Verarbeitung propriozeptiver Signale der Kopfstellung in multisensorischen kortikalen Arealen

Abstract

Räumliche Wahrnehmung und die interne Raumrepräsentation erfordert die Integration mehrerer Sinnesmodalitäten. Ein wesentlicher Anteil dabei ist die Berechnung der Stellung des Kopfes im Verhältnis zum Rumpf. Hierbei spielen propriozeptive Afferenzen der Halsmuskulatur eine wichtige Rolle. Durch vibratorische Tiefenstimulation der Nackenmuskeln können beim Menschen illusionäre Bewegungswahrnehmungen des eigenen Körpers und von visuell fixierten Blickpunkten ausgelöst werden. Mittels Tracerstudien und Einzelzellableitungen ließ sich beim Affen der Ansatz eines kortikalen Netzwerkes für räumliche Wahrnehmung darstellen. 30-50% der untersuchten Neurone innerhalb von Area 3aNv zeigten eine Reaktion bei vestibulärer Stimulation. Es erfolgte eine Unterteilung von Area 3a in eine polysensorische Subregion (Area 3aNv). Zwischen dieser Region und dem parietal insulär vestibulären Kortex (PIVC) konnte mittels Tracerstudien eine Verbindung nachgewiesen werden. In der Tierliteratur wird Area 3aNv zusammen mit PIVC, Teilgebieten von Area 2 und Area 7 als kortikales Netzwerk beschrieben, welches insbesondere Informationen über Bewegung und Position des Kopfes verarbeitet. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, Areale, die an der Verarbeitung von Kopfpositionssignalen der Nackenmuskulatur beteiligt sind, mittels propriozeptiver Stimulation bildgebend zu identifizieren. Als Methode wurde die funktionelle Kernspintomographie (fMRT) gewählt. Es erfolgte die Etablierung eines MRT-kompatiblen vibratorischen Stimulationsgerätes. Im Vorfeld wurde ein psychophysikalischer Versuch außerhalb des fMRT durchgeführt. Hierbei ließ sich durch Vibration der Nackenmuskulatur eine visuelle Bewegungsillusion erzeugen. Die Darstellung der Ergebnisse erfolgte auf individuellen anatomischen Datensätzen, sowie als normierter Gruppendatensatz. Bihemisphäriell stellten sich Aktivierungsareale im Bereich des Sulcus centralis, im inferior präcentralen Kortex, im Sulcus postcentralis, im Sulcus lateralis am Übergang zum subcentralen Kortex und im occipitalen Kortex dar. Rechtshemisphäriell fielen zusätzliche Aktivierungen im Bereich der mittleren Insel und im parietoinsulären Kortex auf. Linkshemisphäriell zeigte sich ein Aktivierungsareal im Sulcus temporalis superior. BOLD-Signal Anstiege im Bereich des Sulcus centralis können als Aktivierungen innerhalb von Area 3a interpretiert werden. Man kann von einer Mitaktivierung der polysensorischen Area 3aNv ausgehen. Insbesondere rechtshemisphäriell ist eine Aktivierung des humanen parietoinsulär vestibulären Kortex (hPIVC) gelungen. Der BOLD-Signalanstieg im Sulcus postcentralis des parietalen Kortex kann auf eine Mitbeteiligung von Area 2v hindeuten. Dies stützt die Hypothese, dass Area 2v auch beim Menschen bei der Verarbeitung propriozeptiver Signale der Kopfstellung eine Rolle spielt. BOLD Signalanstiege im Bereich des prämotorischen Kortex weisen auf eine Aktivierung von Area 6 hin. Es existieren in der Literatur Hinweise für Verbindungen zwischen Area 6 mit Area 3a und PIVC. In Bezug auf die Aktivierungen des am Übergang des Sulcus lateralis zum subcentralen Kortex befindlichen sekundären somatosensorischen Kortex (SII) kann nicht mit Sicherheit zwischen einer spezifischen Rolle von SII bei der Verrechnung von Kopfpositionssignalen und einer Aktivierung im Rahmen allgemeiner somatosensorischer Verarbeitung differenziert werden. Occipitale Areale zeigten sich mit höherer individueller Varianz. Deshalb muß eine genaue funktionelle Zuordnung in dieser Studie offen bleiben. Die Aktivierung im Sulcus temporalis superior ist am ehesten auf eine auditorische Mitaktivierung durch den Schwinger selbst zurückzuführen. Abschließend lässt sich zusammenfassen, dass es mittels propriozeptiver Nackenstimulation gelungen ist, Areale, die an der Verarbeitung von Kopfpositionssignalen beteiligt sind, im Menschen zu identifizieren und einen Bezug zu Arealen, die vestibuläre Informationen verarbeiten, herzustellen.

Beside visual and vestibular afferents proprioceptive input from muscle spindle receptors of the neck region contributes to the perception of egocentric space. Using fMRI we performed a neck muscle vibration paradigm in humans in order to detect brain areas involved in processing changes of the head position in relation to the rest of the body. We identified a network of primary and secondary cortical areas: (I) regions that presumably receive direct proprioceptive thalamic input such as areas 3a, 2, S2 and the parieto- insular vestibular cortex (PIVC), (II) foci in the intraparietal sulcus, motor and premotor areas. Activation of the former reflect early stages of proprioceptive processing, nevertheless these areas contain polysensory subdivisions such as area 3aNv, which also receives vestibular afferents. Together with area PIVC and the vestibular field in area 2 (2v), area 3aNv constitutes the inner vestibular circuit, an interconnected cortical triangle of polysensory areas.