Funktionelle Bildgebungsdaten 94

Die Auswertung der fMRT-Daten erfolgte durch den Einsatz der SPM99 Software (Statistical Parametric Mapping Software, SPM; Wellcome Department of Cognitive Neurology, London, UK; http://www.fil.ion.ucl.ac.uk), welche zum Standard in der Analyse von Aktivierungsbildern des Gehirns wurde (Acton & Friston, 1998). Die Vorverarbeitung der Analyse beinhaltet drei aufeinanderfolgende Schritte: die Bewegungskorrektur (realignment), Normalisierung (spatial normalisation) und Glättung (spatial smoothing). Daran anschließend folgt die (voxelbasierende) statistische Inferenzbildung (statistical inference). Die Abbildung 5.2 veranschaulicht die Schritte der Datenverarbeitung.

Abb. 5.2: Schritte der Bildverarbeitung nach Friston (1997)

Den ersten Schritt der Datenvorverarbeitung stellt die Bewegungskorrektur (realignment) dar, die für die MRT-Auswertung von besonderer Bedeutung ist. Durch die Bewegungen des Probanden während der Untersuchung kommt es zu unterschiedlichen Positionierungen der Bilder im Raum. Als Folge kommt es zu Grauwertänderungen, die dann schwer von den eigentlichen bzw. natürlichen Farbabstufungen aufgrund unterschiedlichen Gewebes zu unterscheiden sind. Daher wird durch den Einsatz

verschiedener statistischer Verfahren eine Schätzung des Ausmaßes von Kopfbewegungen („Parameter estimation“) durchgeführt. Als Referenzaufnahme dient dabei i.d.R. das erste Bild einer Serie. Diese Schätzungen werden dann benutzt, um die Originalbilder um diese geschätzten Bewegungen zu korrigieren. Diese Prozedur ist dann ohne Einschränkungen möglich, wenn sich die Abweichungen im Bereich bis 2°

(Rotation) oder 2mm (Translation) befinden, bei kontinuierlichen („gleichmäßig“) Bewegungen sogar bis zu 4mm. Bei den Teilnehmern der vorliegenden Arbeit konnten die Bewegungsartefakte problemlos bereinigt werden.

Der zweite Schritt der Vorverarbeitung ist die Normalisierung (spatial normalisation).

Diese Vorverarbeitung der Daten stellt die Grundlage der voxel-basierenden Analysen der Bilder dar, denn die Daten unterschiedlicher Probanden müssen von sich entsprechenden bzw. homologen Arealen des Gehirns abstammen. Dafür werden die Bilder in einen gemeinsamen stereotaktischen Raum gebracht. Erreicht wird dies durch den Einsatz einer Schablone (Template), die einem „standardisierten Gehirn“ in einem definierten Koordinatensystem entspricht und der alle Bilder angepasst werden. Durch diese Bearbeitung der Bilder können interindividuelle Unterschiede in Gehirngröße und Gehirnform ausgeglichen sowie intersubjektive Mittelungen vorgenommen werden. Für diese Normalisierungsprozedur wurde das „repräsentative Gehirn“ (gemittelt aus 152 Gehirnen) des Montreal Neurological Institute (MNI) eingesetzt (Evans, Kamber, Collins

& MacDonald, 1994), das von SPM99 zur Verfügung gestellt wird und als „Referenz-Template“ dient.

Als letzten Schritt der Vorverarbeitung werden die Daten räumlich geglättet (Smoothing).

Dieser Schritt ist notwendig, da der interessierende neurophysiologische Effekt, ausgedrückt durch die hämodynamische Antwort (BOLD), nicht aus Veränderungen auf Voxelebene, sondern größerer Cluster (aneinander angrenzende, aktivierte Voxel) besteht. Glättung bedeutet nun eine Zusammenfassung von vielen Voxeln, die um einen Aktivierungs-Kern herum liegen (s. Abb. 5.2). Durch die Gauss-Mittelwertbildung kommt es zu einer Bündelung der Voxel, so dass sich die Daten einem Gauss-Feld (einem

„Feld vieler Normalverteilungen“) annähern. Der Effekt auf „signifikant aktivierte“

Regionen besteht aus einer Verminderung der Wahrscheinlichkeit, dass vereinzelte Voxel die Signifikanzschwelle überschreiten und einer Erhöhung der Wahrscheinlichkeit, dass bedeutsame hämodynamische Veränderungen in zusammenhängenden Voxel auftreten. Zudem sind durch diese Annäherung an ein Gauss-Feld die Voraussetzungen für eine bessere statistische Analyse gegeben, und zum anderen kommt es zu einer

Verstärkung des Signals relativ zum Rauschen¹⁸. Die Glättung wird in der Regel mittels eines Gauss-Kernels durchgeführt, dessen Spannweite (FWHM, Full Width Half Maximum) in Millimetern angegeben wird und in dieser Studie auf 10mm FWHM gesetzt wurde. Diese Methode bietet also die Möglichkeit eine theoriegeleitete Glättung vorzunehmen, die der Größe der erwarteten Aktivierung angepasst ist. In der Regel wird die Größe der Spannweite aber in Abhängigkeit der Voxel festgelegt, mit einem Gauss-Kernel in dreifacher Voxelgröße. Diese Regel wurde auch in der vorliegenden Arbeit eingehalten, da die Voxel 3 × 3 × 3 mm (nach der Normalisierung) messen.

Im Anschluss an die Vorverarbeitung der Daten durch Bewegungskorrektur, Normalisierung und Glättung können die Daten statistisch ausgewertet werden. Dafür wird zunächst eine sogenannte „Design Matrix“ erstellt. In dieser Matrix sind alle Patienten inklusive aller gemachten Aufnahmen (Scans) abgebildet, so dass mit Hilfe dieser Matrix nun die einzelnen Scans den entsprechenden Bedingungen zugeordnet werden können. Die Design Matrix beinhaltet also eine Beschreibung der Anordnung der Bilder als Grundlage für die Berechnung der Kontraste. Auf Grundlage dieser Matrix ist es mittels SPM99 möglich, die einzelnen Kontraste zu berechnen. Die Signifikanz jedes Kontrastes wird dann einseitig über eine t-Statistik geschätzt, so dass man für jeden Kontrast einen t-Wert für jedes Voxel erhält. Diese Werte werden dann in z-Werte flächentransformiert und als ein Bild, das sogenannte SPM{Z} dargestellt.

Um Unterschiede innerhalb und zwischen den Gruppen (hier BPD versus KG) als auch zwischen den Stroop-Wortbedingungen zu ermitteln, wurde eine „Random effects analysis“ eingesetzt. Bei dieser Analyse (wie auch der „Fixed effects statistical analysis“

oder auch „first level analysis“) handelt es sich um ein statistisches Modell, das zur Auswertung funktioneller Kernspin-Fragestellungen benutzt wird (Friston, Holmes &

Worsley, 1999). Diese Analyse ermöglicht Aussagen zu den „durchschnittlichen“

(gewöhnlichen) Charakteristika einer Gruppe und wird häufig in klinisch-neurowissenschaftlichen Untersuchungen eingesetzt, in denen versucht wird, eher

„quantitative“ Aussagen zu bestimmten Charakteristika zu machen. Im Unterschied zur

„Fixed effects statistical analysis“ werden hier gemittelte Aktivierungen der teilnehmenden Personen verglichen, um so Extremwerte („Ausreißer“) nicht das Gesamtergebnis beeinflussen zu lassen. Zwar verlangt diese Analyse vergleichsweise größere Versuchspersonengruppen (Friston et al., 1999), ermöglicht aber so eine

18 Rauschen beschreibt in der Physik ein akustisches, elektrisches oder elektronisches Signal, das aus einer Zufallsmischung von Wellenlängen besteht, deren Ursache in der Quantennatur stofflicher Materie liegt und dadurch grundsätzlich die Mess- und Nachweisempfindlichkeit elektrischer und optischer Signale begrenzt.

Generalisierung der Ergebnisse auf Populationen. In der vorliegenden Untersuchung wurde die „Random Effects Analysis“ auf Voxelebene mit einem unkorrigierten Signifikanzniveau von p = .001 durchgeführt.

Für die Auswertung dieser Analysen wurden die „MNI-Koordinaten“ (s. Normalisierung) der Hauptaktivierungen in den standardisierten stereotaktischen Raum, definiert nach Talairach und Tournoux (1988), durch eine Korrektur-Prozedur (http://www.mrc-cbu.cam.ac.uk/imaging/mnispace.html) transformiert. Die Ausrichtung der Koordinaten fand an der intercommissuralen AC-PC (anteriorer und posteriorer Commissur) Linie als Referenzlinie statt. Nachfolgend wurden alle Daten in Termen (also Zahlen) der standardisierten stereotaktischen x-, y- und z-Koordinaten entsprechend der Konventionen des stereotaktischen Raums nach Talairach und Tournoux (1988) ausgedrückt. Der Vorteil dieses Referenzraumes liegt in der Verbindung von Brodmann Arealen (BA¹⁹) mit den stereotaktischen Koordinaten, was durch die MNI-Koodinaten nicht ermöglicht wird. Auch wenn die Version der Brodmann-Karten nicht der neuesten und aktuellsten cytoarchitektonischen Organisation des menschlichen Gehirns entspricht, erschien ihre Anwendung aus Gründen der Vergleichbarkeit mit anderen Studien sinnvoll. Um die anatomischen Projektionen der stärksten Aktivierungen automatisch zu erhalten ohne dass „Untersucher-Interaktionen“ vorkommen, wurden die Koordinaten computergestützt über einen Konverter der Universität Münster (http://wwwneuro03.uni-muenster.de/ger/t2tconv/conv3d.html) in den Talairach Daemon (TD) überführt (Lancaster et al., 2000).

Der Hemisphären Asymmetrie Index (HAI) wurde kalkuliert als das Volumenverhältnis ([VR - VL] / [VR+VL]) mit VR und VL als „Aktivierungs-Volumen“ der rechten und der linken Hemisphäre. Dafür wurden alle aktivierten Voxel der jeweiligen Hemisphäre summiert und dann nach der obigen Formel berechnet. Ziel der Aufstellung dieses Indices war es, Aussagen zur Lateralisation bestimmter Funktionen ableiten zu können, wie sie zum Beispiel im Bereich der Sprachdominanz ermittelt werden (Binder et al., 1996).

19 Brodmann (1914; zit. nach Pritzel et al., 2003) entwickelte eine cytoarchitektonische Hirnkarte der menschlichen Großhirnrinde, welche auch noch heute als Bezugssystem für Orts-Funktions-Zuordnungen dient.

6 Darstellung der Ergebnisse

Im folgenden Kapitel werden die Ergebnisse der Untersuchung vorgestellt. Ausgehend von den soziodemographischen Daten der untersuchten Stichprobe (6.1) folgt die Darstellung der bereichsspezifischen Ergebnisse in der Reihenfolge des Einsatzes im Verlauf der Untersuchung (6.2).

6.1 Stichprobenbeschreibung

Die untersuchte Stichprobe setzt sich aus 20 BPD-Patienten und 20 Kontrollprobanden zusammen, die alle deutschsprachig aufwuchsen. Das Geschlechterverhältnis war in beiden Teilgruppen parallelisiert mit 14 Frauen und sechs Männern. Das Durchschnittsalter der Gesamtstichprobe (N = 40) lag bei 29.6 ± 12.63 Jahren. Nach Aufteilung in Patienten- und Kontrollgruppe (jeweils N = 20) ergab sich ein Durchschnittsalter der Patientengruppe von 29.75 ± 13.19 Jahren und der Kontrollgruppe von 29.45 ± 12.39 Jahren. Hinsichtlich des Alters unterschieden sich die Gruppen nicht signifikant.

Die Patientengruppe besuchte im Mittel die Schule für 11.15 Jahre (SD 1.35), die Kontrollgruppe mit 11.3 Jahren (SD 1.26) nur unwesentlich länger. Auch diesbezüglich lag kein bedeutsamer Gruppenunterschied vor. Eine abgeschlossene Berufsausbildung lag bei neun Personen (45%) aus der Patientengruppe sowie 15 Personen (75%) aus der Kontrollgruppe vor. Fünf Patienten (25%) befanden sich zum Zeitpunkt der Untersuchung in einer Ausbildung, eine Frau arbeitete im eigenen Haushalt (5%) und zwei Frauen waren berentet (10%). Arbeitssuchend waren vier Patienten (20%). Aus der Kontrollgruppe befanden sich aktuell neun Probanden in Ausbildung (45%) und zwei arbeiteten als Hausfrau/-mann (10%). Berentet oder arbeitslos war zum Untersuchungszeitpunkt niemand aus der Kontrollgruppe.

Der Großteil der Patientenstichprobe (80%) und ebenso der Kontrollgruppe (85%) war zum Zeitpunkt der Untersuchung ledig. Jeweils drei Personen aus beiden Gruppen (je 15%) waren verheiratet, in der Patientengruppe war eine Probandin (5%) geschieden.

Fünf Patienten (25%) sowie vier Kontrollprobanden (20%) hatten eigene Kinder.

Die Erfragung der Behandlungsvorgeschichte ergab stationäre psychiatrische/

psychosomatische Vorbehandlungen bei insgesamt 11 Patienten sowie 10 ambulante psychotherapeutische Behandlungen. In der Kontrollgruppe wurden zwei ambulante Psychotherapien in der Vorgeschichte berichtet, jedoch keine aktuellen ambulanten und keine stationären psychiatrischen Behandlungen. Eine Zusammenfassung der soziodemographischen Stichprobenmerkmale findet sich in Tabelle 6.1.

Tab. 6.1: Die soziodemographischen Stichprobencharakteristika im Überblick

BPD KG Gruppenvergleich

Stichprobencharakteristika M SD M SD T ^a /Ҳ^{2 b} p

Geschlecht (w/m) 14/6 14/6

Alter 29.75 13.19 29.45 12.39 0.07 ^a .94 Größe 170.15 7.62 172.4 9.23 -0.84 ^a .41 Gewicht 69.9 13.1 72.7 18.42 -0.55 ^a .58 Schule (Jahre) 11.15 1.35 11.3 1.26 -0.36 ^a .72 Abitur / Fachabitur 5 4 - - Realschule 8 7 - - Hauptschule 3 2 - - Berufstätigkeit

abgeschlossene

Berufsausbildung 9 14 2.56 ^b .20

Aktuell in Ausbildung 5 9 - -

Hausfrau/-mann 1 2 - -

Berentet 2 / - -

arbeitslos 4 / - -

Familienstand

ledig 16 17 - -

verheiratet 3 3 - -

geschieden 1 / - -

Kinder (ja/nein) 5/15 4/16 - -

Behandlungsvorgeschichte Ambulante

Vorbehandlungen 10 2 - -

Stationäre

Vorbehandlungen 11 / - -

Nikotinkonsum (ja/nein) 14/6 10/10 1.67 ^b .33

a t-Test bei unabhängigen Stichproben, zweiseitig, *p < .05, **p < .01, ***p< .001 ^b Ҳ² –Test, *p < .05, **p < .01, ***p< .001