. Diese Form der

Standardisierung der Datensätze in das Talairach-Koordinatensystem sowie die Normalisierung

derer ist Grundlage für die Vergleichbarkeit der Ergebnisse untereinander und mit anderen Stu-

dien. Im Sinne der Verbesserung der Visualisierung wurde die räumliche Auflösung der SPM

mittels Interpolation auf 1mm3 erhöht (Lohmann, 1998). Mittels der in Lipsia implementierten

Prozeduren vblobsize und vzmax wurde nach Normalisierung der Einzel- bzw. Gruppendaten eine

den Aktivierungsarealen (blobs) entsprechende Liste generiert, welche Angaben zu Lokalisation,

Volumengröße, maximale z-Werte signifikanter „blobs“ subsumierte. Zur Visualisierung funktio-

neller und anatomischer Datensätze wurde neben den in Lipsia implementierten Prozeduren vlv,

vlview zusätzlich MRIcron verwendet. MRIcron ist eine von Rorden u. a. (2007) entwickelte, un-

ter http://www.mricro.com/mricron und http://www.nitrc.org/projects/mricron frei erhältliche,

Software.

Auswahl der Regionen des Interesses

Zur Quantifizierung des Ausmaßes einer Aktivierung wird sowohl die Anzahl der Voxel bzw. das

entsprechende Volumen nach Festlegung einer bestimmten Signifikanzgrenze als auch die Maxi-

ma einer Aktivierung (z-max) bzw. das arithmetische Mittel innerhalb eines Aktivierungsareals

herangezogen. Verwendet man für die Bestimmung der Stärke einer Aktivierung ihre gesamte

Ausdehnung, geht dies mit dem Problem einher, dass bei eng benachbarten separaten Regionen

eine Trennung nur in einem engen Bereich von z-Werten möglich ist und Aktivierungen somit

konfluieren oder verschwinden. Randbereiche von Aktivierungsarealen beinhalten eine Vielzahl

schwach aktivierter Voxel, welche das arithmetische Mittel der z-Werte zur Beurteilung der Ak-

tivierungsstärke im Trend reduzieren. Alternativ können Regionen des Interesses (ROI) definiert

werden, entsprechend derer Aktivierungen getrennt untersucht und ihre Beteiligung an motori-

schen bzw. kognitiven Prozessen detailliert analysiert werden. Innerhalb der ROI kann sowohl

die Anzahl der Voxel / Volumen als auch das Mittel der z-Werte sowie der Kontraste zur Beur-

teilung der Aktivierungsintensität herangezogen werden. Für die Analyse von Aktivierungen ist

sowohl die Kombination von Hirnvolumina, die durch das Talairach-Koordinatennetz definiert

werden (Pugh u. a., 1996), als auch die Verwendung von anatomisch-funktionellen Strukturen ori-

entierend definierten Räumen (Krings u. a., 2000) sowie geometrischen Räumen möglich (Bosch,

2000).

Für die Einzelfallanalyse der motorischen fMRT-Daten wurde anhand der in Studien mit

motorischen Aufgabenparadigmen gefundenen Aktivierungsregionen sowie neuroanatomischen

Landmarken des Hirns folgende in Tabelle 3.1 aufgelistete kortikale sowie zerebelläre ROI je

3.3 fMRT-Studie 39

Hemisphäre ausgewählt sowie anhand der Einzeldaten überprüft. In die anschließende Gruppen-

analyse gingen lediglich die über weitgehend alle Patienten beobachteten Aktivierungsregionen

unter Berücksichtigung der mittels FDR-Korrektur ermittelten kritischen z-Schwelle (zfdr) sowie

einer Mindestclustergröße von 30 Voxeln ein.

Tabelle 3.1.: Auflistung der motorischen kortikalen Regionen des Interesses (ROI)

ROI ROI parzelliert BA Neuroanatomische Landmarken

MPC SMA: pre-SMA und

SMA proper: SMAr,

SMAc

6m a = vertikale Ebene durch die hintere Kante des Genu corporis

callosi; im = im Bereich p´8mm;`8mmq von der VCA liegt

die SMAr und grenzt sich nach anterior bzw. posterior von

pre-SMA bzw. SMAc ab; p = paracentral lobule und VCP; i

= CMA; s = Mantelkante

lPMC PMd 6dl a = ď 10mm anterior des Sulcus precentralis; p = M1;

im = Sulcus precentralis; i = Sulcus precentralis superior,

Ramus descendens (spcsd) sowie die Verbindungslinie zum

Sulcus precentralis inferior, Ramus ascendens (ipcsa); s =

Mantelkante

SMI MI 4, 1, 2, 3 SMI: Cortex des anterioren Anteils des Sulcus centralis so-

wie angrenzende posteriore Anteile des Gyrus precentralis

(MI), die eine Omega- bzw. Epsilon-Formation des sogenann-

ten Handknaufs bilden (Yousry u. a., 1997) und Cortex des

posterioren Anteils des Sulcus centralis sowie anterior des Sul-

cus postcentralis gelegen (SI); a = posteriore Kante des Gyrus

precentralis; p = Sulcus postcentralis; s = Fissura longitu-

dinalis cerebri; i = Gyrus subcentralis, superior des Sulcus

lateralis

PPC SPL 5, 7 a = Sulcus postcentralis; p = Linie vom Sulcus parietooccipi-

talis (PO) über den Sulcus occipitalis lateralis hin zur Incisura

temporo-occipitalis (TO) (PO-TO-Linie); s = Mantelkante; i

= superiores Ufer des Sulcus intraparietalis

IPS 7, 19, 39,

40

a = Sulcus postcentralis; p = Sulcus occipitalis transversus,

nahe des Sulcus parieto-occipitalis gelegen; s = IPL; i = SPL;

CER CERA CERA/CERP: a = Velum medullare superius; im = Fissura

prima; p = Fissura posterolateralis

Abkürzungen: MPC, mesialer prämotorischer Cortex; SMA, supplementär-motorisches Areal; pre-SMA, prä-

supplementär-motorisches Areal; SMAr, rostrale Portion des SMA proper; SMAc, kaudale Portion des

SMA proper; PMC, prämotorischer Cortex; lPMC, lateraler prämotorischer Cortex; PMd, dorsolateraler PMC;

SMI, primärer somatosenso-motorischer Cortex; MI, primär motorischer Cortex; PPC, posteriorer parietaler

Cortex; SPL, Lobulus parietalis superior (superior parietal lobule); IPS, Sulcus intraparietalis (intraparietal

sulcus); CER, Cerebellum; CERA, Lobus cerebellaris anterior; CERP, Lobus cerebellaris posterior; a, anteriore

Grenze; p, posteriore Grenze; s, superiore Grenze; i, inferiore Grenze; im, intermediäre Grenze; m, mediale

Grenze; l, laterale Grenze.

Bestimmung der Lateralitätsindizes

Der Lateralitätsindex (LI) ist ein Maß zur Quantifizierung der zerebralen Asymmetrie bzw. der

Lateralisation von Hirnaktivität für im Interesse stehende Hirnregionen. Infolge der Tatsache,

dass kontralaterale und ipsilaterale Hirnaktivitäten aufeinander bezogen werden, können inter-

individuelle Unterschiede der BOLD-Response auf die neuronale Aktivität reduziert werden.

3.3 fMRT-Studie 40

Eine mögliche Fehlerquelle ist jedoch die notwendige Annahme, dass die auf die neurovaskuläre

Kopplung Einfluss nehmenden Faktoren regional symmetrisch über das Gehirn hinweg ausge-

prägt sind. Unter der Berücksichtigung des klinisch praktischen Vorgehens in der Auswertung

motorischer fMRT-Testverfahren erfolgte die Bestimmung der Lateralisierung der aufgetretenen

Aktivierungen anhand der Einzeldaten.

Zur Analyse der Lateralisierung von Aktivierungen standen zwei Verfahren zur Auswahl. Im

ersten Verfahren wurde in den einzelnen Subtraktionsbedingungen sowie bei individuell fest-

gelegten Schwellenwert (z-Wert) die Volumina der motorisch relevanten ROI ermittelt, welche

anschließend in die Berechnung der Lateralitätsindizes (Lateralitätsindizes der Aktivierungsvo-

lumina) eingingen. Die Wahl des Schwellenwertes richtete sich nach der mittels der Prozedur

vblobsize automatisch durchführbaren Trennung möglichst vieler blobs unter Erhalt möglichst

vieler aktiver ROI. Bei fehlender automatischer Trennung erfolgte die Bestimmung der Volumi-

na mittels Auszählung der einzelnen aktiven Voxel unter Visualisierung mittels vlview.

Alternativ wurden innerhalb der relevanten ROI sowie ihrer homologen Areale in der kontrala-

teralen Hemisphäre (unabhängig von deren Aktivierungen) Sphären positioniert. Ihr Zentrum

wurde in die statistisch signifikantesten Voxel der ROI lokalisiert. War dies infolge fehlender Signi-

fikanz der Aktivierungen (bei festgelegtem Schwellenwert) nicht möglich, wurde das Zentrum in

Hinblick zur Lokalisation beobachteter Aktivierungen entsprechender makroanatomischer Struk-

turen positioniert. Analog wurde bei ausgedehnten ROI vorgegangen, deren z-Maxima abseits

des relevanten Cortexareals lagen. Der Radius der Sphären wurde auf 6mm gesetzt. Innerhalb

dieser Kugeln wurden die Kontrastwerte aller Voxel gemittelt, sodass diese Mittel der Kontraste

in die anschließende Berechnung der Lateralitätsindizes (Lateralitätsindizes der Kontrastwerte)

eingingen. Vorwiegend Ergebnisse dieser Methode gingen in weitere Analysen ein.

Entsprechend der Formel (3.5) erfolgte die Berechnung der LI der Aktivierungsmuster anhand

der Aktivierungsvolumina (Anzahl der Voxel) bzw. der gemittelten Kontrastwerte der statis-

tisch signifikantesten Voxel der jeweiligen ROI der ipsiläsionalen (I) und kontraläsionalen (C)

Hemisphäre.

LI “I ´ C

I ` C(3.5)

Die Werte der errechneten Lateralitätsindizes der im Interesse stehenden Aktivitätsmuster be-

wegen sich in einem Wertebereich von +1.0 für totale Dominanz der betroffenen Hemisphäre bis

-1.0 für totale Dominanz der nicht betroffenen Hemisphäre.

Statistische Analyse - Gruppenanalyse

Die ursprüngliche Verwendung der Begriffe „fixed effects model“ und „random effects model“

steht im Zusammenhang mit ANOVA und Regressionsmodellen. Beim „fixed effects model“ wird

angenommen, dass der experimentelle Effekt bis auf den Zufallsfehler über die Probanden hin-

weg gleich ist. Es wird angenommen, dass die Daten einer Population entstammen, in derer sie

normalverteilt sind und sich, bezogen auf die betrachteten Faktoren, nur in ihren Mittelwerten

unterscheiden. Sollen jedoch Schlussfolgerungen jenseits der betrachteten Fälle auf die Gesamt-

population gezogen werden, wird das „random effects model“ bzw. „variance component model“

3.3 fMRT-Studie 41

angewandt, welches die Variabilität der Effekte der Faktoren mit in die Schätzung der Fehler-

varianz einbezieht. Analysen, in denen sowohl „fixed“ als auch „random effects“ einbezogen sind,

werden „mixed effects model“ genannt (Huettel u. a., 2009). Bezogen auf die in die Gruppenana-

lyse eingehenden SPM handelt es sich beim „fixed effects model“ um ein statistisches Modell, das

lediglich die betrachteten Einheiten (beispielsweise die Probanden einer Studie) im Interesse hat

und diese als die vollständige Population ansieht. Dabei werden betreffs der Analyse der z-maps

mehrerer Personen interindividuelle Unterschiede des Ausmaßes der BOLD-Signal-Variabilität

von der Schätzung der Fehlervarianz ausgeschlossen. Bei Verwendung von Kontrastmaps ist dies

berücksichtigt, sodass deren Verwendung für die Gruppenanalyse in Hinblick für Aussagen zur

Gesamtpopulation bevorzugt wird. Folglich wurden für die nachfolgenden Berechnungen norma-

lisierte Kontrastmaps verwendet.

Talairach-Koordinaten In der Berechnung der arithmetischen Mittel der Talairach xyz-Koor-

dinaten werden die Koordinaten der Aktivierungen entsprechend der Lokalisation der neoplasti-

schen bzw. postoperativen Läsion in ipsiläsional versus kontraläsional gelegen differenziert. Für

die Berechnung der über alle Probanden gemittelten Talairach xyz-Koordinaten wurden bei der

arithmetischen Mittelung im Fall der rechtsseitigen Lage der Läsion die Vorzeichen der Talairach

x-Koordinatenwerte der ipsi- und kontraläsionalen Hemisphäre vertauscht.

ROI-Analyse Entsprechend der mittels der in Lipsia implementierten Prozedur vzmax erhobe-

nen Koordinaten der maximalen z-Werte der ROI wurden Sphären mit einem Radius von 6mm

positioniert. Zusätzlich wurde berücksichtigt, dass die Sphären die neuroanatomischen Grenzen

der ROI nicht überschritten. Diese Art der Positionierung der Sphären bezweckte, dass diejenigen

Voxels eingeschlossen werden, welche innerhalb der ROI die stärksten Aktivierungen aufwiesen.

Für jeden funktionellen Datensatz eines Probanden wurde dieses Vorgehen hinsichtlich jeder

Versuchsbedingung und Erhebungszeitpunktes durchgeführt. Innerhalb der Sphären wurden die

Kontraste aller eingeschlossenen Voxel für jeden Datensatz separat gemittelt.

Mittels der in Lipsia implementierten Prozedur vROIonesample_ttest wurde für die jeweiligen

Versuchsbedingungen getrennt ein Einstichproben-t-Test über die Kontrastwerte der ROI der

Kontrollgruppe und der Patientengruppe separat für die Erhebungszeitpunkte t1 und t2 durch-

geführt. Mittels dessen wurde überprüft, ob die für die entsprechenden Gruppen über die ROI

gemittelten Kontrastwerte keinen Effekt (H0 : µ “ 0) oder alternativ ein von Null signifikant

unterschiedlichen Effekt (H1 : µ “ 0) aufweisen. Unter Verwendung des Statistikprogramms R

(R Core Team, 2014) wurden statistische Vergleiche der zentralen Tendenz über die Kontrastwer-

te der ROI zwischen Kontrollgruppe und Patientengruppe mittels Welch-Zweistichproben-t-Test

und zwischen den beiden Erhebungszeitpunkten der Patienten mittels t-Test für abhängige Stich-

proben durchgeführt.

Lateralitätsindizes Die in der Einzelfallanalyse ermittelten LI der Kontrastwerte wurden für die

jeweiligen Versuchsbedingungen und ROI sowohl für die Kontrollgruppe als auch für die Patien-

tengruppe für beide Erhebungszeitpunkte gemittelt und deren Standardfehler der Mittelwerte be-

3.3 fMRT-Studie 42

rechnet. Statistische Vergleiche der zentralen Tendenz der Lateralitätsindizes der Einzelgruppen

und zwischen den Gruppen wurde aufgrund der nicht voraussetzbaren Normalverteilung mittels

nicht-parametrischer Tests durchgeführt. Unter Verwendung des Statistikprogramms R (R Core

Team, 2014) wurden Vergleiche der zentralen Tendenz der LI mit LI “ 0 mittels Einstichproben-

Median-Test nach Wilcoxon, Pre-Post-Vergleiche der zentralen Tendenz mittels Wilcoxon-Test

für abhängige Stichproben und Vergleiche der zentralen Tendenz zwischen Kontroll- und Patien-

tengruppe mittels des Mann-Whitney-U-Test durchgeführt und geprüft.

Morphometrie Zusätzlich zur Analyse der funktionellen Daten wurden morphometrische Pa-

rameter zur Charakterisierung der zerebralen Läsion und entsprechender morphologischer Ver-

änderungen des Hirns erfasst. Grundlage dessen waren die zu jeden Erhebungszeitpunkt erho-

benen anatomischen MRT-Datensätze und die regionbasierte In-vivo-Morphometrie der Läsion.

An morphometrischen Parametern gingen das Volumen der zerebralen Läsion, die Distanz zwi-

schen Handareal und Läsion, die Distanz zwischen Tumor und SMA, die durch den Tumor

verursachte Dislokation des Handareals im Vergleich zur Gegenseite sowie zusätzlich die Histo-

pathologie der zerebralen Neoplasie ein. Morphometrische Parameter wurden mittels vledit von

Lipsia und der Software Slicer (Pieper u. a., 2004) visualisiert und ermittelt. Letztere ist eine un-

ter http://www.slicer.org frei erhältliche Open-Source-Software zur Analyse und Visualisierung

medizinischer Bilder. Dislokation ist definiert als der Abstand zwischen den coronaren Ebenen

durch die ipsiläsionale und kontraläsionale Handregion des primärmotorischen Cortex. Im Falle

der fehlenden Identifizierbarkeit der Handregionen über die Ω- bzw. E-Formation des sogenann-

ten Handknaufs des Gyrus precentralis (Yousry u. a., 1997) erfolgte die Lokalisation derer über

die Daten der jeweiligen individuellen funktionellen Messung im Rahmen des bimanuellen Fin-

gertappens. Grundlage dessen ist die Annahme der strukturellen Symmetrie der Sulci centrales

(White u. a., 1997; Amunts u. a., 1996; Amunts u. a., 2000). Die Bestimmung des Volumens der

zerebralen Läsion in den individuellen T1-gewichteten anatomischen 3D-Referenzdatensätzen er-

folgte unter Verwendung des unter Lipsia implementierten interaktiven Analysemoduls vledit

mittels manueller Markierung der Läsion. Das Volumen wurde in Echtzeit zur Durchführung

der Segmentierung aus der Anzahl der markierten Bildvoxel kalkuliert. Anschließend wurden die

Zusammenhänge zwischen LI und morphometrischen Parametern unter Verwendung der biva-

riaten Assoziationsmaße Spearmans und Kendalls τ erfasst und auf ihre Signifikanz geprüft.

Signifikante Zusammenhänge wurden anschließend als bivariate lineare Regression zwischen Prä-

diktorvariable und Kriteriumsvariable LIpt, ROIq dargestellt.

Kapitel 4

Ergebnisse

In diesem Abschnitt erfolgt die Darstellung der Ergebnisse der Einzelfall- und Gruppenanalyse,

wonach das Kapitel mit der Diskussion der dargestellten Ergebnisse folgt.

4.1. Einzelfallanalyse - Patienten

4.1.1. Klinische Beschreibung

In der folgenden Darstellung des klinischen Verlaufs der Probanden beziehen sich die Angaben

zum postoperativen Paresegrad auf die neurologische Untersuchung zum postoperativen Erhe-

bungszeitpunkt. Keiner der Patienten erhielt eine Chemotherapie beziehungsweise Radiation. In

der Tabelle B.1 im Anhang B sind die klinischen Daten sowie die Diagnosen und Therapien der

einzelnen Probanden zusammenfassend im Überblick dargestellt.

Patient 1: Es handelt sich um eine 61-jährige Frau, die klinisch präoperativ fokal-sensible Anfäl-

le bis zu viermal täglich des rechten Beines mit Schwere- und Spiralgefühl aufwies. Des Weiteren

lag vor der Operation ein dauerhaftes Schweregefühl des rechten Beines bei regelrechter Kraft

(5 MRC), Trophik und Motilität vor. Die neurochirurgische Intervention fand am 26.11.1998

statt. Postoperativ wies Patient 1 am 18.12.1998 keine neurologischen Defizite auf. Nach An-

schlussheilbehandlung war der neurologische Befund am 15.06.1999 unauffällig. Anamnestisch

wurde angegeben, dass Ausprägung und Häufigkeit der zweimal monatlich auftretenden fokal-

sensiblen Anfälle des rechten Beines deutlich gemindert waren. Die neurologische Untersuchung

am 11.04.2002 war unauffällig gewesen.

Patient 2: Bei der 63-jährigen Probandin lagen präoperativ eine linksseitige Fußheberschwä-

che 4 MRC, progrediente Konzentrations- sowie Merkschwäche, Druckgefühl im Kopf, Übelkeit

und Schwindel vor. Die neurochirurgische Intervention fand am 26.10.1999 statt. Postoperativ

fanden sich am 09.11.1999 keine Paresen, keine sensiblen Defizite und Kopfschmerzen im Bereich

des Operationsgebietes vor. Es schloss sich eine Anschlussheilbehandlung an. Die neurologische

Untersuchung am 11.04.2002 war unauffällig.

43

4.1 Einzelfallanalyse - Patienten 44

Patient 3: Hier handelt es sich um eine 36-jährige Frau, die präoperativ an Symptomatik

Schwindel, Hypästhesie entlang der Außenseite des linken Armes und des IV. und V. Fingers

aufwies. Die neurochirurgische Intervention fand am 03.09.2001 statt. Postoperativ wies die Pa-

tientin am 10.09.2001 keine neurologischen Defizite auf. Auch in der Untersuchung am 09.09.2003

war der neurologische Befund unauffällig gewesen. Nach der Operation fand eine Anschlussheil-

behandlung statt.

Patient 4: Die präoperative Symptomatik bei dem 34-jährigen männlichen Probanden umfasste

einen fokalen motorischen Anfall der rechten Halbseite und eine Kraftminderung in der rechtssei-

tigen Unterschenkelbeugung und -streckung 4 MRC. Die neurochirurgische Intervention erfolgte

am 10.02.2000. An postoperativer Residualsymptomatik bestand die zentrale Parese des rech-

ten Beines mit 4 MRC sowohl am 18.02.2000 und am 11.04.2002 fort. Nach neurochirurgischer

Intervention befand sich Patient 4 in einer Anschlussheilbehandlung.

Patient 5: Bei der 64-jährigen Frau bestanden an präoperativer Symptomatik Parästhesien

und Kribbeln an beiden Fußsohlen über S1. Neurochirurgisch wurde am 15.01.2002 interveniert.

Postoperativ zeigte Patient 5 keinerlei neurologische Defizite. Auf die Einleitung einer Anschluss-

heilbehandlung wurde verzichtet. Der neurologische Befund am 27.08.2002 war unauffällig.

Patient 6: Klinisch bestanden präoperativ bei der 57-jährigen Probandin an Symptomen pas-

sagere aphasische Störungen sowie eine einschießende Koordinationsstörung der rechten Hand.

Die präoperative neurologische Untersuchung zeigte einen unauffälligen Befund. Die neurochir-

urgische Intervention fand am 12.12.2000 statt. Postoperativ traten wegen einer frontoparietalen

epiduralen Blutung Kopfschmerzen sowie zweimal passagere Taubheitsgefühle der rechten Hand

auf. Im Verlauf waren die Symptome bis zum 27.12.2000 regredient. Eine Anschlussheilbehand-

lung fand nicht statt. Es zeigten sich am 11.04.2002 in der Untersuchung keine neurologischen

Defizite.

Patient 7: Diese 61-jährige Frau hatte präoperativ an einer linksseitigen Hypakusis und Tinni-

tus gelitten. Die neurochirurgische Behandlung fand am 27.11.2002 statt. Postoperativ wurden

in den Akten keine neurologischen Defizite berichtet. Am 13.05.2003 war die neurologische Un-

tersuchung unauffällig gewesen. Eine Anschlussheilbehandlung fand nicht statt.

Patient 8: Es handelt sich um eine 61-jährige Probandin, die präoperativ keine fokalen neuro-

logischen Ausfälle hatte. Die neurochirurgische Intervention fand am 08.03.2002 statt. Es lagen

keine postoperativen neurologischen Ausfälle am 15.03.2002 vor. Es schloss sich eine Anschluss-

heilbehandlung an. Die neurologische Untersuchung am 13.08.2002 war unauffällig gewesen.

Patient 9: Die 28-jährige Probandin wies vor der neurochirurgischen Intervention fokal-sensible

Anfälle mit Missempfindungen im linken Bein auf. Die neurochirurgische Intervention fand am


27.03.2001 statt. Unmittelbar postoperativ wies die Patientin eine hochgradige rechtsseitige He-

miparese auf. Am 10.04.2001 wiesen im Bereich des Beines die proximalen Muskelgruppen noch

einen Paresegrad von 3-4 MRC, distal jedoch noch 0-1 MRC auf. Im Bereich des Armes war wieder

eine zunehmende Gebrauchsfähigkeit zu verzeichnen. Es schloss sich eine Anschlussheilbehand-

lung an. In der Nachuntersuchung vom 24.09.2002 lag lediglich eine distal betonte rechtsseitige

Beinparese mit 4 MRC vor.

Für die Gruppe der Patienten ergab sich im Rahmen des Edingburgh-Handedness-Inventory

(EHI) ein Mittelwert von 0.99 ˘ 0.03 (x “ 0.99, Median “ 1.00, s “ 0.03). Mit Ausnahme des

Patienten 7 wiesen alle Patienten mit einem Wert von 100% eine reine Rechtshändigkeit. Für

Patient 7 ergab sich im EHI ein Wert von 0.9.

4.1.2. Strukturelle Anatomie und Morphometrie

An morphometrischen Parametern wurden das Volumen der Hirnläsion, die Distanz zwischen

Handareal bzw. SMA und Läsion, die durch den Tumor verursachte Dislokation des Handa-

reals im Vergleich zur Gegenseite und die Histopathologie der zerebralen Neoplasie für jeden

Patienten und Erhebungszeitpunkt erhoben. Angaben zur strukturellen Anatomie, Morphome-

trie bzw. Rezidivbeurteilung basieren auf nichtnormalisierte t1-gewichtete MRT-Schnittbilder.

In der Abbildung 4.1 sind die präoperativen axialen t1-gewichteten MRT-Schnittbilder aller Pa-

tienten in Relation zum primärmotorischen Handareal wiedergegeben. In der Tabelle 4.1 sind

die morphometrischen Parameter der zerebralen Neoplasie und des postoperativen Hirndefekts

zusammenfassend dargestellt.

Patient 1: Hier lag ein linksseitig parasagittal zentral gelegenes meningotheliomatöses Meni-

geom WHO-Grad II vor, welches präoperativ ein Volumen von 25.9 cm3 aufwies und subtotal

reseziert wurde. Zum zweiten Erhebungszeitpunkt war kein Rezidiv nachweisbar gewesen.

Patient 2: Diese Patientin litt an einem fibrillären Astrozytom WHO-Grad II, welches rechts

frontoprecentral lokalisiert war. Die neurochirurgische Behandlung umfasste die totale Resektion

des Tumors, welcher ein Volumen von 16.7 cm3 aufwies. Zum zweiten Messzeitpunkt war kein

Rezidiv nachweisbar gewesen.

Patient 3: In diesem Fall lag ein rechts parietal und postcentral gelegenes fibromatöses Kon-

vexitätsmeningeom WHO-Grad I vor. Das Meningeom hatte ein Volumen von 16.9 cm3. Nach

der neurochirurgischen Totalresektion des Tumors war zum zweiten Erhebungszeitpunkt kein

Rezidiv nachweisbar gewesen.

Patient 4: Der Patient litt an einem links paramedian precentral gelegenen isomorphen Gliom

WHO-Grad II. In rostro-kaudaler Richtung erstreckte sich das Gliom paramedian kortikal und

subkortikal im Gyrus frontalis superior sowie Gyrus cinguli. Bei der Operation handelte es sich

um Biopsien an 3 verschiedenen Positionen des Tumors. Das Volumen war präoperativ 26.4 cm3

und postoperativ 50.4 cm3, sodass in diesem Fall ein weiteres Wachstum des Tumors vorlag.


1 2 3

4 5 6

7 8 9

Abbildung 4.1.: Bilderset präoperativer axialer t1-gewichteter MRT-Schnittbilder aller Patienten inHöhe und Relation der jeweiligen Neoplasie zum primärmotorischen Handareal. Die Reihenfolge derBilder von oben links nach unten rechts entspricht der Abfolge des Patientenidentifizierungscodes von 1bis 9.

Patient 5: In diesem Fall lag ein mehr rechtsseitig parietal und zentral gelegenes fibromatöses

Falxmeningeom vor, welches ein Volumen von 6.3 cm3 aufwies. Es erfolgte eine subtotale Resekti-

on des Meningeoms bis auf einen ca. 5%-igen Restanteil im Bereich der Sinuswand. Zum zweiten

Erhebungszeitpunkt war dieser Restanteil bildmorphologisch nicht nachweisbar gewesen.

Patient 6: Die Patientin litt an einer intrazerebralen Metastase vom Typ eines papillären Kar-

zinoms bei Tubenkarzinom. Diese lag links temporoparietal zentral. Neurochirurgisch wurde eine

totale Resektion der Metastase durchgeführt. Diese wies ein Volumen von 6.3 cm3 auf. Ein Rezi-

div konnte postoperativ im Verlauf nicht nachgewiesen werden.

Patient 7: Das meningotheliomatöse Meningeom WHO-Grad I war parasagittal im Lobulus

parietalis superior linksseitig lokalisiert. Es hatte ein Volumen von 15.4 cm3 und wurde vollständig

reseziert. In der zweiten Messung lag kein Rezidiv vor.


Patient 8: Die Probandin hatte ein mehr rechtsseitig gelegenes parasagittales, frontales Me-

ningeom WHO-Grad I, welches ein Volumen von 15.2 cm3 hatte. Neurochirurgisch erfolgte eine

Totalresektion des Tumors. Auch in diesem Falle war kein Rezidiv zum zweiten Erhebungszeit-

punkt nachweisbar gewesen.

Patient 9: Bei dieser Probandin fand sich ein überwiegend fibrillär differenziertes Astrozytom

WHO-Grad II. Dieses war links parasagittal postzentral gelegen und dehnte sich auf der Höhe des

Gyrus postcentralis aus. Der Sulcus centralis war präoperativ durch den Tumor selbst noch nicht

berührt. Präoperativ hatte die Neoplasie ein Volumen von 12.2 cm3. Nach der Totalresektion lag

zum zweiten Messzeitpunkt kein Rezidiv vor.

Tabelle 4.1.: Ergebnisse und Charakterisierung der zerebralen Läsio-nen der Patienten, die erfolgreich die funktionelle Bildgebung absolvierthaben.

Patient Zeit Distanz Dislokation Volumen Distanz(ID) SMI(mm) (mm) (cm3) SMAr(mm)

1 t1 20 8 25.9 21.92 t1 41 0 16.7 12.43 t1 9 19 16.9 21.64 t1 13 5 26.4 1.05 t1 23 3 6.3 37.56 t1 6 3 6.3 43.07 t1 24 6 15.4 25.78 t1 38 6 15.2 11.09 t1 13 0 12.2 26.0

xpt1q – 20.8 5.6 15.7 22.2

1 t2 29 0 0.0 –2 t2 45 ´3 0.0 –3 t2 13 11 0.0 –4 t2 13 4 50.4 –5 t2 30 3 0.0 –6 t2 15 4 0.0 –7 t2 34 3 0.0 –8 t2 52 2 0.0 –9 t2 22 ´11 0.0 –

xpt2q – 28.1 1.4 5.6 –

Abkürzungen: ID, Patientenidentifizierungsnummer; t1, präoperativer Erhebungs-zeitpunkt; t2, postoperativer Erhebungszeitpunkt; SMAr, rostrale Portion desSMA proper; SMI, primärer somatosenso-motorischer Cortex

4.1.3. fMRT-Aktivierungen

Nachfolgend werden für die jeweiligen Probanden der Patientengruppe die funktionellen präope-

rativen (t1) und postoperativen (t2) fMRT-Verlaufsdaten für das kontraläsionale (CH), ipsiläsio-

nale (IH) und bilaterale Fingertappen (BH) beschrieben. Des Weiteren werden die motorischen

und hemisphärischen Lateralitätsindizes aufgeführt. Die Visualisierung der aufgabenbezogenen

Hirnaktivität der einzelnen Patienten findet sich im Anhang A wieder. Im Anhang B sind für

jeden Patienten die Talairach xyz-Koordinaten und maximalen z-Werte in zugehörigen Tabellen

aufgelistet. In der Tabelle B.2 sind die arithmetischen Mittel der Talairach xyz-Koordinaten der

Probanden der Patientengruppe für jede Versuchsaufgabe und Erhebungszeit der ROI aufgeführt.

Zur verwendeten Nomenklatur ist anzumerken, dass Aktivierungen entsprechend der Lokalisa-


tion der Neoplasie bzw. Läsion in ipsiläsional (I) versus kontraläsional (C) gelegen beschrieben

werden. Entsprechend den theoretischen Ausführungen zur präoperativen Reorganisation (sie-

he Abschnitt 2.3.3 auf Seite 21) werden die unter kontraläsionalen Fingertappen registrierten

Reorganisationsmuster folgendermaßen eingeteilt: 1.) Persistenz neuronaler Funktion innerhalb

infiltrierter Regionen, 2.) Neuverteilung, Versetzung und Erweiterung spezialisierter Areale um

die Läsion (funktioneller Shift), 3.) Inanspruchnahme eines Netzwerkes verteilter Areale der ge-

schädigten und 4.) der intakten Hemisphäre.

Patient 1: Die grafische Darstellung der fMRT-Verlaufsdaten von Patient 1 finden sich im

Anhang A in der Abbildung A.1 wieder. Die Talairach-Koordinaten und maximalen z-Werte

sind für die jeweiligen motorischen Aufgabenbedingungen tabellarisch im Anhang B aufgelistet

(Tabelle B.3).

In der Erstuntersuchung (t1) zeigten sich unter kontraläsionalen Fingertappen ipsiläsionale

Aktivierungen des SMI, kontraläsional des PMd, SPL und beidseitig des IPS (LICHpt1,SMIq “

0.949, LICHpt1,HEMq “ ´0.277). Das pre-SMA war kontraläsional leicht aktiviert. Im Verlauf

fanden sich zum zweiten Erhebungszeitpunkt (t2) ausgeprägtere ipsiläsional betonte bilaterale

Aktivierung der SMI und bilaterale Aktivierungen von PMd, IPS und SPL (LICHpt2,SMIq “

0.162, LICHpt2,HEMq “ ´0.096). Im Gegensatz zur geringen Rekrutierung des kontraläsionalen

pre-SMA lagen postoperativ ausgeprägte Aktivierungen der ipsiläsionalen SMAr und SMAc vor.

Das zu t2 erfasste Cerebellum war beidseits aktiviert. An Reorganisationsmustern konnten bei

Einbeziehung aller ROI somit präoperativ 3.-4. und postoperativ 2.-4. nachgewiesen werden. In

der Betrachtung von primären und sekundären motorischen Arealen waren an Reorganisations-

mustern zum präoperativen Zeitpunkt 4. und zum Erhebungszeitpunkt t2 bei ausgeprägteren

Aktivierungen 2.-4. nachweisbar.

Unter ipsiläsionalen Fingertappen fanden sich in der präoperativen Untersuchung kontraläsio-

nal gelegene Aktivierungen in den ROI: SMI, pre-SMA, PMd und SPL. Ipsiläsional war der IPS

rekrutiert. Die postoperative fMRT-Untersuchung zeigte eine bilateral ausgeprägtere Rekrutie-

rung der ROI: SMI, PMd, SPL und CERA. Diese war bis auf SMI ipsiläsional betont gewesen.

An mesialen prämotorischen Arealen waren ipsiläsional die SMAr und SMAc aktiviert. Die Late-

ralitätsindizes für SMI und die hemisphärielle Aktivierung des motorischen Netzwerkes betrugen

zum ersten Erhebungszeitpunkt LIIHpt1,SMIq “ ´0.512, LIIHpt1,HEMq “ ´0.606 und zum

zweiten Erhebungszeitpunkt LIIHpt2,SMIq “ ´0.297 und LIIHpt2,HEMq “ ´0.138.

Bilaterales Fingertappen führte zum Erhebungszeitpunkt t1 zur beidseitigen Aktivierung der

SMI. Kontraläsional fand sich eine schwache Rekrutierung von SMAc und PMd. Der IPS war

ipsiläsional aktiviert. Postoperativ dominierte eine bilaterale Rekrutierung der Areale SMI, PMd,

IPS, SPL und CERA. Ipsiläsional fanden sich Aktivierungen in der SMAr und SMAc. Aus den

präoperativen fMRT-Daten wurden für SMI und die hemisphärielle motorische Aktivierung an

Lateralitätsindizes LIBHpt1,SMIq “ ´0.030 und LIBHpt1,HEMq “ ´0.359 ermittelt. Diese

betrugen postoperativ LIBHpt2,SMIq “ ´0.058 und LIBHpt2,HEMq “ 0.022.


Patient 2: In der Abbildung A.2 des Anhang A sind die fMRT-Verlaufsdaten von Patient 2

dargestellt. Die Talairach-Koordinaten und maximalen z-Werte sind im Anhang B in der Tabelle

B.4 aufgeführt. Zusammenfassend wird deutlich, dass im Verlauf für alle Aufgabenbedingun-

gen postoperativ eine sowohl bezüglich der Signalstärke als auch im Ausmaß und Anzahl eine

geringere Rekrutierung der ROI des motorischen Netzwerkes zu verzeichnen ist.

Unter kontraläsionalen Fingertappen fanden sich zum Zeitpunkt t1 ipsiläsional Aktivierungen

der SMAr und SMAc. Dahingegen war postoperativ lediglich das kontraläsionale pre-SMA ak-

tiviert. Aktivierungen der SMI fanden sich zu beiden Erhebungszeitpunkten, deren Signalstärke

jedoch postoperativ geringer ausgeprägt und bilateraler rekrutiert war (LICHpt1,SMIq “ 0.405,

LICHpt2,SMIq “ 0.006). Ipsiläsional war eine funktionelle Versetzung der Aktivierung des SMI

vom Gyrus postcentralis zum Zeitpunkt t1 zum Gyrus precentralis zum Zeitpunkt t2 nachweis-

bar. Ein kontraläsionaler funktioneller Shift des SMI umfasste eine latero-ventrale Versetzung des

Aktivierungsmaximums innerhalb des Gyrus precentralis. Zum Zeitpunkt t1 waren PMd, IPS und

SPL bilateral und postoperativ lediglich IPS ipsiläsional aktiviert (LICHpt1,HEMq “ ´0.054,

LICHpt2,HEMq “ ´0.150). Das Cerebellum war nur postoperativ erfasst worden und wies eine

bilaterale Rekrutierung auf. Entsprechend dessen waren bei Betrachtung aller ROI an Reor-

ganisationsmustern präoperativ 3.-4. und postoperativ 2.-4. nachweisbar. Im Falle primärer und

sekundärer motorischer Areale ließen sich an Reorganisationsmustern präoperativ 3.-4. und post-

operativ 2. und 4. finden.

Ipsiläsionales Fingertappen hatte gegenüber der präoperativen Rekrutierung der Areale SMAr,

pre-SMA kontraläsional und SMAc ipsiläsional keine Aktivierung der mesialen prämotorischen

Areale zur Folge. Mit im Verlauf abnehmender Signalstärke war der SMI kontraläsional, jedoch

zum Zeitpunkt t2 zur Gegenseite der Läsion lateralisierter aktiviert (LIIHpt1,SMIq “ ´0.018,

LIIHpt2,SMIq “ ´0.787). Das motorische kortikale Netzwerk war präoperativ mit der bilateralen

Rekrutierung von PMd, IPS und SPL insgesamt ebenfalls beidhemisphärisch rekrutiert gewesen.

Dagegen war postoperativ lediglich nur noch der IPS kontraläsional aktiviert, sodass sich eine

Lateralisierung zur Gegenseite der Läsion ergab (LIIHpt1,HEMq “ ´0.046, LIIHpt2,HEMq “

´0.469). Das Cerebellum war lediglich zum Zeitpunkt t2 erfasst und ipsiläsional aktiviert.

Während bei bilateralen Fingertappen an mesialen prämotorischen Arealen SMAr beidseitig

und SMAc ipsiläsional aktiviert waren, fanden sich zum zweiten Erhebungszeitpunkt keine si-

gnifikanten Aktivierungen dieser Regionen. Der PMd war lediglich zu t2 kontraläsional aktiviert

gewesen. Der SMI zeigte bei bilateraler Rekrutierung eine im Verlauf leicht kontraläsionale Late-

ralisierung (LIBHpt1,SMIq “ 0.073, LIBHpt2,SMIq “ ´0.251). In der geschädigten Hemisphä-

re fand sich analog zum kontraläsionalen Fingertappen ein funktioneller Shift der Aktivierung

des SMI vor. In Bezug zum gesamten kortikalen motorischen Netzwerk war im Verlauf tenden-

ziell ebenfalls eine kontraläsionale Lateralisierung zu beobachten (LIBHpt1,HEMq “ ´0.112,

LIBHpt2,HEMq “ ´0.250). Das lediglich postoperativ erfasste Cerebellum war bilateral rekru-

tiert gewesen.

Patient 3: In der Abbildung A.3 des Anhang A sind die fMRT-Verlaufsdaten von Patient 3 dar-

gestellt. Die Talairach-Koordinaten und maximalen z-Werte sind im Anhang B in der Tabelle B.5


aufgelistet. Die Signalstärken der erfassten Hauptaktivierungen waren im prä-/postoperativen

Verlauf abnehmend.

An mesialen prämotorischen Arealen waren unter kontraläsionalen Fingertappen präoperativ

lediglich der SMAr kontraläsional aktiviert gewesen. Im Verlauf waren dahingegen pre-SMA,

SMAr ipsiläsional und SMAc kontraläsional aktiviert gewesen. Die ipsiläsionale Aktivierung

des SMI war im Verlauf hinsichtlich der Signalstärke abnehmend (LICHpt1,SMIq “ 0.595,

LICHpt2,SMIq “ 1.000). Bis auf die präoperative kontraläsionale Aktivierung des PMd, wa-

ren die restlichen Regionen des motorischen Netzwerkes zum Zeitpunkt t2 bilateral rekrutiert

(LICHpt1,HEMq “ 0.094, LICHpt2,HEMq “ 0.050). An Reorganisationsmustern konnten bei

Betrachtung des gesamten motorischen Netzwerkes zu beiden Untersuchungszeitpunkten 3.-4.

gefunden werden. Wurden lediglich primäre und sekundäre motorische Areale berücksichtigt, so

ließen sich an Reorganisationsmustern präoperativ 4. und postoperativ 3.-4. nachweisen.

Ipsiläsionales Fingertappen hatte zu den Zeitpunkten t1 und t2 eine kontraläsionale Aktivie-

rung der SMAr zur Folge. Zum Zeitpunkt t2 war die SMAc zusätzlich bilateral rekrutiert gewe-

sen. Bis auf die mesialen motorischen Areale waren die restlichen Regionen präoperativ bilateral

rekrutiert. Dahingegen waren von diesen Regionen postoperativ PMd und SMI lediglich kontra-

läsional aktiviert (LIIHpt1,SMIq “ ´0.449, LIIHpt2,SMIq “ ´0.240). Das motorische Netzwerk

war dennoch zu beiden Zeitpunkten bilateral rekrutiert gewesen (LIIHpt1,HEMq “ ´0.131,

LIIHpt2,HEMq “ ´0.119).

Im Rahmen von beidhändigen Fingertappen waren an mesialen prämotorischen Arealen prä-

operativ SMAr kontraläsional und postoperativ SMAr bilateral und SMAc ipsiläsional aktiviert

gewesen. Der PMd war zum Zeitpunkt t1 bilateral und postoperativ kontraläsional aktiviert ge-

wesen. In den restlichen Regionen fanden sich zu beiden Seiten Aktivierungen (LIBHpt1,HEMq “

´0.068, LIBHpt2,HEMq “ 0.009). Hinsichtlich des SMI fand sich im Verlauf zum Zeitpunkt t2

eine Lateralisierung, die mehr zur von der Neoplasie betroffenen Hemisphärenseite lateralisiert

war (LIBHpt1,SMIq “ 0.000, LIBHpt2,SMIq “ 0.478).

Patient 4: Visualisiert sind die fMRT-Verlaufsdaten von Patient 4 im Anhang A, Abbildung

A.1. Die Talairach-Koordinaten sowie die maximalen z-Werte sind für die jeweiligen motorischen

Aufgabenbedingungen getrennt tabellarisch im Anhang B, Tabelle B.6 aufgelistet.

Während sich in der Erstuntersuchung unter kontraläsionalen Fingertappen Aktivierungen des

ipsiläsionalen SMAr, PMd und kontraläsionalen SMAc fanden, wurde postoperativ sowohl das

SMAr als auch PMd bilateral im vergleichbaren Ausmaß rekrutiert. Zu beiden Erhebungszeit-

punkten waren SMI, IPS bilateral aktiviert. Erwähnenswert ist, dass im Gegensatz zur kontra-

läsionalen Aktivierung die maximale ipsiläsionale Aktivierung des SMI im Bereich des Gyrus

postcentralis lokalisiert war. Im Gegensatz zur bilateralen Aktivierung des SPL zu t1 war die-

se zum Zeitpunkt t2 bilateral aktiviert gewesen. Das lediglich zu t2 erfasste Cerebellum war

bilateral aktiviert. Die Lateralitätsindizes für SMI und des gesamten motorischen Netzwerkes

betrugen zum ersten Erhebungszeitpunkt LICHpt1,SMIq “ 0.250, LICHpt1,HEMq “ 0.009 und

zum zweiten Erhebungszeitpunkt LICHpt2,SMIq “ 0.162 und LICHpt2,HEMq “ 0.103. An Re-

organisationsmustern können somit für beide Erhebungszeitpunkte 2.-4. festgehalten werden.


Ipsiläsionales Fingertappen hatte in der Erstuntersuchung eine ipsiläsionale Aktivierung von

SMAr sowie PMd und kontraläsional der SMAc zur Folge. Zum postoperativen Erhebungszeit-

punkt sind sowohl pre-SMA, SMAr als auch PMd ausgeprägter bilateral rekrutiert. Zu beiden

Zeitpunkten fanden sich bilaterale Aktivierungen von SMI und IPS. Während zu t1 der SPL ipsi-

läsional aktiviert war, fand sich zu t2 eine kontraläsionale Aktivierung. Das lediglich postoperativ

erfasste Cerebellum war bilateral aktiviert. Für SMI und das motorische kortikale Netzwerk wur-

den an Lateralitätsindizes präoperativ LIIHpt1,SMIq “ ´0.434, LIIHpt1,HEMq “ ´0.187 und

postoperativ LIIHpt2,SMIq “ ´0.185 sowie LIIHpt2,HEMq “ ´0.121 erhoben.

Während unter bilateralen Fingertappen zum ersten Erhebungszeitpunkt beidseitig die SMAr

rekrutiert wurde, war postoperativ das pre-SMA beidseitig und die SMAr kontraläsional aktiviert

gewesen. Zu beiden Erhebungszeitpunkten war die SMI bilateral aktiviert. Im Unterschied zur

ipsiläsionalen Aktivierung von PMd und der kontraläsionalen Aktivierung von IPS, SPL zu t1

waren im Verlauf zu t2 bis auf SPL diese ROI bilateral aktiviert gewesen. Dabei wies der IPS

eine zu t2 schwächere Rekrutierung auf. An Lateralitätsindizes wurden zu t1 LIBHpt1,SMIq “

´0.128, LIBHpt1,HEMq “ ´0.044 und zu t2 LIBHpt2,SMIq “ 0.007 sowie LIBHpt2,HEMq “

´0.178 erhoben.

Patient 5: Die fMRT-Verlaufsdaten von Patient 5 sind im Anhang A in Abbildung A.5 vi-

sualisiert. In der Tabelle B.7 des Anhang A sind die zugehörigen Talairach-Koordinaten und

maximalen z-Werte aufgeführt.

Unter kontraläsionalen Fingertappen fanden sich präoperativ nur geringe Signalstärken der

Hauptaktivierungen von pre-SMA, PMd und SMI ipsiläsional und IPS kontraläsional wieder.

Zum zweiten Erhebungszeitpunkt wurden deutlich stärkere Signalstärken in SMAc, PMd bilateral

und SMI, SPL ipsiläsional registriert (LICHpt1,SMIq “ 0.202, LICHpt2,SMIq “ 0.309). Hinsicht-

lich der ipsiläsionalen Aktivierung des SMI war ein funktioneller Shift vom Gyrus postcentralis

hin zum Gyrus precentralis feststellbar gewesen. Das kortikale motorische Netzwerk war sowohl

prä- als auch postoperativ bilateral rekrutiert (LICHpt1,HEMq “ 0.146, LICHpt2,HEMq “

0.044). Während das Cerebellum zum Zeitpunkt t1 nur geringe bilaterale Signalstärken auf-

wies, lag zum Zeitpunkt t2 eine deutliche kontraläsionale Aktivierung vor. An Reorganisations-

mustern konnten bei Betrachtung des gesamten motorischen Netzwerkes präoperativ 2.-4. und

postoperativ 3.-4. gefunden werden. Wurden lediglich primäre und sekundäre motorische Areale

berücksichtigt, so ließen sich an Reorganisationsmustern präoperativ 2.-3. und postoperativ 3.-4.

nachweisen.

Ipsiläsionales Fingertappen bedingte präoperativ eine nur geringe Aktivierung der kontraläsio-

nalen Areale SMAc, PMd, SMI und IPS. Postoperativ waren diese mit Ausnahme der kontraläsio-

nalen Aktivierung der SMI (LIIHpt1,SMIq “ ´1.000, LIIHpt2,SMIq “ ´0.233) einschließlich der

SPL ausgeprägter und bilateral aktiviert (LIIHpt1,HEMq “ ´0.418, LIIHpt2,HEMq “ ´0.129).

Aus dem Lateralitätsindex bezüglich des SMI wird ersichtlich, dass postoperativ auch für diesen

eine eher beidseitige Aktivierung bestand. Das Cerebellum war im Gegensatz zur präoperativen

ipsiläsionalen Aktivierung postoperativ bilateral rekrutiert.

Bilaterales Fingertappen hatte zum Zeitpunkt t2 im Gegensatz zum ersten Erhebungszeit-


punkt eine Rekrutierung der kontraläsionalen prämotorischen Areale SMAr, SMAc und PMd

zur Folge. Präoperativ waren die SMAr kontraläsional, die SMAc ipsiläsional und der PMd bila-

teral aktiviert. Die restlichen Hauptaktivierungen waren überwiegend bilateral rekrutiert und

wiesen über die Erhebungszeitpunkte keine wesentliche Veränderung ihrer Signalstärken auf

(LIBHpt1,SMIq “ 0.195, LIBHpt2,SMIq “ 0.119; LIBHpt1,HEMq “ 0.028, LIBHpt2,HEMq “

´0.079).

Patient 6: Neben der Visualisierung der fMRT-Verlaufsdaten von Patient 6 im Anhang A,

Abbildung A.6 sind die Talairach-Koordinaten inklusive der maximalen z-Werte im Anhang B

in der Tabelle B.8 zu finden.

Im Vergleich zur präoperativen Aktivierung der kontraläsionalen SMAr zeigte sich postope-

rativ unter kontraläsionalen Fingertappen eine sowohl leicht stärkere Aktivierung der gleich-

seitigen SMAr und SMAc als auch eine Aktivierung des ipsiläsionalen pre-SMA. Neben der

im Verlauf persistierenden bilateralen Aktivierung des PMd und CERA waren IPS präopera-

tiv und SPL postoperativ beidseitig aktiviert. Im Gegensatz zum ersten Erhebungszeitpunkt

fand sich lediglich postoperativ eine bilaterale Rekrutierung des SMI (LICHpt1,SMIq “ 0.771,

LICHpt2,SMIq “ 0.245). Das kortikale motorische Netzwerk war prä- und postoperativ bilateral

rekrutiert (LICHpt1,HEMq “ 0.109, LICHpt2,HEMq “ ´0.093). An Reorganisationsmustern

konnten sowohl bei Berücksichtigung aller ROI als auch lediglich der primären und sekundären

motorischen Areale prä- und postoperativ 3. und 4. nachgewiesen werden.

Unter ipsiläsionalen Fingertappen war eine im Verlauf zunehmende Singalstärke in den mesia-

len motorischen Cortex zu finden. Während zum Zeitpunkt t1 zwar eine bilaterale Aktivierung

der SMAr vorlag, fand sich zum Zeitpunkt t2 eine kontraläsionale Aktivierung von pre-SMA,

SMAr und SMAc. Bis auf die unilaterale Aktivierung von IPS (t1: ipsi-, t2: kontraläsional) wa-

ren die restlichen Regionen bilateral (LIIHpt1,HEMq “ ´0.022, LIIHpt2,HEMq “ ´0.060),

wobei im Verlauf eine leichte Abnahme der Signalstärke für PMd und eine leichte Zunahme der

Signalstärke für SMI ersichtlich war (LIIHpt1,SMIq “ ´0.205, LIIHpt2,SMIq “ ´0.222).

Im Rahmen des bilateralen Fingertappens war präoperativ eine Rekrutierung der Regionen

SMAr kontraläsional und SMAc ipsiläsional zu finden. Zum zweiten Erhebungszeitpunkt fand

sich bei nahezu unveränderter Signalstärke eine bilaterale Aktivierung von SMAc und eine kon-

traläsionale Rekrutierung des pre-SMA. Die weiteren Areale waren bis auf die postoperative kon-

traläsionale Aktivierung des IPS bilateral involviert (LIBHpt1,SMIq “ ´0.034 LIBHpt2,SMIq “

´0.006; LIBHpt1,HEMq “ ´0.056, LIBHpt2,HEMq “ ´0.062).


dargestellt. Die Talairach-Koordinaten und maximalen z-Werte sind im Anhang B in der Tabelle

B.9 aufgelistet.

Während in der Erstuntersuchung unter kontraläsionalen Fingertappen sich bereits eine deutli-

che bilaterale Aktivierung der SMAr fand, war diese zum zweiten Erhebungszeitpunkt ipsiläsional

stärker rekrutiert. Zusätzlich fand sich eine Aktivierung der ipsiläsionalen SMAc. Im Gegensatz

zur präoperativen ipsiläsionalen Aktivierung der SMI, zeigte sich im Verlauf zusätzlich eine im


Vergleich zum ipsiläsionalen SMI geringer ausgeprägtere Rekrutierung des kontraläsionalen SMI

(LICHpt1,SMIq “ 0.691 versus LICHpt2,SMIq “ 0.301). Bilaterale Aktivierungen fanden sich in

den restlichen untersuchten ROI vor (Tabelle B.9), die im Verlauf zum Zeitpunkt t2 ausgeprägter

waren. Im Verlauf zeigte sich postoperativ eine leicht bilateralere Rekrutierung des kortikalen

motorischen Netzwerkes (LICHpt1,HEMq “ 0.244 LICHpt2,HEMq “ 0.173). Sowohl unter Be-

rücksichtigung aller ROI als auch lediglich der primären und sekundären motorischen Areale

ließen sich prä- und postoperativ 3. und 4. Reorganisationsmuster aufzeigen.

Unter ipsiläsionalen Fingertappen fand sich im Gegensatz zur geringen präoperativen Aktivie-

rung der SMAr zu t2 eine ausgeprägtere Rekrutierung des ipsiläsionalen pre-SMA, der SMAr

bilateral und der kontraläsionalen SMAc. Vergleichbares gilt für die ipsiläsionale Aktivierung

des SMI (LIIHpt1,SMIq “ ´0.481, LIIHpt2,SMIq “ ´0.521), der beidseitigen Rekrutierung

von PMd und CERA. Zu beiden Erhebungszeitpunkten waren die IPS bilateral aktiviert. Post-

operativ fand sich im Gegensatz zur präoperativen kontraläsionalen Aktivierung des SPL zu

t2 eine bilaterale Rekrutierung. Das kortikale motorische Netzwerk war postoperativ bilateraler

involviert (LIIHpt1,HEMq “ ´0.288, LIIHpt2,HEMq “ ´0.081).

Beidhändiges Fingertappen führte schließlich zu t2 zu einer insgesamt ausgeprägteren Rekru-

tierung der ROI (LIBHpt1,HEMq “ 0.067, LIBHpt2,HEMq “ 0.015). Neben der ipsiläsiona-

len Rekrutierung der SMAr fand sich postoperativ zusätzlich eine ipsiläsionale Aktivierung des

pre-SMA. Präoperativ waren lediglich noch IPS und SPL kontraläsional aktiviert. Bei der Ver-

laufsuntersuchung fanden sich zu t2 stärkere Signalstärken im PMd, IPS, SPL und CERA. Der

SMI war in der Verlaufsuntersuchung hinsichtlich der erhobenen Signalstärke annähernd unver-

ändert bilateral aktiviert (LIBHpt1,SMIq “ 0.054 LIBHpt2,SMIq “ ´0.019).


visualisiert. Die Talairach-Koordinaten und maximalen z-Werte sind im Anhang B tabellarisch

(Tabelle B.10) dargestellt. Zusammenfassend wird deutlich, dass im Verlauf für alle Aufgaben-

bedingungen postoperativ eine geringere Aktivierung der ROI des motorischen Netzwerkes zu

verzeichnen ist.

Im Rahmen des kontraläsionalen Fingertappen fanden sich zu t1 eine ipsiläsionale Aktivierung

der SMAr, die zu t2 geringer ausgeprägt war. Während sich zum Ersterhebungszeitpunkt bila-

terale Aktivierungen von PMd, SMI und IPS fanden, blieben diese postoperativ in geringerer

Ausprägung erhalten. Jedoch war zu diesem Zeitpunkt der SMI lediglich ipsiläsional aktiviert

(LICHpt1,SMIq “ 0.042, LICHpt2,SMIq “ 0.313). Im Gegensatz zur präoperativen kontraläsio-

nalen Rekrutierung fand sich zum zweiten Erhebungszeitpunkt keine Aktivierung des SPL. Das

kortikale motorische Netzwerk zeigte zu beiden Erhebungszeitpunkten eine bilaterale Rekrutie-

rung (LICHpt1,HEMq “ ´0.002, LICHpt2,HEMq “ 0.164). Zu beiden Erhebungszeitpunkten

konnten sowohl für alle ROI als auch für primäre und sekundäre motorische Areale an Reorga-

nisationsmuster 3. und 4. gefunden werden.

Während unter ipsiläsionalen Fingertappen bis auf die pre-SMA, SMAc sowie die kontraläsio-

nale Aktivierung von SPL die restlichen ROI bilateral aktiviert waren, fanden sich postoperativ

bilaterale Aktivierungen in PMd, IPS und CERA. Die SMAr war zu t2 ipsiläsional aktiviert.


Im Unterschied zur bilateralen, jedoch überwiegend kontraläsional betonten Rekrutierung des

SMI zu t1, lag zum zweiten Zeitpunkt lediglich eine kontraläsionale Rekrutierung dessen vor

(LIIHpt1,SMIq “ ´0.688 LIIHpt2,SMIq “ ´1.000). Im Verlauf fand sich eine leichte Late-

ralisierung zugunsten des kontraläsionalen motorischen Netzwerkes (LIIHpt1,HEMq “ ´0.144

LIIHpt2,HEMq “ ´0.314).

Unter bilateralen Fingertappen ist im Verlauf eine Abnahme der Signalstärke für die ipsiläsio-

nale SMAr zu verzeichnen. Die SPL war lediglich präoperativ kontraläsional aktiviert. Für PMd,

SMI, IPS und CERA zeigte sich eine bilaterale Rekrutierung. Die Rekrutierung des SMI war im

Verlauf zu t2 leicht zugunsten der nicht betroffenen Hemisphäre organisiert (LIBHpt1,SMIq “

´0.093 LIBHpt2,SMIq “ ´0.280). Das motorische kortikale Netzwerk wies in beiden Untersu-

chungszeitpunkten eine unveränderte bilaterale lateralisierte Rekrutierung auf (LIBHpt1,HEMq “

´0.015 LIBHpt2,HEMq “ ´0.074).

Patient 9: Die fMRT-Verlaufsdaten von Patient 9 sind im Anhang A in den Abbildungen A.9

und A.10 visualisiert. Die Talairach-Koordinaten und maximalen z-Werte sind im Anhang B

tabellarisch (Tabelle B.11, B.12 und B.13) dargestellt.

Unter kontraläsionalen Fingertappen fanden sich zum präoperativen Zeitpunkt Aktivierungen

in der ipsiläsionalen SMAr und SMI und in der kontraläsionalen Kleinhirnhemisphäre. Mesiale

prämotorische Aktivierungen fanden sich ipsiläsional zu t2 im pre-SMA, t3 in der SMAr und

zu t4 in der SMAc, während kontraläsional die SMAr rekrutiert war. Postoperativ waren ipsi-

läsional lateralisierte Aktivierungen des PMd zu finden, die zu den Sitzungen t2 und t3 auch

kontraläsional vorlagen. In den postoperativen Erhebungszeitpunkten lag jeweils eine ipsiläsio-

nale Aktivierung des Handareals des SMI vor, deren Signalstärke im Vergleich zum Zeitpunkt

t1 ausgeprägter war (LICHpt1,SMIq “ 1.000, LICHpt2,SMIq “ 1.000, LICHpt3,SMIq “ 1.000,

LICHpt4,SMIq “ 1.000). Das Auftreten parietaler Aktivierungen war postoperativ zum Zeit-

punkt t2 am stärksten ausgeprägt und umfasste beidseitig die Region IPS und den kontralä-

sional SPL. Zum Zeitpunkt t3 fand sich eine bilaterale Aktivierung des IPS. Das Cerebellum

war zu t1 kontraläsional und im gesamten postoperativen Verlauf bilateral aktiviert. Das korti-

kale motorische Netzwerk wies gegenüber der präoperativen ipsiläsionalen Lateralisierung post-

operativ eine bilaterale Rekrutierung auf (LICHpt1,HEMq “ 0.715, LICHpt2,HEMq “ 0.168,

LICHpt3,HEMq “ 0.218, LICHpt4,HEMq “ 0.164). An Reorganisationsmustern konnten sowohl

unter Berücksichtigung aller ROI als auch lediglich von primären und sekundären motorischen

Arealen präoperativ 3. und postoperativ 2. und 4. gefunden werden.

Mesiale prämotorische Aktivierungen fanden sich beim Ipsiläsionalen Fingertappen in annä-

hernd gleicher Signalstärke zu allen Erhebungszeitpunkten in der kontraläsionalen SMAr und zu

t3 auch ipsiläsional. Im Vergleich zur präoperativen Erhebung zeigten sich postoperativ geringer

ausgeprägte Signale im Bereich des lateralen prämotorischen Cortex, welche zu t2 kontraläsional

und zu den Zeitpunkten t3 und t4 beidseitig vorlagen. Fingertappen der läsionsseitigen Hand

zeigte in allen Untersuchungssitzungen kontraläsionale Aktivierungen des SMI (LIIHpt1,SMIq “

´0.466, LIIHpt2,SMIq “ ´1.000, LIIHpt3,SMIq “ ´0.922, LIIHpt4,SMIq “ ´1.000). Weitere

Aktivitäten fanden sich präoperativ in den Regionen: IPS beidseitig und SPL kontraläsional. Zu

4.2 Gruppenanalyse 55

den beiden ersten Erhebungszeitpunkten fanden sich bilaterale Aktivierungen des IPS, dagegen in

den folgenden Sitzungen lediglich in Sitzung t4 kontraläsional. Die Rekrutierung des Cerebellums

wies außer zur Sitzung t3 eine ipsiläsionale Lateralisierung auf. Das kortikale motorische Netzwerk

war im Verlauf zunehmend zur Läsionsseite lateralisiert involviert (LIIHpt1,HEMq “ ´0.152

LIIHpt2,HEMq “ ´0.271 LIIHpt3,HEMq “ ´0.247 LIIHpt4,HEMq “ ´0.486).

Bilaterales Fingertappen hatte zu allen Sitzungen eine bilaterale Rekrutierung des SMI zur Fol-

ge (LIBHpt1,SMIq “ ´0.018 LIBHpt2,SMIq “ ´0.054 LIBHpt3,SMIq “ ´0.014 LIBHpt4,SMIq “

´0.013). Während die SMAr präoperativ bilateral rekrutiert war, fanden sich zu t2 und t4 kon-

traläsionale und zu t3 ipsiläsionale Aktivierungen der SMAr, welche im Verlauf hinsichtlich ihrer

Signalstärke eine Zunahme aufwiesen. Zum Zeitpunkt t4 war das ipsiläsionale pre-SMA aktiviert.

Bis auf die ipsiläsionale Aktivierung des PMd zum Zeitpunkt t4 war diese Region zu allen Sit-

zungen und postoperativ leicht läsionsseitig bevorzugt bilateral aktiv. Deren Signalstärke nahm

im Verlauf zu. Postoperativ fanden sich bilaterale Aktivierungen des IPS in allen Sitzungen,

deren Signalstärke zu t3 und t4 ausgeprägter war. Des Weiteren waren Aktivierungen in SPL zu

verzeichnen, welche zum Zeitpunkt t1 nicht vorlagen. Das kortikale motorische Netzwerk wies

insgesamt eine bilaterale Rekrutierung auf (LIBHpt1,HEMq “ 0.060, LIBHpt2,HEMq “ 0.049,

LIBHpt3,HEMq “ ´0.185, LIBHpt4,HEMq “ ´0.037). Das Cerebellum zeigte im gesamten

Verlauf eine bilaterale Rekrutierung.

4.2. Gruppenanalyse

Nachfolgend werden sowohl für die Kontrollgruppe als auch für die Patientengruppe die funktio-

nellen präoperativen (t1) und postoperativen (t2) fMRT-Verlaufsdaten für das kontraläsionale

(CH), ipsiläsionale (IH) und bilaterale Fingertappen (BH) beschrieben. In der Einzelanalyse

zeigte sich, dass die Aktivitätsmuster der Patienten bei linksseitiger und rechtsseitiger Lage

der zerebralen Neoplasie vergleichbar waren. Infolgedessen wurden diese bei der weiteren Ana-

lyse hinsichtlich ihrer Lokalisation zur Neoplasie als ipsiläsional (I, Seite der Neoplasie) und

kontraläsional (C, Gegenseite der Neoplasie) bezeichnet. In der Korrektur der Ergebnisse des

Einstichproben-t-Test der Kontrastbilder der Probanden der Kontrollgruppe (Abbildung 4.2)

hinsichtlich multipler Vergleiche mittels des Konzepts der „False Discovery Rate“ (FDR) konnten

an kritischer p- bzw. z-Schwelle für kontraläsionales Fingertappen p “ 0.00374 (z “ 2.67484),

für ipsiläsionales Fingertappen p “ 0.00151 (z “ 2.96625) und für beidhändiges Fingertappen

p “ 0.00171 (z “ 2.92644) erhoben werden. Für die Gruppenanalyse wurde auf der Basis der

ROI als kritische Schwelle für signifikante Aktivierungen ein Wert von p ď 0.001 zugrunde ge-

legt. Dementsprechende signifikante Aktivierungsmuster der Kontroll- und Patientengruppe sind

zusammenfassend in den Tabellen 4.2 - 4.7 wiedergegeben. Die Ergebnisse der gemittelten La-

teralitätsindizes der Kontrastwerte sind für die Untersuchungsgruppen in der Tabelle 4.8 und

Abbildung 4.4 wiedergegeben. Liegen die absoluten Beträge der Lateralitätsindizes ě |0.20| ist

von einer leichten, im Bereich zwischen |0.5| bis |0.75| von einer mittelgradigen und ab |0.75| bis

|1.0| von einer deutlichen Lateralisierung auszugehen. Wenn nicht anderes vermerkt, umfasst der

Begriff Lateralitätsindex diejenigen, die anhand der Kontrastwerte der ROI berechnet wurden.


Abbildung 4.2.: Kontrollgruppenanalyse - Einstichproben-t-Test - überlagert auf ein Referenzgehirnfür Fingertappen versus Ruhebedingung der rechten (roten), linken (blauen) Hand und beider (rote undblaue) Hände (z-Schwelle: z ě |3.09|). Ein aufgabenbezogenes positives BOLD-Signal wird in rot-gelbvisualisiert.

4.2.1. Primär somatomotorischer Cortex (MI)

Signifikante Kontrastmittelwerte traten unter einhändigen Fingertappen ausschließlich im kon-

tralateral zur in Bewegung befindlichen Hand gelegenen SMI auf (Tabellen 4.2 - 4.7). Die Late-

ralitätsindizes der Kontrollgruppe und Patientengruppe, vor und nach dem neurochirurgischen

Eingriff, waren für einhändiges Fingertappen dementsprechend lateralisiert und für beidhändiges

Fingertappen nicht lateralisiert organisiert (Abbildung 4.4, Tabelle 4.8). Unter einhändigem Fin-

gertappen fielen die Mittel der Kontrastwerte des SMI der Patientengruppe zu beiden Erhebungs-

zeitpunkten im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant niedriger aus (Welch Zweistichproben-

t-Test p ď 0.001). Für beidhändiges Fingertappen konnte dies analog lediglich auf einem Si-

gnifikanzniveau von p ď 0.01 nachgewiesen werden (Tabellen 4.2 - 4.7) . Unter beidhändigen

Fingertappen zeigte sich sowohl in der Kontrollgruppe als auch zu beiden Erhebungszeitpunkten

in der Patientengruppe eine nicht lateralisierte Rekrutierung des SMI.

4.2.2. Dorsolateraler prämotorischer Cortex (PMd)

Unter rechtshändigen bzw. kontraläsionalen Fingertappen (Tabellen 4.2 - 4.3) lagen sowohl in der

Kontrollgruppe als auch in der Patientengruppe zum Zeitpunkt t1 lediglich eine signifikante Ak-

tivierung des linkshemisphärischen bzw. ipsiläsionalen PMd vor. Die Patientengruppe wies zum

Erhebungszeitpunkt t2 eine bilaterale Rekrutierung dieser ROI auf. Während die gemittelten

Kontrastwerte der Patientengruppe zum Zeitpunkt t1 gegenüber der Kontrollgruppe signifikant

geringer ausfielen (Welch Zweistichproben-t-Test p ď 0.001), war dies zum Zeitpunkt t2 nicht

mehr der Fall. Ipsiläsionales Fingertappen (Tabellen 4.4 - 4.5) ging in der Kontrollgruppe mit ei-


Tabelle 4.2.: Einstichproben-t-Test der Kontrollgruppe bei µ0 “ 0 für rechtshändiges Finger-tappen (RH). Aufgeführt sind die gemittelten Talairach-Koordinaten (x,y,z), arithmetisches Mittel (Ďcw) derKontrastwerte und die z- und p-Werte des Einstichproben-t-Test der Kontrastwerte der ROI bei einem Signifi-kanzniveau von p ď 0.001 (z ě 3.09). Weitere Abkürzungen siehe Abkürzungsverzeichnis.

RH Kontrollgruppe

ROI Hem

x y z Ďcw z p

SMAr I -5 -1 59 0.2375 3.193 0.0007

PMd I -33 -4 55 0.3330 4.743 0.0000

SMI I -38 -20 52 0.5805 6.022 0.0000

IPS I -40 -36 45 0.2797 3.409 0.0003C 29 -45 46 0.2329 4.011 0.0000

CER I -23 -57 -15 0.3185 3.332 0.0004C 16 -52 -12 0.5090 5.142 0.0000

Tabelle 4.3.: Einstichproben-t-Test der Patientengruppe bei µ0 “ 0 für kontraläsionales Finger-tappen (CH). Aufgeführt sind die gemittelten Talairach-Koordinaten (x,y,z), arithmetisches Mittel (Ďcw) derKontrastwerte und die z- und p-Werte des Einstichproben-t-Test der Kontrastwerte der ROI bei einem Signifi-kanzniveau von p ď 0.001 (z ě 3.09). Weitere Abkürzungen siehe Abkürzungsverzeichnis.

CH Erhebungszeitpunkt t1 Erhebungszeitpunkt t2

ROI Hem

x y z Ďcw z p x y z Ďcw z p

SMAr I -3 -0 57 0.1890 4.049 0.0000 – – – – – –C 6 -4 64 0.1672 3.671 0.0001 6 -1 59 0.2135 3.566 0.0002

PMd I -26 -11 56 0.2062 3.542 0.0002 -26 -9 56 0.2273 3.370 0.0004C – – – – – – 26 -13 57 0.2237 3.568 0.0002

SMI I -39 -23 52 0.3457 4.563 0.0000 -36 -22 52 0.3202 4.041 0.0000

IPS I -38 -41 43 0.2201 3.836 0.0001 -35 -36 47 0.2048 3.502 0.0002C 39 -39 44 0.2447 3.738 0.0001 42 -32 46 0.1928 3.847 0.0001

CER I – – – – – – -24 -55 -19 0.2281 3.660 0.0001C – – – – – – 16 -55 -17 0.3090 4.261 0.0000

Tabelle 4.4.: Einstichproben-t-Test der Kontrollgruppe bei µ0 “ 0 für linkshändiges Fingertappen(LH). Aufgeführt sind die gemittelten Talairach-Koordinaten (x,y,z), arithmetisches Mittel (Ďcw) der Kontrast-werte und die z- und p-Werte des Einstichproben-t-Test der Kontrastwerte der ROI bei einem Signifikanzniveauvon p ď 0.001 (z ě 3.09). Weitere Abkürzungen siehe Abkürzungsverzeichnis.

LH Kontrollgruppe

ROI Hem

x y z Ďcw z p

SMAr I -5 -2 59 0.2284 3.260 0.0006

PMd I -34 -3 53 0.2566 3.650 0.0001C 30 -7 56 0.3430 4.281 0.0000

SMI C 33 -19 54 0.5613 5.760 0.0000

SPL C 24 -44 58 0.1755 3.212 0.0007

CER I -16 -52 -12 0.5285 5.497 0.0000C 24 -55 -13 0.3307 4.185 0.0000


Tabelle 4.5.: Einstichproben-t-Test der Patientengruppe bei µ0 “ 0 für ipsiläsionales Fingertappen(IH). Aufgeführt sind die gemittelten Talairach-Koordinaten (x,y,z), arithmetisches Mittel (Ďcw) der Kontrast-werte und die z- und p-Werte des Einstichproben-t-Test der Kontrastwerte der ROI bei einem Signifikanzniveauvon p ď 0.001 (z ě 3.09). Weitere Abkürzungen siehe Abkürzungsverzeichnis.

IH Erhebungszeitpunkt t1 Erhebungszeitpunkt t2

ROI Hem


SMAr C 5 -4 60 0.1674 3.542 0.0002 4 -4 59 0.2130 4.930 0.0000

PMd I -30 -11 53 0.2103 3.164 0.0008 -24 -9 57 0.2105 3.621 0.0001C 28 -9 57 0.1870 3.431 0.0003 24 -11 58 0.2327 3.688 0.0001

SMI C 35 -27 51 0.3593 4.516 0.0000 36 -25 52 0.3838 4.978 0.0000

IPS I -41 -38 43 0.2046 3.874 0.0001 -36 -36 45 0.1718 3.250 0.0006C 41 -35 46 0.2449 4.332 0.0000 42 -31 46 0.2689 4.841 0.0000

SPL C 21 -56 57 0.1789 3.867 0.0001 – – – – – –

CER I – – – – – – -17 -56 -16 0.3055 4.302 0.0000C – – – – – – 26 -59 -19 0.2344 3.743 0.0001

Tabelle 4.6.: Einstichproben-t-Test der Kontrollgruppe bei µ0 “ 0 für beidhändiges Fingertappen(BH). Aufgeführt sind die gemittelten Talairach-Koordinaten (x,y,z), arithmetisches Mittel (Ďcw) der Kontrast-werte und die z- und p-Werte des Einstichproben-t-Test der Kontrastwerte der ROI bei einem Signifikanzniveauvon p ď 0.001 (z ě 3.09). Weitere Abkürzungen siehe Abkürzungsverzeichnis.

BH Kontrollgruppe

ROI Hem

x y z Ďcw z p

SMAr I -8 -0 58 0.2329 3.403 0.0003

PMd I -31 -1 56 0.2848 3.759 0.0001C 28 -8 55 0.2680 3.444 0.0003

SMI I -38 -20 53 0.5192 5.025 0.0000C 33 -18 55 0.5550 5.005 0.0000

CER I -19 -53 -14 0.5607 5.312 0.0000C 14 -52 -12 0.5058 5.223 0.0000

Tabelle 4.7.: Einstichproben-t-Test der Patientengruppe bei µ0 “ 0 für beidhändiges Fingertappen(BH). Aufgeführt sind die gemittelten Talairach-Koordinaten (x,y,z), arithmetisches Mittel (Ďcw) der Kontrast-werte und die z- und p-Werte des Einstichproben-t-Test der Kontrastwerte der ROI bei einem Signifikanzniveauvon p ď 0.001 (z ě 3.09). Weitere Abkürzungen siehe Abkürzungsverzeichnis.

BH Erhebungszeitpunkt t1 Erhebungszeitpunkt t2

ROI Hem


SMAr I -5 -3 50 0.2150 3.835 0.0001 – – – – – –C 5 -6 59 0.2069 3.905 0.0000 7 -4 58 0.2127 3.744 0.0001

SMAc C – – – – – – 3 -16 59 0.0969 3.188 0.0007

PMd I -23 -4 54 0.2290 3.370 0.0004 -28 -10 58 0.2199 3.142 0.0008C 27 -10 59 0.2353 3.876 0.0001 24 -8 57 0.2636 4.233 0.0000

SMI I -38 -22 54 0.4010 5.860 0.0000 -33 -22 54 0.3565 4.645 0.0000C 36 -26 54 0.3974 5.402 0.0000 36 -24 52 0.3675 4.405 0.0000

IPS I -38 -38 46 0.2882 4.451 0.0000 -36 -35 46 0.2207 4.122 0.0000C 38 -41 53 0.2666 4.565 0.0000 47 -28 46 0.2330 4.091 0.0000

SPL I – – – – – – -20 -56 55 0.1586 3.879 0.0001C 23 -54 58 0.2056 3.765 0.0001 18 -56 54 0.2144 4.250 0.0000

CER I -20 -56 -17 0.3359 3.084 0.0010 -22 -54 -17 0.2970 4.542 0.0000C 19 -56 -16 0.3632 4.137 0.0000 20 -56 -16 0.3313 4.827 0.0000


ner bilateralen Rekrutierung des PMd einher. Die Patientengruppe wies dagegen zum Zeitpunkt

t1 lediglich eine kontraläsionale Rekrutierung des PMd auf, welche postoperativ bilateral verteilt

war. In der Betrachtung der Lateralitätsindizes des PMd (Tabelle 4.8, Abbildung 4.4) ließen sich

für unilaterales Fingertappen in den Untersuchungsgruppen keine signifikanten Lateralisierun-

gen nachweisen. Unter beidhändigen Fingertappen (Tabellen 4.6 - 4.7) fand sich lediglich zum

postoperativen Zeitpunkt eine tendenzielle Lateralisierung (LIBHpt2,PMdq “ ´0.215) zur nicht

vom Hirntumor betroffenen Hemisphäre (p ď 0.01). Im Verlauf konnten dabei für jede Hemisphä-

re getrennt betrachtet keine signifikanten Unterschiede zwischen den gemittelten Aktivierungen

einer jeden Hemisphäre nachgewiesen werden.

Zwischen den Lateralitätsindizes des PMd für beidhändiges Fingertappen (LIBHpt2, PMdq)

und der Distanz zum SMI bestand bei einem Signifikanzniveau von p ď 0.05 ein signifikanter

negativer Zusammenhang (Spearmans “ ´0.70; Kendalls τ “ ´0.54). Daraus folgt, dass mit

zunehmender Nähe des Tumors zum ipsiläsionalen SMI zum Zeitpunkt t1 anstelle einer kontralä-

sional lateralisierten eine bihemisphärische Rekrutierung des PMd zum Zeitpunkt t2 resultierte

(Abbildung 4.3). Zur Tumorhistopathologie (Meningeom versus Astrozytom und Metastasen)

konnte in der punktbiserialen Korrelation kein signifikanter Zusammenhang nachgewiesen wer-

den.

Abbildung 4.3.: Zusammenhang zwischen der Distanz des Tumors zum SMI zum Zeitpunkt t1 (Di-stanz(t1) zum SMI) und dem Lateralitätsindex der PMd zum Erhebungszeitpunkt t2 unter beidhändi-gen Fingertappen (LIpt2, PMdq bei BH). Im Punktediagramm ist die lineare Regression zwischen dengenannten Variablen dargestellt. Bei einem Signifikanzniveau von p ď 0.05 betrug die SpearmanscheRangkorrelation “ ´0.70 und Kendalls τ “ ´0.54.

4.2.3. Supplementär-motorisches Areal (SMA)

Weder in der Kontrollgruppe noch in der Patientengruppe konnten signifikante Aktivierungen des

pre-supplementär-motorischen Areals (pre-SMA) nachgewiesen werden. In der Kontrollgruppe

wurden unter ein- und beidhändigen Fingertappen linksseitig lokalisierte signifikante Kontrast-

mittelwerte der SMAr erhoben (Tabellen 4.2, 4.2, 4.2). In der Kontrollgruppe konnte anhand des

berechneten Lateralitätsindex lediglich unter beidhändigen Fingertappen eine signifikante Late-

ralisierung (LIBHpc,SMArq “ ´0.215) nachgewiesen werden (Einstichproben-Median-Test nach

Wilcoxon p ď 0.05). In der Patientengruppe zeigte sich unter kontraläsionalen Fingertappen


c t1 t2 c t1 t2 c t1 t2−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

LIpre−SMA

CH IH BHc t1 t2 c t1 t2 c t1 t2

−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

LISMAr

CH IH BH

ο♦

ο

##

#

c t1 t2 c t1 t2 c t1 t2−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

LISMAc

CH IH BH

## # #

c t1 t2 c t1 t2 c t1 t2−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

LIPMd

CH IH BH

ο ο

c t1 t2 c t1 t2 c t1 t2−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

LISMI

CH IH BH

οο ο

ο οο

c t1 t2 c t1 t2 c t1 t2−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

LIIPS

CH IH BH

ο

c t1 t2 c t1 t2 c t1 t2−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

LISPL

CH IH BH

ο οο

c t1 t2 c t1 t2 c t1 t2−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

LICER

CH IH BH

οο##

#ο

οο

c t1 t2 c t1 t2 c t1 t2−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

LIHEM

CH IH BH

ο#

#

ο οο

c t1 t2

Abbildung 4.4.: Lateralitätsindizes (LI) nach der ROI-Berechnungsmethode für die Gruppe der ge-sunden Probanden und Patienten. Die arithmetischen Mittel der LI (˘σx) sind für die einzelnen ROIund der Hemisphären für Fingertappen der kontraläsionalen (CH), ipsiläsionalen (IH) und beider Hände(BH) dargestellt. Vergleiche der zentralen Tendenz der LI mit LI = 0 erfolgte mittels des Einstichproben-Median-Tests nach Wilcoxon mit o für p ď 0.05. Pre-Post-Vergleiche der zentralen Tendenz wurdenmittels Wilcoxon-Test für abhängige Stichproben mit für p ď 0.05 durchgeführt. Unterschiede derzentralen Tendenzen zwischen Kontroll- und Patientengruppe jeweils für die Erhebungszeitpunkte t1 undt2 wurden mittels des Mann-Whitney-U-Tests mit # für p ď 0.05 durchgeführt. Abkürzungen: c, Kon-trollgruppe; t1, präoperativer Erhebungszeitpunkt; t2, postoperativer Erhebungszeitpunkt; x, Mittelwert;σx, Standardfehler des Mittelwerts; SMA, supplementär-motorisches Areal; pre-SMA, prä-supplementär-motorisches Areal; SMAr, rostrale Portion des SMA proper; SMAc, kaudale Portion des SMA proper;PMd, dorsolateraler PMC; SMI, primärer somatomotorischer Cortex; SPL, Lobulus parietalis superi-or (superior parietal lobule); IPS, Sulcus intraparietalis (intraparietal sulcus); CER, Cerebellum; HEM,Hemisphäre.


Tabelle 4.8.: Mittelwerte und Standardfehler der Mittelwerte der Lateralitätsindizes der ROIder Kontrollgruppe (c) und Patientengruppe zu den Erhebungszeitpunkten t1 und t2 in Bezug zuden jeweiligen motorischen Versuchsbedingungen.

LI CH IH BHROI c t1 t2 c t1 t2 c t1 t2

pre- x -0.123 0.063 0.128 -0.254 -0.142 0.159 -0.073 -0.007 0.174SMA σx 0.197 0.248 0.169 0.169 0.259 0.185 0.099 0.277 0.199

SMAr x 0.198 0.124 -0.311 0.376 -0.070 -0.215 0.364 0.012 -0.085σx 0.129 0.064 0.126 0.183 0.135 0.117 0.133 0.064 0.106

SMAc x 0.359 -0.224 -0.107 0.334 -0.345 -0.177 0.345 -0.232 -0.189σx 0.230 0.166 0.209 0.220 0.157 0.199 0.234 0.111 0.165

PMd x 0.309 0.079 -0.068 -0.187 -0.028 -0.015 0.087 -0.067 -0.215σx 0.131 0.176 0.133 0.073 0.146 0.073 0.124 0.146 0.103

SMI x 0.579 0.545 0.389 -0.582 -0.473 -0.498 -0.033 0.002 -0.003σx 0.090 0.113 0.120 0.123 0.092 0.114 0.021 0.032 0.073

IPS x 0.038 -0.012 0.017 -0.014 -0.124 -0.271 0.071 0.038 -0.089σx 0.057 0.060 0.095 0.078 0.074 0.119 0.127 0.046 0.094

SPL x -0.038 -0.298 -0.270 -0.415 -0.404 -0.079 -0.375 -0.446 -0.152σx 0.187 0.134 0.129 0.163 0.159 0.131 0.127 0.156 0.074

CER x -0.305 -0.217 -0.188 0.261 0.197 0.170 0.052 -0.087 -0.062σx 0.101 0.157 0.056 0.056 0.149 0.074 0.019 0.086 0.028

HEM x 0.285 0.109 0.040 -0.198 -0.222 -0.213 -0.002 -0.055 -0.070σx 0.054 0.090 0.042 0.058 0.063 0.055 0.020 0.043 0.031

Abkürzungen: LI, Lateralitätsindex der jeweiligen ROI; CH, Kontraläsionales Fingertappen; IH, IpsiläsionalesFingertappen; BH, Bimanuelles Fingertappen; c, Kontrollgruppe; t1, präoperativer Erhebungszeitpunkt; t2, post-operativer Erhebungszeitpunkt; x, Mittelwert; σx, Standardfehler des Mittelwerts; Weitere Abkürzungen sieheAbkürzungsverzeichnis.

zum ersten Erhebungszeitpunkt zunächst eine bilaterale Rekrutierung der SMAr, welche zum

Zeitpunkt t2 lediglich kontraläsional signifikant war. Anhand der berechneten Lateralitätsindizes

zeigte sich lediglich zum Erhebungszeitpunkt t2 eine signifikante Lateralisierung zur Gegensei-

te der betroffenen Hemisphäre (LICHpt2,SMArq “ ´0.311, Einstichproben-Median-Test nach

Wilcoxon p ď 0.05). In der Abbildung 4.4 ist weiterhin ersichtlich, dass sich die zentrale Ten-

denz der Lateralitätsindizes für kontraläsionales Fingertappen im Pre-Post-Vergleich und zwi-

schen Kontroll- und Patientengruppe zum Zeitpunkt t2 signifikant unterscheiden. Ipsiläsionales

Fingertappen hatte in der Patientengruppe für beide Erhebungszeitpunkte signifikante kontra-

läsionale Kontrastmittelwerte zur Folge (Tabelle 4.5). Für zugehörige Lateralitätsindizes konnte

jedoch keine signifikante Lateralisierung nachgewiesen werden. Jedoch konnten mit p ď 0.05

im Mann-Whitney-U-Test signifikante Unterschiede in der zentralen Tendenz der Lateralitäts-

indizes der Kontroll- und Patientengruppe zu t1 und t2 nachgewiesen werden (Abbildung 4.4,

Tabelle 4.8). Dies konnte auch für die Lateralitätsindizes der SMAc unter ipsiläsionalen und

kontraläsionalen Fingertappen gezeigt werden. Signifikante Kontrastmittelwerte der SMAr un-

ter beidhändigen Fingertappen fanden sich zum Zeitpunkt t1 bilateral und zum Zeitpunkt t2

kontraläsional, wohingegen bezüglich der berechneten Lateralitätsindizes keine signifikante Late-

ralisierung nachgewiesen werden konnte. Des Weiteren zeigte sich zum Untersuchungszeitpunkt

t2 der Patientengruppe eine kontraläsionale Aktivierung der SMAc, welche trotz des geringen

Kontrastmittelwertes signifikant ausfiel.

Zwischen den Lateralitätsindizes der SMAr für kontraläsionales Fingertappen (LICHpt2, SMArq)

und der Tumorgröße konnte bei einem Signifikanzniveau von p ď 0.05 ein signifikanter negativer


Zusammenhang (Spearmans “ ´0.71, Kendalls tau τ “ ´0.54) gefunden werden. Das heißt,

dass bei größerem Tumorvolumen eine stärkere Lateralisierung der Aktivität in der SMAr zur

nicht betroffenen Hemisphäre vorliegt (Abbildung 4.5). Ein positiver Zusammenhang (Spear-

mans “ ´0.667, p ď 0.05; Kendalls tau τ “ ´0.50, p “ 0.06) bestand auch zwischen der

Distanz des Tumors zur SMAr zum Untersuchungszeitpunkt t1 und dem postoperativen Late-

ralitätsindex LICHpt2, SMArq unter kontraläsionalen Fingertappen (Abbildung 4.5). Im Sinne

dessen resultiert postoperativ eine stärkere Lateralisierung der Aktivierung der SMAr zur in-

takten Hemisphäre je näher der Tumor zu dieser ROI lokalisiert ist. Die Untergruppenanalyse

bezüglich der Tumorhistopathologie Meningeome versus Astrozytome und Metastasen ergab in

der Berechnung der punktbiserialen Korrelation kein signifikantes Ergebnis.

(a) (b)

Abbildung 4.5.: Zusammenhang zwischen (a) der Tumorgröße (Volumen(t1)), (b) Distanz (Distanz(t1))zur SMAr zum Zeitpunkt t1 und dem Lateralitätsindex der SMAr zum Erhebungszeitpunkt t2 bei kontra-läsionalen Fingertappen (LIpt2, SMArq bei CH). Im Punktediagramm ist die lineare Regression zwischenden genannten Variablen dargestellt. Die Spearmansche Rangkorrelation rs betrug bei einem Signifikanz-niveau von p ď 0.05 (a) -0.71 und (b) 0.67.

4.2.4. Sulcus intraparietalis (IPS)

Während bei der Kontrollgruppe signifikante Kontrastmittelwerte (p ď 0.001) lediglich beim

kontraläsionalem Fingertappen bilateral auftraten (Tabellen 4.2, 4.4, 4.6), waren diese in der Pa-

tientengruppe zu den Erhebungszeitpunkten t1 und t2 unter allen Versuchsbedingungen bilateral

vorhanden. Einzig der Lateralitätsindex für ipsiläsionales Fingertappen wies zum postoperati-

ven Erhebungszeitpunkt mit LIIHpt2, IPSq “ ´0.271 eine signifikante Lateralisierung zur nicht

betroffenen Hemisphäre auf, welche bezüglich der Tumorhistopathologie (Meningeome versus

Astrozytome und Metastase) mit einer punktbiserialen Korrelation rpb “ ´0.63 auf einen Signi-

fikanzniveau von p ď 0.05 korrelierte. Entsprechend dessen ging postoperativ unter ipsiläsionalen

Fingertappen mit Astrozytomen und Metastase gegenüber Meningeomen eine stärkere Laterali-

sierung der Aktivierung des IPS zur intakten Hemisphäre einher.


4.2.5. Lobulus parietalis superior (SPL)

Weder unter rechts- noch unter beidhändigen Fingertappen waren in der Kontrollgruppe signi-

fikante Kontrastmittelwerte im SPL nachweisbar. Lediglich unter linkshändigen Fingertappen

ergab sich in dieser Region kontralateral ein signifikanter Kontrastmittelwert. Für die Patienten-

gruppe zeigte sich für einhändiges Fingertappen lediglich unter ipsiläsionalen Fingertappen eine

signifikante kontraläsionale Rekrutierung des SPL zum Zeitpunkt t1 (LIIHpt1,SPLq “ ´0.404).

Beidhändiges Fingertappen hatte zum Zeitpunkt t1 eine signifikant kontraläsional lateralisierte

(LIBHpt1,SPLq “ ´0.446) und zum Zeitpunkt t2 eine bilaterale Aktivierung des SPL zur Folge

(Tabellen 4.2 - 4.7 und 4.8).

4.2.6. Kleinhirn (CER)

Aktivierungen des Kleinhirns wurden zum Untersuchungszeitpunkt t1 bei den Patienten 3 und

5 bis 9 erfasst. Für t1 wurde ein Signifikanzniveau von p = 0.01 gewählt. In der Kontrollgruppe

konnten sowohl für einhändiges als auch beidhändiges Fingertappen bilateral signifikante Kon-

trastmittelwerte gefunden werden. Kontraläsionales Fingertappen führte in der Patientengruppe

zum Zeitpunkt t1 zu einer kontraläsionalen Aktivierung des CER, während dessen die restlichen

Versuchsbedingungen jeweils bilateral signifikante Aktivierungsmuster zur Folge hatte (Tabellen

4.2 - 4.7). Unter einhändigen Fingertappen bestand lediglich für die Kontrollgruppe eine signifi-

kante ipsilateral zur involvierten Hand bestehende Lateralisierung (Abbildung 4.4, Tabelle 4.8).

Für die restlichen Versuchsbedingungen fielen die präoperativen Aktivierungen bis auf ipsiläsio-

nales Fingertappen zum Zeitpunkt t1 nicht signifikant aus. Unter bilateralen Fingertappen zeigte

sich im Verlauf keine Lateralisierung.

4.2.7. Kortikale Hemisphäre (HEM)

Die Lateralitätsindizes für kontraläsionales (Patientengruppe) bzw. rechtsseitiges (Kontrollgrup-

pe) Fingertappen wiesen für die Kontrollgruppe eine signifikante Lateralisierung zur kontralate-

ralen Hemisphäre auf, welche in der Patientengruppe zu beiden Untersuchungszeiträumen nicht

vorhanden war. Mit einem Signifikanzniveau von p ď 0.05 konnten im Mann-Whitney-U-Test

signifikante Unterschiede zwischen der zentralen Tendenz der Lateralitätsindizes für kontraläsio-

nales bzw. rechtsseitiges Fingertappen der Patienten- bzw. Kontrollgruppe zu t1 und t2 nachge-

wiesen werden (Abbildung 4.4, Tabelle 4.8). Für ipsiläsionales Fingertappen lag eine signifikante

Lateralisierung zur nicht vom Hirntumor betroffenen Hemisphäre vor. Bilaterales Fingertappen

zeigte weder in der Kontrollgruppe noch in der Patientengruppe eine Lateralisierung auf. Le-

diglich der hemisphärielle Lateralitätsindex des Aktivierungsvolumens zeigte für beidhändiges

Fingertappen in der postoperativen Untersuchung eine signifikante Lateralisierung zur nicht be-

troffenen Hemisphäre auf (Abbildung 4.6).


t1 t2 t1 t2 t1 t2−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

LIHEM

CH IH BH

ο ο

ο ο ο

BLOB

CROI

Abbildung 4.6.: Lateralitätsindizes (LI) der Aktivierungsvolumina (blob) bzw. der Kontrastwerte (ROI)für die Gruppe der Patienten. Die arithmetischen Mittel der LI (˘σx) der zerebralen Hemisphären sindfür Fingertappen der kontraläsionalen (CH), ipsiläsionalen (IH) und beider Hände (BH) dargestellt.Vergleiche der zentralen Tendenz der LI mit LI = 0 erfolgte mittels des Einstichproben-Median-Testsnach Wilcoxon mit o für p ď 0.05. Abkürzungen: t1, präoperativer Erhebungszeitpunkt; t2, postoperativerErhebungszeitpunkt; x, Mittelwert; σx, Standardfehler des Mittelwerts; HEM, Hemisphäre.

Kapitel 5

Diskussion und Ausblick

Plastizität des ZNS ist dessen inhärente Fähigkeit durch morphologische bzw. funktionel-

le Veränderungen auf mikroskopischer und makroskopischer Ebene sich kurz-, mittel- und

längerfristig an veränderte Umweltbedingungen oder pathologische Veränderungen anzupassen

und neue Verhaltensweisen auszuformen (Duffau, 2011; Karnath und Thier, 2012). Ziel dieser

prospektiven fMRT-Verlaufsstudie war die Erfassung von längerfristigen funktionellen Verände-

rungen des von Hirntumoren sowie durch neurochirurgische Intervention geschädigten Gehirns

hinsichtlich kortikaler Reorganisationsmuster des motorischen Systems. Des Weiteren sollte ge-

prüft werden, ob im Längsschnitt neben der Histopathologie die Größe, Lokalisation der Neo-

plasien (im Sinne der Entfernung zum primären motorischen Cortex (MI) und supplementär-

motorischen Areal (SMA)) und strukturelle Dislokation des ipsiläsionalen MI in Beziehung mit

erhobenen Reorganisationsmustern des zu betrachtenden motorischen Netzwerkes stehen. Die

Ergebnisse des Edingburgh-Händigkeits-Fragebogen hatten in der Auswertung insofern keine

Bedeutung, da alle Probanden der Studie Rechtshänder waren. Angesichts der geringen Fall-

zahl der untersuchten Patienten in dieser Studie können keine hinreichenden Schlussfolgerungen

auf die gesamte Population von Hirntumorpatienten gezogen werden. Dies ist zum einem dem

Aspekt der Heterogenität der Lokalisation und der Histopathologie der Hirntumore geschuldet.

Andererseits befanden sich Hirntumore entsprechend der Händigkeit sowohl in der dominanten

als auch nicht dominanten Hemisphäre.

5.1. Einzelfallanalyse

Nach Desmurget u. a. (2007) und Duffau (2005); Duffau (2006b); Duffau (2012); Duffau (2014)

können bei niedrig malignen Gliomen fünf präoperative Reorganisationsmechanismen unterschie-

den werden (siehe Abschnitt 2.3.3 auf Seite 21). Eine Persistenz neuronaler Funktion innerhalb

infiltrierter Regionen war in der Einzelfallanalyse der Patienten dieser Studie nicht nachweis-

bar. Verifizierende Belege für dieses Reorganisationsmuster fanden sich u. a. in Studien mittels

Quellenlokalisation durch MEG und direkter kortikaler Elektrostimulation (Ganslandt u. a., 2004;

Schiffbauer u. a., 2001; Duffau, 2008). Durch Krainik u. a. (2003) konnte mittels fMRT aufgezeigt

65

5.1 Einzelfallanalyse 66

werden, dass trotz der Infiltration der SMA durch niedrig maligne Gliome des medialen Frontal-

lappens funktionelle Aktivierungen in dieser Region nachweisbar sind (Krainik u. a., 2003).

Eine Neuverteilung, Versetzung spezialisierter Areale um die neoplastische Läsion (funktionel-

ler Shift) fand sich bei Patient 2 postoperativ und bei Patient 5 lediglich zum präoperativen Un-

tersuchungszeitpunkt. Eine Erweiterung des Aktivierungsausmaßes des ipsiläsionalen SMI konnte

unter kontraläsionalen Fingertappen postoperativ beim Patient 1 nachgewiesen werden. Derar-

tige Reorganisationsmuster konnten sowohl durch präoperative funktionelle Bildgebung als auch

durch intraoperativ durchgeführte direkte kortikale Stimulation (DCS) übereinstimmend nach-

gewiesen werden (Yousry u. a., 1995; Atlas u. a., 1996; Righini u. a., 1996; Duffau u. a., 2000;

Duffau, 2001a; Duffau u. a., 2003a; Desmurget u. a., 2007). Aufgrund der Existenz multipler kor-

tikaler Repräsentationen im MI wurde diesbezüglich diskutiert, dass durch die Tumorresektion

bedingte gesteigerte kortikale Erregbarkeit zu einer Demaskierung redundanter intrakortikaler

Verbindungen bzw. Areale führe.

Die Involvierung eines Netzwerkes von Arealen der ungeschädigten und geschädigten Hemi-

sphäre ließ sich im Verlauf bis auf einen Patienten in der Mehrzahl der Fälle hinsichtlich der

betrachteten ROI des motorischen Systems sowohl prä- als auch postoperativ nachweisen. In

der Einzelfallanalyse konnten unter kontraläsionalen Fingertappen präoperativ bei den Patien-

ten 2, 4, 8 und postoperativ bei den Patienten 1, 2, 4, 6, 7 ipsilaterale Aktivierungen des SMI

nachgewiesen werden. Jedoch waren diese in der Gruppenanalyse weder prä- noch postoperativ

signifikant nachweisbar. Entsprechend des Prinzips der Kontrolle unilateraler Bewegungen durch

den kontralateralen MI konnte sowohl in der Kontrollgruppe als auch in der Patientengruppe

unter einhändigen Fingertappen eine Lateralisierung zur kontralateralen Hemisphäre aufgezeigt

werden, welche unter beidhändigen Fingertappen nicht lateralisiert war. Im prä-post-Vergleich

lagen keine signifikanten Veränderungen der Aktivierung des MI im Rahmen unimanuellen Fin-

gertappens vor. Dies steht im Einklang mit den Ergebnissen von Reinges u. a. (2005), welche

lediglich für Patienten mit postoperativ neu erworbener Parese eine Aktivierungsminderung des

MI der geschädigten Hemispäre aufzeigen konnten. Die Gruppe der Patienten ohne postoperative

Parese zeigten keine Aktivitätsveränderungen im zeitlichen Verlauf. Sowohl das Fehlen von post-

operativ neu erworbenen Einschränkungen der Handmotorik als auch die zeitliche Stabilität der

Aktivierungen des SMI sprechen für das Prozedere einer prächirurgischen Kartierung funktionel-

ler kortikaler Areale, um im Sinne einer Nutzen-Risiko-Evaluation neurologische Folgeschäden

minimieren zu können. Bleibt die Bedeutung der ipsilateral zur verwendeten Hand auftretenden

Aktivierungen der SMI zu diskutieren.

Eine positive Korrelation zwischen dem Ausmaß ipsilateraler motorischer Aktivität und Kom-

plexität motorischer Aufgaben konnte in verschiedenen Studien aufgezeigt werden (Rao u. a.,

1993; Verstynen u. a., 2005). Ein weiterer zu berücksichtigender Gesichtspunkt ist, dass das Aus-

maß der Lateralisierung der Aktivierung des motorischen Cortex auch mit dem Grad der Händig-

keit korrelieren kann (Dassonville u. a., 1997). So fand man bei gesunden Probanden zunehmend

mit der Verminderung des Händigkeitgrades Aktivierungen des ipsilateralen MI bzw. verminder-

te Lateralisierungsindizes. In dieser Studie waren jedoch alle Probanden im Verlauf unverändert

Rechtshänder, sodass entsprechend dieser Überlegung ipsilaterale Aktivierungen des motorischen


Cortex eher seltener bzw. im Aktivierungsausmaß geringer auftreten müssten. Schließlich exis-

tiert nach Verstynen u. a. (2005) eine weitere Form der funktionellen Asymmetrie. Ipsilaterale

motorische Aktivierungen treten bei Rechtshändern und im geringeren Ausmaß bei Linkshän-

dern bevorzugt während komplexer linkshändiger Bewegungen auf. Die Autoren schlussfolgerten,

dass der linken telencephalen Hemisphäre eine besondere Stellung in der Ausführung komplexer

Bewegungen zukommt. Die Ergebnisse dieser Studie konnten eine derartige funktionelle Spezia-

lisierung der linken Hemisphäre im zeitlichen Verlauf nicht aufzeigen. In einer früheren Studie

wurde dem ipsilateralen MI eine bedeutende Rolle in der Genesung motorischer Funktionen zu-

geschrieben (Cramer u. a., 1999). In der Einzelfallanalyse der vorliegenden Studie ergab sich

im zeitlichen Verlauf kein konsistentes intra- bzw. interindividuelles Muster des Auftretens von

Aktivierungen des ipsilateralen MI.

Es bestehen Zweifel dahin gehend, ob die Existenz ipsilateraler Aktivierungen des MI unter

Berücksichtigung des geringen Komplexitätsgrades der verwendeten Tappingaufgabe wirklich für

einen an der Restitution der Funktion beteiligten Reorganisationsmechanismus sprechen könn-

te. Problematisch ist beispielsweise die Festlegung der exakten Grenze zwischen MI und PMd

anhand des anatomischen T1 gewichteten 3D-Referenzvolumens. Denn lediglich mittels histolo-

gischer Schnittbilder ist die exakte Differenzierung dieser Hirnregionen anhand des für den MI

spezifischen Vorkommens von Betz-Riesenzellen in der inneren Pyramidenschicht (Lamina V)

möglich. Dies hat zur Folge, dass Aktivierungen, die im MI beobachtet werden möglicherwei-

se dem prämotorischen Cortex zuzuordnen sind. Insbesondere schwierig ist die Identifizierung

von Aktivierungen des ipsilateralen MI bei meist gleichzeitiger bilateraler Aktivierung des PMd.

Folglich ist die Zuordnung erhobener lokaler Maximen statistischer z-Maps jeweils mit dem Pro-

blem behaftet, welchem der Areale die Maximen ganzer oder durch entsprechende Schwellenwahl

teilbarer Aktivierungs-Blobs zuzuordnen sind.

5.2. Gruppenanalyse

Eine unilaterale Resektion des supplementär-motorischen Areals (SMA) kann zu einem unmit-

telbaren Auftreten eines sogenannten SMA-Syndrom führen, welches mit kontralateralen motori-

schen oder sprachlichen Ausfällen einhergeht. Diese bilden sich zumeist innerhalb weniger Wochen

bis Monate zurück (Laplane u. a., 1977; Rostomily u. a., 1991; Bleasel u. a., 1996; Krainik u. a.,

2004). Krainik u. a. (2004) konnte bei Patienten mit Hirntumoren des medialen Frontallappens

präoperativ eine verminderte ipsiläsionale und vermehrte kontraläsionale Aktivierung der SMA

und postoperativ eine verstärkte postoperative Rekrutierung der prämotorischen Areale SMA

und PMd der gesunden Hemisphäre nachweisen. In der vorliegenden prospektiven Studie konnte

trotz des Fehlens eines SMA-Syndroms aufgezeigt werden, dass unter kontraläsionalen Finger-

tappen in der Patientengruppe eine präoperative bilaterale Rekrutierung der SMAr zu finden ist.

Eine gegenüber den Ergebnissen von Krainik u. a. (2004) fehlende präoperative Lateralisierung

könnte einerseits durch die Inhomogenität der Patientengruppe dieser Studie gegenüber der Loka-

lisation der Hirntumore bedingt sein. Andererseits könnte diese mit dem Fehlen einer unmittelbar

postoperativen klinischen Symptomatik zusammenhängen. Krainik u. a. (2004) konnte jedoch bei


Patienten mit niedrig malignen Gliomen des medialen Frontallappens aufzeigen, dass ein prä-

operatives Aktivierungsmuster mit verminderter Aktivierung der ipsiläsionalen und verstärkten

Rekrutierung der kontraläsionalen SMA keine Prädiktion dahingehend erlaubt, ob nach neuro-

chirurgischer Intervention funktionelle Defizite zu erwarten sind oder nicht. Dieses präoperative

Aktivierungsmuster der SMA wurde jedoch im mittelfristigen Verlauf mit einer rascheren Ge-

nesung eines postoperativ aufgetretenen SMA-Syndroms in Verbindung gebracht (Krainik u. a.,

2004). Im Kontrast dazu wiesen Rosenberg u. a. (2010) nach, dass für die kurzfristige funktionelle

Genesung Aktivierungen in unmittelbarer Nähe zur ipsiläsionalen SMA eine stärkere Bedeutung

zukommt. Aufgrund der lediglich nur im kurzfristigen Verlauf betrachteten neurologischen Aus-

fälle seien jedoch keine Rückschlüsse auf längerfristige neuroplastische Veränderungen möglich

(Rosenberg u. a., 2010). In der Kontrollgruppe dieser Studie trat unter einhändigen Fingertap-

pen eine zur dominanten Hand kontralaterale Aktivierung der SMAr auf, die in der Berechnung

der Lateralitätsindizes sich nicht signifikant widerspiegelte. Neben einer unter einhändigen Fin-

gertappen überwiegenden kontralateralen Rekrutierung sind auch bilaterale Aktivierungen des

SMA zuvor beschrieben worden (Roland u. a., 1980; Krainik u. a., 2004). Lediglich unter beid-

händigen Fingertappen konnte eine zur dominanten Hand kontralateralen Hemisphäre gerichtete

signifikante Lateralisierung der Aktivierung der SMAr nachgewiesen werden, welche in der Pati-

entengruppe weder prä- noch postoperativ vorhanden war.

Nach der neurochirurgischen Intervention war die Aktivierung der SMAr in dieser Studie zum

postoperativen Zeitpunkt zur gesunden Hemisphäre lateralisiert. Gründe für postoperative Akti-

vitätsminderungen nahe der Läsion sind beispielsweise, dass durch Resektion der Läsion bedingte

Neuronenuntergänge oder Veränderung der periläsionalen Hämodynamik (Anstieg des regionalen

CBV) zu einem verminderten BOLD-Signal führen (Murata u. a., 2004). Auch kann bei mikro-

skopisch unvollständiger Resektion der Neoplasie eine durch progrediente Invasion des gesunden

Hirngewebes bedingte Veränderung der zerebralen Hämodynamik und neurovaskulären Kopplung

verursacht werden, die zu einer Verminderung des BOLD-Signals führt. In der Nähe zerebraler

Neoplasien, insbesondere gliomatöser, wurde, verglichen mit der nicht betroffenen Hemisphäre,

in verschiedenen Studien eine Reduktion des BOLD-Signales beobachtet (Holodny u. a., 1999;

Holodny u. a., 2000; Schreiber u. a., 2000). Dies erklärte man sich u. a. durch Autoregulationsein-

bußen des Gefäßsystems aufgrund neoplastischer Infiltration des Cortex sowie durch veränderte

venöse Drainageeffekte. Selbst in Abwesenheit einer zerebralen Läsion hat eine chronische Be-

einträchtigung der zerebralen Hämodynamik eine Involvierung des motorischen Netzwerkes der

gesunden Hemisphäre zur Folge (Hund-Georgiadis u. a., 2003). Weder unter ipsiläsionalen, noch

unter beidhändigen Fingertappen war jedoch eine signifikante Lateralisierung der Aktivierung

der SMAr nachweisbar. Aufgrund dessen ist diese nicht ausschließlich durch die Tumorresektion

bedingt, sondern als längerfristiges Reorganisationsmuster zu werten. Die Lateralisierung der un-

ter kontraläsionalen Fingertappen auftretenden Aktivierung der SMAr war dabei umso stärker,

je größer das Tumorvolumen oder je näher der Tumor zur SMAr lokalisiert war. Krainik u. a.

(2004) konnten in ihrer Studie übereinstimmend postoperativ eine im Verlauf stärkere Rekrutie-

rung sekundär motorischer Areale SMA und PMd der nicht betroffenen Hemisphäre nachweisen.

Die Patientengruppe dieser Studie wies lediglich unter kontraläsionalen Fingertappen und Be-


rücksichtigung der gemittelten Kontrastwerte eine im längerfristigen Verlauf von präoperativ zur

betreffenden Hand kontralateralen zu postoperativen bilateral gelegenen Aktivierung des PMd

auf. Der zugehörige Lateralitätsindex für beidhändiges Fingertappen fiel für die Patientengruppe

postoperativ zur gesunden Hemisphäre lateralisiert aus. Diese unter beidhändigen Fingertappen

lediglich postoperativ bestehende Lateralisierung der Aktivierung des PMd ging dabei mit zuneh-

mender Entfernung der zerebralen Neoplasie vom SMI von einer bilateralen zu einer ipsiläsionalen

Lateralisierung über. Patienten mit Hirntumoren im Bereich des MI weisen in Abhängigkeit des

Schweregrades ihrer präoperativ bestehenden Parese stärkere Aktivierung des ipsiläsionalen PMd

auf (Krings u. a., 2002). Zeigen entsprechende Hirntumorpatienten postoperativ eine neu erwor-

bene Parese, weisen diese im Gegensatz zu Patienten ohne neu erworbene Parese im Verlauf

signifikante Aktivierungsanstiege in SMA und ipsiläsionalen PMd auf (Reinges u. a., 2005). In

Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Studie von Reinges u. a. (2005) konnten in der vor-

liegenden Studie bei prä- und postoperativer Abwesenheit eines Defizits der Handmotorik keine

signifikanten Aktivierungsveränderungen im Verlauf nachgewiesen werden.

In der Durchführung komplexer sequenzieller motorischer Bewegungen sind im Gegensatz zu

einfachen repetitiven Aufgaben verstärkt primär sowie sekundär motorische Areale, somatosen-

sorische und parietale Areale im Sinne einer verstärkten Nutzung des motorischen Netzwerkes

aktiviert (Rao u. a., 1993; Shibasaki u. a., 1993; Gordon u. a., 1998; Horenstein u. a., 2009). Ne-

ben kontralateralen Aktivierungen können ipsilaterale Aktivierungen als Teil eines bilateralen

motorischen Netzwerkes aufgefasst werden, welche in der Planung und Ausführung unimanuel-

ler motorischer Bewegungen involviert sind. Die Auswirkung rascher Lernprozesse auf kortikaler

Ebene zeigt sich darin, dass im Rahmen des Erlernens einer motorischen Sequenz im Verlauf

eine Minderung der Aktivierungsstärke entsprechender involvierter Areale des motorischen Sys-

tems nachweisbar ist (Landau und D’esposito, 2006). Auswirkungen längerfristiger Lernprozesse

können in der vergleichenden Untersuchung von professionellen Musikern und Nichtmusikern im

Rahmen der Ausführung von in der Komplexität differierender motorischer Aufgaben betrachtet

werden. In Abhängigkeit individueller motorischer Fertigkeiten müssten interindividuelle Un-

terschiede in der notwendigen Rekrutierung des motorischen Netzwerkes resultieren. So zeigen

professionelle Pianisten bzw. Musiker im Vergleich zu Nichtmusikern in der Durchführung von

Fingertappsequenzen (Jäncke u. a., 2000; Haslinger u. a., 2004) und in der Absolvierung erlern-

ter komplexer motorischer Sequenzen (Hund-Georgiadis und Cramon, 1999; Krings u. a., 2000;

Meister u. a., 2005) eine verminderte Rekrutierung primär und sekundär motorischer Areale. Dies

wurde als eine Optimierung der Effizienz des motorischen Systems von professionellen Musikern

interpretiert. Im Kontrast dazu weisen Pianisten gegenüber Nichtpianisten unter bestimmten

aufgabenspezifischen Anforderungen auch eine verstärkte Aktivierung motorischer Regionen auf

(Hund-Georgiadis und Cramon, 1999; Landau und D’esposito, 2006). Dabei konnte im Verlauf

von kurzfristigen Lernprozessen auch eine verminderte Rekrutierung dieser Regionen aufgezeigt

werden (Landau und D’esposito, 2006). Landau und D’esposito (2006) formulierten die These,

dass ein optimiertes motorisches System im Rahmen langjähriger motorischer Trainingsprozesse

größere Flexibilität und Anpassungsfähigkeit in Abhängigkeit der jeweiligen Erfordernisse auf-

weist. Dazu gehört sowohl die reduzierte Involvierung des Netzwerkes im Rahmen von einfachen


und repetitiven motorischen Aufgaben, als auch die verstärkte Nutzung der Bestandteile des

motorischen Systems im Rahmen des Erwerbs komplexer Bewegungsaufgaben. Verglichen mit

gesunden Probanden bzw. Patienten ohne motorische Defizite zeigen Patienten mit beeinträchtig-

ten motorischen Fertigkeiten in der Ausführung einfacher sequenzieller Aufgaben eine verstärkte

Aktivierung sekundär motorischer Areale (Krings u. a., 2002; Reinges u. a., 2005). Diese verstärk-

te Rekrutierung könnte dabei Ausdruck einer höheren motorischen Anforderung bei Patienten

sein, welche Beeinträchtigungen ihrer motorischen Fertigkeiten aufweisen. Dahingegen müsste im

Verlauf kurzfristiger Lernprozesse eine Verringerung der Aktivierungsstärke motorischer Areale

zu verzeichnen sein. Als Ausdruck von längerfristigen Reorganisationsprozessen wäre eine im Ver-

lauf sich abzeichnende mehr postoperative bilaterale Rekrutierung des motorischen Netzwerkes,

welche nicht allein durch unmittelbar postoperativ oder im anschließenden kurzfristigen Verlauf

einsetzende Reorganisationsprozesse erklärbar ist.

Im Gegensatz zur Kontrollgruppe fanden sich in der Patientengruppe eine über den Verlauf

hinweg bestehende bilaterale Aktivierung des IPS, welche lediglich postoperativ für ipsiläsio-

nales Fingertappen zur nicht betroffenen Hemisphäre lateralisiert waren. Dies hing hinsichtlich

der Histopathologie mehr mit der invasiv wachsenden Tumorgruppe zusammen. Aktivierungen

des SPL waren im Verlauf mehr bilateral verteilt gewesen. Unter Berücksichtigung des kortika-

len hemisphäriellen motorischen Netzwerks zeigte sich, dass unter kontraläsionalen Fingertappen

sowohl prä- als auch postoperativ im Gegensatz zur kontralateralen Lateralisierung in der Kon-

trollgruppe und unter ipsiläsionalen Fingertappen eine im Verlauf unveränderte bilaterale Re-

krutierung des gesamten kortikalen motorischen Netzwerkes nachweisbar war. In der Ausführung

und Kontrolle selbstdeterminierter gegenüber vorherbestimmter sequenzieller Fingerbewegungen

sind als posteriore parietale Areale sowohl das aszendierende als auch das horizontale Segment

des Sulcus intraparietalis (IPS) beteiligt. Mit zunehmender Bewegungsfrequenz geht dabei ei-

ne Aktivierungssteigerung im horizontalen Segment des IPS einher (Schubert u. a., 1998). Dem

IPS schreibt man im Rahmen selbstdeterminierter Bewegungssequenzen eine Bedeutung in der

Integration motorischer, sensorischer Informationen und derer aus sensomotorischer Rückkopp-

lungsschleifen zu. In vorliegender Untersuchung zeigte sich zu beiden Erhebungszeitpunkten kei-

ne im Verlauf signifikante Veränderung der bilateralen Aktivierung des horizontalen Segmentes

des IPS. Aus der Tatsache, dass die Bewegungssequenz vorherbestimmt war, könnte das in der

Mehrzahl der Patienten vorliegende Auftreten von Aktivierungen des IPS als Folge einer län-

gerfristigen Reorganisation verstanden werden. Eine mögliche Interpretation ist die, dass für die

Bewegungskontrolle bei Schädigung des neuronalen motorischen Netzwerkes vermehrt Informa-

tionen im Rahmen sensomotorischer Rückkopplungen verarbeitet, integriert und transformiert

werden müssen. Dies umfasst einen erhöhten Aufwand sowohl in der Identifizierung des jeweilig

als nächsten in der Bewegung beteiligten Fingers, als auch in der Codierung der statomotorischen

räumlichen Repräsentation der einzelnen Finger und deren Bewegungsfreiheitsgrade. Im Rahmen

von Rückkopplungsschleifen werden schließlich Informationen über vollzogene Schritte der Be-

wegungsprogramme wiederum im SPL und IPS verarbeitet und integriert. In frühen Stadien des

Lernens komplexer motorischer Aufgaben zeigt sich eine verstärkte rechtsseitige Aktivierung des

parietalen Cortex. In späteren Phasen der Etablierung und Speicherung von Bewegungen liegt

5.3 Limitationen und Ausblick 71

eine vorwiegende linksseitige oder beidseitige Aktivierung vor (Halsband und Lange, 2006).

5.3. Limitationen und Ausblick

Nachteile und Grenzen des prospektiven Designs dieser Studie und der Untersuchung von Patien-

ten mit Hirnläsionen sind zum einen der zeitliche Untersuchungsaufwand, Ergebnisse lagen erst

nach mehreren Monaten bzw. Jahren vor, und zum anderen durch Bewegungsartefakte bedingte

Ausfälle von Probanden. Des Weiteren war eine hohe Anzahl von Studienteilnehmern nicht un-

mittelbar vorhanden, sodass heterogene Gruppen von Patienten entstanden. Diese unterscheiden

sich in der Histopathologie und Lokalisation der Neoplasie. So waren in dieser Studie Neoplasien

sowohl in der dominanten und in der nicht dominanten Hemisphäre als auch zum Sulcus cen-

tralis precentral und postcentral gelegen. Dies hat zur Folge, dass definitive Schlussfolgerungen

nur begrenzt möglich und auf die untersuchte Stichprobe begrenzt sind. Die Ergebnisse dieser

Studie sind dementsprechend einleitend und mit begrenzter Aussagefähigkeit zu interpretieren.

Retrospektiven Studiendesigns wird u. a. vorgeworfen, dass keine Rückschlüsse über das zeitliche

Auftreten von Reorganisationsmustern gezogen werden können. Zur Abgrenzung von kurzfristig

postoperativ auftretenden Aktivierungsmustern wäre jedoch auch in dieser prospektiven Stu-

die sowohl eine intraoperative Kartierung mittels DCS als auch eine unmittelbar postoperative

fMRT Untersuchung sinnvoll gewesen, um im postoperativen Verlauf kurzfristige und längerfris-

tige kortikale Reorganisationsmuster unterscheiden zu können. Wesentlich für die Interpretation

von fMRT-Aktivierungsmustern des geschädigten Gehirns ist die Berücksichtigung der durch

die Läsion bedingte Veränderung der neurovaskulären Kopplung und des resultierenden BOLD-

Signals. MRT-Perfusionsmessungen können beispielsweise Einblick dahingehend gewähren, ob

eine Aktivierungsminderung eines kortikalen Areals im Verlauf Folge einer strukturellen Läsion

oder einer neurovaskulären Entkopplung ist.

Aufgrund fehlender Patientengruppen mit entweder persistierenden oder temporären neuro-

logischen Ausfällen der Handmotorik, können keine endgültigen Aussagen über die funktionel-

le Relevanz der erhobenen bilateralen Reorganisationsmuster getroffen werden. Im Gegensatz

zu präoperativen Reorganisationsmustern und früheren Verlaufsstudien standen jedoch die er-

hobenen Aktivierungsmuster nicht mit einem schlechteren postoperativen Funktionsniveau der

Handmotorik der Patienten im Zusammenhang, sodass die Annahme einer hierarchischen Ord-

nung von Reorganisationsmechanismen zwar bei Läsion eloquenter Areale wie des MI schlüssig

ist, jedoch bei deren Erhalt weiterer Evidenz benötigt. Die Evaluierung des Beitrages zur funk-

tionellen Genesung untersuchter motorischer Areale der gesunden Hemisphäre wäre durch eine

temporäre hemmende Stimulation beispielsweise mittels transkranieller Gleichstromstimulation

(tDCS) möglich. Zur Erfassung der für die funktionell wirksame Plastizität wesentliche Erhalt

subkortikaler Strukturen sollte in weiterführenden Studien beispielsweise unter Verwendung in-

traoperativer Gleichstromstimulation (DCS) oder DTI berücksichtigt werden. Als entscheidende

Voraussetzung für eine funktionell wirksame Plastizität scheint dabei der Erhalt subkortikaler

Strukturen zu sein. Dies wurde dem Umstand zugeschrieben, dass im Gegensatz zur kortikalen

die subkortikale Plastizität sehr begrenzt ist (Duffau, 2009; Duffau, 2012).

5.3 Limitationen und Ausblick 72

Aus der in dieser fMRT-Verlaufsstudie nachgewiesenen motorischen Reorganisation bei Hirn-

tumoren ergibt sich für die neurochirurgische Behandlung zerebraler Neoplasien, dass sowohl

Reorganisationsprozesse der geschädigten als auch der gesunden Hemisphäre zur funktionellen

Genesung beitragen können. Die Kombination von intraoperativ ersichtlicher Neuroanatomie

(Operationsfeld und strukturelle MRT-Daten) und beispielsweise durch DCS erhobener Neu-

rophysiologie mit Daten aus DTI (Informationen über die subkortikale Neuroanatomie), MEG

(Erfassung bioelektrischer Hirnaktivität), fMRT-Verlaufsuntersuchungen (prä-, peri- und post-

operative funktionelle zerebrale Aktivitätsmuster) und tDCS (Überprüfung des Beitrages kor-

tikaler Areale zur funktionellen Genesung durch Erzeugung virtueller Läsionen) ermöglicht die

Erarbeitung individueller Modelle der Neuroplastizität bei Hirntumorpatienten. Eine weitere Dif-

ferenzierung wäre eventuell hinsichtlich der Histopathologie des Hirntumors möglich. Essenzieller

Gesichtspunkt für die klinische Praxis wäre vor allem die weitere Erfassung von für die funktio-

nelle Genesung bedeutsamen prädiktiven Faktoren. Dies kann lediglich in Längsschnittstudien

durch den wiederholten Einsatz oben genannter Methoden ermöglicht werden. In der klinischen

Praxis erwachsen aus der Kenntnis des Verlaufs und beeinflussender Faktoren der zerebralen

Neuroplastizität beispielsweise die Entwicklung individuell angepasster Rehabilitationsmaßnah-

men oder die Auswahl von Patienten, welche von einer mehrstufigen Resektion eloquente Areale

betreffender zerebraler Neoplasien profitieren.

Kapitel 6

Zusammenfassung

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Dr. med.

Motorische Reorganisation bei Hirntumoren - eine fMRT-Verlaufsstudie

eingereicht von: Michael Thomas Frauenheim

geboren am 23.08.1976 in Rochlitz

angefertigt am: Max-Planck-Institut für Kognitions- und

Neurowissenschaften, Leipzig

betreut von: PD Dr. med. Margret Hund-Georgiadis

eingereicht im: Oktober 2014

Plastizität des ZNS ist dessen inhärente Fähigkeit durch morphologische bzw. funktio-

nelle Veränderungen auf mikroskopischer und makroskopischer Ebene sich an veränderte

Umweltbedingungen oder pathologische Veränderungen anzupassen oder neue Verhaltensweisen

auszuformen (Duffau, 2011; Karnath und Thier, 2012). Untersuchungsgegenstand dieser pro-

spektiven fMRT-Verlaufsstudie umfasste die Erfassung von längerfristigen funktionellen Reorga-

nisationsmustern des motorischen Systems des von Hirntumoren sowie durch neurochirurgische

Intervention geschädigten Gehirns. Des Weiteren sollte geprüft werden, ob im Längsschnitt ne-

ben der Histopathologie die Größe, Lokalisation der Neoplasien (im Sinne der Entfernung zum

primären motorischen Cortex (MI) und supplementär-motorischen Areal (SMA)) und struktu-

relle Dislokation des ipsiläsionalen MI in Beziehung mit erhobenen Reorganisationsmustern des

motorischen Netzwerkes stehen.

Vierzehn Patienten mit Hirntumoren innerhalb oder in der Nähe des MI unterzogen sich einer

neurochirurgischen Behandlung. Die Bestimmung der Händigkeit erfolgte mit dem Edinburgh-

Händigkeits-Inventar. Im Rahmen des prospektiven Studiendesigns wurde bei 12 der Patienten

73

74

sowohl prä- als auch postoperativ eine funktionelle Bildgebung (fMRT) anhand des motorischen

Paradigmas des unimanuellen und bimanuellen Fingertappens in einem 3T MRT-Scanner durch-

geführt. Aufgrund von Bewegungsartefakten konnten lediglich 9 der Patienten in die weitere

Auswertung eingeschlossen werden. Für eine Kontrollgruppe wurden neun gesunde Probanden

in entsprechender Weise einmalig untersucht.

In der Einzelfallanalyse konnten sowohl prä- als auch postoperativ drei Reorganisationsmus-

ter nachgewiesen werden. Dazu gehörte die Neuverteilung bzw. Versetzung der Aktivierung des

Handareals des MI um die Läsion, welche lediglich bei einem Patienten präoperativ und bei

einem Weiteren postoperativ nachweisbar war. Die Involvierung von Arealen des motorischen

Netzwerkes der geschädigten und ungeschädigten Hemisphäre ließ sich im Verlauf sowohl prä- als

auch postoperativ nachweisen. Unter kontraläsionalen Fingertappen auftretende Aktivierungen

des ipsilateralen primär somatosenso-motorischen Cortex (SMI) ergaben hinsichtlich des zeitli-

chen Auftretens keine konsistenten intra- oder interindividuellen Muster. In der Gruppenanalyse

konnte unter kontraläsionalen Fingertappen bei Patienten eine präoperative bilaterale Rekru-

tierung der rostralen Portion des supplementär-motorischen Areals (SMAr) aufgezeigt werden.

Postoperativ konnte eine Lateralisierung der Aktivierung der SMAr zur gesunden Hemisphäre

gefunden werden, welche um so stärker war, je größer das Tumorvolumen oder je näher der Tumor

zu diesem kortikalen Areal gelegen war. Postoperativ konnte diesbezüglich auch eine bilaterale

Rekrutierung des dorsolateralen prämotorischen Cortex (PMd) aufgezeigt werden. Mit zuneh-

mender Entfernung der zerebralen Neoplasie zum MI ging diese bilaterale Rekrutierung des PMd

in eine ipsiläsionale Lateralisierung über. Aktivierungen parietaler Areale (Sulcus intraparietalis

(IPS), Lobulus parietalis superior (SPL)) wiesen eine bilaterale Verteilung auf. Unter einseitigen

Fingerbewegungen zeigte lediglich kontraläsionales Fingertappen in der Patientengruppe eine

über den Verlauf unveränderte bilaterale Rekrutierung des kortikalen motorischen Netzwerkes

auf.

In dieser prospektiven fMRT-Verlaufsstudie konnte bei Patienten mit unbeeinträchtigter Hand-

motorik an längerfristigen Reorganisationsmustern sowohl die Involvierung der geschädigten als

auch der gesunden Hemisphäre nachgewiesen werden. Eine Dysfunktion bzw. Läsion der ipsilate-

ralen SMAr scheint präoperativ durch eine bilaterale und postoperativ durch eine kontraläsionale

Rekrutierung der SMAr kompensiert zu werden. Bei nahe dem MI gelegenen Hirntumoren zeigte

sich als postoperatives Reorganisationsmuster eine bilaterale Rekrutierung des PMd. Parietale

Areale werden vermutlich im Rahmen einer verstärkten sensomotorischen Rückkopplung bilateral

rekrutiert.

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motor cortex enhances motor skill acquisition of the paretic hand.“ In: Stroke 43.8, S. 2185–91.

Anhang A

Abbildungen

90

91

t1t2

Abbildung

A.1

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nelle

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93

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94

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95

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Anhang B

Tabellen

101

102

Tabelle

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103

Tabelle

B.2

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Abkürz

ungen:

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Ipsilä

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H,

Kontr

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sionale

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ger

tappen

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H,

Bim

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Fin

ger

tappen

;x,

y,z,

Tala

irach

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n;

t1,

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Erh

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t2,

post

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HE

M,

Hem

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;I,

Hem

ispher

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ipsila

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nale

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;SM

Ac,

kaudale

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SM

Apro

per

;P

Md,

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ler

prä

moto

risc

her

Cort

ex;SM

I,prim

äre

rso

mato

senso

-moto

risc

her

Cort

ex;SP

L,Lobulu

spariet

alis

super

ior;

IPS,Sulc

usin

trapariet

alis;

CE

RA

,Lobusce

rebel

laris

ante

rior.

104

Tabelle B.3.: Talairach-Koordinaten und maximale Signalstärken (z-Werte) der Hauptaktivie-rungen des Patienten 1 in den Aufgabenbedingungen CH, IH und BH

CH Talairach-Koordinaten z-max

ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – 2 9 52 – 5.203SMAr – – – – – – – –SMAc – – – – – – – –PMd – – – 27 -18 52 – 6.603SMI -40 -18 43 – – – 6.192 –IPS -34 -50 30 33 -38 28 4.819 5.896SPL – – – 17 -63 34 – 5.606CERA – – – – – – – –ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 -2 49 – – – 8.570 –SMAc -3 -23 58 – – – 7.005 –PMd -20 -12 63 36 -20 61 9.012 7.983SMI -36 -23 49 36 -26 49 10.410 5.591IPS -21 -59 40 48 -26 43 5.281 7.293SPL -29 -53 52 33 -41 49 6.892 9.090CERA -21 -56 -22 22 -53 -22 7.907 8.423

IH Talairach-Koordinaten z-max


pre-SMA – – – 2 9 49 – 4.966SMAr – – – – – – – –SMAc – – – – – – – –PMd – – – 33 -5 46 – 5.465SMI – – – 33 -27 40 – 7.642IPS -34 -54 40 – – – 5.711 –SPL – – – 26 -47 46 – 5.645CERA – – – – – – – –ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr -6 -5 49 – – – 7.673 –SMAc -3 -23 55 – – – 5.649 –PMd -20 -11 63 21 -14 61 7.420 6.091SMI -39 -12 52 39 -29 55 6.363 10.460IPS -36 -32 36 – – – 6.097 –SPL -27 -54 52 21 -67 43 6.350 5.189CERA -12 -56 -17 24 -61 -22 7.695 6.940

BH Talairach-Koordinaten z-max


pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – – – – – –SMAc – – – 2 -11 52 – 5.954PMd – – – 26 -17 55 – 4.568SMI -40 -17 49 33 -35 49 7.264 7.843IPS -40 -35 27 – – – 4.416 –SPL – – – – – – – –CERA – – – – – – – –ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr -9 -9 49 – – – 7.810 –SMAc -1 -20 58 – – – 4.729 –PMd -17 -12 66 28 -5 49 7.349 6.836SMI -33 -22 52 36 -29 52 10.01 9.916IPS -33 -35 36 54 -19 40 7.072 6.270SPL -26 -57 52 24 -61 46 5.742 6.277CERA -17 -57 -17 21 -53 -21 7.850 7.351

Abkürzungen: IH, Ipsiläsionales Fingertappen; CH, Kontraläsionales Fingertappen; BH, Bimanuelles Fingertap-pen; x, y, z, Talairach-Koordinaten; l, links; r, rechts; t1, präoperativer Zeitpunkt; t2, postoperativer Zeitpunkt; Z,maximaler z-Wert (z-max); ROI, region of interest; pre-SMA, prä-supplementär-motorisches Areal; SMAr, rostralePortion des SMA proper; SMAc, kaudale Portion des SMA proper; PMd, dorsolateraler prämotorischer Cortex;SMI, primärer somatosenso-motorischer Cortex; SPL, Lobulus parietalis superior; IPS, Sulcus intraparietalis;CERA, Lobus cerebellaris anterior.

105




pre-SMA -6 16 37 – – – 4.003 –SMAr -6 -7 52 – – – 5.941 –SMAc – – – 0 -23 63 – 5.108PMd -25 -10 61 33 -16 63 6.826 6.993SMI -36 -20 55 – – – 8.449 –IPS -42 -26 43 45 -23 49 6.088 5.087SPL -22 -49 58 33 -38 61 5.405 4.278CERA – – – – – – – –ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – – – – – –SMAc – – – – – – – –PMd – – – – – – – –SMI -30 -24 52 – – – 7.968 –IPS -45 -16 42 – – – 5.767 –SPL – – – – – – – –CERA – – – 12 -57 -11 – 5.162



pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – 0 -2 61 – 6.401SMAc – – – 3 -23 63 – 5.154PMd -18 -11 58 17 -10 63 6.861 5.564SMI -25 -19 63 39 -20 58 7.596 8.053IPS -33 -41 52 42 -35 55 6.926 6.243SPL -21 -53 55 15 -59 61 6.238 4.297CERA – – – – – – – –ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA -9 8 49 – – – 3.735ns –SMAr – – – – – – – –SMAc – – – – – – – –PMd – – – – – – – –SMI -30 -9 52 29 -12 62 4.586 6.008IPS – – – 45 -3 52 – 5.188SPL – – – – – – – –CERA -12 -52 -11 30 -54 -12 5.745 3.971



pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 -2 61 9 -4 49 6.873 4.920SMAc – – – 0 -23 63 – 4.530PMd – – – – – – – –SMI -30 -19 55 35 -26 61 9.545 8.828IPS -33 -41 52 42 -20 55 6.954 8.586SPL -25 -49 58 20 -44 70 6.965 3.734CERA – – – – – – – –ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – – – – – –SMAc – – – – – – – –PMd -21 -1 55 – – – 3.619 –SMI -30 -22 52 29 -12 61 9.410 6.352IPS -36 -40 49 33 -28 61 5.707 7.060SPL -24 -43 58 – – – 6.526 –CERA -10 -52 -11 18 -52 -12 5.214 4.291


106




pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 -8 63 – – – 7.112 –SMAc – – – – – – – –PMd -21 -11 55 28 -2 45 5.429 4.316SMI -21 -41 52 42 -12 52 7.215 5.965IPS -36 -41 49 34 -50 46 6.669 6.332SPL -17 -57 55 21 -59 52 6.153 4.705CERA -17 -63 -18 37 -47 -20 7.332 6.839ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 -6 55 – – – 5.156 –SMAc -3 -12 66 9 -9 61 4.995 5.232PMd -22 -13 64 – – – 6.679 –SMI -36 -27 58 – – – 7.667 –IPS -36 -30 40 36 -30 52 6.512 5.910SPL -22 -39 55 27 -45 56 7.429 5.765CERA -19 -60 -14 29 -61 -11 7.112 7.962



pre-SMA – – – – – – – –SMAr -5 -5 62 – – – 7.191 –SMAc – – – – – – – –PMd -33 -8 58 – – – 6.243 –SMI – – – 37 -14 55 – 8.844IPS -39 -35 49 52 -21 39 7.700 5.507SPL -23 -59 55 27 -57 55 6.595 6.076CERA -21 -56 -18 42 -56 -15 8.055 8.497ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – 3 20 52 – 4.957SMAr – – – 3 3 61 – 6.113SMAc -9 -9 64 – – – 6.024 –PMd -22 -15 59 30 -6 49 6.052 4.993SMI – – – 39 -21 49 – 6.204IPS -33 -36 52 27 -48 55 7.012 5.666SPL -23 -51 58 20 -42 64 6.871 3.481CERA -22 -64 -14 36 -57 -14 7.310 6.723



pre-SMA – – – – – – – –SMAr -5 -5 64 – – – 8.082 –SMAc – – – – – – – –PMd -20 -11 61 25 1 45 8.193 6.368SMI -33 -41 55 38 -14 55 9.550 9.612IPS -36 -30 37 34 -47 43 7.270 7.297SPL -21 -56 55 28 -53 55 7.989 7.920CERA -18 -56 -18 39 -56 -15 9.015 9.012ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr -9 -3 64 3 -6 61 5.604 5.900SMAc – – – 3 -18 55 – 6.591PMd -21 -12 61 – – – 6.692 –SMI -36 -25 52 26 -18 61 6.742 7.852IPS -36 -36 52 30 -45 56 7.225 5.053SPL -26 -39 58 20 -42 61 7.382 3.328CERA -22 -64 -14 39 -58 -18 7.999 7.469


107




pre-SMA – – – – – – – –SMAr -6 0 46 – – – 6.022 –SMAc – – – 9 -11 49 – 5.925PMd -39 -20 49 – – – 6.670 –SMI -45 -35 43 29 -23 52 8.828 6.937IPS -30 -56 40 45 -47 40 6.499 7.028SPL -15 -66 46 22 -57 52 3.146 5.808CERA – – – – – – – –ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr -6 8 61 9 1 52 7.031 5.365SMAc – – – – – – – –PMd -30 -11 49 25 -8 45 5.606 4.886SMI -45 -23 49 34 -21 52 8.614 6.644IPS -42 -38 40 42 -35 46 8.341 6.920SPL – – – 28 -56 49 – 4.620CERA -24 -48 -21 18 -53 -14 6.960 9.237



pre-SMA – – – – – – – –SMAr -9 0 46 – – – 4.633 –SMAc – – – 9 -15 52 – 6.603PMd -27 -14 49 – – – 5.768 –SMI -36 -30 52 36 -30 40 6.765 8.699IPS -42 -42 34 42 -45 46 6.883 6.483SPL -33 -59 43 – – – 3.859 –CERA – – – – – – – –ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA -6 16 43 9 22 43 5.339 3.367SMAr -8 7 61 9 -2 55 7.336 6.668SMAc – – – – – – – –PMd -30 -11 52 25 -5 49 5.907 6.225SMI -39 -18 52 36 -22 43 7.185 8.434IPS -39 -38 40 39 -32 52 7.195 7.370SPL – – – 21 -56 46 – 4.925CERA -18 -50 -17 21 -54 -18 8.794 6.576



pre-SMA – – – – – – – –SMAr -7 0 43 9 -8 49 5.495 6.691SMAc – – – – – – – –PMd -27 -14 49 – – – 6.309 –SMI -45 -36 46 36 -33 49 9.009 9.756IPS – – – 42 -47 43 – 6.103SPL – – – 21 -47 52 – 3.721CERA – – – – – – – –ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA -6 10 58 6 13 40 6.450 4.470SMAr – – – 9 -2 52 – 6.475SMAc – – – – – – – –PMd -30 -2 55 28 -5 61 5.384 5.847SMI -42 -23 46 36 -20 46 9.252 8.634IPS -59 -23 43 51 -22 46 6.417 7.379SPL – – – 22 -57 45 – 5.243CERA -26 -47 -20 22 -54 -14 9.013 8.567


108




pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – – – – – –SMAc -6 -11 66 – – – 1.879 –PMd -27 -11 61 – – – 2.024 –SMI -30 -29 58 – – – 1.933 –IPS -39 -23 42 – – – 2.157 –SPL – – – – – – – –CERA – – – 18 -54 -11 – 1.347ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – – – – – –SMAc -1 -8 55 2 -11 49 5.653 5.543PMd -15 -11 61 24 -12 58 5.305 4.731SMI -36 -20 55 – – – 6.901 –IPS -37 -41 55 41 -41 55 5.195 4.428SPL -25 -59 55 17 -66 58 5.600 5.485CERA -34 -67 -18 24 -57 -11 4.745 3.922



pre-SMA – – – –SMAr – – – – – – – –SMAc – – – – – – –PMd – – – 23 -15 46 – 1.943SMI – – – 42 -35 52 – 2.559IPS -36 -50 49 – – – 1.823 –SPL – – – – – – – –CERA -16 -59 -12 18 -53 -11 1.513 1.763ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – – – – – –SMAc -3 -11 55 8 -11 63 5.646 5.363PMd -34 -14 55 20 -11 61 4.844 3.459SMI – – – 41 -20 49 – 6.629IPS – – – – – – – –SPL – – – 17 -66 58 – 5.158CERA -18 -59 -14 – – – 3.486 –



pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 -5 61 – – – 5.715 –SMAc – – – 1 -14 46 – 6.108PMd -33 -8 55 21 -5 45 5.944 4.351SMI -36 -18 61 39 -21 55 6.568 7.632IPS -42 -47 52 39 -44 49 5.399 4.377SPL – – – 20 -59 62 – 5.471CERA -15 -60 -14 20 -56 -11 6.280 4.694ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 -2 63 – – – 5.725 –SMAc -3 -11 52 – – – 5.059 –PMd -16 -9 55 – – – 4.704 –SMI -37 -20 55 39 -21 52 6.320 6.499IPS – – – – – – – –SPL -13 -66 49 17 -66 58 5.635 4.880CERA -15 -59 -11 24 -62 -11 5.172 4.543


109




pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – 3 -4 58 – 7.114SMAc – – – – – – – –PMd -24 -11 58 27 -13 58 8.239 7.105SMI -36 -22 59 – – – 9.716 –IPS -45 -44 52 48 -38 52 5.592 6.232SPL – – – 16 -62 69 – 5.971CERA -22 -55 -20 18 -52 -11 7.733 8.493ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA -1 13 46 – – – 4.746 –SMAr – – – 1 -5 55 – 8.132SMAc – – – 3 -19 70 – 4.554PMd -27 -8 52 21 -15 59 7.218 8.577SMI -33 -20 55 39 -26 55 10.260 6.729IPS – – – 36 -44 52 – 6.782SPL -16 -71 52 26 -56 61 5.075 5.994CERA -27 -59 -20 18 -54 -17 7.548 8.157



pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 7 49 3 -5 58 7.476 8.146SMAc – – – – – – – –PMd -24 -10 55 24 -16 58 9.513 8.422SMI -33 -23 58 42 -26 49 7.170 8.987IPS -45 -44 52 – – – 7.842 –SPL -19 -55 66 18 -59 69 5.961 6.957CERA -18 -55 -20 27 -58 -18 8.933 9.437ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – 3 16 55 – 4.424SMAr – – – 1 1 61 – 8.063SMAc – – – 3 -8 56 – 8.217PMd -27 -8 52 21 -17 58 7.890 8.143SM1 -30 -22 63 39 -29 49 8.169 9.362IPS – – – 36 -44 52 – 6.567SPL -19 -71 53 15 -61 66 6.974 5.761CERA -16 -56 -15 27 -57 -20 8.731 6.183



pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – 6 -5 58 – 7.985SMAc -1 -14 58 – – – 7.419 –PMd -24 -7 58 24 -13 58 8.127 8.121SMI -36 -20 58 42 -25 49 9.705 8.867IPS -45 -43 52 42 -46 58 6.204 6.645SPL -18 -58 63 23 -61 67 4.665 6.554CERA -24 -58 -20 16 -53 -9 8.871 9.418ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – 3 13 49 – 4.470SMAr – – – – – – – –SMAc -3 -8 58 3 -20 66 8.479 6.174PMd -27 -8 52 20 -17 58 7.118 7.353SMI -33 -19 55 39 -29 55 9.322 9.354IPS – – – 54 -29 43 – 6.511SPL -19 -68 49 3 -61 64 6.530 5.841CERA -16 -57 -15 18 -54 -17 8.364 7.661


110




pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 1 55 9 -2 72 5.345 4.536SMAc – – – – – – – –PMd -23 1 63 36 -12 64 5.445 5.848SMI -45 -16 55 – – – 7.626 –IPS -36 -38 46 42 -35 43 4.659 4.110SPL -15 -67 55 18 -64 55 5.002 4.251CERA -23 -56 -18 31 -55 -21 6.127 7.353ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 -1 58 6 4 70 7.334 4.408SMAc -6 -20 49 – – – 4.614 –PMd -39 -4 58 26 -10 58 7.954 7.634SMI -45 -14 46 39 -23 52 8.913 4.949IPS -45 -26 49 54 -20 43 7.614 6.550SPL -21 -49 55 21 -58 61 7.072 5.852CERA -24 -58 -20 30 -55 -20 8.031 8.816



pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – 9 4 62 – 4.803SMAc – – – – – – – –PMd -39 -11 58 31 -8 58 5.515 6.052SMI – – – 39 -23 52 – 7.497IPS -50 -20 40 55 -21 40 5.271 3.462SPL – – – 28 -62 55 – 4.772CERA -20 -55 -18 31 -56 -21 6.856 6.294ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA -6 10 52 – – – 5.434 –SMAr -3 -1 58 3 -4 69 6.760 4.693SMAc – – – 6 -17 69 – 6.076PMd -25 1 58 27 -7 55 6.821 6.412SMI – – – 39 -22 52 – 9.095IPS -36 -35 43 54 -19 43 5.601 6.576SPL -19 -49 55 21 -58 59 7.156 5.476CERA -16 -55 -20 30 -58 -20 8.541 6.773



pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 -5 52 – – – 5.406 –SMAc – – – – – – – –PMd -24 -2 66 28 -8 55 6.013 5.694SMI -42 -16 49 39 -22 52 9.060 7.570IPS – – – 36 -41 61 – 4.120SPL – – – 28 -62 55 – 5.696CERA -17 -54 -18 31 -55 -23 7.555 7.567ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA -3 10 52 – – – 5.355 –SMAr 0 -1 58 – – – 6.983 –SMAc – – – – – – – –PMd -25 1 61 27 -10 58 6.918 6.977SMI -36 -20 43 36 -23 52 8.777 9.045IPS -33 -38 39 54 -23 43 5.731 6.685SPL -19 -49 55 14 -65 55 6.877 6.989CERA -28 -46 -25 29 -55 -20 8.434 8.753


111




pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 1 63 – – – 7.374 –SMAc – – – – – – – –PMd -30 -10 55 36 -5 55 6.513 6.478SMI -33 -29 50 33 -22 52 8.484 7.527IPS -30 -41 37 39 -26 37 6.781 7.675SPL – – – 15 -61 53 – 7.338CERA -26 -52 -26 23 -56 -20 8.469 9.327ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr 0 4 58 – – – 4.787 –SMAc – – – – – – – –PMd -16 -8 58 21 -8 61 4.787 4.177SMI -32 -29 55 – – – 4.873 –IPS -29 -41 46 39 -32 40 5.225 3.530SPL – – – – – – – –CERA -12 -58 -18 21 -58 -21 5.107 6.580



pre-SMA – – – – – – – –SMAr 0 1 55 3 1 64 6.550 6.800SMAc – – – – – – – –PMd -39 -16 49 36 -5 58 6.765 7.047SMI -33 -32 58 36 -25 55 4.998 9.384IPS -29 -41 40 33 -47 45 5.425 4.478SPL – – – 15 -62 55 4.830 5.884CERA -15 -58 -22 26 -58 -20 9.048 8.593ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 -2 58 – – – 6.256 –SMAc – – – – – – – –PMd -16 -5 61 33 -8 58 6.172 4.884SMI – – – 33 -26 58 – 8.263IPS -30 -41 46 42 -29 37 6.734 5.435SPL – – – – – – – –CERA -18 -59 -21 23 -59 -21 8.124 6.524



pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 -5 55 – – – 7.442 –SMAc – – – – – – – –PMd -20 -2 63 36 -5 56 7.135 7.123SMI -33 -29 55 35 -23 52 9.215 9.747IPS -30 -41 40 33 -41 58 5.797 6.921SPL – – – 21 -47 61 – 5.423CERA -15 -56 -22 22 -55 -20 8.847 8.638ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr -9 -5 58 – – – 5.846 –SMAc – – – – – – – –PMd -30 -11 58 32 -8 58 4.308 5.629SMI -33 -29 55 33 -25 55 7.139 8.079IPS -30 -41 43 51 -19 46 5.926 5.488SPL – – – – – – – –CERA -15 -58 -17 20 -59 -17 7.146 7.717


112

Tabelle B.11.: Talairach-Koordinaten und maximale Signalstärken (z-Werte) der Hauptaktivie-rungen des Patienten 9 für rechtshändiges Fingertappen (CH)



pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 -2 61 – – – 5.310 –SMAc – – – – – – – –

PMd – – – – – – – –

SMI -30 -17 53 – – – 5.652 –

IPS – – – – – – – –SPL – – – – – – – –

CERA – – – 9 -59 -9 - – 3.590 no sigROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA -4 14 52 – – – 5.401 –SMAr – – – 2 -6 58 – 7.903SMAc – – – – – – – –

PMdc -34 -15 66 36 -13 64 8.721 6.312

SMI -31 -30 63 – – – 9.181 –

IPS -43 -33 45 41 -45 59 6.201 5.796SPL – – – 33 -57 69 – 6.118

CERA -9 -60 -14 11 -57 -14 6.353 8.961ROI(t3) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr -1 -2 46 3 -2 61 6.566 5.539SMAc – – – – – – – –

PMd -33 -14 61 27 -11 61 8.517 4.507

SMI -24 -32 55 – – – 9.100 –

IPS -48 -32 49 36 -35 53 6.886 5.189SPL – – – – – – – –


pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – 6 -5 58 – 7.160SMAc -1 -21 52 – – – 4.533 –

PMd -24 -14 58 – – – 7.433 –

SMI -21 -34 52 – – – 8.278 –

IPS – – – – – – – –SPL – – – – – – – –

CERA -15 -53 -22 22 -51 -20 4.670 8.704Abkürzungen: IH, Ipsiläsionales Fingertappen; CH, Kontraläsionales Fingertappen; BH, Bimanuelles Fingertap-pen; x, y, z, Talairach-Koordinaten; l, links; r, rechts; t1, präoperativer Zeitpunkt; t2, postoperativer Zeitpunkt; Z,maximaler z-Wert (z-max); ROI, region of interest; pre-SMA, prä-supplementär-motorisches Areal; SMAr, rostralePortion des SMA proper; SMAc, kaudale Portion des SMA proper; PMd, dorsolateraler prämotorischer Cortex;SMI, primärer somatosenso-motorischer Cortex; SPL, Lobulus parietalis superior; IPS, Sulcus intraparietalis;CERA, Lobus cerebellaris anterior.

113

Tabelle B.12.: Talairach-Koordinaten und maximale Signalstärken (z-Werte) der Hauptaktivie-rungen des Patienten 9 für linkshändiges Fingertappen (IH)



pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – 6 -8 61 – 7.439SMAc – – – – – – – –

PMd -20 -5 52 – – – 6.465 –

SMI – – – 42 -20 55 – 9.036

IPS -51 -30 45 39 -39 55 4.986 5.830SPL – – – 21 -56 63 – 4.021

CERA -9 -53 -14 6 -63 -11 6.259 3.111 no sigROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – 2 -9 60 – 6.608SMAc – – – – – – – –

PMd – – – 27 -15 66 – 4.301

SMI – – – 41 -28 55 – 8.914

IPS -25 -51 49 41 -42 55 5.708 6.324SPL – – – – – – – –

CERA – – – – – – – –ROI(t3) xl yl zl xr yr zr Zl Zr

pre-SMA – – – – – – – –SMAr -1 -2 62 3 -8 49 5.781 5.589SMAc – – – – – – – –

PMd -29 -14 55 27 -11 63 5.403 5.054

SMI – – – 39 -23 49 – 8.949

IPS – – – – – – – –SPL – – – – – – – –


pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – 6 -8 55 – 6.280SMAc – – – – – – – –

PMd -24 -17 55 31 -11 58 4.493 4.232

SMI – – – 40 -24 43 – 8.451

IPS – – – 45 -38 49 – 5.824SPL – – – – – – – –

CERA -11 -50 -20 28 -53 -20 7.220 5.395 no sigAbkürzungen: IH, Ipsiläsionales Fingertappen; CH, Kontraläsionales Fingertappen; BH, Bimanuelles Fingertap-pen; x, y, z, Talairach-Koordinaten; l, links; r, rechts; t1, präoperativer Zeitpunkt; t2, postoperativer Zeitpunkt; Z,maximaler z-Wert (z-max); ROI, region of interest; pre-SMA, prä-supplementär-motorisches Areal; SMAr, rostralePortion des SMA proper; SMAc, kaudale Portion des SMA proper; PMd, dorsolateraler prämotorischer Cortex;SMI, primärer somatosenso-motorischer Cortex; SPL, Lobulus parietalis superior; IPS, Sulcus intraparietalis;CERA, Lobus cerebellaris anterior.

114

Tabelle B.13.: Talairach-Koordinaten und maximale Signalstärken (z-Werte) der Hauptaktivie-rungen des Patienten 9 für beidhändiges Fingertappen (BH)



pre-SMA – – – – – – – –SMAr -3 -2 53 6 -8 61 5.956 5.909SMAc – – – – – – – –

PMd -21 -2 52 21 -8 70 4.093 5.100

SMI -33 -18 55 39 -21 61 8.393 8.315

IPS -39 -36 58 36 -36 63 5.696 5.158SPL – – – – – – – –


pre-SMA – – – – – – – –SMAr – – – 2 -6 59 – 6.114SMAc – – – – – – – –

PMd -34 -15 69 27 -15 63 6.098 4.175

SMI -31 -29 55 41 -28 58 8.263 7.960

IPS -40 -33 42 30 -39 49 5.035 6.350SPL – – – – – – – –


pre-SMA – – – – – – – –SMAr -1 -2 49 – – – 7.042 –SMAc – – – – – – – –

PMd -33 -11 61 39 -8 61 7.528 5.496

SMI -24 -32 55 39 -24 52 9.373 8.904

IPS -45 -35 49 42 -38 52 4.804 6.013SPL – – – – – – – –


pre-SMA -1 15 61 – – – 5.160 –SMAr – – – 6 -8 55 – 8.271SMAc – – – – – – – –

PMd -27 -17 59 – – – 7.877 –

SMI -23 -35 58 42 -24 52 9.041 8.442

IPS -36 -35 43 40 -35 52 6.261 5.780SPL – – – – – – – –

CERA -14 -50 -20 22 -53 -20 8.675 8.706Abkürzungen: IH, Ipsiläsionales Fingertappen; CH, Kontraläsionales Fingertappen; BH, Bimanuelles Fingertap-pen; x, y, z, Talairach-Koordinaten; l, links; r, rechts; t1, präoperativer Zeitpunkt; t2, postoperativer Zeitpunkt; Z,maximaler z-Wert (z-max); ROI, region of interest; pre-SMA, prä-supplementär-motorisches Areal; SMAr, rostralePortion des SMA proper; SMAc, kaudale Portion des SMA proper; PMd, dorsolateraler prämotorischer Cortex;SMI, primärer somatosenso-motorischer Cortex; SPL, Lobulus parietalis superior; IPS, Sulcus intraparietalis;CERA, Lobus cerebellaris anterior.

Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit

Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbständig und ohne unzulässige Hilfe oder

Benutzung anderer als der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe. Ich versichere, dass Dritte

von mir weder unmittelbar noch mittelbar geldwerte Leistungen für Arbeiten erhalten haben,

die im Zusammenhang mit dem Inhalt der vorgelegten Dissertation stehen, und dass die vor-

gelegte Arbeit weder im Inland noch im Ausland in gleicher oder ähnlicher Form einer anderen

Prüfungsbehörde zum Zweck einer Promotion oder eines anderen Prüfungsverfahrens vorgelegt

wurde. Alles aus anderen Quellen und von anderen Personen übernommene Material, das in der

Arbeit verwendet wurde oder auf das direkt Bezug genommen wird, wurde als solches kenntlich

gemacht. Insbesondere wurden alle Personen genannt, die direkt an der Entstehung der vorlie-

genden Arbeit beteiligt waren.

Bielefeld, den .................... ..................................

( Unterschrift )

115

Lebenslauf

116

Lebenslauf 117

Danksagung

Im Folgenden bedanke ich mich bei all denjenigen Menschen, die mir während der Erstellung

dieser Arbeit zur Seite gestanden haben.

Ich möchte Herrn Prof. Dr. D. Yves von Cramon und Prof. Dr. Arno Villringer für die Möglichkeit

der Erstellung dieser Arbeit am Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

danken.

Weiterhin möchte ich einen großen Dank an Frau PD Dr. Margret Hund-Georgiadis für die

intensive Betreuung und freundliche Unterstützung aussprechen. Sie bot mir jederzeit Rückhalt

und hatte für alle Fragen und Probleme ein offenes Ohr. Dies ermöglichte mir das Erlernen der

wissenschaftlichen Arbeitsweise in der Durchführung und Auswertung von Experimenten.

Besonderen Dank möchte ich ebenfalls Herrn Prof. Dr. Jürgen Meixensberger und Herrn PD Dr.

Dirk Winkler für die interdisziplinäre Zusammenarbeit sowie für die Auswahl und neurochirur-

gische Behandlung der Patienten erweisen.

Den Physikern Prof. Dr. Harald Möller, Dr. Toralf Mildner, Timm Wetzel sei Dank für die

technischen Voraussetzungen der fMRT-Studie. Des Weiteren besonderen Dank auch an Frau

PD Dr. Gabriele Lohmann und Herrn PD Dr. Karsten Mueller für die Programmierung und

Weiterentwicklung der fMRT-Analyse-Software sowie für zahlreiche Diskussionen hinsichtlich

des methodischen Hintergrunds der Analysetechniken. In diesem Zusammenhang danke ich auch

Dr. Joeran Lepsien und Dr. Stefan Zysset für die Beantwortung zahlreicher Fragen betreffs des

Umgangs mit dieser Software.

Der EDV-Gruppe möchte ich für die Lösung aller Computerprobleme sowie für die Installation

der benötigten Software und Wartung aller Systeme danken, was die reibungslose Auswertung

der Fragestellung ermöglichte.

Frau Anne-Kathrin Franz danke ich für die Hilfe bei der Durchführung der fMRT-Studie und

die liebevolle Betreuung der Patienten. Anke Mempel, Mandy Naumann, Simone Wipper und

Ramona Menger danke ich für die Hilfe in der Datenerhebung.

Besonders danke ich allen Patienten, die in der fMRT-Studie untersucht worden sind. Erst durch

Ihre Bereitschaft zur Teilnahme wurde diese Arbeit möglich.

Zum Schluss herzlichsten Dank an meine Familie, die mir während des Studiums und der Erstel-

lung dieser Arbeit immer Unterstützung und Vertrauen entgegenbrachten.

118

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