Wachkoma, Schlaf und residuale kognitive Prozesse

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1 Wachkoma, Schlaf und residuale kognitive Prozesse Die Ziele dieser Studie sind die Demonstration und Messung von neuronalen Bewusstseinskorrelaten sowie residualen kognitiven Prozessen bei Komapatienten, Patienten im vegetativen Stadium (VS), im Stadium minimalen Bewusstseins (MCS) und Locked in (LIS) Patienten. Aufgrund verbesserter (intensiv ) medizinischer Interventionen gibt es zahlreiche Patienten die ein schweres Schädel Hirn Trauma (SHT) überleben. Eine genaue Evaluation des Bewusstseins in SHT Patienten ist von enormem medizinischen Interesse, da sie zahlreiche Fragen und Probleme bezüglich klinischer Bewertung, Behandlung, täglicher Pflege und therapeutischer Rehabilitation aufwerfen. Eine klinische Evaluation am Krankenbett ist derzeit noch Standard, allerdings mit den Problemen der exakten Durchführung und Diagnostik behaftet. Ein umfangreicheres Wissen und besseres Verständnis neuronaler Korrelate und residualer kognitiver Prozesse bei Patienten mit schweren Hirnschädigungen können dazu dienen therapeutische Konzepte zu verbessern und Kommunikationshilfen für Locked in Patienten zu entwickeln (z.b. Eye Tracker). Durch die Ergebnisse der Neurowissenschaften wurde zunehmend klar, dass eine einheitliche Definition von Bewusstsein nicht möglich ist, sondern dass sich hinter diesem Begriff mehrere heterogene neuronale Mechanismen verbergen, deren Zusammenspiel mit mentalen Vorgängen einhergeht, die wir umgangssprachlich als bewusst bezeichnen. Aufmerksamkeit und Bewusstsein sind nicht nur an selektive Erregung kortikaler Areale, sondern auch an eine physiologische Balance zwischen erregenden und hemmenden Mechanismen gebunden. In Anbetracht der bestehenden Probleme versuchen wir eine alternative Möglichkeit zu entwickeln, um Aufmerksamkeits und Bewusstseinsprozesse durch sensomotorische und kognitive Aufgaben zu erfassen. Elektroenzephalografie (EEG) bietet eine günstige und am Krankenbett gut durchführbare Methode zur Diagnostik, welche großes Potential für die klinische Routineuntersuchung impliziert. Bewusstsein und Aufmerksamkeit Fortschritte in der Intensivmedizin ermöglichen es einer zunehmenden Anzahl an Patienten eine schwere Hirnschädigung zu überleben. Obwohl die meisten dieser Patienten innerhalb der ersten Tage aus dem Koma erwachen, verlieren einige von ihnen jegliche Hirnfunktionen (Hirntod), wobei andere Patienten längere Zeit brauchen und verschiedene Stadien

2 durchlaufen bevor sie ihr Bewusstsein entweder teilweise oder vollständig wiedererlangen (z. B. minimally conscious state/ MCS oder vegetative state/ VS). Die klinische Praxis zeigt jedoch die Schwierigkeiten Bewusstsein und bewusste Wahrnehmung der Umwelt korrekt einzustufen. Die Folgen sind zahlreiche Fehldiagnosen der Stadien VS, MCS und LIS. Klinische Definition der Bewusstseinsstadien Koma Koma ist gekennzeichnet durch die Abwesenheit von Wachheit und Bewusstsein. Koma ist ein Zustand der Reaktionslosigkeit, in dem der Patient keinerlei Wahrnehmung von sich selbst und seiner Umgebung aufweist. Es fehlen der Schlaf Wach Rhythmus, welchen VS Patienten aufweisen. Im Koma sind Störungen des retikulären aktivierenden Systems (ARAS) nachweisbar; das Repertoire an Verhaltensweisen besteht lediglich auf Reflexen. Überlebende Komapatienten erwachen gewöhnlich innerhalb von 2 4 Wochen, genesen oder erreichen das VS oder MCS Stadium. Vegetatives Stadium VS Patienten in diesem Zustand sind wach, sich ihrer selbst oder ihrer Umgebung jedoch nicht bewusst. Der Begriff vegetativ kennzeichnet einen Organismus, der fähig ist zu wachsen und sich zu entwickeln, ohne Empfinden und Denken aufzuweisen. Patienten zeigen gewöhnlich reflexartiges oder spontanes Augenaufschlagen und Atmen. Auf Schmerzreize, Stimulierungen reagieren sie mit erhöhter Atemfrequenz, Herzfrequenz und Blutdruck sowie häufig weit aufgerissenen Augen. Durch unvermittelte oder nicht sprachliche Geräusche können sie Reaktionen wie Ärger, Weinen, Ächzen, Schreien oder Lächeln zeigen. Auf neue, laute Geräusche oder optische Reize können sie mit unregelmäßigen Kopfbewegungen reagieren. Minimally conscious state MCS Dieser Begriff beschreibt Patienten, die unfähig sind, Anweisungen korrekt zu befolgen oder zu kommunizieren, aber unregelmäßig doch wiederholt deutliche Zeichen von Bewusstheit gegenüber der Umgebung oder von Selbstbewusstsein aufweisen. Patienten im MCS können wiederholt visuelle Fixierungen und gefühls oder bewegungsmäßige Reaktionen zeigen, die unabhängig von der Anwesenheit spezifischer herausragender Reize erfolgen, wie z. B.

3 Weinen, wenn sie die Stimmen von Familienmitgliedern wahrnehmen, Befolgen von Anweisungen, Greifen von Gegenständen, verständliche Sprache und gestische oder sprachliche Ja Nein Antworten. Locked in Syndrom Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Zuständen ist beim Locked in Syndrom die Kognition begrenzt erhalten. Oberflächlich ähnelt es dem VS, MCS Stadium darin, dass der Wachzustand vollständig erhalten ist, allerdings keine oder nur geringfügige Zeichen von absichtsvollem verbalen oder motorischem Verhalten vorhanden sind. Bewusstsein und vertikale Augenbewegungen oder Blinzeln sind intakt, Anweisungen können befolgt und es kann kommunikativ reagiert werden. Die Phase des Lockes in Syndroms ist ein Durchgangsstadium, da durch anhaltende intensive Rehabilitationsmaßnahmen erstaunliche Erfolge erzielt werden können. Untersuchungsdesign der aktuellen Studie Durchgeführt werden vier linguistische Paradigmen und ein Motorimaginationsparadigma. Bei den linguistischen Paradigmen handelt es sich um: 1. Own name Paradigma: dem Patienten werden auditiv via Kopfhörer verschiede Namen (Namen ohne emotionalen Hintergrund, wie Namen von Familienangehörigen, Partnern, Kindern, etc.) sowie der Eigenname präsentiert. Da uns der eigene Name sehr vertraut ist und hohe emotionale Bedeutung für uns hat, erwarten wir auch bei den Komapatienten eine Aktivierung der Gehirnareale. 2. Antonyme Sätze und Antonyme Wörter: Hierbei handelt es sich um Sätze bzw. Wörter mit gegensätzlicher Bedeutung. Beispiele für dieses Paradigma sind: Das Gegenteil von schwarz ist weich. bzw. Schwarz nett, schwarz weiß, schwarz gelb. 3. Kongruenzparadigma: Die Übereinstimmung zusammengehörender Teile eines Satze wird den Patienten auditiv präsentiert. Ein Beispiel ist: Das Hemd wurde gebügelt. Das Gewitter wurde gebügelt. Um abschätzen zu können ob nicht kommunikative Patienten auf externe Stimuli reagieren, werden mittels EEG Messungen Stimulus induzierte neuronale Synchronisationen gesucht.

4 Wachkoma, Schlaf und residuale kognitive Prozesse 4. Motorimaginationsparadigma: Dem Patienten wird auditiv und visuell (Kopfhörer und Laptop) die Instruktion gegeben, sich vorzustellen nach einem Glas zu greifen und aus diesem zu trinken. Wir untersuchen charakteristische ERP s (Event related Potentials), Zeit Frequenz und Kohärenz Analysen, die durch entsprechende Instruktionen ausgelöst werden. Erste Ergebnisse: Residuelle kognitive Verarbeitung kann mittels EEG identifiziert werden ( instruction following in MCS). Beim passiven Hören des Eigennamens und dem aktiven Zählen eines Targetnames, zeigt sich auf frontalten Regionen bei MCS Patienten eine stärkere Theta Aktivierung als bei VS Patienten MCS MCS t n. Abb. 1: Hören des Eigennamens und aktives Zählen eines Zielnamens zeigt auf den Elektrodenpositionen F3 und F4 eine erhöhte Theta ERS. Abb. 2: VS Patientenund zeigen beim Hören des Eigennamens und aktives Zählen eines Zielnamens auf den Wissenschaftliche praktische Relevanz des Projektes Elektrodenpositionen F3 und F4 weniger Theta Aktivität. 4

5 Wissenschaftliche und praktische Relevanz des Projektes Das Ziel des Projektes ist die Messung des Bewusstseins und die Analyse des Schlafes bei Wachkoma Patienten. Es ist nach wie vor schwierig diese Patienten eindeutig zu diagnostizieren, Prognosen über den Verlauf oder Remission abzugeben sowie Behandlungen und tägliche Pflege für diese Patientengruppe optimal anzupassen. Wachkomapatienten eröffnen uns die Möglichkeit das menschliche Bewusstsein zu erklären, zu erforschen. Sie präsentieren eine Bandbreite verschiedener Bewusstseinsstadien vom Unbewussten (Koma) bis hin zu völligem Bewusstsein (Locked In Syndrom). Die Bemühungen der vorliegenden Arbeit richten sich auf eine genaue Untersuchung der experimentellen Paradigmen, die mittels EEG Analysen residuale kognitive Fertigkeiten von Wachkoma Patienten zu Tage bringen sollen, die anderen, herkömmlichen Methoden (Verhaltensmaße, ERP) verwehrt bleiben. Literaturverzeichnis: 1. Birbaumer, N. & Schmidt, R. F. (Hrsg.). (1996). Biologische Psychologie. (3. Aufl.). Berlin: Springer Verlag. 2. Coleman, M.R., Davis, M.H., Rodd, J.M., Robson, T., Ali, A., Owen, A.M. & Pickard, J.D. (2009). Towards the routine use of brain imaging to aid the clinical diagnosis of disorders in consciousness. Brain, Journal of Neurology 132, Faymonville, M.E., Pantke, K.H., Bereé, J., Sadzot, B., Ferring, M., de Tiège, X. et al. (2004). Zerebrale Funktion bei hirngeschädigten Patienten. Anaesthesist 53, Laureys, S., Owen, A. & Schiff, N.D. (2004). Brain function in coma, vegetative state, and related disorders. Lancet Neurology 3, Laureys, S., Berreé, J., Goldman S. (2001). Cerebral function in coma, vegetative state, minimally conscious state, locked in syndrome and brain death. In:Vincent JL (ed) 2001 Yearbook of intensive care and emergency medicine. Springer, Berlin, Heidelberg, NY,