Bewusstseinsstörungen

Unsere Forschung zu Störungen des Bewusstseins (DOC) konzentriert sich auf die verbleibende kognitive Verarbeitung und (das minimale) Bewusstsein bei veränderten Bewusstseinszuständen, d.h.: VS, MCS und LIS. Außerdem interessieren wir uns auch für zirkadiane Rhythmen in dieser klinischen Gruppe.

Aber was ist Bewusstsein? Es ist schwierig eine allgemeine Definition für diesen Begriff zu finden, weshalb Bewusstsein hauptsächlich ein theoretisches Konstrukt ist. Aufgrund des Verhaltens ist man aber der Meinung, dass zwei Faktoren für unser Bewusstsein verantwortlich sind. Dazu gehört die Wachsamkeit und die Erregung, wobei beide Faktoren notwendig sind und keiner davon selbstständig für Bewusstsein ausreichend ist. „Gesundes Bewusstsein“ wird charakterisiert durch die Variation dieser zwei Faktoren. Beispielsweise sinkt im Schlaf (NREM Phase) unsere Erregung, Selbstwahrnehmung sowie unsere Umgebung gemeinsam mit unserem Bewusstsein. Während bei Gehirntod, Koma und Anästhesie beide Faktoren fehlen und deshalb auch kein Bewusstsein feststellbar ist, kann bei vegetativen und minimalen Bewusstseinszuständen (VS und MSC) Erregung festgestellt werden. Diese Zustände sind charakteristisch wenn Menschen aus dem Koma erwachen, nach verschiedenen traumatischen Gehirnverletzungen oder ischämischen Attacken, Infarkten oder Herzstillstand. Dabei gibt es eine Trennung dieser beiden Faktoren die durch Schwankungen in der Erregung gekennzeichnet sind. Beispielsweise kann das Bewusstsein beim Schließen und Öffnen der Augen fehlen (VS) oder sehr stark schwanken (MCS). Das „Locked-in-Syndrom“ bezeichnet keinen Zustand von Bewusstseinsstörungen im engen Sinne, denn Patienten sind trotz ihres gelähmten Zustandes bei völligem Bewusstsein.

Wachheit (‚Arousal‘) und Bewusstheit (‚Awareness‘) im Schlaf bei Gesunden, bei Patienten im Minimalen Bewusstheitszustand und Vegetativen Stadium sowie im Locked-In Syndrom (angepasst nach Blume et al. (2015))

Aktuelles Projekt

Im aktuellen Forschungsprojekt (START-Preis, verliehen an M. Schabus 10/2014), erforschen wir (1) residuelle kognitive Verarbeitungsprozesse in veränderten Bewusstseinszuständen (d.h. bei DOC Patienten und bei gesunden Probanden im Schlaf), (2) circadiane Rhythmen bei DOC Patienten und (3) Schlaf in dieser klinischen Population.

Im klinischen Kontext basiert die (klinische) Bewertung/Einschätzung von Bewusstsein so gut wie immer auf der Beobachtungen von Verhalten, das Wachheit und Bewusstheit signalisiert oder auf Berichten über Zeichen von Bewusstsein. Meist sind die Patienten jedoch nicht fähig, ihre bewussten Erlebnisse zu verbalisieren oder ihr anderweitig Bewusstsein „unter Beweis zu stellen“ (z.B. aufgrund der Lähmung). Ein Ziel unserer Forschung ist es, bei DOC Patienten sowie bei gesunden schlafenden Personen neuronale Prozesse zu finden die mit Bewusstsein korrelieren [1].

Kognitive Verarbeitung bei DOC Patienten & bei gesunden schlafenden Menschen
Dabei verwenden wir das sogenannte „subject’s own name“ (SON) Paradigma, dabei wird als Stimulus der eigne Name der Person verwendet. Man geht davon aus, dass der eigene Name einer der stärksten Stimuli ist welcher mit Bewusstsein und Selbstwahrnehmung assoziiert ist und die Aufmerksamkeit wie kein anderer Stimulus auf sich lenkt [2]. In unseren Forschungen verwenden wir oft Varianten des klassischen SON-Paradigmas und variiert dabei zusätzlich den (paralinguistischen) emotionalen Inhalt der präsentierenden Stimme (Prosodie oder Vertrautheit einer Stimme). Die Idee dabei ist, dass der Stimulus anfälliger ist für zusätzliche Aufmerksamkeitsressourcen und das zu einer stärkeren Gehirnaktivität führt [3,4].

Schlaf bei DOC Patienten
Man weiß, dass Abnormalitäten des Schlafes sehr häufig bei Patienten mit Gehirnverletzungen auftreten [1]. Insgesamt wissen wir nur wenig über ihre Schlafregulationsmechanismen und man vermutet, dass komatöse Patienten keine normalen zirkadianen Variationen in ihrer elektroenzephalographischen Aktivität (EEG) aufweisen. Charakteristisch für Patienten mit Gehirnverletzungen ist, im Gegensatz zu gesunden Personen, ein erhöhtes generelles Erregungsniveau und häufigeres Erwachen sowie eine Abnahme von ‚Rapid Eye Movement‘ (REM) Schlaf, der durch schnelle Augenbewegungen gekennzeichnet ist, und dem „Slow Wave“ Schlaf (SWS) [2]. Darüber hinaus können Schlafstörungen sympathische Aktivierungen und eine Erhöhung des Blutdrucks auslösen, was zusätzlich zur Morbidität bei diesen Patienten beiträgt. Andere Faktoren die zu Schlafanomalien führen können schließen beispielsweise akute Erkrankungen wie Infektionen, Schmerzen sowie erhöhte Wachheit aufgrund der ständigen Einwirkung von Licht, regelmäßiger pflegerischer Aktivität oder unruhigen Bettnachbarn (auch während den Nachtstunden) ein. Ebenso weiß man, dass Schlafentzug negative Auswirkungen auf das Immunsystem hat, was insbesondere auch für schwerkranke Patienten und Patienten mit Gehirnverletzungen gilt [3]. Auch wenn insgesamt wenig über Schlaf bei DOC Patienten bekannt ist, gibt es bestimmte Schlafmuster im EEG die als günstige prognostische Marker gelten. Weiters konnte gezeigt werden, dass eine Verbesserung der Schlafmuster während der Rehabilitation mit der Verbesserung und (teilweisen) Wiederherstellung von kognitiven Funktionen einhergeht [5]. In mehreren Studien wurde gezeigt, dass speziell die Schlafspindeln im Non-REM (NREM) Schlafstadium 2 (N2) eine günstige Prognose und somit wichtige Informationen über die verbleibende Integrität von Gehirnnetzwerken bei Patienten mit Gehirnverletzungen liefert. Ebenso ist eine regelmäßige Variation zwischen NREM-Schlafelementen (z.B. K-Komplexen) und REM-Schlafelementen mit einem guten Outcome (z.B. vollständige Genesung oder nur leichte Beeinträchtigung) verbunden [6,7]. Da die Schlafspindeln im Thalamus ihren Ursprung haben, geht man davon aus, dass die Abwesenheit von Spindeln bei Komapatienten aus einer Unterbrechung des aufsteigenden retikulothalamokortikalen Systems (ARAS) oder der thalamokortikalen Schleifen resultiert. Ebenso prognostiziert das Fehlen von Schlaf-Wach-Zyklen, das mit einer Dysfunktion im Bereich des Stammhirns assoziiert wird, einen eher schlechten Outcome. Insgesamt können polysomnographische (PSG) Studien somit Aufschluss über die Funktionsfähigkeit des zentralen Nervensystems geben und sind eine ideale Ergänzung zu standardisierten Verhaltensskalen wie sie im klinischen Alltag eingesetzt werden. Wir glauben daher, dass eine sorgfältige Untersuchung des Schlafes bei Bewusstseinsstörungen wichtige Informationen liefern kann.

Zirkadiane Rhythmen bei Patienten mit Bewusstseinsstörungen
Viele kognitive und körperliche Rhythmen folgen einem 24 Stunden Rhythmus, dem so genannten „zirkadianen“ Rhythmus“. Verschiebungen dieser Rhythmen wird eine pathologische Bedeutung bei schwerkranken Patienten zugeschrieben. Darüber hinaus wissen wir, dass bei Fällen, in denen der Rhythmus des Körpers nicht nach dem Tag-Nacht-Zyklus ausgerichtet ist (wie z.B. bei einem Jetlag oder Schichtarbeit), does nachteilige Auswirkungen auf Kognition und das Immunsystem hat. Jedoch ist noch überraschend wenig über die zirkadianen Rhythmen bei Patienten mit Bewusstseinsstörungen bekannt, obwohl sie beispielsweise über Zeitfenster informieren könnten wo Patienten mit höchster Wahrscheinlichkeit reagieren. In unserem Forschungsprojekt wollen wir deshalb auch die zirkadianen Rhythmen bei Patienten mit Bewusstseinsstörungen untersuchen.

Studiendesign
Zuerst verbringen die gesunden Teilnehmer eine Nacht in unserem Labor um sich an die veränderte Umgebung anzupassen und um mögliche Schlafstörungen auszuschließen. Das Eigennamen-Paradigma umfasst eine Wach- und eine Schlafbedingung, wobei die Wachbedingung einen aktiven und einen passiven Teil hat. Im passiven Teile hören die Teilnehmer die Stimuli nur an, während sie im aktiven Teil die Teilnehmer instruiert werden, einen bestimmten Stimulus zu zählen. Die auditive Stimulation wurde dann während des Schlafes fortgesetzt. Neben gesunden Teilnehmern testen wir auch Patienten in verschiedenen Kliniken Österreichs. Diese Patienten werden über 48 Stunden mittels PSG untersuchut und mit dem gleichen kognitiven Paradigma getestet wie gesunde Teilnehmer (d.h. mit dem Eigennamen-Paradigma). Jedoch wird mit ihnen nur die Wachbedingung durchgeführt, das heißt sie werden während der Nacht nicht stimuliert. Darüber hinaus, messen wir Körpertemperatur und Aktivität über eine ganze Woche, um den zirkadianen Rhythmus des Patienten zu beurteilen und um mögliche Zeitfenster zu finden, in denen man erwarten kann dass sie wacher bzw. ansprechbarer sind.

Studienziel
Die Ergebnisse dieser Studie werden hoffentlich zu einem besseren Verständnis der neuronalen Prozesse beitragen, die Bewusstsein zugrundeliegen, und somit hoffentlich auch zur Verbesserung der Diagnostik von Bewusstseinsstörungen . Darüber hinaus hoffen wir, einen Weg zu finden um Zeitfenster zu spezifizieren in denen man erwarten kann, dass Patienten maximal wach und somit empfänglich für Stimulationen sind.

Referenzen
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Blume C., del Giudice, R, Lechinger J., Wislowska M., Heib D. P. J., Hoedlmoser K., & Schabus, M. (2016). Preferential processing of emotionally and self-relevant stimuli persists in unconscious N2 sleep. Brain and Language. doi:10.1016/j.bandl.2016.02.004
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