Kombinierte Untersuchung von sprachlichen und visuell-räumlichen Funktionen: eine zweifach-nutzbare Aufgabe für pädiatrische fMRT-Studien

Abstract

Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) ist in der Klinik und in den Neurowissenschaften zu einer wichtigen, jedoch im Kindesalter noch schwierig anzuwendenden Methode geworden. In der Literatur ist gut belegt, dass eine Verkürzung der Untersuchungszeit die Rate erfolgreicher funktioneller Bildgebungsstudien bei Kindern erhöht. Ein Ansatz, die Untersuchungszeit zu verkürzen, wäre, zwei kognitive Funktionen mit nur einer Aufgabe zu untersuchen. Die Hypothese dieser Studie war, dass in der Kontrollbedingung einer bereits etablierten, kinderfreundlichen Sprachaufgabe (Vokal-Identifikations-Aufgabe, VIT) visuell-räumliche Funktionen benötigt werden. Somit könnte die Aufgabe als zweifach nutzbare Aufgabe eingesetzt werden, um sprachliche (Aktive Bedingung>Kontrollbedingung, AB>KB) und visuell-räumliche Funktionen (KB>AB) zu untersuchen. Für die Studie wurden 43 Kinder (12,0 ± 2,6 Jahre; 19 w) rekrutiert. Sie bearbeiteten den VIT, der aus der aktiven Bedingung (“Kommt im Namen des [visuell präsentierten] Objekts ein /i:/ vor?“) und der Kontrollbedingung (“Passt das kleinere [nicht benennbare, komplexe] Muster wie ein Puzzlestück in das größere?“) besteht, sowie eine visuell-räumliche Referenzaufgabe (Visuelle-Such-Aufgabe, VST). MR-Daten wurden mit einem 1,5T-MR-Tomographen aufgenommen, die Datensätze mit SPM8 vorverarbeitet und einzeln, sowie auf Gruppenebene („Random-effects“ Gruppen-analysen, p<0,01, FWE-korrigiert) statistisch ausgewertet. Die Aktivierungsmuster des VIT (AB>KB und KB>AB) und des VST wurden analysiert. In der VIT (AB>KB) fand sich, wie in Voruntersuchungen, Aktivierung in klassischen links lateralisierten produktiven Spracharealen. In der VST und der VIT (KB>AB) überlappte die Aktivierung in der a priori erwarteten Zielregion (bilateral hochparietal) und im frontalen Augenfeld rechts deutlich, war jedoch in der VIT (KB>AB) weiter rechts lateralisiert. Die Überlappung der Aktivierung in klassischerweise mit visuell-räumlichen Funktionen assoziierten Gehirnregionen deutet darauf hin, dass diese Funktionen in beiden Aufgaben benötigt werden. Die stärkere Lateralisierung in der VIT ist mit deren geringerem Schwierigkeitsgrad gut vereinbar. Es kann daher geschlossen werden, dass der VIT zur Untersuchung von (auch jüngeren) Kindern eingesetzt werden kann, um sowohl sprachliche als auch visuell-räumliche Funktionen zu lokalisieren. Die Idee der zweifach nutzbaren Aufgaben scheint für die Entwicklung zukünftiger fMRT-Aufgaben ein vielversprechender Ansatz zu sein, insbesondere, aber nicht nur, für Kinder.

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) has become an important tool in clinical and research settings but is a still highly challenging method to apply in paediatrics. Previously, it has been shown, that shortening scanning time increases the success rate of fMRI studies in children. One approach to shortening the scanning time would be to assess two cognitive functions using one task. The hypothesis of this study was, that the control condition of an established child friendly language task (Vowel Identification Task, VIT) requires visuospatial functions. Therefore, the VIT could be used as a “dual use task” to assess language (active>control) and visuospatial functions (control>active). 43 children (12,0 ± 2,6 years; 19 f) were recruited. They performed the VIT, consisting of the active condition (“Is there an /i:/ in the name of the [visually presented] object?”) and the control condition (“Does the smaller pattern fit in the larger one [both visually presented] like the piece of a puzzle?”), as well as a visuospatial reference task (Visual Search Task, VST). Data was acquired using a 1.5 T scanner, datasets were preprocessed and statistically analysed using SPM 8. Random effects second level analyses were performed (p<.01, FWE corrected) to assess activation patterns of the VIT (active>control; control>active) and the VST (active>control). In the VIT (active>control) activation was found in classical left lateralized language producing areas as in previous studies. In the VST and the VIT (control>active) activation was overlapping in the a priori expected region (bilateral superior parietal) and the right frontal eye field, but was more right lateralized in the VIT (control>active). The overlap of activation in brain regions classically associated with visuospatial functions indicates that these functions are required in both tasks. Stronger right lateralization in the VIT (control>active) is consistent with the lower degree of difficulty in the task. In conclusion, it appears that the VIT can be used to assess language and visuospatial functions in (even young) children. The idea of “dual use tasks” seems to be an interesting approach for future task designs especially, but not only, in paediatrics.