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.
2.2 Motorisches System 10
(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
2.2 Motorisches System 11
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
2.2 Motorisches System 12
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
2.2 Motorisches System 13
(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 Motorisches System 14
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
2.2 Motorisches System 15
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
2.3 Zerebrale Plastizität 17
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).
2.3 Zerebrale Plastizität 18
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).
2.3 Zerebrale Plastizität 19
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-
2.3 Zerebrale Plastizität 20
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
2.3 Zerebrale Plastizität 21
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).
2.3 Zerebrale Plastizität 22
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-
2.4 Funktionelle Bildgebung 24
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.,
2.4 Funktionelle Bildgebung 25
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-
2.4 Funktionelle Bildgebung 26
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
2.4 Funktionelle Bildgebung 27
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).
2.4 Funktionelle Bildgebung 28
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-
2.4 Funktionelle Bildgebung 29
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
4.1 Einzelfallanalyse - Patienten 45
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.
4.1 Einzelfallanalyse - Patienten 46
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.
4.1 Einzelfallanalyse - Patienten 47
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-
4.1 Einzelfallanalyse - Patienten 48
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.
4.1 Einzelfallanalyse - Patienten 49
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
4.1 Einzelfallanalyse - Patienten 50
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.
4.1 Einzelfallanalyse - Patienten 51
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-
4.1 Einzelfallanalyse - Patienten 52
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).
Patient 7: In der Abbildung A.7 des Anhang A sind die fMRT-Verlaufsdaten von Patient 7
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
4.1 Einzelfallanalyse - Patienten 53
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).
Patient 8: In der Abbildung A.8 des Anhang A sind die fMRT-Verlaufsdaten von Patient 8
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.
4.1 Einzelfallanalyse - Patienten 54
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.
4.2 Gruppenanalyse 56
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-
4.2 Gruppenanalyse 57
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
4.2 Gruppenanalyse 58
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
x y z Ďcw z p x y z Ďcw z p
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
x y z Ďcw z p x y z Ďcw z p
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
4.2 Gruppenanalyse 59
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
4.2 Gruppenanalyse 60
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.
4.2 Gruppenanalyse 61
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
4.2 Gruppenanalyse 62
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 Gruppenanalyse 63
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).
4.2 Gruppenanalyse 64
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
5.2 Gruppenanalyse 67
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
5.2 Gruppenanalyse 68
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-
5.2 Gruppenanalyse 69
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
5.2 Gruppenanalyse 70
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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Anhang A
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6-1
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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
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
Tabelle B.4.: Talairach-Koordinaten und maximale Signalstärken (z-Werte) der Hauptaktivie-rungen des Patienten 2 in den Aufgabenbedingungen CH, IH und BH
IH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
CH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
BH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
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.
106
Tabelle B.5.: Talairach-Koordinaten und maximale Signalstärken (z-Werte) der Hauptaktivie-rungen des Patienten 3 in den Aufgabenbedingungen CH, IH und BH
IH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
CH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
BH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
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.
107
Tabelle B.6.: Talairach-Koordinaten und maximale Signalstärken (z-Werte) der Hauptaktivie-rungen des Patienten 4 in den Aufgabenbedingungen CH, IH und BH
CH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
IH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
BH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
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.
108
Tabelle B.7.: Talairach-Koordinaten und maximale Signalstärken (z-Werte) der Hauptaktivie-rungen des Patienten 5 in den Aufgabenbedingungen CH, IH und BH
IH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
CH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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 –
BH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
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.
109
Tabelle B.8.: Talairach-Koordinaten und maximale Signalstärken (z-Werte) der Hauptaktivie-rungen des Patienten 6 in den Aufgabenbedingungen CH, IH und BH
CH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
IH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
BH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
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.
110
Tabelle B.9.: Talairach-Koordinaten und maximale Signalstärken (z-Werte) der Hauptaktivie-rungen des Patienten 7 in den Aufgabenbedingungen CH, IH und BH
CH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
IH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
BH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
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.
111
Tabelle B.10.: Talairach-Koordinaten und maximale Signalstärken (z-Werte) der Hauptaktivie-rungen des Patienten 8 in den Aufgabenbedingungen CH, IH und BH
CH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
IH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
BH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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
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.
112
Tabelle B.11.: Talairach-Koordinaten und maximale Signalstärken (z-Werte) der Hauptaktivie-rungen des Patienten 9 für rechtshändiges Fingertappen (CH)
CH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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 – – – – – – – –
CERA -18 -53 -20 21 -53 -18 6.217 8.535ROI(t4) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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)
IH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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 – – – – – – – –
CERA -15 -51 -20 24 -54 -20 8.029 5.554ROI(t4) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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)
BH Talairach-Koordinaten z-max
ROI(t1) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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 – – – – – – – –
CERA -6 -56 -14 12 -56 -14 5.677 8.106ROI(t2) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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 – – – – – – – –
CERA -6 -54 -12 11 -60 -14 6.059 7.343ROI(t3) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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 – – – – – – – –
CERA -13 -54 -20 21 -51 -20 8.910 8.931ROI(t4) xl yl zl xr yr zr Zl Zr
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.
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