Impact of language (re-)organization on cognitive functions in patients with congenital left-hemispheric lesions

Abstract

Background: Early left hemispheric brain lesions often induce right hemispheric organization of language functions. The children thus affected show delays in language development, but an apparently normal language outcome when they are adolescents or adults. Many patients with early left hemispheric brain lesions, however, show persistent deficits in visuospatial skills, which are usually mediated by the right hemisphere. This paradox finding has been explained by a) a "crowding" of the right hemisphere, or b) considered to be due to unspecific lesion effects. Methods: The present work examined with neuropsychological methods and functional neuroimaging the consequences of early left-hemispheric brain injury on the behavioral and the functional neuroanatomical level. Patients with congenital left-hemispheric brain lesions and normal controls were examined with a neuropsychological test battery and with verbal and nonverbal tasks in functional MRI. Results: It was shown that patients with early left hemispheric brain lesions may experience deficits in visuospatial functions, if their lesion induced a reorganization of language to the right hemisphere. The visuospatial deficits are, in these patients, not an unspecific consequence of the brain lesion, as lesion size did not correlate with visuospatial skills without motor component. The degree of right-hemispheric involvement in language production, however, correlated significantly with pure visuospatial skills. On the level of functional neuroanatomy, these patients with lesion-induced right-hemispheric language organization did not show any signs for reorganization of nonverbal functions from the right to the left hemisphere, or within the right hemisphere. In fact, verbal and nonverbal functions shared cortical tissue to a larger extent than was found in the control group. Conclusions: The neuropsychological deficits of patients with early left hemispheric brain lesions seems to be associated with an increased sharing of cortical networks by functionally different tasks.

Hintergrund: Frühe Läsionen der linken Hemisphäre führen häufig zu einer rechtshemisphärischen Sprachorganisation. Die betroffenen Kinder zeigen Verzögerungen in der Sprachentwicklung; im Jugend- oder Erwachsenenalter sind jedoch keine sprachlichen Auffälligkeiten mehr festzustellen. Andererseits zeigen viele Patienten mit frühen linkshemisphärischen Läsionen Defizite in räumlich-visuellen Fertigkeiten, die normalerweise von der rechten Hemisphäre kontrolliert werden. Für diesen paradoxen Befund gibt es zwei Erklärungsansätze: a) "Crowding", also eine "Überfüllung" der rechten Hemisphäre, und b) unspezifische Läsionseffekte. Methoden: Die vorliegende Arbeit untersuchte mit Hilfe von neuropsychologischen Methoden und funktioneller Bildgebung die Auswirkungen früher linkshemisphärischer Hirnläsionen auf der Verhaltensebene und auf der Ebene der funktionellen Neuroanatomie. Patienten mit angeborenen linkshemisphärischen Hirnläsionen und gesunden Kontrollpersonen wurden eine neuropsychologische Testbatterie vorgegeben, sowie während einer funktionellen Magnetresonanztomographie verbale und nonverbale Aufgaben. Ergebnisse: Patienten mit frühen linkshemisphärischen Hirnläsionen können Defizite in visuospatialen Fertigkeiten zeigen, sofern ihre Läsion eine Reorganisation von Sprachfunktionen in die rechte Hemisphäre verursacht hat. Bei diesen Patienten sind die visuospatialen Defizite keine unspezifische Auswirkung der Läsion an sich, denn die Läsionsgröße korrelierte nicht mit den Leistungen in nicht-motorischen visuospatialen Aufgaben. Das Ausmaß der rechtshemisphärischen Sprachbeteiligung korrelierte dagegen signifikant mit nicht-motorischen visuospatialen Fertigkeiten. Auf der Ebene der funktionellen Neuroanatomie zeigten diese Patienten keine Reorganisation nonverbaler Funktionen von der rechten in die linke Hemisphäre oder innerhalb der rechten Hemisphäre. Jedoch teilten verbale und nonverbale Funktionen kortikale Netzwerke in einem größeren Ausmaß, als dies bei den Kontrollpersonen der Fall war. Schlussfolgerung: Die neuropsychologischen Defizite von Patienten mit frühen linkshemisphärischen Hirnläsionen scheinen mit einer verstärkt gemeinsamen Nutzung kortikaler Netzwerke durch verschiedenartige Aufgaben im Zusammenhang zu stehen.