Selbstbewegungswahrnehmung bei der Parkinson-Krankheit (SMP_PD)

Die Parkinson-Krankheit (PD) ist klassischerweise durch eine Abnahme der motorischen Funktion gekennzeichnet, die durch die typischen Symptome Akinese, Bradykinesie, Starrheit und Zittern sowie Haltungs- und Gleichgewichtsstörungen gekennzeichnet ist. Allerdings werden seit kurzem auch nicht-motorische Symptome als Hauptbestandteil der Krankheit erkannt. Nicht-motorische Symptome können Schlafstörungen, Stimmungsschwankungen, Halluzinationen, kognitive Beeinträchtigungen und verschiedene sensorische und Wahrnehmungsdefizite umfassen. Im Gegensatz zu den motorischen Symptomen sind nicht-motorische Symptome von Natur aus weniger beobachtbar und können daher unbemerkt bleiben, wenn sie nicht direkt getestet werden.

Bereits frühe Studien zeigten eine breite visuelle Dysfunktion bei PD. Dazu gehören Verzögerungen bei visuell evozierten Reaktionen und Anomalien bei Kontrast, räumlich-zeitlicher und Farbempfindlichkeit. Parkinson-Patienten haben auch eine veränderte Wahrnehmung der visuellen Orientierung sowie komplexe Sehbehinderungen. Doch trotz ihrer visuellen Defizite scheinen PD-Patienten im Vergleich zu Kontrollpersonen funktionell stärker vom Sehen abhängig zu sein. Dies scheint etablierten Prinzipien der optimalen sensorischen Integration zu widersprechen, wonach man sich weniger auf beeinträchtigte Hinweise verlassen sollte. Dies kann jedoch nur innerhalb eines prinzipiellen Rahmens gemessen, quantifiziert und verglichen werden, der die Genauigkeit relevanter Wahrnehmungshinweise misst, quantifiziert und vergleicht. Es sind nämlich die relativen Zuverlässigkeiten sensorischer Hinweise, die gemäß den Schemata der optimalen (Bayes'schen) Integration das Ausmaß festlegen sollten, in dem auf die Hinweise vertraut wird (siehe weiter unten).

Die Forschung hat Beeinträchtigungen anderer sensorischer Systeme als des Sehvermögens gezeigt, wie z. B. der propriozeptiven und vestibulären Funktion. Interessanterweise können viele sensorische Defizite bei Parkinson eng mit „klassischen“ motorischen Symptomen verbunden sein. Zum Beispiel: i) dysfunktionale vestibuläre Signale können zu einer beeinträchtigten Gleichgewichtskontrolle bei PD führen, (ii) propriozeptive Defizite beeinträchtigen freiwillige und reflexive motorische Befehle, (iii) Beeinträchtigungen der räumlichen Wahrnehmung können zum Einfrieren des Gangs (FOG) beitragen, und (iv ) Parkinson-Patienten überschätzen die Lautstärke ihrer eigenen Sprache, was wahrscheinlich auf Wahrnehmungsdefizite zurückzuführen ist, entweder durch eine beeinträchtigte sensomotorische Integration oder durch eine beeinträchtigte Selbstwahrnehmung motorischer Defizite. Auch höhere Wahrnehmungsfunktionen, wie die Wahrnehmung von Emotionen durch Gesichtsausdrücke, sind bei Parkinson-Patienten beeinträchtigt. Die Wahrnehmung der Eigenbewegung ergibt sich hauptsächlich aus Trägheitsbewegung (vestibulär) und optischen Fluss (visuell) Hinweisen. Wenn PD-Patienten mit radial expandierenden optischen Flussmustern konfrontiert werden, zeigen sie eine veränderte Navigationsauslenkung und eine veränderte Wahrnehmung der egozentrischen Mittellinie sowie eine reduzierte Aktivierung in visuellen Gehirnbereichen im Vergleich zu Kontrollen. Die Schwellen der Eigenbewegungswahrnehmung aus dem optischen Fluss wurden jedoch noch nicht untersucht und werden daher in dieser Studie gemessen.

Vestibuläre Anomalien können auch die Wahrnehmung der Eigenbewegung bei PD beeinflussen. Kürzlich haben Bertolini et al. (2015) fanden bei PD eine beeinträchtigte Neigungswahrnehmung, aber auch hier wurden die vestibulären Schwellen der linearen Eigenbewegungswahrnehmung nicht direkt erforscht. Daher ist das erste Ziel dieser Studie, die Schwellen der unisensorischen (visuellen und vestibulären) Wahrnehmung von Eigenbewegungen bei Parkinson zu bestimmen, wobei ein rigoroses und gut verwendetes Paradigma der Überschriftendiskriminierung verwendet wird.

Zusätzlich zu Defiziten in der visuellen und vestibulären Wahrnehmung von Eigenbewegungen können Parkinson-Patienten jedoch unter einer suboptimalen Integration dieser Hinweise leiden. Daher ist das zweite große Ziel, die Integration von visuellen und vestibulären Hinweisen für die Wahrnehmung von Eigenbewegungen gezielt zu untersuchen. Dies wird im Bayes'schen Rahmen der multisensorischen Integration geschehen.

Die Integration von Informationen aus verschiedenen Modalitäten ("multisensorische Integration") ist für eine intakte Wahrnehmung der Welt unerlässlich. Theoretische Studien, basierend auf der Bayes'schen Statistik, haben einen Rahmen geschaffen, um die multisensorische Integration mit Vorhersagen für eine „optimale“ Strategie zu untersuchen. Unter der Annahme einer Gaußschen Verteilung und eines flachen Prior reduziert sich die optimale Integration mehrerer Hinweise auf eine einfache lineare Gleichung, gemäß der die multisensorische Wahrnehmung eine gewichtete Kombination der zugrunde liegenden Hinweise ist. Viele Human- und Tierstudien haben tatsächlich eine nahezu optimale Cue-Integration gezeigt. Obwohl die multisensorische Integration ein aktives Forschungsthema in Bezug auf die normale Gehirnfunktion mit gut etablierten Werkzeugen ist, wurde sie bei PD nicht untersucht. Die Forscher stellen Hypothesen auf, basierend auf der offensichtlichen übermäßigen Abhängigkeit bei PD von visuellen Hinweisen. Parkinson-Patienten zeigen möglicherweise eine nicht optimale multisensorische Integration (nämlich eine Übergewichtung visueller Hinweise). Dies kann tiefgreifende Auswirkungen auf die Grundfunktion haben.

Das Hinzufügen von sensorischem Rauschen zu einem Stimulus verringert seine Zuverlässigkeit. Bei den optischen Flussreizen der Eigenbewegung durch eine 3D-Punktwolke kann die Zuverlässigkeit durch Manipulieren der Kohärenz der sich bewegenden Punkte gesteuert werden. Für 100 % Kohärenz (kein zusätzliches Rauschen) bewegen sich alle Punkte kohärent gemäß der Richtung der simulierten Eigenbewegung. Wenn Rauschen hinzugefügt wird, z. Bei einer Kohärenz von 75 % bewegen sich 75 % der Punkte kohärent gemäß der Richtung der Eigenbewegung, während sich die restlichen 25 % in einer zufälligen Richtung bewegen. Wenn die Kohärenz abnimmt, verringert sich die Zuverlässigkeit des visuellen Stimulus. Kürzlich zeigten die Forscher, dass verschiedene klinische Gruppen (z. Autismus) können unterschiedlich auf das Hinzufügen von visuellem Rauschen reagieren. Daher werden die Forscher im Rahmen dieser Experimente auch die visuelle Wahrnehmung in Abwesenheit und Anwesenheit von zusätzlichem visuellem Rauschen vergleichen. Die Pathophysiologie von PD wird oft so verstanden, dass sie ein erhöhtes neuronales Rauschen widerspiegelt (z. Beta-Oszillationen), daher nehmen die Forscher an, dass externes sensorisches Rauschen eine stärkere Wirkung auf PD-Patienten im Vergleich zu Kontrollpersonen haben könnte (vielleicht durch den Stimulus, der neuronale Fluktuationen bei PD verschlimmert, anstatt zu reduzieren).

Daher haben die Forscher in dieser Studie 3 Hauptziele: i) die grundlegende (unisensorische) visuelle und vestibuläre Wahrnehmung der Eigenbewegung bei PD zu beobachten, ii) die multisensorische Integration bei PD-Patienten im Rahmen der Bayes'schen Inferenz zu beobachten, und iii) die Auswirkungen der Verringerung der visuellen Zuverlässigkeit (das Hinzufügen von visuellem Stimulusrauschen) auf die Leistung bei PD zu beobachten. Alle drei Ziele werden mit dem gleichen Experiment angegangen. Alle Teilnehmer kommen zu zwei Besuchen. PD-Patienten führen das gleiche Verfahren durch, sobald sie „mit“ Medikation und einmal „ohne“ Medikation sind (deren Reihenfolge zwischen den Patienten ausgeglichen wird; zufällig im Voraus bestimmt). Für den Medikationszustand "aus" hören die Patienten 12 Stunden vor den Experimenten (bis nach dem Experiment) auf, ihre PD-Medikamente einzunehmen. Die Kontrollgruppe wird das Experiment auch zweimal durchführen, um das mögliche Artefakt von Lerneffekten zu kontrollieren.