Einleitung
Der dorsolaterale präfrontale Kortex (dlPFC) spielt eine entscheidende Rolle bei kognitiven Funktionen wie Gedächtnis, Aufmerksamkeit und exekutiven Funktionen. Diese Hirnregion ist an der Steuerung des Gedächtnisabrufs beteiligt, insbesondere in Situationen, in denen konkurrierende Informationen vorhanden sind und kognitive Kontrolle erforderlich ist. Dieser Artikel beleuchtet die Funktion des dlPFC beim Gedächtnisabruf, insbesondere im Zusammenhang mit Antidepressiva-Behandlung und neuropsychologischen Störungen.
Neuropsychologische Funktionen und ihre anatomischen Grundlagen
Die Untersuchung kognitiver, sensorischer, motorischer und affektiver Funktionen einzelner Hirnregionen mit entsprechenden Untersuchungsverfahren ist eine wichtige Aufgabe sowohl der klinischen Neuropsychologie als auch der kognitiven Neurologie. Neurologische Erkrankungen unterschiedlichster Ätiologien beeinträchtigen neuropsychologische Funktionen wie Raumorientierung und Aufmerksamkeit, Sprache und Sprechen, Wahrnehmung, Gedächtnis und Motorik sowie „höhere“ kognitive Funktionen wie die sog. Exekutivfunktionen. Die neuropsychologischen Funktionen repräsentieren spezifische neo- und subkortikale Funktionsnetzwerke. Entsprechende Störungen können mit einer hypothesengeleiteten Anamnese und Diagnostik der Betroffenen erfasst werden. Anschließend sollten die Betroffenen einer störungsspezifischen Therapie zugeführt werden.
Aufmerksamkeit
Aufmerksamkeitsstörungen gehören neben Gedächtnis- und Exekutivstörungen zu den häufigsten neuropsychologischen Folgen erworbener Hirnschädigungen. Vier Aufmerksamkeitskomponenten werden unterschieden, die unabhängig voneinander beeinträchtigt sein können und unterschiedlichen Alltagsstörungen und anatomischen Strukturen zugeordnet sind. Das aufsteigende retikuläre Aktivierungssystem (ARAS) ist gemeinsam mit dem Nucleus reticularis thalami wichtig für die Modulation der tonischen Alertness („Aufmerksamkeitstonus“). Noradrenerge (Locus coeruleus) und cholinerge (Septum, Habenula) Strukturen sind wichtig für die selektive Aufmerksamkeit. Das rechtsseitige, frontoparietale Netzwerk ist dominant für die räumliche Aufmerksamkeit, Alertness und Vigilanz.
Visuelle Verarbeitung
Entgegen der Überzeugung vieler Kliniker weist etwa die Hälfte aller hirngeschädigten Patienten vaskulärer, traumatischer oder degenerativer Genese neurovisuelle Störungen auf. Homonyme Gesichtsfeldausfälle, Lese- und visuelle Explorationsstörungen finden sich bei etwa 40-70 % der Betroffenen. Grundlagenstudien sowie bildgebende Studien haben die Sichtweise zweier anatomisch und funktional spezialisierter, aber eng verknüpfter visueller Projektionssysteme etabliert. In V1 wird eine retinotope Karte des kontralateralen Gesichtsfeldes repräsentiert, die aufgrund der Analyse elementarer visueller Reizmerkmale wie Luminanz und Kontrast erfolgt. V2/V3 haben jeweils eine dorsale und ventrale Repräsentation im Kortex. Sie verarbeiten u. a. Parzellierung: Auch innerhalb der beiden Routen gibt es eine funktionale Spezialisierung.
Beim Erstkontakt mit dem Patienten sollte eine strukturierte Anamnese erfolgen. Ein von uns entwickeltes und umfangreich (an 656 Patienten) hinsichtlich Spezifität, Sensitivität und Praktikabilität validiertes Verfahren eignet sich zur raschen (in 10 Minuten) neurovisuellen Anamnese. Die gewonnenen Informationen geben dem Untersucher konkrete Informationen für entsprechende diagnostische und therapeutische Maßnahmen.
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Visuelle Reizerscheinungen
Visuelle Reizerscheinungen bezeichnen „positive Symptome“ in Abwesenheit eines externen visuellen Reizes. Einfache visuelle Reizerscheinungen (helle Punkte, Balken, Linien, Sterne, Nebel, farbige Empfindungen) werden häufig von Patienten kurz vor oder nach einer vaskulären, okzipitalen Läsion berichtet. Komplexere visuelle Halluzinationen und Illusionen resultieren meist aus temporalen Läsionen und sind seltener. Visuelle Reizerscheinungen müssen erfragt werden (→ Anamnese), da die Betroffenen sie nicht berichten. Trotz irritierender Phänomene und guter Prognose ist eine Information und Beruhigung der Patienten wichtig.
Sehschärfe und Kontrastsehen
Sehschärfe bezeichnet die räumliche Auflösungskapazität des visuellen Systems. Primäre Ursachen einer zentralen Visusreduktion stellen bilaterale postchiasmatische Läsionen dar (häufig bei homonymen Gesichtsfelddefekten), welche zu einem partiellen bis vollständigen Verlust der Sehschärfe führen und nicht durch Linsen korrigiert werden können. Störungen des Kontrastsehens finden sich bei 80 % der akuten Patienten mit vaskulär bedingten posterioren Hirnläsionen und ca. 8-10 % der chronischen Patienten. Beide Beeinträchtigungen erschweren die Bearbeitung aller visuellen Vorlagen und Tests signifikant. Sehschärfe und Kontrastsehen können mit Reihenoptotypen bzw.
Adaptationsstörungen
Foveale photopische Adaptation meint die Anpassung an eine hellere Beleuchtung (Helladaptation), foveale skotopische Adaptation die Anpassung an eine dunklere Beleuchtung (Dunkeladaptation). Beide Prozesse sind dissoziierbar, können jedoch auch kombiniert gestört sein. Insbesondere Störungen der Dunkeladaptation sowie der Hell- und Dunkeladaptation führen bei defizitärer Raumausleuchtung (<200 Lux) zu erheblich schlechteren visuellen Alltagsleistungen (z. B. Sehschärfe, Lesen, PC-Arbeit). Die Anamnese kann mittels Fragebogen erfolgen, die Objektivierung mithilfe von Blendungstests oder Verfahren zur subjektiv präferierten Beleuchtungseinstellung. Eine kausale Therapie ist nicht verfügbar.
Homonyme Gesichtsfelddefekte
Homonyme Gesichtsfelddefekte treten bei 20-50 % aller Schlaganfallpatienten auf. Bei 70 % der Betroffenen ist das Restgesichtsfeld im blinden Halbfeld <6°. Eine spontane, oft partielle Rückbildung des Skotoms kann bis zu 6 Monate nach dem Insult auftreten, danach ist sie sehr unwahrscheinlich.
Visuelle Explorationsstörung
Das visuelle Absuchen von Vorlagen ist zeitaufwendig, langsam und ineffizient. Verschobene subjektive Mitte: Die „subjektive Mitte“ der Patienten im Raum sowie beim Halbieren von Linien und Objekten ist bei 90 % zum Skotom verschoben. Dieser Halbierungsfehler ist Folge der okzipitalen Läsion in V2. Die Fingerperimetrie „entdeckt“ nur ca. 52 % aller Gesichtsfelddefekte; die Sensitivität lässt sich aber einfach durch Verwendung eines farbigen (roten) Stiftes für die Fingerperimetrie um weitere 20 % steigern. Eine PC-basierte Kampimetrie (mit dem Eyemove-Programm, Dauer: 4 Minuten) oder noch besser Perimetrie (mit einem Halbkugel-Gerät) ist daher zumindest bei allen Patienten mit „posterioren“, vaskulären Läsionen sowie diffusen Hirnläsionen (Schädel-Hirn-Trauma, Hypoxie) unerlässlich.
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Konvergente Fusion
Konvergente Fusion meint die Vereinigung der beiden leicht disparaten monokularen Seheindrücke zu einem einzigen, stereoskopischen Seheindruck. Dies umfasst eine motorische (Vergenzbewegungen der Augen) und eine sensorische Komponente (Verschmelzung der monokularen Eindrücke zu einem beidäugigen, „räumlichen“ Seheindruck „3D-Perzept“). Fusionsstörungen treten infolge vaskulärer Läsionen bei ca. 20 %, nach Schädel-Hirn-Trauma bei ca. Reduktion der Stereopsis; → resultierende Defizite bei allen visuomotorischen Aktivitäten im Nahbereich (z. B. Die konvergente Fusionsbreite lässt sich mit Prismen (Basis außen; appliziert vor einem Bagolini-Glas) bestimmen. Zur Untersuchung des Stereosehens empfehlen sich konventionelle Tests, welche sowohl die lokale (konturbasierte) als auch die globale Stereopsis erfassen (Titmus, TNO, Lang-Test; Details s. Schaadt und Kerkhoff 2016a, b). Fusionsstörungen reduzieren erheblich die beidäugige Belastbarkeit beim Sehen (<25 min, s. Schaadt und Kerkhoff 2016a, b).
Zerebrale Farbwahrnehmungsstörungen
Zerebrale Farbwahrnehmungsstörungen können im Skotom oder im zentralen Gesichtsfeldbereich auftreten. Ein vollständiger Ausfall der zerebralen Farbwahrnehmung ist selten und bedarf meistens symmetrischer, bilateraler okzipitotemporaler Läsionen. Relative Störungen der Farbtonunterscheidung nach unilateralen okzipitotemporalen Läsionen sind kommen dagegen häufiger nach Infarkten, Hypoxien oder bei Alzheimer-Demenz vor.
Störungen der Bewegungswahrnehmung
Ein vollständiger Verlust der Bewegungswahrnehmung („Akinetopsie“) ist selten. Relative Beeinträchtigungen nach unilateralen Läsionen bewegungssensitiver Kortexregionen (Area V5, V3), oder Kleinhirnläsionen sind häufiger. Die Betroffenen haben Probleme beim Einschätzen von Geschwindigkeit und Lageveränderungen sich bewegender Fahrzeuge/Personen. Neben diesen Störungen der linearen Bewegungswahrnehmung kommt es nach okzipitoparietalen Läsionen auch zu Störungen der radialen Bewegungswahrnehmung („Optic Flow“). Unser Gehirn nutzt diese „optische Fluss-Information“ zur räumlichen Orientierung im 3D-Raum.
Visuelle Agnosien
Die Unfähigkeit, Objekte, Bilder oder Gesichter visuell trotz ausreichender elementarer visueller (Sehschärfe, Kontrastsehen, visuelle Exploration) und sprachlicher Funktionen sowie einer intakten Erkennung mittels anderer Sinne (auditiv, haptisch) zu erkennen, bezeichnet man als visuelle Agnosien. Apperzeptive Agnosie beschreibt Defizite in der kohärenten Wahrnehmung eines visuellen Objekts bei intakten elementaren visuellen Leistungen. : Nichterkennen von Objekten wegen fehlenden semantischen Objektwissens (Funktion, Name; Farah 2004). Visuelle Formagnosie bezeichnet die Unfähigkeit, einfache geometrische Formen zu erkennen. Visuelle Agnosien gelten als selten (<3 % aller neurologischen Patienten), Indizidenzangaben aus quantitativen Studien fehlen jedoch. Ursächlich sind bi- oder unilaterale, okzipitotemporale Läsionen (vaskulär, traumatisch, anoxisch). Relative Störungen der visuellen Objekterkennung für objekt-/gesichterbezogenes Reizmaterial (z. B. Muster, Gegenstände, Teile von Fotos) treten nach Martinaud et al. (2012) bei 65 % aller einseitigen Posteriorinfarkte auf, sind also deutlich häufiger.
Der dlPFC und Gedächtnisabruf
Der dlPFC spielt eine zentrale Rolle bei exekutiven Funktionen, die für den Gedächtnisabruf unerlässlich sind. Zu diesen Funktionen gehören:
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- Arbeitsgedächtnis: Der dlPFC ist an der Aufrechterhaltung und Manipulation von Informationen im Arbeitsgedächtnis beteiligt, was für den Abruf relevanter Gedächtnisinhalte notwendig ist.
- Selektive Aufmerksamkeit: Der dlPFC hilft dabei, irrelevante Informationen auszublenden und die Aufmerksamkeit auf die für den Abruf relevanten Gedächtnisinhalte zu richten.
- Kognitive Flexibilität: Der dlPFC ermöglicht den Wechsel zwischen verschiedenen Strategien und Perspektiven beim Gedächtnisabruf, um die relevanten Informationen zu finden.
- Konfliktüberwachung: Der dlPFC überwacht den Abrufprozess auf Konflikte zwischen verschiedenen Gedächtnisinhalten und hilft, die richtige Antwort auszuwählen.
Einfluss von Antidepressiva auf den dlPFC und das Gedächtnis
Ein wachsender Teil der Weltbevölkerung nimmt täglich Antidepressiva (ADM) ein. Die Pharmakotherapie stellt einen wichtigen Bestandteil zur Rezidivprophylaxe bei der Behandlung der Depression dar, doch über die Hälfte der Patient*innen setzen ihre ADM innerhalb der ersten sechs Monate wieder ab. Trotz der klinischen Relevanz ist die Studienlage über zugrundeliegende neuronale und kognitive Prozesse im Verlauf des Absetzens bisher spärlich. Ein häufiges Merkmal der Depression sind Defizite im episodischen Gedächtnis.
Eine aktuelle Studie untersuchte den Einfluss des Absetzens von ADM auf das episodische Gedächtnis (EM) und die Aktivität des dlPFC. In dieser Studie wurden 123 remittierte Patientinnen und 66 gematchte gesunde Kontrollen eingeschlossen. Die Patientinnen wurden stratifiziert randomisiert einer von zwei Gruppen zugeteilt, die über den Absetzzeitpunkt entschied. Zur Untersuchung des EM nutzten wir ein etabliertes assoziatives Gedächtnisparadigma im fMRT.
Die Ergebnisse zeigten, dass Patientinnen nach dem Absetzen eine signifikante Erhöhung der Depressions- und Ängstlichkeitssymptome aufwiesen. Interessanterweise zeigten die Patientinnen, die das ADM absetzten, eine relative Aktivierung im rechten dorsolateralen präfrontalen Kortex (Brodmann Areal 9).
Die Schlussfolgerung dieser Studie ist, dass dies die erste fMRT-Studie ist, die das EM im Verlauf des Absetzens von ADM untersucht hat. Die Ergebnisse legen nahe, dass remittierte Patientinnen ohne ADM eine klinisch unterscheidbare Subgruppe im Vergleich zu akut depressiven und medikamentös behandelten remittierten Patientinnen darstellen, welche in zukünftigen Studien berücksichtigt werden sollten. Zudem könnte die erhöhte dlPFC-Aktivität die Rekrutierung kompensatorischer Netzwerke zur Aufrechterhaltung der kognitiven Leistung nach dem Verlust der pro-kognitiven ADM-Wirkung widerspiegeln. Weitere Studien sind nötig, die das EM sowie mögliche Mechanismen der kompensatorischen präfrontalen Hyperaktivierung untersuchen. Insbesondere gilt es vermeintliche Effekte der Remission, ADM-Therapie und -Diskontinuation auf HC- Volumen und HC-abhängige Gedächtnisfunktionen zu untersuchen.
dlPFC und Gedächtnisabruf bei neuropsychologischen Störungen
Neben Depressionen können auch andere neuropsychologische Störungen die Funktion des dlPFC und den Gedächtnisabruf beeinträchtigen. Beispielsweise wurde in Studien gezeigt, dass Patient*innen mit Zwangsstörungen Schwierigkeiten beim Gedächtnisabruf haben, insbesondere wenn es um die Unterscheidung zwischen korrekten und falschen Informationen geht. In solchen Fällen muss die kognitive Kontrolle verstärkt werden, um eine richtige Wiedererkennensentscheidung zu treffen.
Es wird angenommen, dass generische Konfliktdetektions- und kontrollprozesse, die durch den medialen und dorsolateralen präfrontalen Kortex unterstützt werden, beim Gedächtnisabruf nach fehlerbehaftetem Lernen mehr als nach fehlerfreiem Lernen ins Spiel kommen. Diese Prozesse sollen durch repetitive transkranielle Magnetstimulation bzw. transkranielle DC Stimulation beeinflusst werden.
Methoden zur Untersuchung des dlPFC und des Gedächtnisabrufs
Zur Untersuchung der Rolle des dlPFC beim Gedächtnisabruf werden verschiedene Methoden eingesetzt, darunter:
- funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT): fMRT ermöglicht die Messung der Gehirnaktivität während des Gedächtnisabrufs und kann zeigen, welche Bereiche des dlPFC aktiviert sind.
- Transkranielle Magnetstimulation (TMS): TMS ist eine nicht-invasive Methode, bei der Magnetfelder verwendet werden, um die Aktivität des dlPFC zu stimulieren oder zu hemmen. Dies kann helfen, die Rolle des dlPFC beim Gedächtnisabruf zu untersuchen.
- Elektroenzephalographie (EEG): EEG misst die elektrische Aktivität des Gehirns und kann verwendet werden, um die zeitliche Dynamik des Gedächtnisabrufs zu untersuchen.
- Neuropsychologische Tests: Verschiedene neuropsychologische Tests können verwendet werden, um die Gedächtnisleistung und die exekutiven Funktionen von Patient*innen mit dlPFC-Dysfunktion zu beurteilen.
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