Konzepte, Methoden und Praxis der Klinischen Psychiatrie

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3 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«

4 Oliver Gruber, Peter Falkai (Hrsg.) Systemische Neurowissenschaften in der Psychiatrie Methoden und Anwendung in der Praxis Verlag W. Kohlhammer

5 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 Printed in Germany ISBN

6 Inhalt Verzeichnis der Herausgeber und Autoren... 7 Vorwort A Methoden zur Untersuchung des Verhaltens Verhaltensbezogene Methoden Wolfgang Wölwer und Wolfgang Gaebel B Methoden zur Untersuchung von Gehirnstrukturen Voxelbasierte Morphometrie Stefan Klöppel und Ludger Tebartz van Elst 3 Deformationsbasierte Morphometrie und Diffusion Tensor Imaging Stefan J. Teipel und Harald Hampel C Methoden zur Untersuchung von Gehirnfunktionen Funktionelle Magnetresonanztomographie in Ruhe (Ruhe-fMRT) Martin Walter 5 Experimentelle fmrt Robert C. Wolf, Oliver Gruber und Sabine Herpertz 6 Untersuchung funktioneller und effektiver Konnektivität mit fmrt Esther Diekhof und Oliver Gruber 7 Funktionelle Nahinfrarot-Spektroskopie (fnirs) Lena H. Ernst und Andreas J. Fallgatter D Elektromagnetische Verfahren zur Untersuchung dynamischer Gehirnprozesse Elektroenzephalographie Susanne Karch, Ulrich Hegerl und Oliver Pogarell 5

7 Inhalt 9 Magnetenzephalographie Klaus Mathiak und Brigitte Rockstroh 10 Transkranielle Magnetstimulation Alkomiet Hasan und Thomas Wobrock 11 Untersuchung kortikaler Plastizität mit repetitiver transkranieller Magnetstimulation und transkranieller Gleichstromstimulation Alkomiet Hasan und Oliver Gruber E Methoden der molekularen Bildgebung des Gehirns Magnetresonanzspektroskopie Jürgen Gallinat und Simone Kühn 13 Positronen-Emissions-Tomographie und Single-Photon-Emissions- Computertomographie Ingo Vernaleken und Gerhard Gründer 14 Pharmakologische fmrt Michael Czisch und Philipp G. Sämann F Neuere methodische Ansätze und Entwicklungen Multimodale Bildgebung Christoph Mulert, Saskia Steinmann und Gregor Leicht 16 Imaging Genetics Henrik Walter, Andreas Meyer-Lindenberg und Andreas Heinz 17 Tierexperimentelle MRT Alexander Sartorius und Wolfgang Weber-Fahr 18 Multizentrische MRT-Studien Axel Krug, Benjamin Straube, Andreas Jansen und Tilo Kircher G Farbteil Sachwortverzeichnis

8 Verzeichnis der Herausgeber und Autoren Herausgeber Prof. Dr. med. Oliver Gruber Zentrum für Translationale Forschung in Systemischen Neurowissenschaften und Klinischer Psychiatrie Universitätsmedizin Göttingen Von-Siebold-Str Göttingen ogruber@gwdg.de Prof. Dr. Peter Falkai Direktor der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie Ludwig-Maximilians-Universität München Nußbaumstr München Peter.Falkai@med.uni-muenchen.de Autoren Dr. rer. nat. Michael Czisch Arbeitsgruppe Neuroimaging Max-Planck-Institut für Psychiatrie Kraepelinstr München czisch@mpipsykl.mpg.de Prof. jun. Dr. Esther K. Diekhof Universität Hamburg Biozentrum Grindel und Zoologisches Museum Institut für Humanbiologie Martin-Luther-King-Platz Hamburg Esther.Diekhof@uni-hamburg.de Dipl.-Psych. Lena H. Ernst Psychophysiologie und Optische Bildgebung Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie Tübingen Calwerstraße Tübingen lena.ernst@med.uni-tuebingen.de Prof. Dr. Andreas J. Fallgatter Psychophysiologie und Optische Bildgebung Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie Tübingen Calwerstraße Tübingen andreas.fallgatter@med.uni-tuebingen.de Prof. Dr. med. Wolfgang Gaebel Klinik und Poliklinik für Psychiatrie und Psychotherapie der HHU Bergische Landstr Düsseldorf wolfgang.gaebel@uni-duesseldorf.de 7

9 Verzeichnis der Herausgeber und Autoren Prof. Dr. Jürgen Gallinat Psychiatrische Universitätsklinik der Charité im St. Hedwig-Krankenhaus Große Hamburger Str Berlin juegen.gallinat@charite.de Prof. Dr. med. Gerhard Gründer Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik Universitätsklinikum RWTH Aachen Pauwelsstraße Aachen ggruender@ukaachen.de Prof. Dr. med. Harald Hampel Universität Frankfurt Heinrich-Hoffmann-Straße Frankfurt am Main Harald.Hampel@med.uni-muenchen.de Dr. Alkomiet Hasan Oberarzt der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie Ludwig-Maximilians-Universität München Nußbaumstraße München Alkomiet.Hasan@med.uni-muenchen.de Prof. Dr. med. Ulrich Hegerl Klinik und Poliklinik für Psychiatrie und Psychotherapie Universität Leipzig Semmelweisstr Leipzig ulrich.hegerl@medizin.uni-leipzig.de Prof. Dr. med. Andreas Heinz Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie Charité Universitätsmedizin Berlin Campus Charité Mitte Charitéplatz Berlin andreas.heinz@charite.de Prof. Dr. med. Sabine C. Herpertz Klinik für Allgemeine Psychiatrie Zentrum für Psychosoziale Medizin der Universität Heidelberg Vossstr Heidelberg sabine.herpertz@uni-heidelberg.de Prof. Dr. Andreas Jansen Philipps-Universität Marburg Rudolf-Bultmann-Straße 8 D Marburg jansena@med.uni-marburg.de PD Dr. rer. biol. hum. Susanne Karch Ludwig-Maximilians-Universität München Nussbaumstr München Susanne.Karch@med.uni-muenchen.de Prof. Dr. Tilo Kircher Philipps-Universität Marburg Rudolf-Bultmann-Straße 8 D Marburg kircher@med.uni-marburg.de PD Dr. Stefan Klöppel Leiter Freiburg Brain Imaging Abteilung für Psychiatrie und Psychotherapie Abteilung für Neurologie Hauptstraße Freiburg stefan.kloeppel@uniklinik-freiburg.de Dr. Axel Krug Philipps-Universität Marburg Rudolf-Bultmann-Straße 8 D Marburg kruga@med.uni-marburg.de Dr. Simone Kühn Max Planck Institute for Human Development 8

10 Verzeichnis der Herausgeber und Autoren Center for Lifespan Psychology, Lentzeallee Berlin Dr. med. Gregor Leicht Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf Forschungsbereich Bildgebung Martinistr Hamburg Univ.-Prof. Dr. med. Dr. rer. nat. Klaus Mathiak Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik UK Aachen Pauwelsstr. 30 D Aachen Prof. Dr. med. Andreas Meyer-Lindenberg Zentralinstitut für Seelische Gesundheit J Mannheim a.meyer-lindenberg@zi-mannheim.de Prof. Dr. med. Christoph Mulert Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie Forschungsbereich Bildgebung Martinistr Hamburg c.mulert@uke.uni-hamburg.de PD Dr. med. Oliver Pogarell Ludwig-Maximilians-Universität München Nussbaumstr München Oliver.Pogarell@med.uni-muenchen.de Prof. Dr. Brigitte Rockstroh Fachbereich Psychologie, Mathematisch- Naturwissenschaftliche Sektion Universität Konstanz Universitätsstraße 10 Postfach D Konstanz brigitte.rockstroh@uni-konstanz.de Dr. med. Philipp G. Sämann Arbeitsgruppe Neuroimaging Max-Planck-Institut für Psychiatrie Kraepelinstr München saemann@mpipsykl.mpg.de Prof. Dr. med. Dipl. Phys. Alexander Sartorius Arbeitsgruppe Translationales Imaging Medizinische Fakultät Mannheim/ Universität Heidelberg Zentralinstitut für Seelische Gesundheit, J Mannheim alexander.sartorius@zi-mannheim.de Saskia Steinmann, M.A. Universitätsklinikum Hamburg- Eppendorf Forschungsbereich Bildgebung Martinistr Hamburg s.steinmann@uke.uni-hamburg.de Dr. Benjamin Straube Philipps-Universität Marburg Rudolf-Bultmann-Straße 8 D Marburg straubeb@med.uni-marburg.de Prof. Dr. Stefan Teipel Psychiatrische Klinik der Universität Rostock und Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) Gehlsheimer Straße Rostock stefan.teipel@med.uni-rostock.de 9

11 Verzeichnis der Herausgeber und Autoren 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 Freiburg tebartzvanelst@uniklinik-freiburg.de Dr. med.ingo Vernaleken Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik Universitätsklinikum RWTH Aachen Pauwelsstraße Aachen ivernaleken@ukaachen.de Prof. Dr. Dr. Henrik Walter Charité Universitätsmedizin Berlin Campus Charité Mitte Charitéplatz Berlin henrik.walter@charite.de Priv. Doz. Dr. Martin Walter Clinical Affective Neuroimaging Laboratory Leibniz Insitut für Neurobiologie & Universitätsklinik für Psychiatrie und Psychotherapie Otto von Guericke Universität Leipziger Str Magdeburg martin.walter@med.ovgu.de Dr. rer. nat. Dipl. Phys. Wolfgang Weber-Fahr Abteilung Neuroimaging Arbeitsgruppe Translationales Imaging Medizinische Fakultät Mannheim/ Universität Heidelberg Zentralinstitut für Seelische Gesundheit, J Mannheim Priv.-Doz. Dr. med. Thomas Wobrock Chefarzt des Zentrums für Seelische Gesundheit Kreiskliniken Darmstadt-Dieburg Krankenhausstraße Groß-Umstadt t.wobrock@kreiskliniken-dadi.de PD Dr. med. Robert Christian Wolf Zentrum für Psychosoziale Medizin Klinik für Allgemeine Psychiatrie der Universität Heidelberg Voßstr. 4 D Heidelberg Christian.Wolf@med.uni-heidelberg.de Univ.-Prof. Dr. phil. Wolfgang Wölwer Klinik und Poliklinik für Psychiatrie und Psychotherapie Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf LVR- Klinikum Düsseldorf Bergische Landstraße 2 D Düsseldorf woelwer@uni-duesseldorf.de 10

12 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 c Kap. 2 und 3 beschäftigen sich mit den hirnbildgebenden Methoden zur Untersuchung von Gehirnstrukturen. Insbesondere c 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 c Kap. 4 bis 7 wenden sich dann der Untersuchung ebensolcher Gehirnfunktionen und ihrer Störungen bei psychischen Erkrankungen zu. In c 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 c 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 (c Kap. 5) oder aber auch die Modulation von funktionellen Interaktionen in pathophysiologisch relevanten neuronalen Netzwerken gezielt untersucht werden. c 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 Magnetre- 11

13 Vorwort sonanztomographie 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 c Kap. 8 bis 11 widmen sich den elektromagnetischen Verfahren, die insbesondere für die Untersuchung hochdynamischer Gehirnprozesse besonders geeignet sind. Hierzu gehören mit der Elektroenzephalographie (c Kap. 8) und der Magnetenzephalographie (c 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 c Kap. 10 und 11 befassen sich dagegen mit der Applikation von Magnetund 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 (c 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 c 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 c 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. c 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. c 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 c 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 c 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, 12

14 Vorwort Wissenschaftlern und Studenten der Medizin, Psychologie und angrenzender Fächer nahebringt. Göttingen, im August 2013 Prof. Dr. med. Oliver Gruber 13

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