Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4045
In der ersten Studie wurde mittels dreier unabhängiger Methoden eine Metaanalyse
publizierter elektrophysiologischer Daten zur kontextunabhängigen funktionellen
Konnektivität des Makakenkortex durchgeführt . Es handelte sich dabei um fast 4.000 einzelne
Befunde zu Arealinteraktionen, die mit der Methode der Strychnin-Neuronographie erhoben
wurden. Die unabhängigen Analysen erbrachten übereinstimmende Ergebnisse und zeigten,
(i) dass das Netzwerk funktioneller Interaktionen zwischen kortikalen Arealen klare Small
World-Eigenschaften (eine deutliche Clusterstruktur bei kurzer mittlerer Pfadlänge) zeigt, und
(ii) dass diese Struktur im wesentlichen durch drei funktionelle Cluster geprägt wird, einen
sensomotorischen, einen visuellen und einen orbito-temporo-insulären Cluster von Arealen .
Diese Studie erbrachte damit zum ersten Mal den Nachweis einer funktionellen Small World-
Netzwerkstruktur des Primatenkortex, die in der bisherigen Literatur zwar postuliert, aber
nicht nachgewiesen worden war.
In der zweiten Studie wurde der Effekt des atypischen Neuroleptikums Olanzapin auf die
funktionelle Konnektivität des Zerebellums im Kontext einer einfachen motorischen Aufgabe
(selbstgesteuertes Fingertapping) untersucht. Sechs schizophrene Patienten, die Neuroleptikanaiv
bzw. -entwöhnt waren, sowie sechs alters- und geschlechtsentsprechende
Kontrollprobanden wurden im Abstand von jeweils drei Wochen mit funktioneller Magnetresonanztomografie
(fMRT) untersucht. Die Patienten waren zum Zeitpunkt des ersten Scans
ohne Medikation ; der zweite Scan erfolgte nach dreiwöchiger Olanzapin-Einnahme . Die
Analysen der fMRT-Daten zeigten, dass im Rahmen der untersuchten motorischen Aufgabe
Diese Studie lieferte die ersten experimentellen Befunde zum Einfluss atypischer
Neuroleptika auf die funktionelle Konnektivität des Hirns überhaupt und wies deutliche
medikationsbedingte Kopplungsveränderungen zwischen Zerebellum, Thalamus und
präfrontalem Kortex bei schizophrenen Patienten nach.
In the first study, a computational meta-analysis of published electrophysiological data an
context-independent functional brain connectivity was conducted by means of three
independent methods . Almost 4,000 individual experimental findings an interactions between
areas of the Macaque cortex (obtained by strychnine neuronography) were analyzed. The
independent analyses gave compatible results and showed that (i) the network of functional
interactions between cortical areas showed clear small world" characteristics (i .e. a strongly
clustered structure with short average path length), and that (ii) this structure contained three
main functional clusters, i .e. sensorimotor, visual, and orbito-temporo-insular groups of areas.
This study thus provided first evidence for a functional small world" architecture of the
primate cortical network. This type of architecture had previously been postulated in the
literature, but had not been directly demonstrated .
The second study investigated the effects of the atypical antipsychotic substance olanzapine
an the functional connectivity of the cerebellum during a simple motor task (self-paced finger
tapping). Six schizophrenic patients and six control subjects matched for age and sex were
investigated by functional magnetic resonance imaging (fMRI) twice. At the time of the first
scan, patents were not medicated ; the second scan took place after three weeks of medication
by olanzapine. The analyses of the fMRI data showed that, in the context of the investigated
motor task,
This study provided the first experimental data an the effects of atypical antipsychotic agents
an functional brain connectivity and demonstrated pronounced olanzapine-dependent changes
of functional couplings between cerebellum, thalamus, and prefrontal cortex .
Stephan, Klass Enno
Untersuchungen zur funktionellen Konnektivität des Gehirns
96 S., 2003
In der hier vorgelegten Arbeit werden zwei komplementäre Aspekte der funktionellen
Konnektivität - Kontext-Invarianz und Kontext-Spezifität - im Gehirn des Makaken und
Menschen anhand zweier separater Studien untersucht.
(i)
Olanzapin zu starken Änderungen der zerebellären funktionellen Konnektivität (ZFK)
in verschiedenen Hirnregionen führte . Ein Schwerpunkt der ZFK-Änderungen lag
dabei auf dem präfrontalen Kortex sowie dem mediodorsalen Thalamus. Diese
Befunde sind von Relevanz für das Konzept der "cognitive dysmetria" .
(ii)
signifikante ZFK-Änderungen in motorischen Arealen sich sowohl innerhalb der
Patientengruppe nach Medikation als auch in der medikationslosen Kontrollgruppe
nach Wiederholung des Experiments fanden . Sie entsprechen damit eher
unspezifischen Wiederholungseffekten denn medikationsspezifischen Effekten . In
einer anschliessenden Analyse, in welcher dieser Wiederholungseffekt berücksichtigt
wurde, fanden sich keine signifikanten ZFK-Änderungen in motorischen Regionen .
(iii)
Olanzapin zu einer Normalisierung der ZFK-Muster der Patienten für das rechte
Zerebellum, nicht aber für das linke Zerebellum führte.
This dissertation includes two independent studies that investigate two complementary
aspects of functional connectivity, i .e. context-invariance and context-specificity, in the
Macaque and the human brain .
(i)
olanzapine led to pronounced changes of cerebellar functional connectivity (CFC) in
various brain regions. A major part of three changes were found throughout the
prefrontal cortex and the mediodorsal thalamus . These findings are relevant for the
concept of "cognitive dysmetria" .
(ii)
significant CFC changes in motor areas were found both within the patient group after
medication as well as in the non-medicated control group after repetition of the
experiment. Therefore, they may correspond to unspecific repetition effects rather than
effects due to olanzapine. In a subsequent analysis that took the repetition into account
no significant CFC changes were found in motor regions.
(iii)
olanzapine normalized the CFC patterns of the patients for the right, but not for the
left cerebellum.
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