Funktionen kortiko-basaler Interaktion für komplexe Verhaltensweisen

Abstract

Inhalt der in dieser Arbeit dargestellten Studien ist es, spezifische Beiträge subkortikaler Strukturen zu höheren kognitiven Leistungen zu charakterisieren und innerhalb des Konzeptes ‚kortiko-basaler Kognition‘ zu konkretisieren. In einem neurophysiologischen Ansatz führten wir hierzu bei Tremorpatienten mit tiefer Hirnstimulation (THS) zeitgleich konventionelle Oberflächen-EEG- Untersuchungen und Ableitungen von den implantierten THS-Elektroden durch. Dadurch ließen sich Aufmerksamkeitsleistungen und antizipatorisches Verhalten sowohl mit kortikalen als auch thalamischen Aktivierungen assoziieren, wie auch deren chronometrische Beziehungen zueinander darstellen. In einem nächsten Schritt wurde auf einer rein behavioralen Ebene komplementär zum thalamischen der basalganglionäre Beitrag zu kortiko-basal prozessierten Aufmerksamkeitsleistungen untersucht. Um einen spezifischen Einfluss von basalganglionären Prozessen auf Leistungen der Exekutiven Kontrolle zu identifizieren, wurden modellhaft zwei Erkrankungen mit differentieller lokaler Neurodegeneration ausgewählt. Während die Parkinson’sche Erkrankung mit einer überwiegend subkortikalen Neurodegeneration einhergeht, betrifft bei der Alzheimer-Krankheit die zentralnervale Schädigung vornehmlich temporo- kortikale Hirnregionen. Schließlich erweiterten wir die Methodik um einen neuropharmakologischen Aspekt, indem kognitive Leistungen in Abhängigkeit dopaminerger Substitutionstherapie zum Ausgleich des nigrostriatalen Dopamindefizits bei Morbus Parkinson untersucht wurden. Unter der Annahme, dass bewusstes wie auch unbewusstes Verhalten kortiko-basal prozessiert wird, verknüpften wir die bereits untersuchte Aufmerksamkeitsleistung der bewussten Verhaltenskontrolle mit einer unbewussten, impliziten Lernanforderung. Zusammenfassend konnte in der Untersuchungsserie mit drei unterschiedlichen methodischen Ansätzen – neurophysiologisch, behavioral sowie neuropharmakologisch – gezeigt werden, dass subkortikale Strukturen wie der Thalamus und die Basalganglien als Teil des kortiko-basalen Netzwerkes einen spezifischen Beitrag zu kognitiven Prozessen wie selektive Aufmerksamkeit, Verhaltenskontrolle und implizites Lernen leisten. Klinisch relevant wird dies in der Einflussnahme dopaminerger Substitutionstherapie bei der Basalganglienerkrankung Morbus Parkinson. Der Ausgleich des basalganglionären Dopaminmangels beeinträchtigt das implizite, unbewusste Lernverhalten und sollte im Rahmen der medikamentösen Therapie Beachtung finden.

The presented studies address the characterization of subcortical functions in cognitive processing and their role in the corticobasal network. Three studies used a neurophysiological method, simultaneous depth and scalp electroencephalograms (EEG), to record patients with essential tremor who were undergoing treatment by thalamic deep brain stimulation (DBS).The aim of these studies was to assess the timing and chronometric relation of thalamic versus cortical processes involved in selective attention, executive function, and anticipatory processes. Within a further study we evaluated the impact of the basal ganglia on executive function behaviorally, by examining patients with Parkinson’s disease (PD) and Alzheimer’s disease (AD) – diseases associated with different pathological correlates. PD is associated with a predominantly subcortical degeneration, whereas AD is associated with a cortical degeneration of the temporal lobe. In a final study, we utilized a neuropharmacological method in order to study the influence of dopamine intake on non-rewarded implicit learning in PD patients. The hypothesis was that implicit learning behavior depends on a functioning corticobasal ganglia, so an effect was expected via therapeutic compensation of the nigrostriatal dopamine deficit in PD. These studies utilize three different methods – neurophysiological, behavioral and neuropharmacological – to show that the thalamus and the basal ganglia are specifically involved in cognitive processes such as selective attention, executive function and implicit learning, as part of the corticobasal network. In respect to clinical aspects, therapeutic substitution of the subcortical dopamine deficit in PD patients can itself give rise to cognitive dysfunctions.