Systemische Neurowissenschaften in der Psychiatrie E-Book

• Herausgeber: Kohlhammer
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2013

Seitenzahl: 679

Beschreibung

Systemische Neurowissenschaften beschäftigen sich mit den Funktionen weit verzweigter Netzwerke von Gehirnregionen, die den Leistungen des Gehirns in Denken, Fühlen und Handeln zugrunde liegen. Die hierbei verwendeten Untersuchungsmethoden werden maßgeblich die Psychiatrie des 21. Jahrhunderts prägen, indem sie die Funktionsstörungen des Gehirns bei psychischen Störungen zugänglich und sichtbar machen. Dieses umfangreiche Standardwerk führender Wissenschaftler stellt diese Methoden im Überblick und insbesondere in ihrer Anwendung in der klinisch-psychiatrischen Forschung und Praxis eindrücklich und verständlich dar.

Leseprobe

Konzepte, Methoden und Praxis der Klinischen Psychiatrie

Begründet von:

Wolfgang Gaebel

Franz Müller-Spahn (†)

Herausgegeben von:

Wolfgang Gaebel

Peter Falkai

Wulf Rössler

Übersicht über die bereits erschienenen Bände:

•  Stefan Weinmann:» Evidenzbasierte Psychiatrie«

•  Rolf-Dieter Stieglitz:» Diagnostik und Klassifikation in der Psychiatrie«

•  Thomas Becker/Holger Hoffmann/Bernd Puschner/Stefan Weinmann:»Versorgungsmodelle in Psychiatrie und Psychotherapie«

•  Hans Joachim Salize/Reinhold Kilian:» Gesundheitsökonomie in der Psychiatrie«

•  Tillmann Supprian:»Frühdiagnostik von Demenzerkrankungen«

•  Werner Strik/Thomas Dierks:» Biologische Psychopathologie«

•  Sabine C. Herpertz/Knut Schnell/Peter Falkai (Hrsg.):» Psychotherapie in der Psychiatrie«

•  Wulf Rössler/Birgit Matter (Hrsg.):» Kunst- und Ausdruckstherapien«

•  Oliver Gruber/Peter Falkai (Hrsg.):» Systemische Neurowissenschaften in der Psychiatrie«

•  Jens Kuhn/Wolfgang Gaebel (Hrsg.):»Therapeutische Stimulationsverfahren für psychiatrische Erkrankungen«

Oliver Gruber, Peter Falkai (Hrsg.)

Systemische Neurowissenschaften in der Psychiatrie

Methoden und Anwendung in der Praxis

Verlag W. Kohlhammer

Pharmakologische Daten verändern sich fortlaufend durch klinische Erfahrung, pharmakologische Forschung und Änderung von Produktionsverfahren. Verlag und Autor haben große Sorgfalt darauf gelegt, dass alle in diesem Buch gemachten Angaben dem derzeitigen Wissensstand entsprechen. Eine Gewährleistung können Verlag und Autor hierfür jedoch nicht übernehmen. Daher ist jeder Benutzer angehalten, die gemachten Angaben, insbesondere in Hinsicht auf Arzneimittelnamen, enthaltene Wirkstoffe, spezifische Anwendungsbereiche und Dosierungen anhand des Medikamentenbeipackzettels und der entsprechenden Fachinformationen zu überprüfen und in eigener Verantwortung im Bereich der Patientenversorgung zu handeln. Aufgrund der Auswahl häufig angewendeter Arzneimittel besteht kein Anspruch auf Vollständigkeit.

Dieses Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwendung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechts ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und für die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.

Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen und sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche gekennzeichnet sind.

1. Auflage 2014

Alle Rechte vorbehalten

© 2014 W. Kohlhammer GmbH Stuttgart

Umschlag: Gestaltungskonzept Peter Horlacher

Gesamtherstellung:

W. Kohlhammer Druckerei GmbH + Co. KG, Stuttgart

Print:

ISBN 978-3-17-022001-0

E-Book-Formate:

pdf:     ISBN 978-3-17-023805-3

epub:  ISBN 978-3-17-025542-5

mobi:  ISBN 978-3-17-025549-4

Inhalt

Verzeichnis der Herausgeber und Autoren

Vorwort

A   Methoden zur Untersuchung des Verhaltens

1   Verhaltensbezogene Methoden

Wolfgang Wölwer und Wolfgang Gaebel

1.1   Mimik

1.1.1   Messmethodische Zugänge

1.1.2   Auffälligkeiten bei psychisch Erkrankten und deren neurobiologische Korrelate

1.2   Gestik

1.2.1   Messmethodische Zugänge

1.2.2   Auffälligkeiten bei psychisch Erkrankten und deren neurobiologische Korrelate

1.3   Visuomotorisches Verhalten

1.3.1   Messmethodische Zugänge

1.3.2   Auffälligkeiten bei psychisch Erkrankten und deren neurobiologische Korrelate

1.4   Diskrete Bewegungsstörungen

1.4.1   Messmethodische Zugänge

1.4.2   Auffälligkeiten bei psychisch Erkrankten und deren neurobiologische Korrelate

1.5   Ausblick

B   Methoden zur Untersuchung von Gehirnstrukturen

2   Voxelbasierte Morphometrie

Stefan Klöppel und Ludger Tebartz van Elst

2.1   MRT-Sequenzen

2.1.1   Vorverarbeitung

2.1.2   Modellierung und Statistik

2.2   Beispielstudien

2.2.1   Alzheimer Demenz

2.2.2   Autismus-Spektrum-Störungen (ASS)

2.3   Nosologische Überlegungen zur neuropsychiatrischen Forschung

3   Deformationsbasierte Morphometrie und Diffusion Tensor Imaging

Stefan J. Teipel und Harald Hampel

3.1   Methoden

3.1.1   Bestimmung kortikaler und subkortikaler Atrophie mittels deformationsbasierter Morphometrie

3.1.2   Diffusion Tensor Imaging

3.2   Befunde zu DBM und DTI bei Alzheimer-Krankheit und Schizophrenie

3.2.1   Veränderungen von Hirnmorphologie und struktureller Konnektivität bei der Alzheimer-Krankheit

3.2.2   Strukturelle Hirnveränderungen bei der Schizophrenie

3.3   Zusammenfassung

C   Methoden zur Untersuchung von Gehirnfunktionen

4   Funktionelle Magnetresonanztomographie in Ruhe (Ruhe-fMRT)

Martin Walter

4.1   Die Unterscheidung von Resting-State- und aufgabenbasiertem fMRT

4.2   Resting-State-fMRT und Default Mode Netzwerk

4.3   Die Entwicklung der Resting-State-fMRT und wichtige Kritikpunkte

4.4   Resting-State-Netzwerke

4.5   Anwendung und Methoden der Resting-State-fMRT

4.6   Arten der Resting-State-Aktivität

4.7   Einfluss auf neurobiologische Krankheitsmodelle

5   Experimentelle fMRT

Robert C. Wolf, Oliver Gruber und Sabine Herpertz

5.1   Grundlagen der experimentellen fMRT

5.1.1   Theoretische Grundannahmen und physiologische Grundlagen

5.1.2   Technische Voraussetzungen

5.1.3   Planung eines fMRT-Experiments, Möglichkeiten der Stimuluspräsentation und des Responsemonitorings

5.1.4   Experimentelle fMRT-Designs

5.2   Grundlagen der fMRT-Datenanalyse

5.2.1   Datenvorverarbeitung

5.2.2   Einzel- und Gruppenvergleiche

5.2.3   Explorative Datenanalyse

5.3   Klinische Anwendungen der experimentellen fMRT

5.3.1   Biomarker neurodegenerativer Erkrankungen

5.3.2   Kognition bei schizophrenen Störungen

5.3.3   Emotionsverarbeitung und Emotionskontrolle bei Persönlichkeitsstörungen

5.4   Zusammenfassung

6   Untersuchung funktioneller und effektiver Konnektivität mit fMRT

Esther Diekhof und Oliver Gruber

6.1   Funktionelle vs. effektive Konnektivität

6.1.1   Psychophysiologische Interaktionen

6.1.2   Dynamic Causal Modelling

6.2   Beispiele aus der Grundlagenforschung

6.3   Anwendungen der Untersuchung von funktioneller und effektiver Konnektivität in der klinischpsychiatrischen Forschung und Praxis

6.3.1   Schizophrenie als Konnektivitätsstörung

6.3.2   Störungen funktioneller Konnektivität bei affektiven Störungen

7   Funktionelle Nahinfrarot-Spektroskopie (fNIRS)

Lena H. Ernst und Andreas J. Fallgatter

7.1   Methoden

7.1.1   Grundprinzipien: Neurovaskuläre Kopplung und Optisches Fenster

7.1.2   Validität und Reliabilität der Messungen

7.1.3   Sicherheitsaspekte

7.2   Messung kortikaler Aktivierung

7.2.1   Historische Entwicklung

7.2.2   Mehrkanal-Untersuchungen an gesunden Probanden

7.3   Einsatz bei psychischen Erkrankungen

7.3.1   Schizophrene Erkrankungen

7.3.2   Depressive Erkrankungen

7.3.3   Demenzerkrankungen

7.3.4   Abhängigkeitserkrankungen

7.3.5   Angsterkrankungen

7.3.6   Essstörungen

7.3.7   Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS)

7.4   Ausblick

D   Elektromagnetische Verfahren zur Untersuchung dynamischer Gehirnprozesse

8   Elektroenzephalographie

Susanne Karch, Ulrich Hegerl und Oliver Pogarell

8.1   Grundlagen der Elektroenzephalographie

8.1.1   Modellannahmen zur Lokalisationsdiagnostik

8.2   Spezielle elektrophysiologische Verfahren

8.2.1   Ereigniskorrelierte Potentiale (EKP)

8.2.2   Elektroenzephalographische Oszillationen

8.2.3   Vigilanzdynamik, Wachheits- und Schlafstadien im EEG

8.2.4   Kombination komplementärer Untersuchungstechniken – EEG und funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)

8.3   Elektrophysiologische Untersuchungen in der Psychiatrie

8.3.1   Einsatz ereigniskorrelierter Potentiale am Beispiel der P300

8.3.2   Frequenzbandveränderungen bei psychischen Störungen

8.3.3   Einsatz kombinierter EEG-fMRT-Untersuchungen

8.4   Zusammenfassung und Ausblick

9   Magnetenzephalographie

Klaus Mathiak und Brigitte Rockstroh

9.1   Methodik

9.1.1   Messaufbau

9.1.2   Quellenanalyse

9.2   Sensorische Verarbeitung im auditorischen Kortex

9.2.1   P50-Suppression

9.2.2   N1 Komponente

9.2.3   Mismatch Negativity

9.3   Emotional-kognitive Verarbeitung

9.3.1   Early Posterior Negativity (EPN)

9.3.2   Valenz und Arousal

9.3.3   Oszillationen und Dipoldichte

10   Transkranielle Magnetstimulation

Alkomiet Hasan und Thomas Wobrock

10.1   Transkranielle Magnetstimulation

10.1.1   Technik der transkraniellen Magnetstimulation (Physikalische Grundlagen)

10.1.2   Physiologische Grundlagen

10.1.3   Unterschiedliche Formen der TMS

10.1.4   Durchführung der TMS

10.1.5   Sicherheitskriterien für die TMS

10.1.6   Häufige unerwünschte Nebenwirkungen

10.2   Kortikale Exzitabilitäts- und Konnektivitätsuntersuchungen mittels TMS

10.2.1   TMS-Einfachpulsmessungen

10.2.2   TMS-Doppelreizmessungen

10.2.3   Konnektivitätsuntersuchungen

10.3   Anwendung von TMS-Untersuchungen zur kortikalen Exzitabilität bei psychiatrischen Störungsbildern

10.3.1   Schizophrenie

10.3.2   Depression

10.3.3   Abhängigkeitserkrankungen

10.3.4   Demenzen

10.3.5   Andere psychiatrische Erkrankungen

10.4   Zusammenfassung

11   Untersuchung kortikaler Plastizität mit repetitiver transkranieller Magnetstimulation und transkranieller Gleichstromstimulation

Alkomiet Hasan und Oliver Gruber

11.1   Definitionen

11.1.1   Repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS)

11.1.2   Gepaarte assoziative Stimulation (PAS)

11.1.3   Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS)

11.1.4   Metaplastizität

11.2   Einflussfaktoren

11.2.1   Pharmakologische Einflussfaktoren

11.2.2   Nicht-Pharmakologische Einflussfaktoren

11.2.3   Inter- und intraindividuelle Variabilität

11.2.4   Ort der Stimulation

11.3   Experimentelle Untersuchungen der kortikalen Plastizität bei psychiatrischen Erkrankungen

11.4   Therapeutische Anwendungen der Stimulationsverfahren

11.4.1   Behandlung depressiver Erkrankungen

11.4.2   Behandlung der Schizophrenie

11.5   Ausblick

E   Methoden der molekularen Bildgebung des Gehirns

12   Magnetresonanzspektroskopie

Jürgen Gallinat und Simone Kühn

12.1   Methodologie

12.1.1   Grundlage des MRS-Signals

12.1.2   Die Bedeutung der einzelnen Metabolite

12.1.3   Notwendige Arbeitsschritte für die MRS

12.1.4   Nachverarbeitung und Quantifizierung

12.2   MRS bei psychiatrischen Störungen

12.2.1   Demenzen

12.2.2   Schizophrenie

12.2.3   Affektive Störungen

12.2.4   Posttraumatische Belastungsstörung (PTBS)

12.3   Klinische und wissenschaftliche Bedeutung der MRS

13   Positronen-Emissions-Tomographie und Single-Photon-Emissions-Computertomographie

Ingo Vernaleken und Gerhard Gründer

13.1   Methodischer Hintergrund

13.1.1   Prinzip der Single-Photon-Emission-Computertomographie (SPECT)

13.1.2   Prinzip der Positronen-Emissions-Tomographie (PET)

13.1.3   Bildverarbeitung

13.2   Anwendung der molekularen Bildgebung in der Psychiatrie/Neurobiologie

13.2.1   PET/SPECT-Darstellung des Dopamin-Systems

13.2.2   Veränderungen des Dopamin-Systems bei psychischen Störungen

13.2.3   Charakterisierung und Quantifizierung von Therapiestrategien

13.3   Diagnostik

13.4   Bewertung der molekularen Bildgebung und Ausblick

14   Pharmakologische fMRT

Michael Czisch und Philipp G. Sämann

14.1   Methoden

14.1.1   BOLD-basierte funktionelle Bildgebung

14.1.2   Arterial Spin Labelling

14.1.3   Weitere Verfahren

14.1.4   Methodische Caveats

14.2   Anwendungsbeispiele

14.2.1   Paradigmengestützte phMRT bei Depression

14.2.2   Paradigmengestützte phMRT an Gesunden

14.2.3   Pharmakologische Effekte auf die funktionelle Konnektivität in Ruhe

14.3   Zusammenfassung

F   Neuere methodische Ansätze und Entwicklungen

15   Multimodale Bildgebung

Christoph Mulert, Saskia Steinmann und Gregor Leicht

15.1   EEG-fMRT

15.1.1   Methodik

15.1.2   Anwendung

15.2   EEG-DTI

15.2.1   Methodik

15.2.2   Anwendung

15.3   fMRT-DTI

15.3.1   Methodik

15.3.2   Anwendung

15.4   Zusammenfassung und Ausblick

16   Imaging Genetics

Henrik Walter, Andreas Meyer-Lindenberg und Andreas Heinz

16.1   Was ist Imaging Genetics?

16.2   Meilensteine des Imaging Genetics

16.3   Kandidatengenstudien: 5-HTLLPR und COMT

16.3.1   Ein Polymorphismus im Serotonintransporter (5-HTTLPR)

16.3.2   COMT

16.4   Heredität, intermediärer Phänotyp, Quellen genetischer Varianz

16.4.1   Die Begründung eines Zusammenhangs von genetischer Varianz und Phänotyp

16.4.2   Die angemessene Auswahl des intermediären Hirnphänotyps

16.4.3   Die Quellen genetischer Varianz

16.5   Genomweit signifikante Risikovarianten von Psychosen: ZNF804A und CACNA1C

16.5.1   ZNF804A

16.5.2   CACNA1C

16.6   Komplexere Zusammenhänge und neuere Entwicklungen

16.6.1   Polygenetische Ansätze

16.6.2   Epistasis

16.6.3   Gen-Umwelt-Interaktionen und Epigenetik

16.6.4   Connectomics: Von der Lokalisation zum System

16.7   Schlussfolgerung

17   Tierexperimentelle MRT

Alexander Sartorius und Wolfgang Weber-Fahr

17.1   Einführung

17.1.1   Translationale Bildgebung

17.1.2   Intraindividuelle Mehrfachmessungen

17.1.3   Multimodal z. B. DTI und rs-fMRI oder VBM und MRS

17.1.4   Interaktionale Messmöglichkeiten: »gene × environment × treatment«

17.1.5   Herausforderungen und Limitationen

17.2   Translationale strukturelle Methoden

17.2.1   Voxelbasierte Morphometrie (VBM)

17.2.2   Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI)

17.3   Translationale funktionelle Methoden

17.3.1   Arterial Spin Labeling (ASL)

17.3.2   Regionale zerebrale Blutvolumenmessungen (rCBV)

17.3.3   rs-fMRI

17.4   Translationale MRS

17.4.1   In-vivo-

1

H-MRS

17.5   Nicht translationale Methoden

17.5.1   Optogenetische fMRI

17.5.2   MEMRI, X-Kerne, Kryospulen

18   Multizentrische MRT-Studien

Axel Krug, Benjamin Straube, Andreas Jansen und Tilo Kircher

18.1   Methodische Überlegungen

18.1.1   Zusammenfassung der methodischen Überlegungen

18.2   Strukturell-organisatorische Überlegungen

18.3   Qualitätskontrollen von fMRT-Daten

18.4   Multizentrische Verbünde

18.4.1   Verbundprojekt: Psychotherapie bei Panikstörungen

18.4.2   Verbundprojekt: »Psychotherapie von Positivsymptomatik psychotischer Störungen«

18.5   Zusammenfassung und Ausblick

G   Farbteil

Sachwortverzeichnis

Verzeichnis der Herausgeber und Autoren

Herausgeber

Prof. Dr. med. Oliver Gruber

Zentrum für Translationale Forschung in Systemischen Neurowissenschaften und Klinischer Psychiatrie

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Universitätsmedizin Göttingen

Von-Siebold-Str. 5

37075 Göttingen

[email protected]

Prof. Dr. Peter Falkai

Direktor der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Ludwig-Maximilians-Universität München

Nußbaumstr. 7

80336 München

[email protected]

Autoren

Dr. rer. nat. Michael Czisch

Arbeitsgruppe Neuroimaging

Max-Planck-Institut für Psychiatrie

Kraepelinstr. 2–10

80804 München

[email protected]

Prof. jun. Dr. Esther K. Diekhof

Universität Hamburg

Biozentrum Grindel und Zoologisches Museum

Institut für Humanbiologie

Martin-Luther-King-Platz 3

20146 Hamburg

[email protected]

Dipl.-Psych. Lena H. Ernst

Psychophysiologie und Optische Bildgebung

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie Tübingen

Calwerstraße 14

72076 Tübingen

[email protected]

Prof. Dr. Andreas J. Fallgatter

Psychophysiologie und Optische Bildgebung

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie Tübingen

Calwerstraße 14

72076 Tübingen

[email protected]

Prof. Dr. med. Wolfgang Gaebel

Klinik und Poliklinik für Psychiatrie und Psychotherapie der HHU

Bergische Landstr. 2

40629 Düsseldorf

[email protected]

Prof. Dr. Jürgen Gallinat

Psychiatrische Universitätsklinik der Charité im St. Hedwig-Krankenhaus

Große Hamburger Str. 5–11

10115 Berlin

[email protected]

Prof. Dr. med. Gerhard Gründer

Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik

Universitätsklinikum RWTH Aachen

Pauwelsstraße 30

52074 Aachen

[email protected]

Prof. Dr. med. Harald Hampel

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie Universität Frankfurt

Heinrich-Hoffmann-Straße 10

60528 Frankfurt am Main

[email protected]

Dr. Alkomiet Hasan

Oberarzt der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Ludwig-Maximilians-Universität München

Nußbaumstraße 7

80366 München

[email protected]

Prof. Dr. med. Ulrich Hegerl

Klinik und Poliklinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Universität Leipzig

Semmelweisstr. 10

04103 Leipzig

[email protected]

Prof. Dr. med. Andreas Heinz

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Charité – Universitätsmedizin Berlin

Campus Charité Mitte

Charitéplatz 1

10117 Berlin

[email protected]

Prof. Dr. med. Sabine C. Herpertz

Klinik für Allgemeine Psychiatrie

Zentrum für Psychosoziale Medizin der Universität Heidelberg

Vossstr. 4

69115 Heidelberg

[email protected]

Prof. Dr. Andreas Jansen

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Philipps-Universität Marburg

Rudolf-Bultmann-Straße 8

D-35039 Marburg

[email protected]

PD Dr. rer. biol. hum. Susanne Karch

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Ludwig-Maximilians-Universität München

Nussbaumstr. 7

80336 München

[email protected]

Prof. Dr. Tilo Kircher

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Philipps-Universität Marburg

Rudolf-Bultmann-Straße 8

D-35039 Marburg

[email protected]

PD Dr. Stefan Klöppel

Leiter Freiburg Brain Imaging

Abteilung für Psychiatrie und Psychotherapie

Abteilung für Neurologie

Hauptstraße 5

79104 Freiburg

[email protected]

Dr. Axel Krug

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Philipps-Universität Marburg

Rudolf-Bultmann-Straße 8

D-35039 Marburg

[email protected]

Dr. Simone Kühn

Max Planck Institute for Human Development

Center for Lifespan Psychology,

Lentzeallee 94

14195 Berlin

[email protected]

Dr. med. Gregor Leicht

Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Forschungsbereich Bildgebung

Martinistr. 52

20246 Hamburg

[email protected]

Univ.-Prof. Dr. med. Dr. rer. nat. Klaus Mathiak

Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik

UK Aachen

Pauwelsstr. 30

D-52074 Aachen

[email protected]

Prof. Dr. med. Andreas Meyer-Lindenberg

Zentralinstitut für Seelische Gesundheit J 5

68159 Mannheim

[email protected]

Prof. Dr. med. Christoph Mulert

Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Forschungsbereich Bildgebung

Martinistr. 52

20246 Hamburg

[email protected]

PD Dr. med. Oliver Pogarell

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Ludwig-Maximilians-Universität München

Nussbaumstr. 7

80336 München

[email protected]

Prof. Dr. Brigitte Rockstroh

Fachbereich Psychologie, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Sektion

Universität Konstanz

Universitätsstraße 10

Postfach D23

78457 Konstanz

[email protected]

Dr. med. Philipp G. Sämann

Arbeitsgruppe Neuroimaging

Max-Planck-Institut für Psychiatrie

Kraepelinstr. 2–10

80804 München

[email protected]

Prof. Dr. med. Dipl. Phys. Alexander Sartorius

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Arbeitsgruppe Translationales Imaging

Medizinische Fakultät Mannheim/Universität Heidelberg

Zentralinstitut für Seelische Gesundheit, J5

68159 Mannheim

[email protected]

Saskia Steinmann, M.A.

Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Forschungsbereich Bildgebung

Martinistr. 52

20246 Hamburg

[email protected]

Dr. Benjamin Straube

Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Philipps-Universität Marburg

Rudolf-Bultmann-Straße 8

D-35039 Marburg

[email protected]

Prof. Dr. Stefan Teipel

Psychiatrische Klinik der Universität

Rostock und Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE)

Gehlsheimer Straße 20

18147 Rostock

[email protected]

Prof. Dr. Ludger Tebartz van Elst

Stellvertretender Ärztlicher Direktor & Leitender Oberarzt

Abteilung für Psychiatrie & Psychotherapie

Leiter der Sektion Experimentelle Neuropsychiatrie

Universitätsklinik Freiburg Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Hauptstr. 5

79104 Freiburg

[email protected]

Dr. med.Ingo Vernaleken

Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik

Universitätsklinikum RWTH Aachen

Pauwelsstraße 30

52074 Aachen

[email protected]

Prof. Dr. Dr. Henrik Walter

Charité – Universitätsmedizin Berlin

Campus Charité Mitte

Charitéplatz 1

10117 Berlin

[email protected]

Priv. Doz. Dr. Martin Walter

Clinical Affective Neuroimaging Laboratory

Leibniz Insitut für Neurobiologie & Universitätsklinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Otto von Guericke Universität

Leipziger Str. 44

39120 Magdeburg

[email protected]

Dr. rer. nat. Dipl. Phys. Wolfgang Weber-Fahr

Abteilung Neuroimaging

Arbeitsgruppe Translationales Imaging

Medizinische Fakultät Mannheim/Universität Heidelberg

Zentralinstitut für Seelische Gesundheit, J5

68159 Mannheim

Priv.-Doz. Dr. med. Thomas Wobrock

Chefarzt des Zentrums für Seelische Gesundheit

Kreiskliniken Darmstadt-Dieburg

Krankenhausstraße 7

64823 Groß-Umstadt

[email protected]

PD Dr. med. Robert Christian Wolf

Zentrum für Psychosoziale Medizin

Klinik für Allgemeine Psychiatrie der Universität Heidelberg

Voßstr. 4

D-69115 Heidelberg

[email protected]

Univ.-Prof. Dr. phil. Wolfgang Wölwer

Klinik und Poliklinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf – LVR- Klinikum Düsseldorf

Bergische Landstraße 2

D-40629 Düsseldorf

[email protected]

Vorwort

Systemische Neurowissenschaften beschäftigen sich mit den Funktionen von weit verzweigten Netzwerken von Gehirnregionen, die den Leistungen des Gehirns in Denken, Fühlen und Handeln zugrunde liegen. In den letzten Jahrzehnten wurden zahlreiche Untersuchungsmethoden entwickelt, die faszinierende Einblicke in das lebende menschliche Gehirn erlauben. Durch die Entwicklung dieser Methoden und ihre Anwendung in der Grundlagenforschung haben wir ein tieferes Verständnis der Funktionsweise des wahrscheinlich komplexesten Organs unseres Universums, dem menschlichen Gehirn, erhalten. Aber nicht nur in der Grundlagenforschung, sondern auch in der biologischpsychiatrischen Forschung spielen diese systemisch-neurowissenschaftlichen Untersuchungsmethoden eine zunehmend große Rolle und werden die Psychiatrie des 21. Jahrhunderts sicher maßgeblich prägen, indem sie die Funktionsstörungen bei psychischen Erkrankungen erstmals zugänglich und sichtbar machen. Im hier vorliegenden Buch geben führende Wissenschaftler einen Einblick in diese faszinierenden Untersuchungstechniken und stellen beispielhaft dar, wie diese in der klinisch-psychiatrischen Forschung und Praxis auch heute schon Anwendung finden.

Zum guten Überblick über die vielfältigen Untersuchungsmethoden richtet sich die Gliederung des vorliegenden Buches hierarchisch nach verschiedenen Organisationsebenen des menschlichen Gehirns. Im ersten Kapitel werden Methoden zur Untersuchung verhaltensbezogener Prozesse bei Patienten mit psychischen Störungen vorgestellt. Die Kap. 2 und 3 beschäftigen sich mit den hirnbildgebenden Methoden zur Untersuchung von Gehirnstrukturen. Insbesondere Kap. 3 befasst sich hierbei auch mit der Untersuchung der strukturellen Verbindungen innerhalb weit verzweigter anatomischer Netzwerke, deren koordinierte Aktivität höheren Hirnleistungen zugrunde liegt. Die anschließenden Kap. 4 bis 7 wenden sich dann der Untersuchung ebensolcher Gehirnfunktionen und ihrer Störungen bei psychischen Erkrankungen zu. In Kap. 4 wird dabei die in neuerer Zeit zunehmend beliebte Ruhe-fMRT-Untersuchung funktioneller Konnektivität dargestellt, die zu den einfachsten und praktikabelsten Methoden gehört, um Informationen über Dysfunktionen des Gehirns bei psychischen Störungen zu erhalten. Die Kap. 5 und 6 stellen experimentelle, d. h. aufgabenbezogene Untersuchungen mit funktioneller Magnetresonanztomographie vor. Basierend auf experimentell überprüften Modellen sensorischer, kognitiver, emotionaler, motivationaler und volitionaler Prozesse kann hier die gesunde oder gestörte Modulation von regionaler Gehirnaktivität (Kap. 5) oder aber auch die Modulation von funktionellen Interaktionen in pathophysiologisch relevanten neuronalen Netzwerken gezielt untersucht werden. Kap. 7 wendet sich schließlich einem weiteren komplementären Verfahren zur Untersuchung von Gehirnfunktionen zu. Die funktionelle Nahinfrarot-Spektroskopie nimmt eine interessante Zwischenposition zwischen der funktionellen Magnetresonanztomographie und elektromagnetischen Verfahren ein, indem sie – zumindest für gezielte Fragestellungen im Bereich kortikaler Hirnregionen – eine zeitliche Auflösung im Bereich von 10 bis 100 ms bei einer räumlichen Auflösung um einen Zentimeter erlaubt. Die Kap. 8 bis 11 widmen sich den elektromagnetischen Verfahren, die insbesondere für die Untersuchung hochdynamischer Gehirnprozesse besonders geeignet sind. Hierzu gehören mit der Elektroenzephalographie (Kap. 8) und der Magnetenzephalographie (Kap. 9) Verfahren, mit denen intrinsische Signale des Gehirns analysiert werden können. Diese Verfahren erlauben insbesondere eine zeitlich hochaufgelöste und zudem kostengünstige funktionelle Diagnostik, die sich komplementär zu den funktionell-magnetresonanztomographischen Verfahren darstellt. Die Magnetenzephalographie wird insbesondere auch zur Untersuchung abnorm oszillierender neuronaler Zellverbände eingesetzt. Die Kap. 10 und 11 befassen sich dagegen mit der Applikation von Magnet- und Gleichstromstimulation, mit der insbesondere neuronale und kortikale Plastizität oder aber auch reversible funktionelle »Läsionen«, beispielsweise zur Untersuchung von Konnektivität, erzielt werden können. Mit der Magnetresonanzspektroskopie (Kap. 12) kann die chemische Zusammensetzung des Gehirns untersucht werden. Insbesondere können hierbei Metabolite, wie N-Acetylaspartat, Cholin und Creatin, und die Neurotransmitter Glutamat und GABA quantifiziert werden sowie der zelluläre Energiestoffwechsel mittels phosphorhaltiger Metabolite bestimmt werden. Mit den in Kap. 13 dargestellten nuklearmedizinischen Verfahren der Positronen-Emissions-Tomographie und der Single-Photon-Emissions-Computertomographie können räumlich hochauflösend molekular spezifische Informationen über Gehirnstrukturen und Enzymaktivitäten, aber auch über Neurotransmittersysteme im menschlichen Gehirn gewonnen werden. In Kap. 14 wird die pharmakologische funktionelle Magnetresonanztomographie dargestellt, die einen Einblick in die Modulation neurofunktioneller Systeme durch Pharmaka erlaubt und somit auch eine wesentliche Rolle für die zukünftige Entwicklung und Prüfung neuartiger Pharmaka spiele dürfte. Kap. 15 verschafft einen Überblick, wie verschiedene der in den vorangehenden Kapiteln dargestellten bildgebenden Methoden miteinander sinnvoll kombiniert werden können, um ggf. sogar simultan komplementäre Informationen über den strukturellen und funktionellen Zustand des Gehirns mit möglichst hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu erhalten. Kap. 16 beschäftigt sich mit dem Forschungsfeld Imaging Genetics, d. h. dem Brückenschlag zwischen Systemischen Neurowissenschaften und Genetik, in dem Effekte genetischer Varianten auf die Struktur, Biochemie oder Funktion des menschlichen Gehirns untersucht werden. Die in Kap. 17 dargestellte tierexperimentelle MRT zeigt ihrerseits den Brückenschlag zwischen Neuroimaging- und Tiermodell-Forschung in der Psychiatrie auf, von dem wichtige neue Erkenntnisse über die Ursachen psychischer Störungen zu erwarten sind. Das abschließende Kap. 18 widmet sich insbesondere methodischen Aspekten bei den in der klinisch-psychiatrischen Forschung zunehmend wichtiger werdenden multizentrischen MRT-Untersuchungen.

Besonderer Dank gilt neben den hervorragenden Autoren der einzelnen Buchkapitel auch den Mitarbeitern des Kohlhammer-Verlags sowie Eiko Lajcsak von der Universitätsmedizin Göttingen für ihre Arbeit und Unterstützung zum Gelingen dieses Buches. Sie alle haben dazu beigetragen, dass nun erstmals ein umfangreiches deutschsprachiges Standardwerk zur Verfügung steht, das die Systemischen Neurowissenschaften in der Psychiatrie übersichtlich und fundiert zukünftigen Generationen von Klinikern, Wissenschaftlern und Studenten der Medizin, Psychologie und angrenzender Fächer nahebringt.

Göttingen, im August 2013

Prof. Dr. med. Oliver Gruber

A   Methoden zur Untersuchung des Verhaltens

1          Verhaltensbezogene Methoden

Wolfgang Wölwer und Wolfgang Gaebel

Einführung

Verhaltensbezogene Methoden werden eingesetzt, um das breite Spektrum der äußerlich direkt beobachtbaren, aktiven Bewegungen und Handlungen eines Menschen sowie deren Störungen abzubilden. In Bezug auf die Komplexität der betrachteten Charakteristika reicht dieses Spektrum vom »molaren« Makroverhalten, z. B. im Sinne sozial kompetenten Verhaltens, über weniger komplexe Komponenten verbalen und nonverbalen Verhaltens, z. B. Mimik, Gestik, paraverbale Merkmale, Blickkontakt und andere explorative Blickbewegungen, bis hin zu »molekularen« Merkmalen auf der Mikroebene, wie z. B. spezielle Augenbewegungscharakteristika (Sakkaden, langsame Augenfolgebewegungen) und diskrete Bewegungsstörungen. Das Spektrum umfasst damit sowohl willkürliche, intentionale Ziel-/Zweckbewegungen als auch meist eher unwillkürliche Ausdrucksbewegungen und sowohl der visuellen Perzeption dienende (Augen-)Bewegungen als auch expressives Verhalten. Je nach Komplexitätsgrad des betrachteten Verhaltens liegen diesem damit auf neurobiologischer Ebene häufig viele beteiligte Systeme sowohl auf der primären und sekundären sensorischen und motorischen Ebene als auch auf der handlungssteuernden Ebene zugrunde.

Trotz dieser Komplexität hat der Einbezug verhaltensbezogener Charakteristika bzw. Methoden in systemisch-neurowissenschaftliche Betrachtungen der Psychiatrie dennoch allein dadurch seine Berechtigung, da interaktionelle (und darüber hinaus auch weniger komplexe motorische) Störungen ein wesentliches Charakteristikum insbesondere schizophrener Erkrankungen sind. Das Spektrum psychopathologischer Auffälligkeiten ist in der Regel nicht direkt zugänglich, sondern wird vom Therapeuten aus der Erlebensschilderung des Patienten oder anhand von Verhaltensbeobachtungen erschlossen. So spielen verhaltensbezogene Merkmale eine entscheidende Rolle bei der Diagnostik von Affektstörungen, für die das nonverbale Ausdrucksverhalten üblicherweise als wesentlicher Indikator herangezogen wird (Gaebel und Wölwer 1996). Das Zustandekommen von Kommunikation ist somit Voraussetzung für eine adäquate Erfassung und Abbildung psychopathologischer Merkmale (wenngleich auch das Nicht-Zustandekommen von verbaler und/oder nonverbaler Kommunikation – z. B. beim katatonen Stupor – diagnostisch wegleitend sein kann).