(K)ein Auge fürs Detail
Für ihre Bewerbung um den KlarText-Preis für Wissenschaftskommunikation 2021 in der Kategorie Neurowissenschaften veranschaulichte Brigitte Kaufmann, was sie in ihrer Promotion erforscht hat.
Nach einem Schlaganfall in der rechten Gehirnhälfte nehmen viele Patienten die linke Seite ihre Umgebung nicht mehr wahr. Untersuchungen der Augenbewegungen zeigten nun, dass diese Patienten auch die rechte Seite ihrer Umgebung ungenügend beobachten.
Jährlich erleiden weltweit über 15 Millionen Menschen einen Schlaganfall. Der genaue Ort eines Hirnschlags bestimmt welche Funktionen unseres Gehirns betroffen sind. Nach einem Schlaganfall in der rechten Gehirnhälfte nehmen sieben von zehn Betroffenen die linke Seite ihrer Umgebung nicht mehr wahr. Dieses Defizit der Aufmerksamkeit wird fachsprachlich Neglect genannt. Der medizinische Begriff «Neglect» stammt vom lateinischen Wort «neglegere», was «vernachlässigen» bedeutet. Obwohl die Betroffenen perfekt sehen können, können sie ihre Aufmerksamkeit nicht mehr auf die linke Seite richten. Diese Vernachlässigung führt zu grossen Schwierigkeiten im Alltag: die Betroffenen bemerken nicht, dass ein Fahrzeug von links kommt oder erkennen ihre Familien nicht wenn sie links von ihnen stehen. Die linke Seite ihrer Umgebung ist für die Betroffenen gar «nicht mehr vorhanden».
Verantwortlich für dieses Defizit sind durchtrennte Verbindungen im Gehirn. Zum betroffenen Netzwerk gehören auch Hirnareale, die die Augenbewegungen koordinieren. Gibt es einen Unterbruch in diesem Netzwerk werden also auch die Augenbewegungen nicht mehr korrekt angesteuert. Durch die genaue Untersuchung der Augenbewegungen können somit Rückschlüsse über die Funktionen des Gehirns gezogen werden.
Dies hat sich die Schweizer Forschungsgruppe des Neurozentrum am Luzerner Kantonsspital zu Nutzen gemacht. Nach einem Schlaganfall wurden den Betroffenen verschiedene Landschaftsbilder gezeigt. Gleichzeitig wurden ihre Augenbewegungen mit einer Infrarotkamera aufgezeichnet. Die Resultate zeigen, dass sich Personen mit einem Neglect vorwiegend den rechten Teil der Bilder anschauen und die linke Seite vernachlässigen. Die Betroffenen zeigen eine Verschiebung der Augenbewegungen nach rechts. Die Forschungsgruppe konnte so sehr genau diagnostizieren ob eine Person einen Neglect hat oder nicht. Zudem war die Diagnostik mit Hilfe der Augenbewegungen sogar genauer als die Diagnostik mit den sonst verwendeten Suchaufgaben!
Eine Schwierigkeit bei diesen Suchaufgaben ist auch die Aufgabenstellung; «Markieren Sie alle Glöckchen auf dem Blatt». PatientInnen müssen diese Aufgabe zuerst verstehen, bevor sie mit der Lösung beginnen können. Die Untersuchung der Augenbewegungen beruht hingegen auf einem automatischen Verhalten – wir Menschen sind gewohnt uns umzuschauen und bewegen unsere Augen ganz spontan hin und her. Deshalb kann diese Diagnostik mit Hilfe der Augenbewegungen sogar bei Betroffenen mit Sprachstörungen oder Fremdsprachlern angewendet werden!
Ein weiterer Vorteil dieser neuen Untersuchung besteht darin, dass innerhalb kürzester Zeit Hinweise über einen Neglect vorliegen. Das ist nicht nur zeitsparend, sondern ermöglicht einen früheren Start der Therapie! Dies wiederum erhöht die Chancen, dass die Betroffenen wieder nach Hause entlassen werden können.
Aufgrund dieser Ergebnisse ist die Messung der Augenbewegungen bereits heute ein wichtiger Bestandteil der Neglectdiagnostik am Neurozentrum des Luzerner Kantonsspital in der Schweiz.
© Brigitte Kaufmann
In verschiedenen Studien konnte die Luzerner Forschungsgruppe das neglect-typische Muster bereits aufzeigen; PatientInnen schauen sich vor allem den rechten Teil der Bilder an. Dies führt auch dazu, dass Betroffene viel mehr Zeit mit der Exploration dieser Bildseite verbringen. Das ist jedoch noch nicht die ganze Geschichte. In ihren neusten Untersuchungen konnten die Forschenden zeigen, dass die tatsächlich angeschaute Fläche auf der rechten Bildseite deutlich kleiner ist als bei den Gesunden. Die Neglect Betroffenen schauen sich also auch in der vermeintlich gesunden rechten Seite nicht richtig um!
«Aber wie kann es sein, dass jemand zwar länger die rechte Seite der Umgebung beobachtet, dort aber trotzdem weniger wahrnimmt?», werden Sie sich nun fragen. Der zeitliche Verlauf der Augenbewegungen gibt Aufschluss darüber. Neglect Betroffene verweilen lange an einen Ort, bevor sie einen nächsten Punkt auf dem Bild anschauen. Es scheint so, als ob sie an einem Ort im Bild «kleben bleiben», und sich nicht davon lösen können. Sie können ihre Augenbewegungen also nicht richtig kontrollieren!
Diese fehlerhafte Kontrolle wird auch von den Therapeuten im Klinikalltag beobachtet. Werden Betroffene gebeten immer wieder einen Knopf zu drücken, können sie dies problemlos. Sollen sie aber plötzlich damit aufhören, können sie diese Aufgabe nicht umsetzen – sie drücken den Knopf einfach immer weiter. Also auch hier bleiben die Betroffenen in einer Handlung «stecken».
Die Forschenden haben sich nun gefragt, ob sich der Neglect und die Verhaltenskontrolle gegenseitig beeinflussen. Leider ist es ist in der Tat so, dass die fehlerhafte Kontrolle den Neglect zusätzlich verstärkt: Der Blick der Betroffenen wird aufgrund des Neglects bereits stark auf die rechte Seite gezogen. Durch die fehlerhafte Verhaltenskontrolle bleiben sie nun noch mehr auf dieser Seite kleben. Dies erschwert das Herumschauen zusätzlich und verstärkt den Neglect.
Dieses Verhalten lässt sich vor allem bei Betroffenen beobachten, die einen Schlaganfall an einer besonderen Stelle im Gehirn erlitten haben. Im Putamen. Die Untersuchungen der Luzerner Gruppe zeigten nun, dass das Putamen ein wichtiger neuronaler Knotenpunkt zwischen den beiden Netzwerken – der Aufmerksamkeit und der Verhaltenskontrolle – ist. Die Aufmerksamkeit und die Verhaltenskontrolle sind also nicht nur auf der Verhaltensebene, sondern auch neuroanatomisch eng miteinander verknüpft.
Die Forschenden hoffen nun, dass dieser wechselseitige Effekt in der Zukunft für therapeutische Zwecke genutzt werden kann. Denn wenn diese beiden Funktionen so eng zusammenhängen, könnte mit der gezielten Therapie der Aufmerksamkeit auch die Verhaltenskontrolle verbessert werden und umgekehrt. In zukünftigen Studien ist es deshalb wichtig zu beobachten ob und wie sich die verschiedenen Therapien gegenseitig beeinflussen. Vielleicht kann die nach einem Schlaganfall verlorene Funktion über noch erhaltene Verbindungen im Gehirn angesprochen und so besser therapiert werden. In einigen Jahren könnten solche Ansätze das Ergebnis der Therapien weiter verbessern und zu einer besseren Lebensqualität der Betroffenen beitragen!
Brigitte C. Kaufmann studierte Psychologie und Neurowissenschaften an den Universitäten Fribourg und Bern. Bereits in ihrer Bachelorarbeit interessierte sie sich für das Zusammenspiel von Verhalten und Gehirn. In ihrer Doktorarbeit untersuchte sie wie sich ein Hirnschlag auf die Augenbewegungen auswirkt und wie diese zur Diagnostik von kognitiven Defiziten verwendet werden können. Seit 2021 ist sie Postdoktorandin am Paris Brain Institute (ICM) und erforscht wie verschiedene kognitive Defizite zusammenspielen und die Erholung nach einem Schlaganfall beeinflussen.
“Im Bild kleben bleiben…”
Keine Antwort aber Fragen. Könnte so etwas bei Gesunden nicht auch passieren ? Ich ertappe mich oft selbst dabei wenn ich an bestimmten Dingen in meinem Blickfeld “kleben” bleibe. Wahrscheinlich sucht mein Unterbewusstsein in gemachten Erfahrungen bestimmte Erinnerungen die mit diesem Objekt in Verbindung stehen könnten , womit mein Bewusstsein nichts anfangen kann ?Wenn neuronale Netzwerke zerstört sind, sind auch Erinnerungsbahnen zerstört und einzelne Fragmente bestehen zwar noch , können aber nicht mehr zusammengefügt werden, was dass das Bewusstsein irritiert.
Vielen Dank für diese guten Fragen!
zur ersten Frage; Klar, das geschieht auch bei Gesunden und gehört zum “normalen” Verhalten. In unseren Studien vergleichen wir deshalb immer mit einer Gruppe gesunder Personen (ohne Hirnschlag, Neurodegenerative erkrnakungen, etc.) mit ungefähr gleichem Alter. So sehen wir ob sich das Verhalten zwischen den beiden Gruppen unterscheiden. Hierbei sehen wir, dass Patienten mit einem Neglect öfters “kleben” als Gesunde.
Zur zweiten Frage; abhängig vom Ort des Schlaganfalls können verschiedene Netzwerken betroffen sein – auch das das Gedächtnis. Bei Personen mit Gedächtnisschweirigkeiten würde wir aber erwarten, dass ein Ort auf einem Bild mehrmals angeschaut wird und nicht, dass sie kleben bleiben. Zudem würden neuropsychologische Tests auf allfällige Schwierigkeiten mit dem Gedächtnis hinweisen. Auch Funktionell und Neuroanatomisch wären das andere Netzwerke.
Erstaunlich finde ich, dass dieser Neglect nach Schädigung im Hirn rechts, erst heute entdeckt und über die Augenbewegungen diagnostisch ausgenutzt wird. Denn Hirnforschung gerade auch mit Hirngeschädigten (etwa mit Phineas Gage (Frontalhirnsyndrom)) gibt es schon lange.
Nun, vielleicht fehlte bis heute die detaillierte Untersuchung, was denn alles von einer bestimmten Hirnschädigung betroffen ist.
Ich könnte mir vorstellen, dass es für andere Hirnschädigungen ebenfalls messbare Auswirkungen auf die Perzeption, die Verarbeitung und die exekutiven Funktionen gibt wie nach einem Hirnschlag, nur dass es noch niemand detailliert untersucht hat.
Der Neglect ist ein bekanntes Phänomen, das seit Jahrzehnten untersucht wird.
Durch neuere Entwicklungen wie MRI und Video-okulographie haben wir jedoch heute erst die Möglichkeit den Neglect schneller und genauer zu Diagnostizieren und zu Charakterisieren. Dies ermöglicht einen früheren Start der Therapie, was die Chancen erhöht, dass die Betroffenen wieder nach Hause entlassen werden können.
Und Sie haben natürlich Recht; die Auswirkungen eines Hirnschlags auf kognitive Prozesse wie Perzeption, Verarbeitung und Exekutive können sicherlich mit all diesen neuen Geräten genauer untersucht werden! Dies wird auch dazu beitragen, dass wir die neuronalen Prozesse unseres Gehirns besser verstehen. Von diesen Resultaten lassen sich dann wiederum diagnostische und therapeutische Massnahmen zur Verbesserung der Neurorehabilitation ableiten!