Beeinflusst die individuelle Anpassung standardisierter Sprachparadigmen für die klinische funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) die Lokalisation der sprachdominanten Hemisphäre, des Broca- und des Wernicke-Sprachzentrums?

Zusammenfassung

Ziel: Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) lokalisiert die sprachdominante Hemisphäre, das Broca- (B) und Wernicke-(W)Sprachzentrum. Entscheidend für den klinisch-diagnostischen Erfolg ist die individuelle Anpassung der Sprachparadigmen an die verschiedene kognitive Leistung einzelner Patienten. Um klinische fMRT-Befunde korrekt interpretieren zu können, wurde der Effekt der Variation von Stimulusfrequenz und -anzahl auf die funktionelle Sprachlokalisation, die Sprachlateralisation und die BOLD-Signale untersucht. Material und Methoden: Zehn Versuchspersonen (VP) wurden bei 1,5 Tesla standardisiert im Blockdesign während visuell getriggerter Satzgenerierung untersucht. Jeder VP wurden in vier Einzelmessungen die Stimuli mit 1/1 s, œ s, ⅓ s und ⅙ s präsentiert. Ergebnisse: Die funktionellen Lokalisationen und die Korrelation der gemessenen BOLD-Signale zur hämodynamischen Referenzfunktion (r) in beiden Hemisphären waren weitgehend unabhängig von der Stimulusfrequenz und -anzahl. Die relative BOLD-Signaländerung (ΔS) in B und W stieg mit der Stimulationsrate, wodurch sich auch der Lateralisationsindex änderte. Die stärkste BOLD-Aktivierung wurde bei der höchsten Stimulationsrate (1/1 s; ΔS B = 2,06 %, W = 1,29 %) bzw. bei maximaler Sprachproduktion (⅙ s; ΔS B = 2,31 %, W = 1,30 %) erreicht. Schlussfolgerung: Die Anpassung von Sprachparadigmen beeinflusst die funktionelle Lokalisation nicht, führt aber zu Veränderungen von BOLD-Signalen (ΔS) und Lateralisationsindex. Beides darf nicht auf die zugrunde liegende Krankheit zurückgeführt werden.

Abstract

Purpose: Functional magnetic resonance imaging (fMRI) localizes Broca’s area (B) and Wernicke’s area (W) and the hemisphere dominant for language. In clinical fMRI, adapting the stimulation paradigms to each patient’s individual cognitive capacity is crucial for diagnostic success. To interpret clinical fMRI findings correctly, we studied the effect of varying frequency and number of stimuli on functional localization, determination of language dominance and BOLD signals. Materials and Methods: Ten volunteers (VP) were investigated at 1.5 Tesla during visually triggered sentence generation using a standardized block design. In four different measurements, the stimuli were presented to each VP with frequencies of 1/1 s, œ s, ⅓ s and ⅙ s. Results: The functional localizations and the correlations of the measured BOLD signals to the applied hemodynamic reference function (r) were almost independent from frequency and number of the stimuli in both hemispheres, whereas the relative BOLD signal changes (ΔS) in B and W increased with the stimulation rate, which also changed the lateralization indices. The strongest BOLD activations were achieved with the highest stimulation rate or with the maximum language production task, respectively. Conclusion: The adaptation of language paradigms necessary in clinical fMRI does not alter the functional localizations but changes the BOLD signals and language lateralization which should not be attributed to the underlying brain pathology.

Key words

Functional magnetic resonance imaging (fmri) - speech - speech-dominant hemisphere - broca - wernicke

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