Neurologische Untersuchungsmethoden: Grundbegriffe und klinische Anwendbarkeit

Die promovierte Klinische Gesundheitspsychologin María J. García-Rubio und die Spezialistin für klinische Neuropsychologie und Major Cognitive Disorder Nancy Navarro erklären in diesem Artikel, was die neurologische Untersuchung ist, sowie deren Techniken und klinische Anwendbarkeit.

Einleitung

Das Verständnis der Struktur und Funktion des Nervensystems (NS) erfordert die Verzahnung verschiedener Disziplinen wie die Physiologie, Medizin, Psychologie und Biologie unter anderem. Deshalb bilden viele dieser Disziplinen die Neurowissenschaften und die damit verbundenen Meilensteine als spezifischen Zweig der Untersuchung des gesunden und pathologischen NS.

Um wissenschaftliche Studien durchzuführen, die Informationen über die Entwicklung des NS, seine Teile und Funktionsweise liefern, ist eine gemeinsame Methodik dieser Disziplinen erforderlich, die sich auf die neurologische Untersuchung stützt. Aus ihr entstehen die Techniken der neurologischen Untersuchung.

Was ist die neurologische Untersuchung?

Die neurologische Untersuchung ist die Vorgehensweise, durch die sich präzise Schlussfolgerungen über Struktur und Funktion verschiedener Aspekte des Nervensystems (González und López, 2013) ziehen lassen. Dabei sind die Art der neurologischen Untersuchungstechnik und der ihr zugrunde liegende Mechanismus entscheidende Faktoren.

Techniken der neurologischen Untersuchung

Die Entwicklung der Techniken der neurologischen Untersuchung reicht zurück bis zur Evolution des Gehirnkonzepts, die zeitlich mit einigen der bekannten philosophischen Theorien wie der von Hippokrates (ca. 460–370 v. Chr.) zusammenfällt, der das Gehirn als Sitz der Erfahrung und der Intelligenz beschrieb.

Andreas Vesalio (1514–1564) war der Erste, der die Anatomie des Gehirns anhand von Abbildungen in seinem Werk „De humani corporis“ beschrieb; auch René Descartes (1596–1650) beschreibt das Gehirn als eine komplexe Maschine, ähnlich dem Herzen, die die komplexen Handlungen des Menschen steuert.

Neumoenzephalografie

1919 entwickelte Walter Dandy (1886–1946) die Neumoenzephalografie, ein Verfahren, bei dem eine Röntgenaufnahme des Gehirns angefertigt wurde, indem die Gehirnflüssigkeit durch Luft, Sauerstoff oder Helium ersetzt wurde.

Das Elektroenzephalogramm

Nach dieser ersten Technik der neurologischen Untersuchung kam das Elektroenzephalogramm durch den deutschen Arzt Hans Berger (1873–1941) als ein Verfahren, das die neurologische Untersuchung revolutionieren konnte. Denn mit dem EEG erhält der Forscher zwar keine Röntgenaufnahme des Gehirns, kann jedoch die Zeitpunkte und Hirnregionen ermitteln, in denen basierend auf den auf der Kopfhaut gemessenen postsynaptischen Potentialen Gehirnaktivität auftritt.

Weitere Techniken der neurologischen Untersuchung und ihre Varianten

Anschließend waren weitere Techniken der neurologischen Untersuchung die Angiographie, die aus der Lobotomie des 20. Jahrhunderts stammte. Erst Ende der 1960er Jahre entwickelten sich jedoch funktionelle Techniken der neurologischen Untersuchung wie die Magnetoenzephalografie (MEG) von Cohen (1968), die Computertomographie (CT) und die Magnetresonanztomographie (MRT), zusammen mit der Entwicklung der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) (Posner und Raichle, 1994).

Schließlich wurden in den 1980er Jahren und danach neue Varianten dieser Techniken der neurologischen Untersuchung entwickelt, mit denen Forscher zunehmend präzisere und aufschlussreichere Gehirndaten gewinnen können.

Beispiele hierfür sind die transkranielle Magnetstimulation (TMS), die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) und ihre diversen Anwendungen, darunter die BOLD-Signale sowie T1- und T2-Kontraste. Zudem ist seit 1994 die neurologische Untersuchung anhand bildgebender Daten aus moderneren Techniken wie der Diffusionstensorbildgebung möglich, mit der unter anderem der Verlauf der Nervenfasern dargestellt werden kann (Fuller, 2020).

Methoden der neurologischen Untersuchung

In diesem Beitrag geben wir einen kurzen Überblick über die bestehenden Methoden der neurologischen Untersuchung und konzentrieren uns dabei insbesondere auf die funktionellen Methoden, die aufgrund ihrer großen Bedeutung in der aktuellen Forschung der kognitiven Neurowissenschaft am Menschen am häufigsten eingesetzt werden.

Läsionsmethoden

Die Läsionsmethoden sind Techniken der neurologischen Untersuchung, die Hirnschädigungen als Hypothesen nutzen, um die mit Verhalten in Zusammenhang stehenden Leistungen des Gehirns zu verstehen. Sie analysieren also geschädigte Hirnstrukturen und deren Einfluss auf das Verhalten.

Ihre Methodik ist vielfältig einsetzbar, um verschiedene Szenarien zu untersuchen, sowohl für Spontanverletzungen infolge eines erworbenen Gehirnschadens als auch für durch einen chirurgischen Eingriff verursachte Läsionen (Humphreys et al., 2021).

Zu diesen Methoden zählen das makroskopische und mikroskopische Analysieren, deren Ziel es ist, Informationen über die morphologische und architektonische Beschaffenheit des postmortalen Nervengewebes zu liefern. Dies erfolgt mittels Verfahren wie Fixierung, Färbung oder Schnitt, um die chemische und molekulare Natur auf makro- oder mikroskopischer Ebene zu untersuchen.

Instrumentelle Methoden

Diese Methoden ermöglichen die neurologische Untersuchung durch das Aufzeichnen und Beobachten der Gehirnleistung bei verschiedenen Aufgaben mithilfe spezifisch angepasster Instrumente, um Variablen zu kontrollieren, die die Gehirnfunktion indirekt beeinflussen (Marinescu et al., 2018).

Zu diesen neurologischen Untersuchungstechniken gehören die sensorischen Verfahren, die aus dem Paradigma der sensorischen Aufteilung stammen, bei dem unterschiedliche Eingangsinformationen so manipuliert werden, dass mehrere kontrollierte Stimuli gleichzeitig in beide Gehirnhälften gelangen und um die Verarbeitung konkurrieren. Dazu gehören insbesondere die dichotische Hörprüfung, getrennte Gesichtsfeldtests und dihäptische Palpation (Maes et al., 2017; Vendetti et al., 2015).

Auch motorische Techniken wie die motorische Interferenz gehören zu den instrumentellen Methoden der neurologischen Untersuchung. Dabei muss der Teilnehmer gleichzeitig zwei motorische Aufgaben durchführen, etwa beim Schlagtest.

Funktionelle Methoden

Die funktionellen Methoden zeichnen Veränderungen der Gehirnaktivitäten auf, indem verhaltensbezogene Variablen manipuliert werden. In dieser Kategorie stehen die elektromagnetischen und die metabolischen Techniken der neurologischen Untersuchung im Vordergrund.

Elektromagnetische Techniken: dazu gehören insbesondere die Elektroenzephalografie, die evozierten Potentiale und die Magnetoenzephalografie.

— Elektroenzephalogramm

Es handelt sich um eine nicht-invasive Technik, die es ermöglicht, das zentrale Nervensystem zu untersuchen. Dabei erfolgt die Erfassung der Gehirnaktivität, während verschiedene Aufgaben vor unterschiedlichen Stimuli ausgeführt werden.

Die Methode ermöglicht es, die bioelektrische Gehirnaktivität zu verstärken, indem die elektrischen Feldaktivitäten gemessen werden, die durch postsynaptische Potentiale der Pyramidenzellen im Kortex erzeugt werden. Die durch den Prozess generierten Gamma-, Beta-, Theta- und Delta-Wellenmuster werden mit Verhalten und Bewusstsein in Verbindung gebracht und anhand ihrer Frequenz und Amplitude gemessen.

Die wichtigsten klinischen Zustände, die mit dieser Technik erkannt werden können, sind: Diagnose epileptischer Störungen, Klassifikation von Schlafpathologien und Bewusstseinsstörungen (Keren et al., 2018).

— Evozierte Potentiale (EP)

Sie messen Veränderungen der elektrischen Gehirnaktivität durch einen externen sensorischen Reiz. Die Aktivität wird von auf der Kopfhaut platzierten Elektroden erfasst, die Informationen als Indikator für die neuronale Aktivität liefern (Bestmann und Krakauer, 2015).

Diese Potentiale werden zur Beurteilung des auditorischen Weges und für Studien verwendet, beispielsweise bei Neugeborenen mit Wahrscheinlichkeit einer Hypakusis, degenerativen und demyelinisierenden Erkrankungen (Norcia et al., 2015).

— Magnetoenzephalografie

Dabei handelt es sich um einen Test, der die vom Gehirn erzeugten elektrischen Ströme anhand der von ihnen generierten Magnetfelder misst und Veränderungen in spezifischen Bereichen erkennt. Das Verfahren verwendet ein oder mehrere Sensoren, die über die Schädeloberfläche gleiten, und erzeugt eine Karte von Isoflächen, die unterschiedliche Intensitäten des Magnetfelds repräsentieren.

In der klinischen Praxis wird diese Technik der neurologischen Untersuchung eingesetzt, um den Herd epileptischer Anfälle zu lokalisieren (Förster et al., 2020).

Metabolische Techniken: jene Instrumente der neurologischen Untersuchung, die es ermöglichen, das Ausmaß der metabolischen Gehirnaktivität zu erfassen. Dazu werden folgende Verfahren eingesetzt: Positronen-Emissions-Tomographie, Ein-Photonen-Emissions-Computertomographie und funktionelle Magnetresonanztomographie.

— Positronen-Emissions-Tomographie (PET)

Sie wird eingesetzt, um die neuronale Stoffwechselaktivität mittels Radiomarkern zur Messung des Blutflusses, von Dopamin-Transportmechanismen oder der Serotonin-Wiederaufnahme zu untersuchen.

Dieser Prozess birgt kein Risiko für den Patienten. Im Gegenteil, die radioaktiven Moleküle emittieren Partikel namens Positronen, um die zu untersuchende Gehirnregion zu bestimmen und ein farbiges Bild des Gehirns zu erstellen (O’Neill et al., 2015). Dieses Verfahren wird häufig bei der Erkennung neurodegenerativer Erkrankungen eingesetzt.

— Ein-Photonen-Emissions-Computertomographie (SPECT)

Es handelt sich um ein Verfahren in der nuklearmedizin. Es kombiniert zweidimensionale Bilder, die durch Überlagerung zu einem dreidimensionalen Bild verschmolzen werden.

Diese Technik der neurologischen Untersuchung wird häufig bei der Beurteilung von zerebrovaskulären Erkrankungen sowie bei Patienten mit Verdacht auf demenzielle Syndrome und/oder Hirntrauma eingesetzt (Pelegrí Martínez et al., 2017).

— Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)

Sie ermöglicht es, den regionalen Stoffwechsel zu messen, indem Sauerstoff in den Blutgefäßen des Gehirns detektiert wird. Physiologisch erklärt sich dies dadurch, dass bei erhöhter neuronaler Aktivität mehr Sauerstoff verbraucht wird, was zu einer Reduktion desselben im Blut führt (Keren et al., 2018).

Die Neuronen senden Signale an die Blutgefäße, um eine Vasodilatation hervorzurufen und so den Sauerstofftransport zu ermöglichen. Die fMRT verknüpft diesen Ablauf mit hoher Präzision bezüglich der Lokalisierung in den Hirnstrukturen.

Der Einsatz dieser Techniken der neurologischen Untersuchung ist vielfältig; heute werden sie im Bereich der kognitiven und affektiven Neurowissenschaften sowohl bei gesunden Probanden als auch bei Patienten mit neuropathologischer Diagnose eingesetzt (Atenas et al., 2018).

Fazit

In diesem Blogbeitrag wurden die Entwicklung und der aktuelle Stand der Techniken der neurologischen Untersuchung vorgestellt, mit besonderem Fokus auf die funktionellen Verfahren, aus denen Bilddaten gewonnen werden, insbesondere in Bezug auf die kognitive Funktion des Menschen in Ruhe und/oder während einer Aufgabe mit hoher oder niedriger Anforderung.

Gleichzeitig ermöglichen diese Techniken die neurologische Untersuchung des gesunden sowie des pathologischen Gehirns.

Abschließend bilden die Techniken der neurologischen Untersuchung eines der modernsten, innovativsten und sich entwickelnden Verfahren der Neurowissenschaften auf nationaler und internationaler Ebene, aufgrund ihrer Verfahrensanwendbarkeit und der Qualität sowie Aussagekraft ihrer Ergebnisse.

Literaturverzeichnis

Atenas, T. L., Díaz, E. C., Quiroga, J. C., Arancibia, S. U., & Rodríguez, C. C. (2018). Functional magnetic resonance imaging: Basic principles and application in the neurosciences. Radiología, 60(5), 368-377. https://doi.org/10.1016/j.rxeng.2018.04.001

Bestmann, S., & Krakauer, J. W. (2015). The uses and interpretations of the motor-evoked potential for understanding behaviour. Experimental brain research, 233, 679-689. https://doi.org/10.1007/s00221-014-4183-7

Förster, J., Koivisto, M., & Revonsuo, A. (2020). ERP and MEG correlates of visual consciousness: The second decade. Consciousness and cognition, 80, 102917. https://doi.org/10.1016/j.concog.2020.102917

Fuller, G. (2020). Exploración neurológica fácil. Elsevier Health Sciences.

González, N. C., & López, J. A. T. (2013). Manual para la exploración neurológica y las funciones cerebrales superiores. Manual Moderno.

Humphreys, C. A., Smith, C., & Wardlaw, J. M. (2021). Correlations in post‐mortem imaging‐histopathology studies of sporadic human cerebral small vessel disease: a systematic review. Neuropathology and applied neurobiology, 47(7), 910-930. https://doi.org/10.1111/nan.12737

Keren, H., O’Callaghan, G., Vidal-Ribas, P., Buzzell, G. A., Brotman, M. A., Leibenluft, E., … & Stringaris, A. (2018). Reward processing in depression: a conceptual and meta-analytic review across fMRI and EEG studies. American Journal of Psychiatry, 175(11), 1111-1120. https://doi.org/10.1176/appi.ajp.2018.17101124

Maes, C., Gooijers, J., de Xivry, J. J. O., Swinnen, S. P., & Boisgontier, M. P. (2017). Two hands, one brain, and aging. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 75, 234-256. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2017.01.052

Marinescu, I. E., Lawlor, P. N., & Kording, K. P. (2018). Quasi-experimental causality in neuroscience and behavioural research. Nature human behaviour, 2(12), 891-898. https://doi.org/10.1038/s41562-018-0466-5

Norcia, A. M., Appelbaum, L. G., Ales, J. M., Cottereau, B. R., & Rossion, B. (2015). The steady-state visual evoked potential in vision research: A review. Journal of vision, 15(6), 4-4. https://doi.org/10.1167/15.6.4

O’Neill, G. C., Barratt, E. L., Hunt, B. A., Tewarie, P. K., & Brookes, M. J. (2015). Measuring electrophysiological connectivity by power envelope correlation: a technical review on MEG methods. Physics in Medicine & Biology, 60(21), R271. 10.1088/0031-9155/60/21/R271

Pelegrí Martínez, L., Kohan, A. A., & Vercher Conejero, J. L. (2017). Optimización de los protocolos y del uso de contrastes en tomografía computarizada de los equipos de tomografía por emisión de positrones. Radiología, 64-74.

Posner, M.I., & Raichle, M.E. (1994). Images of Mind. Scientific American Library.

Vendetti, M. S., Johnson, E. L., Lemos, C. J., & Bunge, S. A. (2015). Hemispheric differences in relational reasoning: novel insights based on an old technique. Frontiers in human neuroscience, 9, 55. https://doi.org/10.3389/fnhum.2015.00055

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Dieser Artikel wurde übersetzt; Link zum Originalartikel auf Spanisch:
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