Funktionelle MRT in Psychiatrie und Neurologie

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3 Funktionelle MRT in Psychiatrie Neurologie

4 Frank Schneider Gereon R. Fink (Hrsg.) Funktionelle MRT in Psychiatrie Neurologie 2., überarbeitete aktualisierte Auflage 2013 Mit 591 Abbildungen Unter Mitarbeit von Sabrina Weber-Papen 123

5 Herausgeber Prof. Dr. Dr. Frank Schneider Prof. Dr. Gereon R. Fink Uniklinik Köln ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Medizin Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006, 2013 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Besrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Produkthaftung: Für Angaben über Dosierungsanweisungen Applikationsformen kann vom Verlag keine Gewähr übernommen werden. Derartige Angaben müssen vom jeweiligen Anwender im Einzelfall anhand anderer Literaturstellen auf ihre Richtigkeit überprüft werden. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten wären daher von jedermann benutzt werden dürfen. Planung: Renate Scheddin, Heidelberg Projektmanagement: Renate Schulz, Heidelberg Lektorat: Annette Wolf, Grimma Projektkoordination: Heidemarie Wolter, Heidelberg Umschlaggestaltung: deblik Berlin Fotonachweis Umschlag: von den Herausgebern Satz: Fotosatz-Service Köhler GmbH Reinhold Schöberl, Würzburg Gedruckt auf säurefreiem chlorfrei gebleichtem Papier Springer Medizin ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media

6 V Vorwort zur 2. Auflage Dieses Buch beschäftigt sich mit den Beiträgen der funktionellen Kernspintomographie (fmrt) zur psychiatrisch neurologisch orientierten Grlagenforschung. Es zeigt auch in der zweiten Auflage die große Bedeutung, die die Technik der funktionellen Bildgebung für unser Verständnis der normalen gestörten Hirnfunktionen hat. In den letzten Jahrzehnten konnten mittels funktioneller Bildgebung wichtige Beiträge zum Verständnis der Pathophysiologie psychischer neurologischer Erkrankungen erarbeitet werden. Dies wurde zusammenfassend in der ersten Auflage dieses Buches 2006 dargestellt. Der immense Wissensfortschritt seit dieser Zeit bewirkte eine neue Auflage, die wir nun gerne vorlegen. Die Autoren der einzelnen Kapitel haben versucht, die wichtigsten Entwicklungen nachzuvollziehen möchten gleichzeitig auch praxisnah aufzeigen, wie solche Beiträge in Zukunft gewonnen für die Diagnostik genutzt werden können. Darüber hinaus wird es eine wesentliche Herausforderung sein, neue Strategien zur Behandlung von neuropsychiatrischen Erkrankungen zu entwickeln: Neue Einsichten in die Pathophysiologie von Erkrankungen werden neue therapeutische Ansätze ermöglichen neue Therapien können mittels funktioneller Bildgebung auf ihre neuralen Mechanismen Effekte untersucht werden. Durch Neurofeedback wird es in absehbarer Zeit möglich sein, diese Technik selbst therapeutisch zu nutzen. Auch hier versucht das Buch, konkrete Hinweise Anregungen für zukünftige Arbeiten zu geben. Ein umfangreicher Praxisteil inklusive einem ausführlichen Hirnatlas ret diese Bestrebungen im Sinne einer Anleitung zum Arbeiten mit der fmrt ab. Dieses Buch wurde sowohl von einigen Experten außerhalb unserer Kliniken, insbesondere aber von unseren jetzigen früheren Mitarbeitern geschrieben. Allen an der Entstehung dieses Buches Beteiligten möchten wir an dieser Stelle ganz herzlich dafür danken, dass sie sehr komplexe Fragestellungen auf eine prägnante, interessante kurzweilige Art dargestellt haben. Wir würden uns sehr freuen, wenn dieses Buch fächerübergreifend Interesse findet: Geschrieben ist es für Wissenschaftler am Anfang ihres Werdeganges, für Studierende der Medizin oder Psychologie mit psychiatrischem oder neurologischem Interesse sowie für Assistenzärzte oder Fachärzte in der Neurologie bzw. Psychiatrie. Für Anregungen Verbesserungsvorschläge für zukünftige Auflagen sind wir jederzeit dankbar. Geholfen haben uns bei der Fertigstellung des Buches, neben den Autoren, Frau Sabrina Weber-Papen Frau Anette Schürkens. Dafür bedanken wir uns herzlich, ebenso bei Frau Christine Opfermann- Rüngeler Herrn Hartmut Mohlberg für die Grafiken die Bildbearbeitung im Atlasteil. Unser ganz besonderer Dank gilt nicht zuletzt Frau Annette Wolf für das sehr sorgfältige engagierte Lektorat des nun vorliegenden Werkes sowie Frau Renate Scheddin Frau Renate Schulz vom Springer-Verlag ohne deren stets hilfreiche geduldige Art dieses Buch, nun bereits in der zweiten Auflage, nicht zustande gekommen wäre. Frank Schneider Gereon R. Fink Aachen Köln, im Herbst 2012

7 VII Inhaltsverzeichnis 1 Einführung F. Schneider, G. R. Fink I Grlagen 2 Funktionelle Neuroanatomie K. Amunts, K. Zilles 3 Grlagen der MR-Bildgebung T. Stöcker, N. J. Shah 4 Von der Grlagenforschung zum klinischen Einsatz in Diagnostik Therapie G. R. Fink, F. Schneider 5 Grlagen der Morphometrie P. Pieperhoff, T. Dickscheid, K. Amunts 6 Echtzeit-fMRT K. Mathiak, R. Goebel, N. Weiskopf 7 Rekrutierung von Studienteilnehmern K. Pauly, U. Habel 8 Planung Umsetzung experimenteller Paradigmen T. Kellermann, U. Habel 9 Datenanalyse: Vorverarbeitung, Statistik Auswertung A. Wohlschläger, T. Kellermann 10 Reliabilität Qualität von fmrt-experimenten T. Stöcker, N. J. Shah 11 Augenbewegungen U. Pfeiffer, R. Weidner 12 Neuropharmakologische funktionelle Bildgebung C. M. Thiel, G. R. Fink 13 Geschlechtsabhängige Effekte U. Habel, B. Derntl 14 Altersabhängige Effekte J. Kukolja, B. Voss 15 Resting-State-fMRT W. Grodd, C. F. Beckmann

8 VIII Inhaltsverzeichnis 16 Präoperative fmrt-diagnostik, Neuronavigation D. Kuhnt, M. H. A. Bauer, C. Nimsky 17 Metaanalysen S. B. Eickhoff, C. Rottschy, T. Nickl-Jockschat II Höhere Hirnleistungen 18 Motorik Handlung P. H. Weiss-Blankenhorn, G. R. Fink 19 Wahrnehmung Aufmerksamkeit R. Weidner, G. R. Fink 20 Visuelles System Objektverarbeitung K. Willmes, B. Fimm 21 Auditorisches System M. Meyer 22 Exekutive Funktionen N. Y. Seiferth, R. Thienel 23 Somatosensorisches System C. Grefkes, S. B. Eickhoff, G. R. Fink 24 Gedächtnis M. Piefke, G. R. Fink 25 Lernen Belohnungssystem L. Rademacher, K. N. Spreckelmeyer 26 Funktionelle Neuroanatomie der Sprache K. Amunts, S. Heim 27 Zahlenverarbeitung Rechnen H.-C. Nuerk, E. Klein, K. Willmes 28 Konnektivität C. Grefkes, S. B. Eickhoff, G. R. Fink 29 Soziale Kognition K. Vogeley, L. Schilbach 30 Emotionen B. Derntl, F. Schneider, U. Habel 31 Olfaktorik C. Moessnang, J. Freiherr 32 Funktionelle Bildgebung in der Schmerzforschung U. Bingel, K. Wiech

9 Inhaltsverzeichnis IX III Krankheitsbilder 33 Dystonien B. Haslinger 34 Parkinson-Syndrom, Chorea Huntington K. Reetz, F. Binkofski, C. Eggers 35 Aphasie M. Grande, W. Huber 36 Akalkulie K. Willmes, E. Klein, H.-C. Nuerk 37 Apraxien F. Binkofski, P. Weiss-Blankenhorn, G. R. Fink 38 Neglekt S. Vossel, J. Kukolja, G. R. Fink 39 Amnesien H. J. Markowitsch 40 Funktionserholung nach Schlaganfall C. Grefkes, G. R. Fink 41 Demenzen B. Voss, U. Habel 42 Schizophrenie K. Pauly, T. Nickl-Jockschat 43 Affektive Störungen N. Kohn, U. Habel, F. Schneider 44 Zwangs- Angststörungen K. Koch, K. Mathiak 45 Posttraumatische Belastungsstörung C. Regenbogen, K. Pauly 46 Aufmerksamkeitsdefizit- Hyperaktivitätssyndrom K. Konrad, S. Herpertz, B. Herpertz-Dahlmann 47 Persönlichkeitsstörungen M. Dyck, K. Mathiak 48 Abhängigkeitserkrankungen K. N. Spreckelmeyer, G. Gründer

10 X Inhaltsverzeichnis IV Arbeitsmittel 49 Hirnatlas K. Amunts, K. Zilles 50 Tool zur integrierten Analyse von Struktur, Funktion Konnektivität: SPM Anatomy Toolbox 779 S. B. Eickhoff, C. Rottschy, S. Caspers Serviceteil Glossar Stichwortverzeichnis Quellenverzeichnis

11 XI Die Herausgeber Univ.-Prof. Dr. med. Dr. rer. soc. Frank Schneider ist Direktor der Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie Psychosomatik am, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen sowie Adjunct Professor of Psychiatry an der School of Medicine der University of Pennsylvania, Philadelphia. Er ist Sprecher des Internationalen Graduiertenkollegs 1328 (DFG) zu den hirnstrukturellen -funktionellen Grlagen von Schizophrenie Autismus. Zudem ist er Geschäftsführender Direktor der Jülich Aachen Research Alliance (JARA) der Sektion Translationale Hirnforschung in Psychiatrie Neurologie (JARA-BRAIN) sowie Prodekan der Medizinischen Fakultät der RWTH Aachen. Er ist Facharzt für Psychiatrie Psychotherapie, Diplom-Psychologe, Psychologischer Psychotherapeut sowie Ausbilder für funktionelle Kernspintomographie der Arbeitsgemeinschaft»Klinische Neurowissenschaften«. Er war Präsident der Deutschen Gesellschaft für Psychiatrie, Psychotherapie Nervenheilke (DGPPN). Adresse:,,,, Univ.-Prof. Dr. med. Gereon R. Fink ist Direktor der Klinik Poliklinik für Neurologie der Universitätsklinik Köln, Direktor des Instituts für Neurowissenschaften Medizin, Kognitive Neurowissenschaften (INM3), des Forschungszentrums Jülich Sprecher der Klinischen Forschergruppe 219 (DFG) zu Basal-Ganglien-Kortex-Schleifen. Prof. Fink ist außerdem Prorektor für Forschung wissenschaftlichen Nachwuchs der Universität zu Köln. Er ist Facharzt für Neurologie, Ausbilder für funktionelle Kernspintomographie der Arbeitsgemeinschaft»Klinische Neurowissenschaften«war Präsident der Deutschen Gesellschaft für Klinische Neurophysiologie funktionelle Bildgebung (DGKN). Adressen: Klinik Poliklinik für Neurologie, Klinikum der Universität zu Köln, Kerpener Straße 62, Köln, Institut für Neurowissenschaften Medizin, INM3,,,

12 XIII Autorenverzeichnis Amunts, Katrin, Prof. Dr. Institut für Neurowissenschaften Medizin (INM-1) Bauer, Miriam Helen Anna, Dipl. Inform. Klinik für Neurochirurgie Universitätsklinikum Gießen Marburg GmbH, Standort Marburg Baldingerstraße Marburg Beckmann, Christian F., Prof. Dr. Donders Centre for Cognitive Neuroimaging, PI Kapittelweg 29 NL-6525 EN Nijmegen Caspers, Svenja, Dr. Dr. Institut für Neurowissenschaften Medizin (INM-1) Derntl, Birgit, Prof. Dr. Dickscheid, Timo, Dr.-Ing. Institut für Neurowissenschaften Medizin (INM-1) Dyck, Miriam, Dr. Bingel, Ulrike, PD Dr. Klinik für Neurologie Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf Martinistraße Hamburg Eggers, Carsten, Dr. Klinik Poliklinik für Neurologie Klinikum der Universität zu Köln Kerpener Straße Köln Binkofski, Ferdinand C., Prof. Dr. Neurologische Klinik Institut für Neurowissenschaften Medizin (INM-4) Eickhoff, Simon B., Prof. Dr. Institut für Klinische Neurowissenschaften Medizinische Psychologie Heinrich-Heine Universität Düsseldorf Universitätsstraße Düsseldorf simon.eickhoff@uni-duesseldorf.de Institut für Neurowissenschaften Medizin (INM-1) s.eickhoff@fz-juelich.de

13 XIV Autorenverzeichnis Fimm, Bruno, Dr. Lehr- Forschungsgebiet Neuropsychologie an der Neurologischen Klinik Fink, Gereon R., Prof. Dr. Klinik Poliklinik für Neurologie Klinikum der Universität zu Köln Kerpener Straße Köln Institut für Neurowissenschaften Medizin (INM-3) Grefkes, Christian, PD Dr. Klinik Poliklinik für Neurologie Klinikum der Universität zu Köln Kerpener Straße Köln Max-Planck-Institut für neurologische Forschung AG»Neuromodulation & Neurorehabilitation«Gleueler Straße Köln Grodd, Wolfgang, Prof. Dr. Freiherr, Jessica, Prof. Dr. Klinik für Diagnostische Interventionelle Neuroradiologie Goebel, Rainer, Prof. Dr. Faculty of Psychology and Neuroscience Department of Cognitive Neuroscience Maastricht University Oxfordlaan 55 NL-6229 EV Maastricht Grande, Marion, Dr. Neurologische Klinik Gründer, Gerhard, Prof. Dr. Habel, Ute, Prof. Dr. Haslinger, Bernhard, Prof. Dr. Neurologische Klinik Poliklinik Klinikum Rechts der Isar TU München Ismaninger Straße München Heim, Stefan, PD Dr. Institut für Neurowissenschaften Medizin (INM-1)

14 Autorenverzeichnis XV Herpertz, Sabine, Prof. Dr. Klinik für Allgemeine Psychiatrie Universität Heidelberg Voßstraße Heidelberg sabine.herpertz@uni-heidelberg.de Herpertz-Dahlmann, Beate, Prof. Dr. Klinik für Psychiatrie, Psychosomatik Psychotherapie des Kindes- Jugendalters Neuenhofer Weg 21 bherpertz-dahlmann@ukaachen.de Huber, Walter, Prof. Dr. Neurologische Klinik whuber@ukaachen.de Kellermann, Thilo, Dr. tkellermann@ukaachen.de Klein, Elise, Dr. Dr. Fachbereich Psychologie Eberhard Karls Universität Tübingen Schleichstraße Tübingen elise.klein@uni-tuebingen.de Koch, Kathrin, PD Dr. Abteilung für diagnostische interventionelle Neuroradiologie Klinikum Rechts der Isar TU München Ismaninger Straße München kathrin.koch@tum.de Kohn, Nils, Dr. nkohn@ukaachen.de Konrad, Kerstin, Prof. Dr. Klinik für Psychiatrie, Psychosomatik Psychotherapie des Kindes- Jugendalters Neuenhofer Weg 21 kkonrad@ukaachen.de Kuhnt, Daniela, Dr. Klinik für Neurochirurgie Universitätsklinikum Gießen Marburg GmbH, Standort Marburg Baldingerstraße Marburg kuhntd@med.uni-marburg.de Kukolja, Juraj, PD Dr. Klinik Poliklinik für Neurologie Klinikum der Universität zu Köln Kerpener Straße Köln juraj.kukolja@uk-koeln.de Institut für Neurowissenschaften Medizin (INM-3) j.kukolja@fz-juelich.de Markowitsch, Hans J., Prof. Dr. Physiologische Psychologie Center of Excellence in Cognitive Interaction Technology Universität Bielefeld Postfach Bielefeld hjmarkowitsch@uni-bielefeld.de Hanse-Wissenschaftskolleg Postfach Delmenhorst Mathiak, Klaus, Prof. Dr. Dr. kmathiak@ukaachen.de

15 XVI Autorenverzeichnis Meyer, Martin, Prof. Dr. Psychological Institute Neuroplasticity and Learning in the Healthy Aging Brain University of Zurich Sumatrastrasse 30 CH-8006 Zürich Mößnang, Carolin, Dipl.-Psych. Nickl-Jockschat, Thomas, Dr. Nimsky, Christopher, Prof. Dr. Klinik für Neurochirurgie Universitätsklinikum Gießen Marburg GmbH, Standort Marburg Baldingerstraße Marburg Nürk, Hans-Christoph, Prof. Dr. Fachbereich Psychologie Eberhard Karls Universität Tübingen Schleichstraße Tübingen hc.nuerk@uni-tuebingen.de Pauly, Katharina, Dr. kpauly@ukaachen.de Pfeiffer, Ulrich, M. Sc. Klinik Poliklinik für Psychiatrie Psychotherapie Klinikum der Universität zu Köln Kerpener Straße Köln ulrich.pfeiffer@uk-koeln.de Piefke, Martina, Prof. Dr. Lehrstuhl für Neurobiologie Genetik des Vehaltens Department für Psychologie Psychotherapie (i. Gr.) Universität Witten/Herdecke Alfred-Herrhausen-Straße Witten martina.piefke@uni-wh.de Pieperhoff, Peter, Dr. Institut für Neurowissenschaften Medizin (INM-1) p.pieperhoff@fz-juelich.de Rademacher, Lena, Dr. lrademacher@ukaachen.de Reetz, Kathrin, Prof. Dr. Neurologische Klinik kreetz@ukaachen.de Institut für Neurowissenschaften Medizin (INM-4) Regenbogen, Christina, Dr. cregenbogen@ukaachen.de Rottschy, Claudia, Dr. crottschy@ukaachen.de