Radiologe 2013 · 53:584–591 DOI 10.1007/s00117-013-2483-8 Online publiziert: 21. Juni 2013 © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013 M. Garcia · C. Stippich Abteilung für Diagnostische und Interventionelle Neuroradiologie, Klinik für Radiologie und Nuklearmedizin, Universitätsspital Basel, Basel
Funktionelle
Neuroanatomie:
Sensomotorisches System
Dieser Artikel gibt einenorientieren-den Überblick zum strukturellen Auf-bau und zur Physiologie des motori-schen und somatosensorimotori-schen Sys-tems. Als klinische Anwendung wird der Einsatz der fMRT bei Patienten mit rolandischen Hirntumoren dar-gestellt.
Anatomische und
funktionelle Grundlagen
Sensomotorisches System
Sensorische Afferenzen
Die Wahrnehmung von Reizen wird von Rezeptoren aufgenommen und über Af-ferenzen in das Hinterhorn des Rücken-marks weitergeleitet. Dort erfolgt die Um-schaltung auf das 2. Neuron und Kreu-zung zur Gegenseite. Die Umschaltung auf das 3. Neuron findet im Thalamus statt, von wo aus die Impulse v. a. zum primären somatosensiblen Kortex (S1) des Gyrus postcentralis weitergeleitet werden [1, 30].
Afferente somatosensible Bahnen im Rückenmark:
F Der Funiculus posterior (Hinterst-rang) leitet Afferenzen für die pro-priozeptiven Empfindungen. Er unterteilt sich in einen medial gelege-nen Fasciculus gracilis (für die unte-re Extunte-remität) und einen lateral ge-legenen Fasciculus cuneatus (für die obere Extremität, siehe z. B. [11], Abb. 10–17, p 240).
F Der Tractus spinothalamicus anterior et lateralis (Vorderseitenstrang)
lei-tet Afferenzen für taktile Empfindung sowie für Temperatur- und Schmerz-wahrnehmung zum Kortex (siehe z. B. [11], Abb. 10–20, p 244). F Tractus spinocerebellaris anterior et
posterior: Afferenzen der Tiefensen-sibilität erreichen nicht den Kortex, sondern das Kleinhirn, das dann hie-rüber den Muskeltonus und das Zu-sammenspiel zwischen Agonisten
und Antagonisten beeinflussen kann, (siehe z. B. [11], Abb. 10–21, p 246). F Weitere Afferenzen: Tractus
spinore-ticularis, spinotectalis, spinoolivaris und spinovestibularis.
Motorische Efferenzen
Impulse für Willkürbewegungen wer-den v. a. im primären motorischen Kor-tex (M1) des Gyrus praecentralis generiert
Leitthema: Funktionelle Neuroanatomie
Abb. 1 8 Kortikales sensomotorisches Netzwerk mit entsprechenden Brodmann-Arealen. (Nach [23, 31])
und erreichen über deszendierende Bahn-systeme schließlich die Vorderhörner des Rückenmarks, wo sie auf das 2. Motor-neuron umschalten. Hierbei unterliegen die motorischen Impulse komplexen Re-gelkreisen unter Beteiligung sekundärer Rindenfelder und subkortikaler motori-scher Zentren in Stammganglien, Thala-mus, Hirnstamm sowie des Kleinhirns. Über die segmentalen Vorderwurzeln des Rückenmarks und die Nervenplexus (zervikal und lumbosakral) erreichen die motorischen Impulse schließlich die mo-torische Endplatte der Skelett- und mimi-schen Muskulatur [1, 30].
Efferente motorische Bahnen im Rü-ckenmark:
F Tractus corticospinalis (Pyramiden-bahn): Der überwiegende Anteil ef-ferenter motorischer Leitungsbah-nen verläuft in der Pyramidenbahn, kreuzt in der Decussatio pyramidum/ Medulla oblongata auf die Gegensei-te (ca. 90%) und zieht als Tractus cor-ticospinalis lateralis durch den Sei-tenstrang des Rückenmarks zu den α-Vorderhornzellen und γ-Motorzellen (siehe z. B. [11], . Abb. 18-6, p 453). F Tractus corticonuclearis
(corticobulba-ris) und corticomesencephalicus.
Ein Teil der Pyramidenbahnfasern zieht zu den motorischen Hirnnervenkernen im Hirnstamm. Einige Efferenzen ent-springen im frontalen Augenfeld (Areal 8) und erreichen die motorischen Augen-nervenkerne.
Zerebellum und tiefe graue Hirnner-venkerne:
F An der Steuerung der Motorik sind auch Fasern zwischen Kortex und Kleinhirn sowie vom Kortex zu den Basalganglien, zur Substantia nigra, zum Thalamus, zur Formatio reticu-laris und zum Tektum des Mesenze-phalon beteiligt [1].
Sensomotorische kortikale Areale
Organisation. Der somatosensible Kor-tex (. Abb. 1) wird in primäre Rindenfel-der (S1), sekundäre RindenfelRindenfel-der (S2) und Assoziationsareale unterteilt. In S1 erfolgt die Wahrnehmung somatosensibler Rei-ze von der Körperoberfläche und der Tie-fensensibilität. In S2 wird die Information von S1 weiterverarbeitet, jedoch gelangen auch Zuflüsse direkt vom Thalamus nach S2, sodass somatosensible Impulse sowohl seriell als auch parallel verarbeitet werden können.Der primäre Kortex (M1) ist der Ur-sprungsort aller Willkürbewegungen. Die sekundären Areale bestehen aus M2 (prä-motorischer Kortex, PMA), dem supple-mentärmotorischen Kortex (SMA) und dem zingulären Kortex (CMA [30]).
Anatomisch sind Rindenfelder ers-ter und höherer Ordnung oftmals be-nachbart. Zu Assoziationsfeldern wer-den auch lange Projektionsfasern rekru-tiert. Zwischen den funktionellen Rin-denfeldern bestehen meist reziproke int-ra- und interhemisphärische Verbindun-gen. Im sensorischen Assoziationskortex werden die im primären somatosensiblen Kortex wahrgenommenen Stimuli weiter-verarbeitet [1].
Funktionelle Organisation, Topographie und Somatotopie. Im somatosensiblen Kortex (S1) des Gyrus postcentralis liegen die zytoarchitektonisch definierten Brod-mann-Areale (BA) 1, 2, und 3. Das Areal 3 wird in die Areale 3a und 3b unterteilt. In S1 enden überwiegend thalamische Affe-renzen der kontralateralen Körperhälf-Abb. 2 8 a Somatotopes motorisches Mapping während aktiver Bewegung der Zehen, b Finger und
te. S1 ist somatotop gegliedert, d. h., der menschliche Körper ist dort entsprechend der Rezeptorendichte in der Peripherie in Form eines auf dem Kopf stehenden Ho-munkulus abgebildet. Vertexnah im He-misphärenspalt an der Mantelkante ist die untere Extremität repräsentiert. Nach kaudal folgen entlang der Oberfläche der Konvexität die primär somatosensi-blen Repräsentationen von Rumpf, Arm/ Hand, Gesicht, Pharynx und Larynx. Ge-sicht und Hand nehmen im Verhältnis die größten kortikalen Repräsentations-flächen in S1 ein [1, 30].
Kaudal und ventral von S1, im unteren Parietallappen oberhalb der Inselzisterne, liegt der sekundäre somatosensible Kortex (S2), der thalamisches Input beider Kör-perhälften erhält. S2 weist ebenfalls eine gröbere Somatotopie auf [1, 30].
Der somatosensible Assoziationskor-tex (BA 5 und 7) liegt hinter S1 im Lobu-lus parietalis superior [1, 23, 30].
Der primäre motorische Kortex (M1, BA 4) im Gyrus praecentralis verläuft als letzte Hirnwindung des Frontallappens vor dem Zentralsulkus parallel zur post-zentralen Windung von der Mantelkante bis zur lateralen Hemisphärenoberfläche und ist analog zu S1 somatotop organisiert (. Abb. 2d). Entsprechend der Komple-xität der ausführbaren Bewegungen bzw. der Anzahl angesteuerter Muskeln neh-men die Hand mit den Fingern und das Gesicht die größten kortikalen Reprä-sentationsflächen in M1 ein, während der Rumpf nur wenig kortikale Projektions-fläche benötigt. Das motorische Hand-areal ist auch anatomisch eindeutig iden-tifizierbar anhand einer nach hinten ge-richteten Verdickung des Gyrus praecen-tralis, dem so genannten „Handknopf“. In der Tiefe des Zentralsulkus grenzt das hintere motorische Areal 4p [9] direkt an das somatosensible Areal 3b, welche hier auch direkt in Verbindung stehen.
Ventral des präzentralen Gyrus auf der lateralen Konvexität des dorsalen Frontal-lappens befindet sich der prämotorische Kortex (PMA), der in Richtung Mantel-kante an den supplementärmotorischen Kortex (SMA) grenzt. Der SMA befindet sich überwiegend im hinteren Anteil des Gyrus frontalis superior rostral des Sulcus praecentralis und endet vom Hemisphä-renspalt aus betrachtet oberhalb des
Sul-cus cinguli. Auch bei PMA und SMA liegt eine grobe Somatotopie vor. Der SMA lässt sich in ein rostral gelegenes präsup-plementärmotorisches Areal (prä-SMA) und in ein dorsal gelegenes „eigentliches“ supplementärmotorisches Areal (SMA proper) gliedern. PMA und SMA reprä-sentieren das Areal 6 nach Brodmann. Im Sulcus cinguli sind kaudal des prä-SMA das rostrale zingulär-motorische Areal (rCM) und kaudal des SMA proper das hintere zingulär-motorische Areal (cCM)
lokalisiert, die gemeinsam den zingulären motorischen Kortex bilden [1, 23, 30].
Sensomotorisches kortikales Netzwerk und Funktion. Die primäre somatosen-sible Rinde ist für die Wahrnehmung von Temperatur- und Schmerzreizen so-wie der Oberflächen- und Tiefensensibi-lität zuständig, überwiegend der kontra-lateralen Körperhälfte. Über den Balken bestehen zusätzlich reziproke interhemi-sphärische Verbindungen zu den entspre-chenden Arealen der ipsilateralen
Hirn-Zusammenfassung · Abstract
Radiologe 2013 · 53:584–591 DOI 10.1007/s00117-013-2483-8 © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013
M. Garcia · C. Stippich
Funktionelle Neuroanatomie: Sensomotorisches System
Zusammenfassung Der sensomotorische Informationsfluss im Zentralnervensystem (ZNS) kann in 3 Schrit- te gegliedert werden: Wahrnehmung, Ver- arbeitung und Reaktion. Umweltreize wer-den über Rezeptoren in das ZNS geleitet. Die im somatosensiblen Kortex ankommenden Reize werden über eine komplexe Interaktion zwischen sensorischem und motorischem Kortex verarbeitet. Die motorische Reaktion auf den Umweltreiz wird dann vom Motor- kortex über Pyramidenbahn, Rückenmarks- bahnen und motorische Nerven an den ent-sprechenden Muskel weitergeleitet. Mit der funktionellen MRT (fMRT) ist es möglich, somatosensible und motorische Ak-tivierung in den verschiedenen beteiligten Hirngebieten zu untersuchen. Klinisch wird diese Information genutzt, um die räum- liche Lagebeziehung zwischen Hirntumo- ren und funktionell bedeutsamen Hirngebie- ten zu bestimmen und so ein individuell op- timiertes therapeutisches Vorgehen zu er- möglichen, mit dem Ziel einer möglichst ra- dikalen Tumorentfernung unter Erhalt moto- rischer und somatosensibler Funktionen. Wei- ter ist es möglich, pathologische Veränderun- gen in der Hirnaktivierung zu erfassen. In die- ser Arbeit werden die funktionellen somato- sensorischen und motorischen Systeme be-schrieben und ein Einblick in das Potenzial der fMRT gegeben. Schlüsselwörter Zentralnervensystem · Motorisches System · Funktionelle MRT (fMRT) · Diffusionstensorbildgebung · Klinischer EinsatzFunctional neuroanatomy: sensorimotor system
Abstract The sensorimotor flow of information can be divided in three steps: perception, process-ing and reaction. Environmental impulses are conducted through receptors to the cen- tral nervous system (CNS). The impulses ar- riving in the somatosensory cortex are pro- cessed through complex interactions be- tween sensory and motor areas. The mo-tor action in response to the environmental changes is transferred from the motor cortex via the pyramidal tract, spinal tracts and mo-tor neurons to the respective muscles. With functional magnetic resonance imaging (fM-RI) it is possible to assess somatosensory and motor activation in the different cortical ar-eas involved. Clinically, this information is used to assess the local relationship between brain tumors and functionally important ar- eas. This is important to ensure an optimal in-dividual therapeutic approach with the aim of an as radical as possible tumor resection with preservation of the motor and somato-sensory functions. Furthermore, fMRI enables the evaluation of pathological changes of ce-rebral activation. This review describes the functional somatosensory and motor sys-tems and gives an insight into the potential of fMRI. Keywords Central nervous system · Motor system · Functional magnetic resonance imaging (fMRI) · Diffusion tensor imaging · Clinical applications586 |
Der Radiologe 7 · 2013hälfte (bei Stimulation der ipsilateralen Hemisphäre). Intrahemisphärisch sind S1 und M1 direkt verbunden, weiter bestehen Verbindungen zwischen S1 und SMA und von hier wiederum zu M1. Einige Faser-bahnen ziehen zum präfrontalen Kortex.
Wenige somatosensible Afferenzen en-den direkt im Gyrus praecentralis, so wie wenige motorische Efferenzen vom Gyrus postcentralis entspringen: Diese partielle Überlappung zwischen somatosensiblen Afferenzen und motorischen Efferenzen erklärt, wie somatosensible Reize direkt motorisch umgesetzt werden können [1].
Der somatosensible Assoziationskor-tex (BA 5 und 7) ist über Assoziations-fasern mit den primären Rindenfeldern (BA 1, 2 und 3) sowie mit PMA und SMA verbunden [1, 8]. Er wird durch sensori-sche Reize und bei der Vorbereitung von Bewegungen aktiviert und erhält Zuflüs-se aus dem visuellen, akustischen und ves-tibulären System. Über diese Regelkreise vermag der somatosensible Assoziations-kortex kognitive Aufgaben der räumli-chen Repräsentation [1, 30] und die räum-liche Koordination von Bewegungsabläu-fen zu beeinflussen.
Im motorischen kortikalen Netzwerk stehen SMA, PMA und M1 reziprok mit-einander in Verbindung, vorwiegend in-trahemisphärisch, z. T. aber auch inter-hemisphärisch. Areal 4 (M1) steuert die primären motorischen efferenten Impul-se der Willkürmotorik, die v. a. via Pyra-midenbahn weitergeleitet werden und für schnelle und differenzierte Bewegungen der kontralateralen Körperhälfte verant-wortlich sind. An der Planung und Initi-ierung einzelner Bewegungen sind zahl-reiche Hirnareale beteiligt. Areal 4 erhält diverse Afferenzen von S1, SMA, PMA, Areal 8 (frontales Augenfeld) und direkt vom Thalamus [1, 30].
Für die Kontrolle gröberer Bewegun-gen mehrerer Muskeln ist v. a. Areal 6 zu-ständig. Das Konstrukt für die Planung und Initiierung einer Bewegung findet im SMA statt, das den proximalen Anteil der peripheren Zielorgane beider Körper-hälften beeinflusst [1, 30]. Das PMA be-einflusst v. a. die Motorik der proximalen Muskeln beider Körperhälften sowie die Generierung komplexerer Bewegungsab-läufe [1, 30]. In der linken Hirnhälfte lie-gen unter dem lateralen Anteil des PMA
im Gyrus frontalis inferior die BA 44 und 45 (Broca-Sprachzentrum), die u. a. mo-torische Abläufe beim Sprechen steuern [1, 30].
Funktionelle Magnetresonanz-
tomographie (fMRT)
Methodik
Die konventionelle MRT ermöglicht es, Gehirn, Rückenmark und periphere Ner-ven strukturell sehr genau abzubilden und krankhafte Veränderungen detailliert zu erfassen. Neben der strukturellen Dar-stellung können mit Hilfe spezieller MR-Messverfahren aber auch weitere Eigen-schaften untersucht werden. So können Stoffwechselprozesse mit der MR-Spek-troskopie (MRS) untersucht werden, die Durchblutung mit verschiedenen MR-Perfusionstechniken (PWI) oder Faser-bahnen und deren Verbindungen mit der Diffusionstensorbildgebung (DTI). Spezi-fische Funktionen des menschlichen Ge-hirns wie Sehen, Hören, Fühlen, Motorik, Sprache, Gedächtnis und weitere können mit der funktionellen MRT (fMRT) nicht-invasiv und ohne zusätzliche Belastung für die untersuchten Personen gemes-sen und bildlich dargestellt werden. Hier-zu sind gezielte Reizapplikationen not-wendig (Stimulationsstudien [19]), aber auch die Messung spontaner Hirnakti-vierung ist möglich („resting-state fMRI“ [14]). Die Hirnfunktionen werden indi-rekt durch funktionsabhängige Verände-rungen der lokalen Hämodynamik mit
der sog. Blood-oxygenation-level-depen-dent(BOLD)-Technik erfasst, bei der das Blut selbst als Kontrastmittel dient. Die unterschiedlichen magnetischen Eigen-schaften von oxygeniertem Hämoglobin (Oxy-Hb) und deoxygeniertem Hämo-globin (Deoxy-Hb) generieren den Bild-kontrast: Im Gegensatz zum diamagneti-schen Oxy-Hb ist Deoxy-Hb paramagne-tisch und induziert lokale Feldinhomo-genitäten, die zu einem Signalabfall auf suszeptibilitätsgewichteten MR-Sequen-zen (T2*) führen. Die neuronale Aktivi-tät führt über zeitliche hämodynamische Veränderungen im stimulierten Areal letztlich zu einem Perfusionsanstieg mit einem Überangebot an sauerstoffreichem Blut in Kapillaren und Venen, verbunden mit einem Abfall von Deoxy-Hb und lo-kaler Feldinhomogenität, was zu einer Zu-nahme des BOLD-Signals führt [19, 23].
Während des somatotopen motori-schen Mappings wird die untersuchte Per-son aufgefordert, bestimmte Bewegungen auszuführen, z. B. mit der Zunge, den Fin-gern oder den Zehen. Für die Darstellung somatosensibler Areale werden meist Be-rührungs- oder elektrische Reize manu-ell oder automatisch von außen appliziert. Die in der fMRT messbaren BOLD-Si-gnale auf einzelne Stimuli sind sehr ge-ring und können deshalb nicht verläss-lich detektiert werden. Daher ist es nötig, die Stimulation mehrfach zu wiederholen und schließlich eine gemittelte hämody-namische Antwort durch geeignete statis-tische Verfahren zu berechnen. Die sich hieraus ergebenden spezifischen
nellen MR-Messungen werden als Para-digmen bezeichnet. Für den klinischen Einsatz eignen sich besonders Paradig-men im sog. „block design“, in dem sich verschiedenen Phasen aus repetitiver Sti-mulation und Ruhe oder aus verschiede-nen Stimulationsbedingungen alternie-rend wiederholen. Das „event-related de-sign“ bietet zwar ein besseres zeitliches Auflösungsvermögen, ist jedoch kom-plizierter in der Durchführung und da-her für den klinischen Einsatz weniger geeignet [6]. Für klinische Anwendun-gen wird zusätzlich zu den funktionel-len Messungen ein hochaufgelöster ana-tomischer 3-D-Datensatz erhoben, auf den die funktionellen Bilder später über-lagert werden, sodass die einzelnen funk-tionellen Aktivierungen bestimmten ana-tomischen Strukturen genau zugeordnet werden können. Das motorische Hand-areal ist das einzige definierte
funktionel-le Areal des menschlichen Kortex mit ein-deutig erkennbarem strukturellem Korre-lat, nämlich dem „Handknopf“ [29]. Al-le anderen Hirnfunktionen können nicht anhand struktureller Landmarken zuver-lässig lokalisiert werden.
Für die in diesem Beitrag behandelten motorischen und somatosensiblen Syste-me ist die Identifikation der „Zentralre-gion“ bedeutsam, also des Gyrus praecen-tralis als Sitz des primären motorischen Kortex, des Gyrus postcentralis mit dem primären somatosensiblen Kortex und weiter die Darstellung der Pyramiden-bahn.
Strukturelle Landmarken
in der MRT
Voraussetzung für eine akkurate Interpre-tation funktioneller Areale ist die fundier-te Kenntnis sog. anatomischer
Landmar-ken der Hirnoberfläche (. Abb. 3; [18, 23]).
Strukturelle Landmarken auf transver-salen Schnittbildern:
F Handknopf: entspricht einer in den Sulcus centralis sich vorwölbenden nach dorsal gerichteten Konvexität im Gyrus praecentralis, die ein-, zwei- oder dreibogig sein kann;
F Dickenzeichen: der Gyrus praecentra-lis ist „dicker“ als der Gyrus postcen-tralis;
F Klammerzeichen: entspricht einer imaginären Klammer über dem He-misphärenspalt, gebildet durch die partes marginales beider Sulci cinguli an der Mantelkante.
Strukturelle Landmarken auf sagittalen Schnittbildern:
F M-Zeichen: der Gyrus frontalis infe-rior besteht aus den 3 Teilen Pars or-Abb. 3 8
Bildmorphologische Landmarken. Auf transversaler Ebene: Handknopf (a), Dickenzeichen (b), Klammerzei-chen (c). Auf sagittaler Ebene: Gyrus frontalis inferior (d), präzentraler Haken (e), Pars marginalis (f). Die Pfeilspitzen markieren die Leitstrukturen. (Nach [23])
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Der Radiologe 7 · 2013bitalis, triangularis und opercularis, die gemeinsam eine charakteristische „M-Form“ bilden; der untere Anteil des Sulcus praecentralis beginnt hin-ter der Pars opercularis und aszen-diert vor dem Gyrus praecentralis; F präzentraler Haken: ein
charakteristi-scher, nach hinten gerichteter Haken des Gyrus praecentralis als anatomi-sches Korrelat des „Handknopfs“ in sagittaler Ebene;
F Pars-marginalis-Zeichen: Folgt man dem aszendierenden Teil des Sulcus cinguli dorsokranial bis zur Mantel-kante, erreicht man die Pars margina-lis, davor liegt der Gyrus postcentra-lis.
Klinischer Einsatz
Eine besondere Bedeutung besitzt die fMRT in der prächirurgischen
Visualisie-rung der motorischen und sensorischen Funktionsareale sowie zur Darstellung der Sprach- und Gedächtnisfunktion bei Pa-tienten mit Hirntumoren [23]. Das Ziel prächirurgischer motorischer und soma-tosensibler fMRT-Untersuchungen [23, 28] ist es, die verschiedenen kortikalen Repräsentationen des menschlichen Kör-pers in Relation zum Hirntumor abzubil-den. Hierdurch kann das Risiko für mög-liche Lähmungen oder Sensibilitätsausfäl-le durch Beschädigung des prä- bzw. post-zentralen Gyrus während der Operation besser abgeschätzt werden. Funktionelle Landmarken können in Operationscom-puter eingespielt werden und stehen dem Chirurgen während des Eingriffs als zu-sätzliche Orientierungspunkte zur Ver-fügung, um eine möglichst radikale aber funktionserhaltende Tumorchirurgie zu unterstützen. Die ergänzende Visualisie-rung der Pyramidenbahn mit der
Diffu-sionstensorbildgebung und Traktogra-phie ist hier sehr hilfreich (. Abb. 4c, f; [2, 23]). Weiter ermöglicht die fMRT, tu-morbedingte – sog. neuroplastische – Ver-änderungen in der Hirnfunktion zu erfas-sen [12, 24, 25, 26].
Prächirurgisches
somatotopes Mapping
Das Mapping des Motorkortex mit der fMRT kann durch repetitive Bewegungen der Finger (Fingeropposition), der Hand (Faustschluss), Zehen (Zehenextension/ -flexion) und/oder der Zunge (Auf- und Abbewegungen) erfolgen, mit denen die Lage der entsprechenden funktionellen Areale und der verschiedenen Körperre-präsentationen zur Läsion beurteilt wer-den kann (. Abb. 2a, b, c,. Abb. 4a, b,
. Abb. 5; [18, 22]). Infolge der Faserkreu-zung müssen die Bewegungen der Extre-mitäten in der zur Läsion kontralateral ge-Abb. 4 9 fMRT und DTI bei einem Oligoastrozytom WHO°II links parietal. So-matotopes Mapping der motorischen und somato-sensiblen Fuß- (a, d) und Handrepräsentationen (b, e). 3-D-Datensatz zur funktionellen Neuronavi-gation mit Darstellung der motorischen Repräsen-tationen von Fuß (blau), Hand (rot) und Zunge (pink) in Relation zum Tu-mor, DTI-Traktographie der Pyramidenbahn (grün; c, f). Erhaltene anatomische Landmarken. fMRT funktio- nelle Magnetresonanzto- mographie, DTI Diffusions-tensorbildgebung
legenen Körperhälfte ausgeführt werden. Auch SMA und PMA lassen sich durch Willkürbewegungen funktionell abbilden. Analog zum motorischen lässt sich auch der somatosensible Homunkulus funktio-nell darstellen (. Abb. 4d, e). Meist wird die somatosensible fMRT ergänzend zur motorischen durchgeführt, z. B. bei Pa-tienten mit tumorassoziierten kontrala-teralen Paresen, sedierten oder nicht ko-operativen Patienten und für Verlaufs-untersuchungen, die einer standardisier-ten Stimulation bedürfen (meist wissen-schaftliche Anwendungen). Hierbei wird die zum Tumor kontralaterale Seite stimu-liert [15]. Eine aktive Mitarbeit der Patien-ten ist nicht erforderlich.
Bei Patienten mit großen Tumoren kann durch Tumorinfiltration, Kompres-sion und Verdrängung die Identifizie-rung der genannten anatomischen Land-marken erschwert bis unmöglich sein (. Abb. 5). Die fMRT erlaubt, die funk-tionellen Areale in Relation zum Tumor verlässlich zu lokalisieren und die Potion des prä- bzw. postzentralen Gyrus si-cher zu bestimmen. Das Standardunter-suchungsprotokoll für ein somatotopes motorisches Mapping beinhaltet repetiti-ve Bewegungen der zum Tumor gegensei-tigen (kontralateralen) Extremitäten und des Kopfs. Entsprechende BOLD-Aktivie-rungen sind im Gyrus praecentralis loka-lisiert und beziehen meist den angrenzen-den Sulcus centralis und oft auch angrenzen-den Gy-rus postcentralis mit ein. Die Zentralfur-che kann so eindeutig lokalisiert werden.
Schwer betroffene Patienten mit tu-morbedingten Lähmungen der
Gegen-seite können diese Bewegungsaufgaben manchmal nicht richtig ausführen. Für diese Patienten sind spezielle Untersu-chungsprotokolle mit komplexen Bewe-gungsaufgaben der tumorseitigen Hand [16] oder die passive somatosensible Sti-mulation [4, 15] hilfreich. Diese Untersu-chungen können zusätzlich durchgeführt werden, sind aber nicht Teil des diagnosti-schen Standard-fMRT-Protokolls: F Durch komplexe Fingeropposition
der zum Tumor ipsilateralen, nicht gelähmten Hand werden nicht nur der kontra-, sondern auch der zum Tumor ipsilaterale prämotorische und motorische Kortex aktiviert, die als operative Landmarken dienen kön-nen [22].
F Eine passive taktile Stimulation der gelähmten Körperseite kann ergän-zend den postzentralen Gyrus lokali-sieren [3, 20].
F Imaginierte Bewegungen aktivieren den primären Motorkortex ebenfalls somatotop, allerdings deutlich schwä-cher als ausgeführte Bewegungen. Für die prächirurgische Diagnostik sind imaginierte Bewegungen daher nicht zuverlässig verwendbar [17].
Kortikale Plastizität/
Reorganisation
Unter kortikaler Plastizität und Reorga-nisation wird die Veränderung von Hirn-aktivierung unter pathologischen Bedin-gungen verstanden, wobei angenommen wird, dass diese Veränderungen kompen-satorischen Charakter haben [23]. So gibt
es Hinweise, dass die zur Läsion kontrala-terale Hirnhälfte Funktionen der zur Lä-sion ipsilateralen Hirnhälfte z. T. über-nehmen kann [5, 10, 13].
Bei Rechtshändern mit frontotempora-len Tumoren links (Sprachregion, domi-nante Hemisphäre) wurde eine verstärk-te Sprachlaverstärk-teralisierung zur nichtdomi-nanten Hemisphäre gezeigt [12, 21]. Erst kürzlich wurde nachgewiesen, dass Hirn-tumoren auch die Lateralisation der Ak-tivierung im primären Motorkortex zur Gegenseite bedingen können. Ein eindeu-tiger Zusammenhang zwischen typischen Veränderungen der motorischen Hirn-aktivierung und Paresegrad wurde aller-dings bislang nicht nachgewiesen [25]. Des Weiteren nimmt man an, dass eine Schädigung von M1 eine erhöhte motori-sche Aktivität von SMA zur Folge hat [10]. Solche Funktionsveränderungen werden derzeit bei verschiedenen Erkrankungen des Gehirns untersucht und können mit-tels fMRT sichtbar gemacht werden. So wird angenommen, dass nach Schlagan-fällen die neuronale Plastizität nicht nur funktionelle Veränderungen anzeigt, son-dern möglicherweise auch zur klinischen Erholung beiträgt [10, 24, 27].
Ausblick: Multimodales Imaging
Die Diffusionstensorbildgebung (DTI) vi-sualisiert den Faserverlauf in der weißen Substanz. In der Nachverarbeitung wer-den Fasern in verschiewer-denen Raumrich-tungen mit jeweils unterschiedlicher Far-be kodiert. Unterbrechungen oder eine Verlagerung von Nervenfaserbündeln Abb. 5 9 fMRT bei höher- gradigem Gliom rechts pa- rietal. Somatotopes Map- ping der motorischen Re-präsentationen von Fuß (a), Hand (b) und Zunge (c). Anatomische Landmarken nicht sicher identifizierbar. fMRT funktionelle Magnet-resonanztomographie590 |
Der Radiologe 7 · 2013können mit der DTI dargestellt werden. Die DTI wird deshalb oft in Kombination mit der fMRT in der präoperativen Dia-gnostik eingesetzt, sodass neben der Lo-kalisation funktioneller Areale auch der Verlauf wichtiger Fasern, z. B. der Pyra-midenbahn oder des Fasciculus arcuatus, in Bezug auf die Lage der Läsion darge-stellt werden kann [7, 23].
Die präoperativ angefertigten fMRT- und DTI-Aufnahmen werden meist mit strukturellen 3-D-Datensätzen fusioniert und können zur funktionellen Neurona-vigation verwendet werden [23].
Fazit für die Praxis
F Im Gegensatz zur konventionellen MRT kann die fMRT funktionelle Area-le des Kortex bildlich darstellen. F Bezüglich der motorischen und so- matosensiblen Systeme steht die Dar- stellung der somatotop organisier- ten primären Rindenfelder in den Gy- ri prae- und postcentralis im Vorder-grund. F Die prächirurgische fMRT-Diagnostik ist die am besten etablierte und vali-dierte klinische Anwendung der fMRT. Sie dient der Abschätzung funktio-neller Ausfälle durch die Operation, der Festlegung eines optimierten the-rapeutischen Konzepts mit dem Ziel einer möglichst radikalen Tumorbe- handlung unter weitgehendem Er- halt wichtiger Hirnfunktionen, der Re- duktion invasiver diagnostischer Pro-zeduren (Wada-Test) und der Planung intraoperativer Elektrokortikogra-phien und Wachkraniotomien. F Darüber hinaus ermöglichen funktio- nelle Untersuchungen die Charakte-risierung pathologisch veränderter Hirnaktivierungen. Inwiefern diese In-formation prognostischen Wert hat, ist Gegenstand aktueller Forschung.
![Abb. 1 8 Kortikales sensomotorisches Netzwerk mit entsprechenden Brodmann-Arealen. (Nach [23, 31])](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123doknet/14872203.640409/1.892.332.814.612.1066/abb-kortikales-sensomotorisches-netzwerk-entsprechenden-brodmann-arealen-nach.webp)
