Multimodal investigation of neuronal circuits involved in execution and inhibition of self determined and externally guided movements in Tourette syndrome
Final Report Abstract
Mit Hilfe psychophysikalischer und neurophysiologischer Untersuchungen an GTS-Patienten ohne Medikation und psychiatrische Komorbiditäten ist es uns gelungen, wichtige Einsichten in die Neurophysiologie des Tourette-Syndroms zu gewinnen. Erstens konnten wir Veränderungen der funktionellen Mechanismen und neuronalen Substrate nachweisen, die der Planung, Ausführung (einschließlich Imitation) und Hemmung von Willkürbewegungen zu Grunde liegen: Mit MEG (Projekt 1, Experiment 2) fanden wir bei GTS-Patienten im beta-Frequenzband erhöhte Aktivierung vor und während der Ausführung selbst-getakteter Bewegungen, gefolgt von erhöhter Hemmung nach Beenden der Bewegungen. Dies legt eine überhöhte Aktivierung des motorischen Kortex nahe, die möglicherweise stärkere Hemmung nach sich zieht. Die außerdem verstärkte M1-SMA-Kohärenz im beta-Frequenzband könnte einen Anpassungsmechanismus des motorischen Systems darstellen, welcher die genaue Ausführung von Willkürbewegungen bei GTS ermöglicht. In unserer kombinierten TMS-DTI-Studie (Projekt 1, Experiment 4) zeigten wir eine abweichende funktionelle Interhemisphären-Konnektivität bei GTS, die begleitet ist von einem ebenfalls abweichenden Verhältnis zwischen Struktur und Funktion im motorischen Anteil des Balkens. Unsere Verhaltensstudie (Projekt 2, Experiment 1) erbrachte bei GTS-Patienten anomale Effekte der Beobachtung von Bewegungen auf die Ausführung von Bewegungen. Dies reflektiert möglicherweise eine Überaktivierung des funktionellen Mechanismus, der beobachtete und ausgeführten Bewegungen abgleicht (action observation-execution matching). Zweitens konnten wir bei GTS auch Anomalitäten innerhalb des somatosensorischen Systems aufzeigen: Mit DTI (Projekt 1, Experiment 3) demonstrierten wir eine abweichende Mikrostruktur der somatosensorischen Faserverbindungen, insbesondere unterhalb des primären sensorischen Kortex. Dieser Befund wirft neues Licht auf frühere Studien mit übereinstimmenden Ergebnissen, da er auf eine gestörte Interaktion von Sensorik und Motorik bei GTS hinweist. Unter Verwendung von MEG (Projekt 1, Experiment 5) und elektrischer Stimulation des Medianus-Nervs beobachteten wir Unterschiede bezüglich ERD und ERS im alpha- Frequenzband, welche sehr wahrscheinlich Abweichungen in späten Phasen somatosensorischer Verarbeitung darstellen. Drittens gelang es uns, den ersten wissenschaftlichen Beleg dafür zu erbringen, dass Echopraxie bei GTS-Patienten in einem experimentellen Setting ausgelöst werden kann. Angesichts unsere vorhergehenden Verhaltensergebnisse (Projekt 2, Experiment 1) lässt dies die Annahme zu, dass das Spiegelneuronensystem eine Rolle bei der Entstehung von Echophänomenen spielt. Daher könnte GTS eine geeignete Modellerkrankung für ein überaktives oder mangelhaft kontrolliertes Spiegelneuronensystem darstellen.
Publications
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(2009). Altered modulation of intracortical excitability during movement preparation in Gilles de la Tourette syndrome. Brain (Epub ahead of print)
Heise, K. F., Steven, B., Liuzzi, G., Thomalla, G., Jonas, M., Muller-Vahl, K., et al.
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(2009). Structural changes in the somatosensory system correlate with tic severity in Gilles de la Tourette syndrome. Brain, 132(Pt 3), 765-777
Thomalla, G., Siebner, H. R., Jonas, M., Baumer, T., Biermann-Ruben, K., Hummel, F., et al.
