Hirnfunktionsdiagnostik bei PatientInnen mit schweren chronischen ...

UNIVERSITÄTSKLINIK FÜR
Neurologie
VORSTAND: PRIM. UNIV.-PROF. DR. Mag. Eugen Trinka
10 Jahre Verein für Initiative Menschen im Wachkoma, 21. September 2012, Graz
Hirnfunktionsdiagnostik bei PatientInnen mit schweren
chronischen Bewußtseinstörungen
Stefan Golaszewski
Eugen Trinka
Franz Gerstenbrand

Ursachen für schwere Chronische Bewußtseinstörungen
• Schädel-Hirn-Trauma
• Hypoxische Enzephalopathie (z.B. Herzstillstand)
• Basilaristhrombose
• Intrazerebrale Blutung
• Neurodegenerative Erkrankungen (z.B. Jakob-
Creutzfeld, Alzheimer, Stoffwechselerkrankungen des
Gehirns)

Verlauf eines Komas nach Hirnschädigung
Universitätsklinik für Neurologie der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität
Laureys et al, Lancet Neurology, 2004

Diagnostische Probleme bei:
• Apallischem Syndrom (AS, Vegetative State, Unresponsive
Wakefulness Syndrom, UWS)
• Minimally Conscious State (MCS)
• Remissionsstadien von AS und MCS
• Locked-In-Syndrom (LIS)
• Locked-In-Plus-Syndrom (LIPS)
→ bis zu 43% Fehldiagnosen (Andrews et al, BMJ,
1996, Schnakers et al, BMC Neurol, 2009)

Remissionsstadien des postraumatischen Apallischen Syndroms
(Innsbrucker Remissionsskala, Gerstenbrand 1977)
Residuelle
Funktionsstörungen
Hirnorganisches
Psychosyndrom (HOPS)
Korsakov-Syndrome
Klüver-Bucy-Syndrome
Blickfolgebewegungen,
Nachgreifen
Blickfixation, primitive
Emotionen
MCS
Apallisches Syndrom

Bewußtsein (Consciousness)
• Wachheit (Arousal)
• Wahrnehmung (Awareness)
− der eigenen Person (Selbstwahrnehmung)
− der Umgebung

Arousal und Awareness
Normales
Bewußtsein
Koma,
Schlaf,
Narkose
Apallisches
Syndrom
Minimally
Conscious
State
Locked-in
Syndrom
Arousal
Awareness
Arousal
Awareness
Arousal
Awareness
Arousal
Awareness
Arousal
Awareness
Universitätsklinik für Neurologie der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität
Laureys et al, Brain, 2004

Prognosis with structural neuroimaging in traumatic vegetative
state (Kampfl et al., Lancet 1998)
Dorsolateraler oberer HirnstamM
+
Corpus callosum
⇒
95% Wahrscheinlichkeit für „Nonrecovery“,
wenn nicht, 87% für
„Recovery“

Reduktion des cerebralen Glucosemetabolismus um 40 – 50 %
im Apallischen Syndrom (Schiff et al., Brain , 2002)
Proband
Patient

Glukosestoffwechsel im Gehirn bei verschiedenen Formen
von Bewußtseinstörungen:
Universitätsklinik für Neurologie der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität
Laureys et al, Lancet Neurology, 2004

Elektrische Medianusnerv-Stimulation im PET
kontralateral S1
Patienten < Kontrollen
kontralateral
Thalamus
kontralateral
Mittelhirn
Laureys et al, NeuroImage, 2002

Hauptursache für Bewußtseinsstörung: Diskonnektion der Assoziationskortizes
(medialer und lateraler präfrontaler Kortex, prämotorischer Kortex mit frontalem
Augenfeld, mediale und laterale parietale und temporale Regionen) von den primären
Funktionsarealen und vom Thalamus (Diskonnektionssyndrom):
Kontrollen
Patient
Gestörtes kortico-kortikales und
thalamo-kortikales Netzwerk
Laureys et al, NeuroImage, 2002

Residuelles kortikales Netzwerk bei schmerzhafter elektrischer
Stimulation des rechten N. medianus am Handgelenk im PET (Kassubek
et al., J Neurol Sci 2003):
re Postzentralregion
re/li posteriore Insel
anteriores Cingulum
→ Residuelles kortikales Netzwerk: rechte und linke hintere
Insel, rechte postzentrale Region und vorderes Cingulum

Reaktion des Gehirns auf selbst-referentielle Stimuli (z.B. Hören des
eigenen Namens, Blickkontakt) unabhängig vom „sensorischen Kanal“
(Kampe, J Neurosci, 2003)
Blickkontakt:
paracingulärer Kortex
(weisse Pfeile),
Temporalpole (schwarze
Pfeile)
Hören des eigenen
Namnes: paracingulärer
Kortex, (weisse Pfeile)
Temporalpole (schwarze
Pfeile), Gyrus frontalis
superior (grauer Pfeil)
Blickkontakt + Hören
des eigenen Namnes
(Konjunktionsanalyse)

Namensparadigma (ONP)/fMRI: gesunde Probanden
Paracingulärer Kortex
Superior parietaler
Cortex
Temporalpole
• Kampe KK et al., J
Neuroscience 2003:
Consistent activity in
„medial prefrontal
Cortex“.
• Northoff et al., Trends
Cogn Sci 2004:
Processing of selfreferential
stimuli in
cortikal midline
structures (CMS),
fundamental for model of
the own personality.
Staffen et al, JNNP, 2006

Semantisches Sprach-Paradigma
z.B. sinnvoll: Ein Pferd hat vier Beine
ez.B. nicht sinnvoll: Mit den Ohren kann man sprechen
SSP: Sinnvolle versus nicht sinnvolle Sätzeences

SSP/fMRI: Patient, 44 a, Z.n. Basilaristhrombose vor 3 Jahren,
Zuweisung mit der klinischen Diagnose eines Apallischen Syndroms
Spezifische Sprachareale (Broca-, Wernicke-Areal)
axial
koronar
P
A
R
L
Primärer akustischer Kortex (A1-Region)

Namensparadigma (ONP)
z.B. Markus, hallo Markus ...
ONP: Zurufen des eigenen versus eines
fremden Namens mit vertrauter Stimme
(z.B. Mutter, Bruder)

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ONP/fMRI: Patienten
• Patient: 45 a, m
• Basilaristhrombose vor 6 Monaten
• Keine Reaktion bei der klinischen
Untersuchung (UWS)
• Patient: 50 a, m
• Hypoxische Enzephalopathie nach
Herzstillstand vor 3 Monaten
• Keine Reaktion bei der klinischen
Untersuchung (UWS)

Elektrophysiologie

Prognostische Bedeutung
• EEG
• EEG nicht spezifisch für ein AS oder MCS
• allgemeine Verlangsamung – typischerweise auf unter 5 Hz – korreliert jedoch mit
der Schwere einer chronischen Bewusstseinsstörung.
• EVPs
• bilateraler Verlust des kortikalen Primärkomplexes N20/P25 in der Frühphase nach
schwerer Hirnschädigung → schlechte Prognose (negativer prädiktiver Wert 90–
100%)
• verlieren im weiteren Verlauf ihre prognostische Bedeutung

Ereignis-korrelierte Potentiale (EKPs)
• N1-P2 complex: Index für simples, undifferenziertes kortikales
Prozedieren
• Mismatch Negativity (MMN): Index für präattentionale,
wahrscheinlich unbewußte, kortikale Orientierung
• P3-Welle: Index für tiefe kortikale Analyse physischer Stimuli
• Späte Antworten auf semantische Stimuli: Sprachverständnis

Kognitive Potentiale bei schwerem Hirnschaden (Kotchoubey et al, JCNP, 2005)
Primäre kortikale Komponenten N1, P2
Mismatch Negativity N1, akustisches
Oddball-Paradigma P300
Semantisches Oddball-Paradigma P600
Semantisch nicht zusammenhängende
Wörter N400
Inkongruente Satzendungen N400

Mismatch Negativity (MMN)
VS
MCS

P300 beim Hören des eigenen Namens, eines fremden Namens
und beim Hören eines komplexen, sprachähnlichen Klanges:
Fz own name sound
[µV]
-35
Fz Cz Pz
Cz own name sound
[µV]
-40
-40
Pz own name sound
[µV]
-35
-35
-30
-30
-30
-25
-25
-25
-20
-20
-20
-15
-10
-5
-15
-10
-5
-15
-10
-5
own name
different name
sound
0
0
0
5
5
5
10
10
10
15
15
15
20
20
20
25
25
25
30
30
30
35
0 200 400 600 800 [ms]
35
0 200 400 600 800 [ms]
35
0 200 400 600 800 [ms]

Vorschlag für Paradigmenhierachie im fMRI bei Patienten mit UWS
(Kotchoubey, Tübingen; Schwarzbauer, Aberdeen):
• Schmerzstimulation (z.B. elektrisch)
• Empathie: z.B. Schmerz-/Angstschreie
• Sprache: z.B. semantische Unterscheidung
• Gedächtnis: z.B. Warrington-Test
• Mentale Imagination: z.B. Motorische Aktivität, Navigation
• Ruheaktivität: keine aktive Stimulation

Ruhemetabolismus bei verschiedenen Bewußtseinszuständen im
PET:
Levy et al, Ann Neurol, 1987

Ruhenetzwerk (Vanhaudenhuyse et al, Brain, 2010)

Kommunikation über MR-Scanner

Mentale Imagination einer Patientin mit der klinischen Diagnose
eines Apallischen Syndroms im fMRI (Owen et al, Science 2006):
Patientin
Supplementär motorischer Kortex (SMA)
Prämotorischer Kortex (PMC)
Posterior parietaler Kortex (PPC)
Probanden
(n=12)
Gyrus parahippocampalis
(PPA)

Mentale Imagination in der fMRT: gesunder Proband, 25a, w
a) Mentale Imagination:
Tennis spielen = „Ja“
b) Mentale Imagination:
durch die eigene
Wohnung in einer
bestimmten Reihenfolge
gehen = „Nein“

Diskussion
• Möglichst genaue Diagnostik und Prognostik muß medizinisch,
rechtlich und ethisch gefordert werden aufgrund
• Von Rechtfertigung von Rehabilitationsmaßnahmen
• Zur Verbesserung des Outcomes in der Rehabilitation (Erkennen der Kanäle
für mögliche Rehabilitation)
• Um Patienten die Möglichkeit zum Ausdruck seines Befindens zu geben (z.B.
Schmerzen, seelischer Zustand)
• Um Patienten die Möglichkeit zur Willensäußerung zu geben (z.B. letzter
Wille, End-of-Life-Decisions usw.)

Danke für Ihre Aufmerksamkeit !