Proseminar Elektophysiologie kognitiver Prozesse Dr. Nicola Ferdinand Referentin: Isabell Ofer

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1 Proseminar Elektophysiologie kognitiver Prozesse Dr. Nicola Ferdinand Referentin: Isabell Ofer

2 Gliederung Begriffsklärungen Warum gerade die MMN? Studie I: Mismatch Negativity and late auditory evoked potentials in comatose patients (Fisher et al., 1999) Studie II : Predictive value of sensory and cognitive evoked potentials for awakening from coma (Fisher et al., 2004) 2

3 Begriffsklärung In der Medizin ist ein voll ausgeprägtes Koma die schwerste Form einer quantitativen Bewusstseinsstörung.In diesem Zustand kann das Individuum selbst durch starke Schmerzreize nicht geweckt werden. Das Koma ist ein Symptom, keine Krankheit. Im ICD10 wurde es daher unter die Rubrik R (Symptome und Befunde) eingeordnet (R40.2). Das Koma ist Ausdruck einer schweren Störung der Großhirnfunktion und zumeist lebensbedrohlich. Definition nach Wikipedia 3

4 Erinnerung Exogene Komponente: - unter 100 ms - abhängig von physikalischen Reizeigenschaften wie z.b. der Intensität - kann nicht durch psychologische Faktoren wie Aufmerksamkeit beeinflusst/verändert werden Endogene Komponente: - über 100 ms - ist mit höheren kognitiven Prozessen assoziiert - kann als Indikator für interne Verarbeitung und psychologische Prozesse herangezogen werden - unabhängig von der Modalität, auf der der Reiz präsentiert wird, und von den physikalischen Reizeigenschaften 4

5 Begriffsklärungen BAEPs (= Brainstem auditory evoked potentials): frühe akustisch-evozierte Potenziale, haben ihren Ausgang im Stammhirn MLAEPs (= Middle-latency auditory evoked potentials) SEPs (= somatosensory evoked potentials) N 100 Mismatch Negativity (MMN) 5

6 Hirnstamm potentiale mittlere und späte Potentiale des Cortex 6

7 Warum gerade die MMN? 1) MMN kann automatisch aufgezeichnet werden, d.h.auch dann, wenn den Stimuli keine Aufmerksamkeit geschenkt wird 2) MMN kann möglicherweise als Indikator für einen funktionierenden Cortex und für sensorische und perzeptuelle Fähigkeiten des auditorischen Systems eines Patienten gebraucht werden 3) MMN kann möglicherweise als Index für Pathologien der automatischen Verarbeitung dienen 7

8 Mismatch Negativity and late auditory evoked potentials in comatose patients (Fisher et al., 1999) Versuchspersonen: 128 Koma-Patienten (davon 54 Frauen und 74 Männer) Alter zwischen Jahren ( AM = 51,1; σ = 16,9 ) Intensivpatienten Glasgow Coma Scale < 8 8

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10 Ätiologie: - Herz- und Lungenversagen: n = 19 - Schlaganfall: n = 41 - Komplikationen in der Neurochirurgie: n = 31 - Encephalitis: n = 3 - Kopfverletzungen: n = 34 sowie 52 gesunde Personen (davon 25 Männer und 27 Frauen) Alter zwischen Jahren ( AM = 31,1; σ = 14,4) Referenzdaten/Kontrollgruppe 10

11 Stimulusmaterial: 800 Hertz-Töne, die beidseitig präsentiert werden 14% sind Deviants (30 ms Dauer) 86% sind Standards (75 ms Dauer) Inter-Stimulus-Intervall: 610 ms Standard 75 ms Deviant 30 ms ISI 610 ms Oddball-Paradigma 11

12 Messung: BAEPs 1. normal 2. vergrößert im I-V-Intervall ohne Abnahme der Amplitude in V 3. V-/I- Ratio </= 0,5 4. keine Welle in IV oder V 5. nur Welle I auffindbar 12

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14 MLAEPs: 1. normal 2. verspätete Pa-Latenz, aber Na-Pa-Amplitude > 0,3μV 3. Na-Pa-Amplitude < 0,3μV 4. keine Pa auffindbar 14

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16 N vorhanden 2. nicht vorhanden Abweichler- N100 (N100 deviant) 1. vorhanden 2. nicht vorhanden MMN 1. vorhanden 2. nicht vorhanden 16

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18 Definition des Tages des Erwachens - Tag, an dem die Patienten entweder ihre Augen öffneten oder jemandes Hand nach Aufforderung schüttelten Evaluation und Klassifikation (drei Monate nach Eintritt des Komas) Glasgow Outcome Scale 1 = Tod 2 = persistenter vegetativer Zustand/Wachkoma 3= schwere Beeinträchtigungen/Behinderung 4 = mittelgradige Beeinträchtigungen/Behinderung 5 = vollkommene Erholung 18

19 N100 deviant N100 MMN N100 Gesunde Koma-Patienten vorhanden 52/52 (100%) 84/128 (65,6%) nicht vorhanden 0/52 (0%) 44/128 (34,4%) Abweichler N100 vorhanden 52/52 (100%) 39/128 (30,5%) nicht vorhanden 0/52 (0%) 89/128 (69,5%) MMN vorhanden 52/52 (100%) 33/128 (25,8%) nicht vorhanden 0/52 (0%) 95/128 (74,2%) 0 Gesunde Koma-Patienten - wobei die MMN niemals ohne N100 oder Abweichler N100 entdeckt wurde - ebenso wurde die Abweichler N100 nie ohne N100 entdeckt - bei 6 Patienten zeigten sich sowohl die N100 als auch die AbweichlerN100, aber keine MMN - bei 51 Patienten war N100 vorhanden, jedoch keine Abweichler-N100 oder MMN 19

20 N100-Latenz bei Koma-Patienten signifikant verzögert Amplituden der N100 und MMN sind bei KomaPatienten signifikant niedriger Allerdings war kein Zusammenhang zwischen verzögerter abnormaler N100 und Abwesenheit der MMN nachweisbar Einfluss seditativer Medikamente N100 + Trauma (n=34) Anoxie (n=19) Schlaganfall (n=41) Neurochirurgie (n=31) Encephalitis (n=3) Total (n=128) N100 dev (83,3%) 34 (87,2%) MMN N (90,9%) N100 dev (16,7%) MMN (12,8%) (9,1%) 20

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23 Dauer des Komas: Bei Patienten mit MMN betrug die mittlere Dauer 6,3 Tage (±4,1 Tage); ohne MMN hingegen war die mittlere Dauer signifikant länger (AM = 18,2Tage, ± 14,7 Tage) Bei Patienten mit N100 betrug die mittlere Dauer 8,5 Tage (± 11,6 Tage); ohne N100 hingegen dauerte das Koma signifikant länger an (AM = 18 Tage, ± 16,7 Tage) ± std err N100 - N100+, MMNN100+, MMN+ 23

24 Erwacht (n=95) BAEPs 1 (n=80) 2 (n=29) 3 (n=17) 4 (n=2) 5 (n=0) Total (n=128) Nicht erwacht (n=33) N100+ N100- MMN+ MMN- N100+ N100- MMN+ MMN- 47 (67,2%) 15 (21,4%) 8 (11,4%) 0 (0%) 0 (0%) 15 (60%) 7 (28%) 3 (12%) 0 (0%) 0 (0%) 22 (73,3%) 6 (20%) 2 (6,7%) 0 (0%) 0 (0%) 40 (61,5%) 16 (24,6%) 9 (13,9%) 0 (0%) 0 (0%) 9 (64,4%) 3 (21,4%) 1 (7,1%) 1 (7,1%) 0 (0%) 9 (47,4%) 4 (21,1%) 5 (26,3%) 1 (5,2%) 0 (0%) 3 (100%) 0 (0%) 0 (0%) 0 (0%) 0 (0%) 15 (50%) 7 (23,3%) 6 (20%) 2 (6,7%) 0 (0%)

25 Erwacht (n=95) MLAEPs 1 (n=18) 2 (n=71) 3 (n=32) 4 (n=7) Total (n=128) Nicht erwacht (n= 33) N100+ N100- MMN+ MMN- N100+ N100- MMN+ MMN- 13 (18,6%) 44 (62,9%) 12 (17,1%) 1 (1,4%) 2 (8%) 14 (56%) 8 (32%) 1 (4%) 8 (26,7%) 15 (50%) 7 (23,3%) 0 (0%) 7 (10,8%) 43 (66,2%) 13 (20%) 2 (3%) 1 (7,1%) 6 (42,9%) 6 (42,9%) 1 (7,1%) 2 (10,5%) 7 (36,8%) 6 (31,6%) 4 (21,1%) 1 (33,3%) 1 (33,3%) 1 (33,3%) 0 (0%) 2 (6,7%) 12 (40%) 11 (36,7%) 5 (16,6%)

26 Predictive value of sensory and cognitive evoked potentials for awakening from coma (Fisher et al.) Versuchspersonen : N = 346 ( davon 213 Männer und 133 Frauen) Alter: 8-93 Jahre ( AM = 50,73 ; σ = 17,9) Intensivpatienten Einteilung nach Glasgow Coma Scale (Score < 8) 26

27 Predictive value of sensory and cognitive evoked potentials for awakening from coma (Fisher et al., 2004) Ätiologie: Schlaganfall: n = 125 Trauma: n = 96 Anoxie: n = 64 Komplikationen bei neurochirurg.eingriffen: n = 54 Encephalitis: n = 7 Zeit zwischen Eintritt des Komas und der Messung: AM = 10,34 Tage, ± 11,4 ( Tag) Versuchspersonen wurden ein Jahr lang begleitet 27

28 Ausschlusskriterien: - unklare Ätiologie des Komas - wenn bilaterale Hirnstammpotenziale die Messung von auditorischen EP's unmöglich machten - Hirntod - Doppeldiagnosen 28

29 Prädiktorvariablen Klinische: 1. Alter 2. Glasgow Coma Scale (Score bis 4 vs.über 4) 3. Pupillenreflex am Tag der Messung (vorhanden vs.nicht vorhanden) 4. Ätiologie 5. neurologische Beeinträchtigungen (ja vs.nein) 6. Neurochirurgie (ja vs.nein) EEG-Daten: 7. BAEPs (normal vs.abnormal) 8. MLAEPs (vorhanden vs.nicht vorhanden) 9. N100 (vorhanden vs.nicht vorhanden) 10.MMN (vorhanden vs.nicht vorhanden) 29

30 ERP-Messung: BAEPs 1. normal 2. erhöht in Intervall I V, ohne Amplitudenwechsel 3. Amplitude Ratio < 0,5 4. keine auffindbaren IV- oder V- Wellen 5. nur Welle I präsent 30

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32 MLAEPs 1. normal 2. isolierte Verzögerung der Pa-Latenz (Pa >/= 31,6 ms) ohne Na-Pa-Amplitudenreduktion 3. Na-Pa-Amplitude < 0,3 μv 4. Na vorhanden, Pa nicht vorhanden 5. keine Pa auffindbar 32

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34 MLAEPs 1. normal 2. isolierte Verzögerung der Pa-Latenz (Pa >/= 31,6 ms) ohne Na-Pa-Amplitudenreduktion 3. Na-Pa-Amplitude < 0,3 μv 4. Na vorhanden, Pa nicht vorhanden 5. keine Pa auffindbar N anwesend 2. abwesend MMN 1. anwesend 2. abwesend 34

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36 Definition des Tages des Erwachens - Tag, an dem die Patienten entweder ihre Augen öffneten oder jemandes Hand nach Aufforderung schüttelten Evaluation und Klassifikation nach einem Jahr Glasgow Outcome Scale 1 = Tod 2 = persistenter vegetativer Zustand/Wachkoma 3= schwere Beeinträchtigungen/Behinderung 4 = mittelgradige Beeinträchtigungen/Behinderung 5 = vollkommene Erholung sowie minimally conscious state (MCS) und unrelated death 36

37 Ergebnisse Anoxie gute Erholung 1 (1,6%) mittelgradige Beeinträchtigung 3 (4,7%) schwere Beeinträchtigung 7 (10,9%) minimally conscious 4 (6,3%) unrelated death 6 (9,4%) persistenter vegetativer Zustand 6 (9,4%) Tod 37 (57,8%) Schlaganfal 13 (10,4%) 26 (20,8%) 24 (19,2%) 11 (8,8%) 12 (9,6%) 1 (0,8%) 38 (30,4%) Trauma 19 (19,8%) 31 (32,3%) 19 (19,8%) 12 (12,5%) 2 (2,1%) 1 (1%) 12 (12,5%) Neurochirurgie Encephalitis 12 (22,2%) 1 (14,3%) 14 (25,9%) 2 (28,6%) 10 (18,5%) 0 (0%) 2 (3,7%) 2 (28,6%) 6 (11,1%) 0 (0%) 0 (0%) 0 (0%) 10 (18,5%) 2 (28,6%) Total 46 (13,3%) 76 (22,0%) 60 (17,3%) 31 (9,0%) 26 (7,5%) 8 (2,3%) 99 (28,6%) erwacht 239 (69,1%) nicht erwacht 107 (30,9%) 37

38 abnormal/nicht vorhanden 200 normal/vorhand en BA EPs BAEPs MLA EPS normal abnormal N100 Zeile 4 217/317 (68,5%) 19/29 (65,5%) NS MLAEPs vorhanden 230/317 (72,6%) nicht vorhanden 6/29 (20,7%) N100 vorhanden 159/198 (80,3%) nicht vorhanden 77/148 (52,0%) MMN vorhanden 78/88 (88,6%) nicht vorhanden 161/258 (62,4%) NS 38

39 100% 90% 80% 70% 60% 50% nicht erw acht 40% erw acht 30% 20% 10% 0% BAEPs + BAEPs - BAEPs MLAEPs + MLAEPs - normal abnormal N100 + N100 - MMN + MMN - 217/317 (68,5%) 19/29 (65,5%) NS MLAEPs vorhanden 230/317 (72,6%) nicht vorhanden 6/29 (20,7%) N100 vorhanden 159/198 (80,3%) nicht vorhanden 77/148 (52,0%) MMN vorhanden 78/88 (88,6%) nicht vorhanden 161/258 (62,4%) NS 39

40 Ätiologie ist ein starker prognostischer Faktor Pupillenreflex verfügt über größte Vorhersagekraft Normale MLAEPs und N100 besitzen jedoch auch großen prognostischen Gehalt Diskussion Awakening Model: Präsenz der N100 Präsenz des Pupillenreflexes Alter Ätiologie Präsenz von MLAEPs 40

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42 Bedeutung der BAEPs und MLAEPs BAEPs Diese spielen keine Rolle bei der Prognose, ob ein Patient wieder aus dem Koma erwacht oder nicht. Bei Prognose, ob ein Patient überleben wird, können sie aber wichtige Informationen liefern. BAEPs können zwar Aufschluss darüber geben, ob das Stammhirn in einem funktionstüchtigen Zustand ist, sie liefern jedoch keinerlei Informationen in Hinblick auf den Zustand des Cortex. 42

43 Bedeutung der BAEPs und MLAEPs MLAEPs Durch die Beobachtung von MLAEPs können Rückschlüsse auf den primären auditorischen Cortex gezogen werden. Über die Messung von SEPs kann auf den Zustand des primären somatosensorischen Cortex geschlossen werden. Somit haben beide denselben prognostischen Gehalt. 43

44 Bedeutung später auditorischer Potenziale und der MMN Die Anwesenheit der N100, der N100 deviant und der MMN haben sich laut der vorliegenden Studien für die Prognose des Wiedererwachens aus dem Koma als nützlich erwiesen. Sowohl bei den späten auditorischen Potenzialen wie der N100 als auch bei der MMN handelt es sich um sogenannte kognitive Potenziale, anhand derer man in der Lage ist, ein Wiedererwachen zu prognostizieren, da es sich im Gegensatz zu den BAEPs und MLAEPs nicht um rein basale Reaktionen handelt, sondern man davon ausgehen kann, dass auch höhere kognitive Prozesse noch intakt sind. 44

45 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! 45