Einfluss der Objekterkennung auf die neuronalen Prozesse der Steuerung von Greifbewegungen

Abstract

Das zielgerichtete Ergreifen bildet beim Menschen eine wesentliche Grundlage der Interaktion mit unserer Umwelt und somit des selbstständigen Lebens. Gleichzeitig stellt dieser Vorgang hohe Anforderungen an die zentralnervöse Verarbeitung: das erwünschte Ziel muss unter vielen möglichen Alternativen ausgewählt werden, seine Größe und räumliche Lage aus der visuellen Information ermittelt, und der Erstellung eines motorischen Programms zugeführt werden. Dabei gelingt dem gesunden Menschen eine fließende Bewegung mit adäquater Handformung, objektbezogener Griffskalierung und genau dosiertem Krafteinsatz. Die Untersuchung der neuronalen Grundlagen des visuell gesteuerten Ergreifens beim Gesunden bildet daher eine unverzichtbare Grundlage zum Verständnis von neurologischen Krankheitsbildern, die mit einer Einschränkung dessen einhergehen. Eine dieser Störungen ist die optische Ataxie. Patienten mit einer optischen Ataxie zeigen Defizite im zielgerichteten Ergreifen von Gegenständen, bei vorhandener Fähigkeit diese Gegenstände zu erkennen und zu beschreiben (Jakobson, Archibald, Carey, & Goodale, 1991; Jeannerod, 1986). Ein gängiges Modell (M. A. Goodale & Milner, 1992) erklärt dieses Verhalten mit der dualen Dissoziation der visuellen Informationsverarbeitung in zwei größtenteils voneinander unabhängige Verarbeitungsströme. Der ventrale okzipitotemporale Strom dient der Erkennung von Objekten, während der dorsale okzipitoparietale Strom, nur anhand von visuell feststellbaren physikalischen Eckdaten, wie Größe und Entfernung der Objekte, zur Steuerung und Planung des motorischen Ergreifens dient. In einer Fallstudie (Jeannerod, Decety, & Michel, 1994) zeigte sich jedoch, dass eine Patientin mit optischer Ataxie ihr bekannte Gegenstände, wie z.B. einen Lippenstift, präziser ergreifen konnte als abstrakte zylindrische Objekte. Eine naheliegende Folgerung ist, dass die Identifikation bekannter Gegenstände maßgeblich in die zerebralen Prozesse der Greifbewegungssteuerung einfließen muss. Im Rahmen unserer fMRT Studie haben gesunde junge Probanden bei laufender funktioneller Magnetresonanzmessung nach bedeutungsvollen Alltagsgegenständen, wie z.B. einem Textmarker oder einer Streichholzschachtel, und assoziationsfreien einfarbigen Holzblöcken griffen. Dabei wurde der komplette Bewegungsablauf mit 2 MR-kompatiblen Kameras aufgezeichnet und auf kinematische Basisparameter wie Reaktionszeit, Bewegungszeit etc. untersucht. In einer methodologischen Untersuchung konnten wir eine deutliche Auswirkung der Inklusion dieser Basisparameter in die funktionelle Ganzgehirnanalyse feststellen und eine geeignete Strategie zur Integration dieser Parameter in die fMRT-Analyse finden. Die darauffolgende vergleichende Analyse des visuell gesteuerten Ergreifens ergab höhere Signalunterschiede in den Gehirnarealen lateraler okzipitaler Kortex (LOC), anteriorer intraparietaler Sulcus (aIPS) und ventraler prämotorischer Kortex (PMv) beim Ergreifen von bedeutungsvollen Alltagsgegenständen im Vergleich zum Ergreifen von in ihren physikalischen Dimensionen zu den Alltagsgegenständen passenden einfarbigen Holzblöcken. Bei der aufmerksameren Betrachtung der beiden Objektkategorien konnten wir stärkere Signale beim Betrachten der Alltagsgegenstände im Vergleich zum Betrachten der Holzblöcke nur im LOC feststellen. In den Regionen aIPS und PMv wurden bei der aufmerksamen Betrachtung keine signifikanten Signalunterschiede gefunden. Somit konnten wir den LOC erwartungsgemäß als maßgeblich in der Objekterkennung involviertes Areal sowohl beim aufmerksamen Ansehen als auch beim visuell gesteuerten Ergreifen feststellen. Währenddessen stellten sich, anders als ausgehend vom Modell von Goodale und Milner (1992) zu erwarten wäre, aIPS und PMv als greifrelevante Areale dar, die zur Integration der aus der Objekterkennung hervorgegangenen erfahrungsbasierten Informationen in die motorische Planung des Ergreifens beitragen.