Realisierung eines neurophysiologischen Experiment in der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) mit Hilfe eines Industrieroboters

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Johanna Meyer
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1 Forschungszentrum Jülich Institut für Medizin Neurologische Klinik Realisierung eines neurophysiologischen Experiment in der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) mit Hilfe eines Industrieroboters

2 Die Roboterstudie Integration von visueller und kinästhetischer Information bei zielgerichteten Bewegungen der oberen Extremität Motivation und Aufgabenstellung Im Institut für Medizin des Forschungszentrum Jülich werden u.a. in Zusammenarbeit mit der Neurologischen Klinik der Heinrich-Heine-Universität normale und gestörte Hirnfunktionen mit Hilfe bildgebender Verfahren erforscht In diesem Zusammenhang wurde im Rahmen eines Forschungsprojekt die Hirnfunktion bei der Verarbeitung von visueller und kinästhetischer (Berührungs- und Bewegungs-) Information untersucht. Ziel der Studie war die Zuordnung bestimmter Hirnregionen zu motorischer, visueller und kinästhetischer Funktion. Diese Information dient letztendlich dem Verständnis für bestimmte Hirnfunktionen bei Krankheitsbildern wie dem Schlaganfall. Durchführung Messung des regionalen zerebralen Blutflusses bei Normalpersonen mit Hilfe der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) unter verschiedenen Versuchsbedingungen der Objektpräsentation mit Hilfe eines Roboters

3 Positronen-Emission-Tomographie (PET): Ein nuklearmedizinisches Verfahren zur Darstellung von Hirnfunktionen

4 Ablauf der Messungen Im Rahmen einer ersten Meßreihe wurden 10 gesunde freiwillige Probanden im PET unter verschiedenen Versuchsbedingungen untersucht. Während des Versuchs wurde dem Probanden durch den Roboter ein Kugel- Objekt in verschiedenen Raumpositionen präsentiert. Der Proband konnte je nach Versuchsbedingung das Objekt sehen (visuelle Präsentation) oder wurde mit der Hand an das Objekt geführt, ohne das Objekt zu sehen (kinästethische Präsentation). Nach der Präsentation sollte der Proband die Objektposition aus dem Gedächnis wiederfinden und anzeigen. Während der Messung wurden die Bewegungen des Probanden und des Roboters mit einem Kamerasystem aufgezeichnet, um die Genauigkeit der Objektwiedererkennung zu dokumentieren. Die Daten der 10 Probanden wurden nach Abschluss der Messungen mit Hilfe von statistischen Programmen analysiert und ausgewertet.

5 Lautsprecher 24V LED am Objekt 24V piepst nach Präsentation on/off on/off leuchtet bei visueller Präsentation Roboter Controler PC Bewegungssteuerung on/off 24V Relais Shutter-Brille TTL/ On/Off schaltet das Sichtfeld des Probanden frei koordiniert den gesamten Präsentations-Ablauf Kawasaki FS02N Aufgaben des Roboters präsentiert das Objekt an verschiedenen Raumpositionen

6 Projektionssystem für Fixationspunkt bei visueller Präsentation Optotrak zur Aufzeichnung der Bewegungen Objekt mit LED Kawasaki FS02N Shutterbrille (LCD) PET-Gantry Versuchsaufbau

7 Erste Ergebnisse der Studie Vergleich kinästhetischer und visueller Präsentation kinästhetische Präsentation visuelle Präsentation sensorischer Kortex motorischer Kortex Arreale für die Bewegungsplanung Berührungsareal visueller Kortex

8 Erste Ergebnisse der Studie Nach der statistischen Analyse der PET-Daten können hier die ersten Ergebnisse präsentiert werden. In der Abbildung links sind dreidimensionale Ansichten des Gehirns gezeigt, in denen farblich die im PET gemessenen Aktivierungen eingezeichnet sind. In der Abbildung sind deutlich Aktivierungen im Bereich der sensorischen und motorischen Hirnregionen zu sehen, die für die Bewegungsverarbeitung verantwortlich ist, und dem visuellen Zentrum, wo das Sehen verarbeitet wird. Vergleicht man die Messungen mit visueller Präsentation mit der kinästhetischen Präsentation, stellt sich nach der Analyse auch das für die Berührung und Bewegung verantwortliche Areal dar, daß im Gegensatz zu motorischen und visuellen Zentren nur auf einer Gehirnhälfte repräsentiert ist. Diese Erkenntnisse können genutzt werden, um beispielsweise Schlaganfall-patienten durch gezielte Diagnose- und Therapiemaßnahmen zu helfen.

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