Vorlesung Neuroplastizität und motorisches Lernen - iwenv.de Neuroplastizitaet.pdf · Das Prinzip des besteht in der wiederholenden Ausführung gleicher oder ähnlicher Bewegungen

Seite 1

Vorlesung

Neuroplastizität und motorisches

Lernen Querschnittsbereich Rehabilitation

M. Lippert-Grüner

Seite 2

Lernziele

I. Evidenzbasierte Maßnahmen einschätzen lernen

II. Mechanismen der neuronalen Reorganisation kennen

III. Therapeutische Ansätze analysieren können

Seite 3

Lernziele




Seite 4

Therapie basierend auf der besten externen Evidenz

Klinische Expertise abgestimmt auf die individuellen

Bedürfnisse

Ethische Grundhaltung

Strategie für eine lebenslange selbständige Fortbildung

Frage

Wie wahrscheinlich es ist, dass die Therapie den Krankheits-,

Rehabilitationsverlauf zum Günstigeren hin beeinflusst?

Ziel

Jedem Patienten die individuell optimale therapeutische

Versorgung zu ermöglichen

Evidenzbasierte Praxis

Seite 5

1. Formulierung einer präzisen klinischen Fragestellung

2. Suche nach externer Evidenz (Forschungsergebnisse)

3. Kritische Bewertung der Forschungsergebnisse

4. Integration der Forschungsergebnisse in das „Clinical

Reasoning“

5. Evaluation der Ergebnisse der Intervention (Outcomes)

Antes G, Bassler D, Forster J 2003: Evidenz-basierte Medizin.

Praxis-Handbuch für Verständnis und Anwendung der EBM. Thieme.

Stuttgart, New York

Evidenzbasierte Praxis („best clinical practice“)

Lernstrategie

Seite 6

I a Meta-Analysen randomisierter kontrollierter

Studien (z.B. Cochrane)

I b Randomisierte kontrollierte Studie

II a Kontrollierte Studien ohne Randomisierung

II b Gut angelegte quasi experimentelle Studie

III Nicht experimentelle deskriptive Studien:

Vergleichstudien, Korrelationsstudien,

Fall-Kontrollstudien

IV Fallberichte (Verlaufsstudien)

Expertenmeinungen

Evidenzhierarchie (ÄZQ): Ärztliches Zentrum für

Qualitätssicherung in der Medizin

Seite 7

Weltweiter Verbund von Medizinern und Rehabilitations-

wissenschaftlern

Erstellen systematischer Reviews und Meta-Analysen

insbesondere von randomisierten kontrollierten Studien

um wissenschaftliche Erkenntnisse über die Wirkungen

von Therapien schnell von der Wissenschaft in die

Praxis umzusetzen

Deutsches Cochrane Zentrum: www.cochrane.de

Cochrane Collaboration: www.cochrane.org

Cochrane AL Effectiveness & Efficiency. Random Reflections on

Health Services. The Rock Carling Fellowship 1971. The Royal

Society of Medicine Press 1972

Cochrane Collaboration

Seite 8

Lernziele




Seite 9

Lernprozesse als Ausdruck der zentralnervösen

Plastizität

Unter Lernen verstehen wir den Erwerb eines neuen

Verhaltens bzw. eine relativ überdauernde Verhal-

tensänderung auf der Grundlage von Erfahrungen,

das bisher im Verhaltensrepertoire des Organismus

nicht vorkam (Bierbaumer und Schmidt 2001).

Seite 10

Verhaltensadaptation

Die schnelle Adaptation des Verhaltens eines

Organismus an eine sich verändernde Umwelt stellt

einen Selektionsvorteil dar, der im Laufe der

Evolution zur Entstehung von Nervenzellen und

Nervensystemen führte.

Das Lernen ist die Wissensakquisition, aufgrund

derer sich das Gehirn ein Modell der Umwelt

aufbaut, das als Berechnungsgrundlage für Voraus-

schauende Handlungen dient.

Seite 11

Bedeutung der Lernprozesse

Lernprozesse sind als Ausdruck der Plastizität des

zentralen Nervensystems zu werten, aber nicht jeder

plastische Prozess bedeutet Lernen.

(Birbaumer und Schmidt 1996)

Tierexperimentelle Studien, konnten zeigen, dass Lernen

und Erfahrung zu einer Vielzahl spezifischer und

unspezifischer makroskopisch-anatomischer, histologi-

scher und molekularer Änderungen führt.

Seite 12

Veränderungen der Hirnstruktur und Funktion

- Kortexdicke und Schwere

- Anzahl dendritischer Fortsätze

- Transmittersyntheseraten

- Vergrößerungen von Zellkörpern und Zellkernen

- Anzahl und Aktivität von Gliazellen

Seite 13

Neuroplastizität als Grundlage der NeuroRehabilitation

Hypothese:

Die übungsspezifische Aktivierung der Nervenzellnetz-

werke im Rahmen der rehabilitativen Förderung kann

möglicherweise sogar eine neuroprotektive Wirkung

zugeschrieben werden.

Seite 14

Anpassungsmechanismen an äußere und innere

Bedingungen des Individuums

Trainingsmaßnahmen führen zu einer Veränderung der

neuroanatomischen Struktur des Gehirns (Greenough et al. 1988, Bland et al. 2000)

Basis für alle in der Neurorehabilitation zum Einsatz

kommenden Therapieverfahren.

Art und Intensität der modulierenden Aktivität ist von

großer Bedeutung

Definition Neuroplastizität

Seite 15

A. Strukturell

1.Intra-areal

(Ausweitung das zuständigen geschädigten Areals)

2.Inter-areal

(andere Areale übernehmen die Funktion)

3.Kompensatorisch

(z.B. mehr Kraft in der anderen Extremität, z.B durch die

kontralaterale nicht läsionale Seite)

Wirkungsmechanismen der Neuroplastizität

Seite 16

Größe und Aktivität corticaler und subcorticaler motorischer

Areale ist funktions- und gebrauchsabhängig

(intra-areale Plastizität)

Willkürmotorik ist modular in Netzwerken organisiert,

innerhalb dieser Netzwerke ist eine Kompensation möglich

(inter -areale Plastizität)

Das sind die Ursachen, warum sich beim Üben etwas

bessert!

Richards LG, Stewart KC, Woodbury ML, Senesac C, Cauraugh

JH. Movement-dependent stroke recovery: a systematic review and

meta-analysis of TMS and fMRI evidence. Neuropsychologia. 2008 Jan

15;46(1):3-11

Intra-areale und Inter-areale Plastizität der

Willkürmotorik.

Seite 17

Prinzip der motorischen Äquivalenz (Lashley)

Das Gehirn findet eine Lösung des Problems….

Trotz motorischer Ausfälle (aufgrund corticaler

Läsionen) ist es möglich, mit Kompensations- („Trick“)

bewegungen zum Ziel zu gelangen

Lashley, K.S.: The accuracy of movement in the absence of

excitation from the moving organ. American Journal of Physiology

43 (1917) 169-194

Kompensatorische Plastizität der Willkürmotorik.

Seite 18

B. Synaptisch

Plastizität als Veränderung der Effizienz der

synaptischen Übertragung

1.LTP (long-term Potentiation)

2.LTD (long-term Depression)

Wirkungsmechanismen der Neuroplastizität

Seite 19

LTP (long-term Potentiation)

Einzelne (elektrische) Aktivierungen in schneller Folge

(5Hz) erhöhen die Erregbarkeit des postsynaptischen

Neurons

Stunden nach der wiederholten Reizung noch

nachweisbar ist

Grundmechanismus des Lernens und der Plastizität !

Wiederholte Aktivierung verbessert die synaptische

Effizienz und damit die Erregungsübertragung

(Notwendigkeit des repetitiven Übens)

Bliss TV, Lomo T. Long-lasting potentiation of synaptic transmission

in the dentate area of the anaesthetized rabbit following stimulation

of the perforant path. J Physiol. 1973 Jul;232(2):331-56

Synaptische Effizienz und Erregungsübertragung

.

Seite 20

LTD (long-term Depression)

Niederfrequente elektrische Stimulation (2Hz)

erniedrigt die Erregbarkeit des postsynaptischen

Neurons.

Auch längere Zeit nach der wiederholten Reizung noch

nachweisbar.

Ebenfalls Grundlage für Lernen und Gedächtnis.

Sowohl die LTP als auch die LTD sind Prozesse der

neuronalen Plastizität!

Migaud M et al. Enhanced long-term potentiation and impaired

learning in mice with mutant postsynaptic density-95 protein.

Nature. 1998: 3;396(6710):433-9

Synaptische Effizienz und Erregungsübertragung

Seite 21

Veränderung der neuronalen Erregbarkeit

z.B. transkranielle Gleichstromstimulation, engl.

transcranial direct current stimulation / tDCS: Auslösung

von Aktionspotentialen erhöht

z.B. periphere Elektrostimulation: fokale Steigerung der

Erregbarkeit sensorischer Areale

Ebene der Transmitter

z. B. Gabe von Noradrenalin oder GABA-Antagonisten

oder Erhöhung der Ausschüttung durch therapeutische

Intervention (z.B. Morbus Parkinson)

Weitere Mechanismen (neuronale) Plastizität

Seite 22

Ebene der Wachstumsfaktoren

z.B. intavenöse Gabe von BDNF (brain-derived

neurotrophic factor)

oder

Erhöhung der BDNF-Produktion durch Training*

Griesbach GS, Hovda DA, Molteni R, Wu A, Gomez-Pinilla F.

Voluntary exercise following traumatic brain injury: brain-derived

neurotrophic factor upregulation and recovery of function.

Neuroscience. 2004;125(1):129-39

Motivation ist ein starker Plastizität fördernder Faktor

Depression ist ein Plastizität behindernder Faktor.

Weitere Mechanismen (neuronale) Plastizität

Seite 23

Wenn kein Training / Benutzung einer Extremität

stattfindet, schrumpft die corticale Repräsentation über

den Läsionsort hinaus

Nudo RJ, Milliken GW. Reorganization of movement

representations in primary motor cortex following focal ischemic

infarcts in adult squirrel monkeys. J Neurophysiol. 1996

May;75(5):2144-9

Negative neuronale Plastizität

Seite 24

Elbert T, Rockstroh B. Reorganization of human cerebral cortex: the

range of changes following use and injury. Neuroscientist.

2004;10(2):129-41

•”practice makes perfect”

Übung macht den Meister

•“use it or loose it”

Benutze oder verliere

•“fire together, wire together”

Was zusammen aktiviert wird, wird zusammen verknüpft

•“without reward no changes”

Ohne Belohnung / positive Rückmeldung kein Erfolg

Neurobiologische Prinzipien corticaler

Reorganisation (Zusammenfassung)

Seite 25

Lernziele




Seite 26

Übungstherapie

a. Restitution der beeinträchtigten Funktion durch

spezifisches Training / Therapie

b. Kompensation des Defizits durch erhaltenen

Funktionen

c. Einsatz von Hilfsmitteln zur Funktionsrestitution

Interventionsformen

.

Seite 27

Neurophysiologische Behandlungskonzepte

•Bobath, PNF, Vojta

•Perfetti, Affolter

•FOTT, etc.

Isoliertes senso-motorisches Üben

Aufgaben-orientiertes Training (= task-orientiertes)

Üben des Gehens, Laufbandtraining

lattform-Training

Forced-use / constraint-induced-movement-therapy

(CIMT)

Interventionsformen - Übungstherapie

Seite 28

•Spiegeltherapie

•Bewegungsbeobachtung, mentales Üben

•Sensibilitätstraining

•Üben unter rhythmisch-akustischer Stimulation

•Elektrostimulation

•Biofeedback

•Neuromodulation (TMS, tDCS)

•Bilaterale Aktivierung

Weitere Interventionsformen

Seite 29

Auf welche Grundannahme ist das jeweilige therapeutische

Vorgehen abgestützt? Warum wird das so gemacht?

A. Theoretische Rahmenkonzeption / Begründung des

Vorgehens

Wie sieht das therapeutische Vorgehen konkret aus?

B. Praktische Durchführung

Ist die Wirkung der Therapie durch Studien überprüft und

belegt? Wenn ja welcher Studientyp?

C. Wirkungsnachweis

Analyse der Therapiekonzepte

Seite 30

A. Theoretische Rahmenkonzeption / Begründung

des Vorgehens

Wiederholtes (repetitives) Training führt zu einer

Vergrößerung der Repräsentationen (corticalen Areale)

im Gehirn

Darüber hinaus verbessert sich die synaptische

Effizienz und Erregungsübertragung innerhalb der

beteiligten kortikalen Neuronenpopulationen


Seite 31

Wenn die Bewegung schneller wird, ist dies das

klinisches Zeichen für die Verbesserung eben der

synaptischen Effizienz und Erregungsübertragung

Asanuma H, Pavlides C: Neurobiological basis of motor learning

in mammals. Neuroreport, 1997; 8: 1-6


Seite 32


Das Prinzip des besteht in der wiederholenden

Ausführung gleicher oder ähnlicher Bewegungen

Geübt werden initial eingelenkige Bewegungen ohne

Schwerkrafteinwirkung, die Komplexität und die

Kraftleistung der Anforderung werden schrittweise

gesteigert

Krafttraining stellt eine Form des isolierten senso-

motorischen Übens dar

Einsatz von elektro-mechanischen und robotergestützten

Systemen


Seite 33

C. Wirkungsnachweis

•Kontrollierte klinische Studien

•Kontrollierte randomisierte Studien

Verbessert Kraft und Aktivität in beübter Muskulatur

Bütefisch C, Hummelsheim H, Denzler P et al.: Repetitive

training of isolated movements improves the outcome of motor

rehabilitation of the centrally paretic hand. J Neurol Sci, 1995; 130:

59-68


Seite 34

Wirkungsnachweis Krafttraining

•Review mehrerer randomisierter kontrollierter Studien

Verbessert Kraft und Aktivität in beübter Muskulatur

ohne Verstärkung der Spastik

Ada L, Dorsch S, Canning CG. Strengthening interventions

increase strength and improve activity after stroke: a systematic

review. Aust J Physiother. 2006;52(4):241-8

Pak S, Patten C. Strengthening to promote functional recovery

poststroke: an evidence-based review. Top Stroke Rehabil.

2008;15(3):177-99


Seite 35

A. Theoretische Rahmenkonzeption / Begründung

des Vorgehens

Initial frustrierende Bewegungsversuche führen zu einem

Nichtgebrauch und zwar auch dann, wenn die neuronale

(Re-)Organisation funktionelle Fertigkeiten (wieder)

ermöglichen würden („learned non-use“)

Durch die Immobilisierung der nichtbetroffenen

Extremität muss die betroffene Extremität bei

Alltagsaktivitäten eingesetzt werden Provokation der

für eine neuronale Reorganisation notwendigen Aktivität.

Erzwungener Gebrauch

Forced use / Constraint induced movement Therapy

(CIMT)

Seite 36


Die nicht betroffene obere Extremität wird durch eine

Schiene, einen Handschuh oder eine Armschlinge

immobilisiert

Die Restriktion wird während der Wachstunden getragen

und die anfallenden Alltagsaktivitäten mit der betroffenen

Seite ausgeführt

Forced use bedeutet nur Schiene tragen

CIMT zusätzlich aufgabenspezifisches Training



(CIMT)

Seite 37

C. Wirkungsnachweis

•Kontrollierte randomisierte Studien

Funktionsverbesserung

Vermehrter Alltagseinsatz der betroffenen Seite

van der Lee JH, Wagenaar RC, Lankhorst GJ, Vogelaar TW,

Deville WL, Bouter LM. Forced use of the upper extremity in

chronic stroke patients: results from a single-blind randomized

clinical trial. Stroke 1999; 30(11): 2369-75

Willis JK, Morello A, Davie A. Forced-use treatment of childhood

hemiparesis. Pediatrics, 2002; 110: 94-96



(CIMT)

Seite 38

A. Theoretische Rahmenkonzeption / Begründung des

Vorgehens

Bewegungsvorstellung und Bewegungsbeobachtung

aktivieren dieselben Hirnareale wie die tatsächliche aktive

Ausführung und verstärken die Bewegungsrepräsentation

Spiegelneurone sind die Neurone, welche „feuern“,

wenn wir eine Bewegung beobachten

Cattaneo L, Rizzolatti G. The mirror neuron system. Arch Neurol. 2009

May;66(5):557-60

Spiegeltherapie

Seite 39

Wiederherstellung der Bewegungsrepräsentation und

Steigerung der motorischen Erregbarkeit durch die

visuelle Stimulation

Bei synchroner Führung der betroffenen Extremität

werden auch Mechanismen der bilateralen

Funktionsrestitution diskutiert

Moseley GL, Wiech K. The effect of tactile discrimination training

is enhanced when patients watch the reflected image of their

unaffected limb during training. Pain. 2009 Aug;144(3):314-9

Spiegeltherapie

Seite 40


Der Patient wird aufgefordert, eine Bewegung mit der

nicht betroffenen Hand durchzuführen und diese

Bewegung in einem sagittal gestellten Spiegel zu

beobachten

Die Bewegung des betroffenen Armes hinter einem

Spiegel kann entweder vom Patienten gleichzeitig aktiv

durchgeführt, mental vorgestellt oder vom Therapeuten

passiv bewegt werden

Spiegeltherapie

Seite 41

C. Wirkungsnachweis

• Einzelfallstudien und eine kontrollierte randomisierte

Studien

Kraft und Sensibilitätsverbesserung

Altschuler EL, Wisdom SB, Stone L, Foster C, Galasko D,

Llewellyn DM, Ramachandran VS. Rehabilitation of hemiparesis

after stroke with a mirror. Lancet. 1999 (12) ;353:2035-6

Dohle C, Püllen J, Nakaten A, Küst J, Rietz C, Karbe H. Mirror

therapy promotes recovery from severe hemiparesis: a randomized

controlled trial. Neurorehabil Neural Repair. 2009;23(3):209-17

Spiegeltherapie

Seite 42

The development of a clinical practice stroke guideline

for physiotherapists in The Netherlands: a systematic

review of available evidence

van Peppen RP, Hendriks HJ, van Meeteren NL, Helders PJ,

Kwakkel G.: Disabil Rehabil. 2007 May 30;29(10):767-83

Von 9482 relevanten Studien wurden 322 selektioniert

Ergebnisse

65 Empfehlungen zur Wahl der physiotherapeutischen

Maßnahmen…

Clinical practice stroke guideline for

physiotherapists in The Netherlands

Seite 43

Empfehlungsgrad 1

•Hohe Trainingsintensität

•Aufgaben (task)-spezifisches Training

•Kontext-spezifisches Training

•Plattformtraining (posturale Kontrolle im Stehen)

•Funktionelles Krafttraining paretischer Muskeln

•Laufbandtraining (mit und ohne Gewichtsentlastung)

•CIMT

•TENS (zur Reduktion der Spastik)



Seite 44

Empfehlungsgrad 2

•Mentales Üben motorischer Fertigkeiten

•Rhythmisch-akustische Stimulation

•Spiegeltraining

•Üben mit Biofeedback

•EMG-initialisierte elektrische Muskelstimulation

•Sprunggelenks-Orthesen

•Aufblasbare Schienen

•Dehnen (Finger, Handgelenk)

•Lagerungen



Seite 45

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Documents

Vorlesung Neuroplastizität und motorisches Lernen - iwenv.de Neuroplastizitaet.pdf · Das Prinzip des besteht in der wiederholenden Ausführung gleicher oder ähnlicher Bewegungen