Nicht-motorische Funktionen des prämotorischen Kortex: Patientenstudien und funktionelle Bildgebung

Der prämotorische Kortex, der fast den gesamten präzentralen Gyrus einnimmt, wird klassischerweise mit der Vorbereitung und Organisation von Bewegung in Verbindung gebracht. Nunmehr kommt der Erforschung der nicht-motorischen kognitiven Funktionen des prämotorischen Kortex eine ebenso große Bedeutung zu. Zur Untersuchung der prämotorischen Funktion der perzeptuellen Verarbeitung von Reihenfolgen (Sequenzen) wird eine Reihe von Experimenten dargestellt, die zwei sich ergänzende Methoden anwenden: die funktionelle Bildgebung bei gesunden Erwachsenen und die Testung der Verhaltensleistung von Patienten. Auf dem letzteren methodischen Ansatz lagerte das stärkere Gewicht der Forschungsarbeit, da die perzeptuelle Sequenzierungsleistung bisher kaum an Patienten untersucht wurde. Ausgehend von den funktionell-bildgebenden Befunden einer fMRT-Studie bei Gesunden, die mittels eines bewegungsrelatiertes Experiments die somatotope Organisation des prämotorischen Kortex aufzeigte, wurden Fragestellungen für die Untersuchung der Verhaltensleistung von Patienten entwickelt. Im Zusammenhang mit der Anwendung eines abstrakten Sequenzexperiments verfolgten die Patientenstudien das Ziel, eine mögliche kompensierte prämotorische Funktion darzustellen, insofern die fehlerfreie Bearbeitung der Experimente zudem ein hohes Maß an Flexibilität erforderte. Es wurden einerseits Patienten mit einer direkten Schädigung des prämotorischen Kortex getestet, und im Vergleich andererseits zwei weitere Patientengruppen, Patienten mit der Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) und stotternde männliche Versuchsteilnehmer, deren Störungsbilder als solche vordergründig nicht mit einer neurologischen Gehirnschädigung in Verbindung gebracht werden, in deren Zusammenhang aber Annahmen zu zerebralen Auffälligkeiten diskutiert werden

fMRI Supports the Sensorimotor Theory of Motor Resonance

The neural mechanisms mediating the activation of the motor system during action observation, also known as motor resonance, are of major interest to the field of motor control. It has been proposed that motor resonance develops in infants through Hebbian plasticity of pathways connecting sensory and motor regions that fire simultaneously during imitation or self movement observation. A fundamental problem when testing this theory in adults is that most experimental paradigms involve actions that have been overpracticed throughout life. Here, we directly tested the sensorimotor theory of motor resonance by creating new visuomotor representations using abstract stimuli (motor symbols) and identifying the neural networks recruited through fMRI. We predicted that the network recruited during action observation and execution would overlap with that recruited during observation of new motor symbols. Our results indicate that a network consisting of premotor and posterior parietal cortex, the supplementary motor area, the inferior frontal gyrus and cerebellum was activated both by new motor symbols and by direct observation of the corresponding action. This tight spatial overlap underscores the importance of sensorimotor learning for motor resonance and further indicates that the physical characteristics of the perceived stimulus are irrelevant to the evoked response in the observer

Are abstract action words embodied? An fMRI investigation at the interface between language and motor cognition

The cognitive and neural representation of abstract words is still an open question for theories of embodied cognition. Generally, it is proposed that abstract words are grounded in the activation of sensorimotor or at least experiential properties, exactly as concrete words. Further behavioral theories propose multiple representations evoked by abstract and concrete words. We conducted a functional magnetic resonance imaging study to investigate the neural correlates of concrete and abstract multi-word expressions in an action context. Participants were required to read simple sentences which combined each concrete noun with an adequate concrete verb and an adequate abstract verb, as well as an adequate abstract noun with either kind of verbs previously used. Thus, our experimental design included a continuum from pure concreteness to mere abstractness. As expected, comprehension of both concrete and abstract language content activated the core areas of the sensorimotor neural network namely the left lateral (precentral gyrus) and medial (supplementary motor area) premotor cortex. While the purely concrete multi-word expressions elicited activations within the left inferior frontal gyrus (pars triangularis) and two foci within the left inferior parietal cortex, the purely abstract multi-word expressions were represented in the anterior part of left middle temporal gyrus that is part of the language processing system. Although the sensorimotor neural network is engaged in both concrete and abstract language contents, the present findings show that concrete multi-word processing relies more on the sensorimotor system, and abstract multi-word processing relies more on the linguistic system

Sequenzverarbeitung bei neurologischen Patienten

Für die Verarbeitung sequentieller Information ist der prämotorische Cortex (PMC) von zentraler Bedeutung. Unterschiedliche Aktivationen innerhalb des PMC deuten darauf hin, dass zeitliche, räumliche, und objektspezifische Sequenzmuster unterschiedlich repräsentiert werden, wie kürzlich eine fMRT-Studie belegte (Schubotz and von Cramon, 2001). Auf Grundlage dieser Studie wurde eine an neurologische Patienten angepaßte Experimentversion entwickelt. Untersucht wurden prämotorische, parietale bzw. präfrontale Patienten sowie altersentsprechende gesunde Kontrollprobanden. Visuell präsentierte Stimulusfolgen waren auf zeitliche, räumliche, oder objektspezifische Sequenzverletzungen hin zu überwachen. In einer perzeptuell und motorisch äquivalenten Kontrollaufgabe war keine sequentielle Verarbeitung erfordert, sondern lediglich eine Wahlreaktion auf einen Zielreiz auszuführen. Im Vergleich zu den Kontrollprobanden zeigten prämotorische Patienten signifikante Beeinträchtigungen in allen drei Sequenzaufgaben, parietale Patienten hingegen nur in der objektspezifischen Sequenzaufgabe. Präfrontale Patienten zeigten keinerlei Beeinträchtigungen. Die Befunde verdeutlichen, dass Sequenzverarbeitung ein intaktes prämotorisch-parietalen Netzwerk erfordert. Zudem deutet sich eine funktionell dominantere Rolle des PMC gegenüber parietalen Eingangsarealen ab

Sequenzverarbeitung bei neurologischen Patienten

Für die Verarbeitung sequentieller Information ist der prämotorische Cortex (PMC) von zentraler Bedeutung. Unterschiedliche Aktivationen innerhalb des PMC deuten darauf hin, dass zeitliche, räumliche, und objektspezifische Sequenzmuster unterschiedlich repräsentiert werden, wie kürzlich eine fMRT-Studie belegte (Schubotz and von Cramon, 2001). Auf Grundlage dieser Studie wurde eine an neurologische Patienten angepaßte Experimentversion entwickelt. Untersucht wurden prämotorische, parietale bzw. präfrontale Patienten sowie altersentsprechende gesunde Kontrollprobanden. Visuell präsentierte Stimulusfolgen waren auf zeitliche, räumliche, oder objektspezifische Sequenzverletzungen hin zu überwachen. In einer perzeptuell und motorisch äquivalenten Kontrollaufgabe war keine sequentielle Verarbeitung erfordert, sondern lediglich eine Wahlreaktion auf einen Zielreiz auszuführen. Im Vergleich zu den Kontrollprobanden zeigten prämotorische Patienten signifikante Beeinträchtigungen in allen drei Sequenzaufgaben, parietale Patienten hingegen nur in der objektspezifischen Sequenzaufgabe. Präfrontale Patienten zeigten keinerlei Beeinträchtigungen. Die Befunde verdeutlichen, dass Sequenzverarbeitung ein intaktes prämotorisch-parietalen Netzwerk erfordert. Zudem deutet sich eine funktionell dominantere Rolle des PMC gegenüber parietalen Eingangsarealen ab