Simone Goebel

Klinische und experimentelle Neuropsychologie der strategischen Fähigkeiten

Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doctor philosophiae (Dr. phil.) vorgelegt an der Philosophischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 04.05.2007

Abstract
Ziel: Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung der strategischen Fähigkeiten aus neurowissenschaftlicher Sicht. Neben der funktionellen Neuroanatomie der strategischen Fähigkeiten standen Fragen nach der funktionellen wie hierarchischen Organisation kognitiver Funktionen innerhalb des präfrontalen Kortex (PFC), nach der Differenzierung zwischen einzelnen Komponenten strategischer Fähigkeiten sowie nach der Vergleichbarkeit zwischen funktionell-bildgebenden und klinisch-neuropsychologischen Studien im Vordergrund.
Methodik: Im Rahmen der ersten Studie wurden die neuronalen Grundlagen der strategischen Fähigkeiten mit Hilfe der funktionellen Magnet-Resonanz-Tomografie (fMRT) untersucht, wohingegen in zwei Folgestudien unterschiedliche Komponenten strategischer Fähigkeiten von Patienten mit Morbus Parkinson bzw. Tumoren innerhalb des PFC erforscht wurden. Eingesetzte Paradigmen stellten Aufgaben zum verbalen wie visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnis sowie zum Numerosity Judgement dar.
Ergebnisse: Ein funktionelles Netzwerk aus dorsolateralem PFC, Kleinhirn und Hippokampus zeigte strategie-spezifische Aktivierungen, wohingegen in unstrategischen Aufgaben eine stärkere Belastung primärer Speicherareale nachweisbar war. Theorien über eine hierarchische Organisation kognitiver Funktionen innerhalb des PFC in rostro-kaudaler Richtung sowie über eine hybride funktionelle Organisation im Sinne des Baddeleyschen Arbeitsgedächtnismodells konnten bestätigt werden. In den Folgestudien zeigten beide Patientengruppen Defizite in kognitiven und metakognitiven strategischen Funktionen.
Schlussfolgerungen: Der dorsolaterale PFC spielt eine Schlüsselrolle für die strategischen Fähigkeiten. Bereits einfache Gedächtnisstrategien führen durch die Hinzuschaltung hierarchisch höher stehender Hirnregionen zu einer deutlichen Entlastung primärer Speicherareale. Patienten mit einer verminderten funktionellen Integrität des DLPFC zeigen Defizite in strategischen Funktionen, woraus sich bedeutende Implikationen für die neuropsychologische Diagnostik und Therapie ergeben.

Object: Aim of the present study was the identification of the neural basis of cognitive strategic behaviour. Moreover, theories about the functional and hierarchical organization of cognitive functions within the prefrontal cortex (PFC), about the differentiation between subcomponents of strategic abilities as well as about the integration of functional imaging and neuropsychological studies in cognitive neuroscience were to be examined.
Method: Functional Magnet-Resonance-Imaging (fMRI) was used for examining the neural basis of strategic behaviour. In two follow-up studies, different aspects of strategic functions were studied in patients with Parkinsonís Disease respectively tumours within the prefrontal cortex. Experimental paradigms were spatial and verbal working memory as well as Numerosity Judgement tasks.
Results: fMRI showed increased activation in dorsolateral prefrontal cortex, cerebellum and hippocampus in strategic versus unstrategic trials, whereas the latter caused stronger activations in areas associated with maintenance in working memory. Evidence for a rostrocaudal hierarchical organization of cognitive functions within the human prefrontal cortex could be supplied as well as for a hybrid organization concerning different processes and domains. Moreover, both patient groups showed deficits in cognitive and metacognitive strategic functions.
Conclusions: The dorsolateral PFC plays a crucial role for human cognitive strategic behaviour. Even simple strategies can cause significant relief of memory load. This is accomplished through additional activation of hierarchically superior brain regions. Patients with lesions of the frontal lobes exhibit deficits in strategic functions, which leads to important implications for neuropsychological diagnostic and therapy.

Keywords:
Neuropsychologie, präfrontaler Kortex, Metakognition, Strategien, fMRT, Morbus Parkinson, intrakranieller Tumor

Neuropsychology, prefrontal cortex, metacognition, strategies, fMRI, Parkinsonís Disease, intracranial tumour

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsübersicht, Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung (12-15)
I Theoretischer Teil
2. Strategische Fähigkeiten (16-31)
3. Exekutive Funktionen (32-43)
4. Anatomie und Funktionalität des Frontalhirns (44-53)
5. Klinische Modelle für defizitäre strategische Fähigkeiten (54-69)
6. Ableitung der Fragestellung (70-73)
II Experimenteller Teil
7. Funktionelle Neuroanatomie der strategischen Fähigkeiten: fMRT-Studie (74-137)
8. Strategische Fähigkeiten von Patienten mit Morbus Parkinson (138-188)
9. Strategische Fähigkeiten von Patienten mit Tumoren innerhalb des präfrontalen Kortex (189-231)
10. Integration und zusammenfassende Diskussion (232-249)
11. Zusammenfassung (250)
12. Literatur (251-283)
13. Anhang