PTE ÁOK Pszichiátriai Klinika Neuropsych. vor. 1 PTE ÁOK Pszichiátriai Klinika

Aufbau der Großhirnrinde Der Kortex lässt sich in motorischen, sensorischen und Assoziationskortex einteilen. Sensorischer und motorischer Kortex nehmen im Vergleich zum Assoziationskortex nur einen kleinen Teil der Kortexoberfläche ein. Wir unterscheiden: die primär sensorischen Kortexareale, die ausschließ­ lich auf eine Sinnesmodalität reagieren; die primär motorischen Kortexareale, die direkt die Willkürmotorik steuern; die sekundären (oder auch unimodalen) sensorischen bzw. motorischen Kortexareale, meist in der Umgebung der primären Kortexareale liegen die (polymodalen) Assoziationskortizes, die mit höheren kognitiven, motorischen und emotionalen Funktionen befasst sind Der phylogenetische und ontogenetische Zuwachs an Hirnrinde beim Menschen ist primär auf die enorme Ausdehnung der polymodalen Assoziationsfelder zurückzuführen.

Kortexschichten Der Kortex ist in sechs Schichten aufgebaut. Neuronal unterscheidet man zwei Hauptzelltypen: Pyramiden-und Sternzellen Neurone des Kortex: 2 Haupttypen-die erregende (exzitatorische) Pyramiden (80%)- und die überwiegend hemmende (inhibitorische) Sternzellen Die Kortex Schichten: -Die spezifischen Eingänge aus den Sinnessystemen gelangen über die thalamischen Fasern in die Schichten III, IV und V, in denen die Zellkörper der Pyramidenzellen liegen. Assoziationsfasern, Kommissurenfasern und unspezifische thalamische Fasern führen an die Dendriten von den Schichten I und II. Die Schichten I-V empfangen primäre Afferenzen -Die Schichten V und VI sind dagegen Ausgangsschichten (Efferenzen) Überträgersubstanzen: Die Pyramidenzellen benutzen als Überträgersubstanz (Transmitter) meist eine erregende Aminosäure, vor allem Glutamat. Obwohl die meisten Sternzellen hemmende Transmitter, gamma-Aminobuttersäure (GABA) ausschütten, enthalten einige der erregenden Sternzellen Neuropeptide (CCK, VIP). Viele der afferenten Fasern benutzen die Monoamine Noradrenalin und Dopamin, andere Acetylcholin, Serotonin und Histamin. NO (Stickoxid) spielt eine Rolle bei der anhaltenden Aktivierung von Zellensembles

Die Neurotransmitter und das Verhalten Die Neurotransmitter können je nach dem Ort ihrer Wirkung und dem Zusammenspiel mit anderen Neurotransmittern eine unterschiedliche Wirkung haben. Das dopaminerge System, -mesolimbische-,nigrostriatale,-tuberoinfundibulare Das serotonerge System -Schlaf-Wach-Rhythmus -Stimmung Das noradrenerge System –arousal-, Stimmung

Die biologischen Grundlagen I. Die Neuropsychologie Analysiert die Interaktion von Gehirn und Verhalten Descartes -Leib-Seele-Problem Läsionsstudien Die bildgebenden Verfahren-Positronen-Emissions-Tomographie (PET) funktionale Magnetresonanztomographie (fMRT), Elektroenzephalogramm (EEG), Der Vorteil von PET und fMRI liegt in der guten räumlichen Auflösung. Gleichzeitig ist die zeitliche Auflösung schlecht. Das EEG liefert gute zeitliche Auflösung, aber kaum räumliche Informationen Repräsentationen psychischer Funktionen im Gehirn Hirnstamm Zerebellum Basalganglien, limbisches System, Hypothalamus Die emotionale Bewertung von Information findet in der Amygdala statt. Der Hippocampus spielt dagegen eine zentrale Rolle bei der Einspeicherung neuer Gedächtnisinhalte

Die biologischen Grundlagen II. Neokortex Der Frontallappen (Stirnlappen),-Broca-Areal Die zentrale Rolle des Frontallappens liegt in der Planung und Steuerung von Verhalten. Der Temporallappen (Schläfenlappen) -(Wernicke-Aphasie) Der Temporallappen ist für alle Prozesse relevant, die mit der Wahrnehmung auditorischer Information und dem Langzeitgedächtnis zusammenhängen. Der Parietallappen (Scheitellappen) Im Parietallappen liegen die Areale der sensorischen Repräsentation des Körpers und steuert gnostische Funktionen Der Okzipitallappen Aufgabe der okzipitalen Kortexareale ist die visuelle Informationsverarbeitung.

Der Frontallappen setzt sich aus 2 Teilen zusammen. Der hintere Anteil umfasst den motorischen, den prämotorischen und den supplementärmotorischen Kortex einschließlich der Repräsentation für Sprache in der Broca-Area. Die sich nach vorne anschließenden Anteile werden präfrontaler Kortex genannt. Er ist der »menschlichste« Teil des Gehirns, insofern er seine maximale relative Ausdehnung beim Menschen erreicht. Der präfrontale Kortex steht in einem bidirektionalen Informationsaustausch mit dem mediodorsalen Kern des Thalamus und weiten Teilen der übrigen Großhirnrinde. Er ist Ziel dopaminerger Projektionen aus dem Mittelhirn und kontaktiert seinerseits die Basalganglien.

Frontalhirnfunktionen I Verhalten wird nur dann erfolgreich und nutzbringend sein, wenn es sowohl den gegebenen Kontext der Situation als auch die Bedürfnisse des Handelnden berücksichtigt. Wichtige Theorien zur Rolle des präfrontalen Kortex gehen davon aus, dass dieser Teil des Gehirns eine wesentliche Rolle bei der Auswahl und der Modifikation von Verhalten unter Berücksichtigung der externen und internen Randbedingungen spielt. Der frontale Kortex hat eine besonders hohe bidirektionale Verschaltungsdichte mit den meisten Hirnstrukturen, wodurch er für integrative Funktionen wie Handlungsplanung und -durchführung unter Berücksichtigung von Motivation, Emotion und sensorischer Information über die Umwelt eine maßgebliche Rolle erlangt. Das Frontalhirn erfüllt seine Aufgaben immer im Verbund mit anderen Hirnstrukturen im Rahmen neuronaler Netzwerke.

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

Frontalhirnfunktionen III Das Frontalhirn ist maßgeblich beteiligt an der Umsetzung der sog. Exekutivfunktionen und hat darüber hinaus Bedeutung für Enkodierungs- und Abrufprozesse des Langzeitgedächtnisses. Läsionen des präfrontalen Kortex führen zu einem anderen Muster von Gedächtnisstörungen als bei amnestischen Syndromen infolge von Schädigungen des erweiterten hippocampodienzephalen Systems. Insbesondere sind betroffen: „die freie Wiedergabe,” das Herkunftsgedächtnis und «— das Wissen über die Gedächtnisinhalte und Abrufstrategien (Metagedächtnis). Unter dem Begriff der Exekutivfunktionen wird eine heterogene Gruppe von Mechanismen zusammengefasst, die flexibles, intentionales Verhalten ermöglichen. Zu den Exekutivfunktionen zählen Handlungsplanung, Handlungsüberwachung. Außerdem werden die Arbeitsgedächtnisfunktionen hinzugerechnet.

Frontalhirnfunkionen IV Das Arbeitsgedächtnis dient dem temporären Halten und der Manipulation von in der Umwelt nicht mehr verfügbarer Information, die später für die Handlungssteuerung eingesetzt wird. Zwei Konzepte beschreiben die Organisation der Arbeitsgedächtnisfunktion des präfrontalen Kortex auf unterschiedliche Weise, die sich jedoch nicht zwingend gegenseitig ausschließen müssen. Basierend auf Studien an nicht menschlichen Primaten besagt das domänenspezifische Modell, dass der präfrontale Kortex bezüglich der verarbeiteten Informationsinhalte spezialisiert ist (z.B. dorsolateral: visuell-räumliche Informationen, ventrolateral: objektbezogene Informationen). Funktionsspezifische Modelle postulieren dagegen, dass verschiedene präfrontale Regionen auf verschiedene Arbeitsgedächtnisfunktionen (z.B. Enkodieren, Halten, Manipulieren) spezialisiert sind und jede Modalität verarbeiten können.

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

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

Klinische Beziehungen I Schädigungen des präfrontalen Kortex können zu globalen Wesensänderungen führen, die sich im Antrieb, der Emotionalität und dem Sozialverhalten ausdrücken. Die meist bilateral geschädigten Patienten können eine Minderung des allgemeinen Antriebes oder enthemmtes Verhalten aufweisen. Patienten mit ausgeprägten Störungen der Exekutivfunktionen wirken oft interessenlos und gleichgültig. Ihre Handlungen scheinen nicht durch Ziele motiviert und geordnet zu sein. Die Fähigkeit abzuschätzen, mit Hilfe welcher Teilschritte ein übergeordnetes Ziel erreicht werden kann, ist vermindert. Den Patienten fällt es schwer, bereits gefasste Pläne aufgrund eingetretener Veränderungen zu modifizieren.

Klinische Beziehungen II Patienten mit Frontalhirnschädigungen weisen Störungen der Inhibition von Handlungen, ein Missachten der Instruktionen zur Durchführung von Aufgaben (»rule-breaking«), eine Beinträchtigung von Antizipationsprozessen wie auch perseveratives und rigides Verhalten auf. Die somatische Markerhypothese postuliert, dass komplexe Entscheidungen, die im sozialen Kontext vernünftig erscheinen, neben rationalen Aspekten auch eine emotionale Komponente haben. Diese soll wesentlich durch mediobasale präfrontale Areale geprägt werden und sich (vermittelt durch den Hypothalamus) im vegetativen System des Körpers spürbar manifestieren.

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

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