Neurobiologische Grundlagen der Ergotherapie

Fortbildung | „Artikel des MonAts“
Neurobiologische Grundlagen
der Ergotherapie
dieter karch | Kinderzentrum Maulbronn, Klinik für Kinderneurologie und Sozialpädiatrie
Ziel und Zweck der ergotherapie
Ergotherapie ist ein tätigkeitsorientiertes
Verfahren, das bei motorischen Störungen
eingesetzt wird, um Mobilität, Kraft,
Geschwindigkeit, Exaktheit der Ziel- und
Feinmotorik zu verbessern. Die Tätigkeiten
sind oft in Spielsituationen eingebunden,
wodurch auch das soziale Verhalten und die
emotionale Befindlichkeit beeinflusst werden.
Ergotherapie wird neben psychotherapeutischen
Maßnahmen auch bei primären
Verhaltensstörungen und psychischen
Störungen angewandt. Die Effekte ergotherapeutischer
Behandlungen werden im
Rahmen eines Lernprozesses erreicht. Die
Kenntnisse über die biologischen Grundlagen
von Lernprozessen führen somit auch
zum Verständnis der Wirkweise von Ergotherapie.
Wesentliche Faktoren sind: Anregung
zur eigenständigen Aktivität in einer
verständnisvollen Therapiesituation; dem
Entwicklungsstand bzw. der aktuellen Symptomatik
angepasste Lernschritte, so dass
erreichte Effekte die eigene Motivation unterstützen;
Konsolidierung des Gelernten
durch Wiederholen und implizite Speicherung
im Langzeitgedächtnis.
neuroanatomische und
neurophysiologische grundlagen
Tätigkeitsbezogene Interventionen wirken
sich auf die biomechanischen und neurophysiologischen
Komponenten des Muskel-
Skelett-Systems aus, stimulieren die Wahrnehmung
und ihre Verarbeitung und sind
meist mit kognitiven Funktionen verknüpft
[6]. Entwicklungs- und Lernprozesse erfolgen
in einem funktionellen Zusammenhang
mit alltäglichen Anforderungen. Die
Grundlagen des motorischen Lernens und
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ihre Einbindung in die Behandlung von
Kindern mit sensomotorischen Störungen
(z. B. nach dem NTT-Konzept) bzw. zerebralen
Bewegungsstörungen wurden bereits
an anderer Stelle beschrieben (Kipra Heft
1/2012, S. 10, S. 14). Welche Faktoren in welchem
Ausmaß und auf welche Weise das
Steuerungs- und Regelsystem der Motorik
beeinflussen, ist noch immer nicht vollständig
geklärt. Es ist bisher nicht gelungen, alle
relevanten Elemente in ein allgemein akzeptiertes
theoretisches System einzubringen.
Es wurden unterschiedliche Modellvorstellungen
entwickelt [16]. Willkürliche
und gezielte Bewegungen werden generiert
und ausgeführt unter Einschluss sowohl des
assoziativen Kortex als auch des limbischen
Systems, wobei Efferenzen und Afferenzen
in einem komplizierten Wechselspiel eingebunden
sind.
Bestimmte Funktionen können bestimmten
Arealen des Kortex und den zugehörigen
Bahnsystemen zugeordnet werden:
dem kortikospinalen System differenzierte
Willkürbewegungen, dem Kleinhirn
die Modulation des Muskeltonus und das
Programmieren der zeitlichen Folge der
Bewegungsabläufe sowie der Vergleich von
intendierter mit ausgeführter Bewegung,
den Basalganglien Planen und Steuern von
komplexen Handlungen. Diese Regelkreise
sind auch in kognitive (und psychische)
Prozesse involviert und umgekehrt. Die
Aufgabenverteilung und die Zusammenarbeit
dieser Systeme werden in Lehrbüchern
der Physiologie detailliert beschrieben.
kortiko-subkortikale regelkreise
Parallel zu den o. g. Arealen und Regelkreisen
zur sensomotorischen Kontrolle
existieren neuroanatomisch und neurophysiologisch
abgrenzbare subkortikale
Regelkreise unter Beteiligung der Basalganglien.
Sie sind für Verknüpfungen von
Handlungen mit Emotionen, Verhalten
und Kognition verantwortlich [12]. Hierauf
gründet sich die Möglichkeit, durch
tätigkeitsbezogene Interventionen bei der
Ergotherapie nicht nur die psychomotorische
Entwicklung zu fördern und sensomotorische
Reorganisationsvorgänge oder
Funktionsübernahmen bei Läsionen oder
Anomalien des ZNS anzuregen, sondern
auch das Verhalten zu modifizieren. Alexander
et al. [1] definieren 5 Regelkreise, denen
bestimmte Aufgaben zugeordnet werden:
motorisch-skelettär, okulomotorisch,
dorsolateral-praefrontal, orbitofrontal und
anterior bzw. medial cingulär. Koziol und
Budding [12] fügten 2 weitere hinzu.
Störungen der motorischen bzw. augenmotorischen
kortiko-subkortikalen
Regelkreise führen in der Regel zu Parkinson-,
bzw. Chorea-Symptomen und Koordinationsstörungen
der willkürlichen, intendierten
Bewegungen. Dabei ist auch die
Fähigkeit zum prozeduralen Lernen (s.u.)
und zum Erwerb von Automatismen und
Routinen betroffen und damit die Fähigkeit
zur ständigen Anpassung, z.B. im Verlauf
der motorischen Entwicklung [12].
Störungen des dorsolateral-präfrontale
Regelkreises (DLPFC) beeinträchtigen vor
allem eigenständiges und selbstverantwortliches
(ohne externe Führung oder Anregung)
Handeln. Im Vordergrund der Symptomatik
steht meist die mangelnde Aufmerksamkeitssteuerung.
Normalerweise
unterstützt der Regelkreis die sog. exekutiven
Funktionen: selektive Aufmerksamkeit
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und Aufrechterhaltung der Aufmerksamkeit,
adäquate Reaktionen auf externe Ereignisse
und Informationen sowie das Arbeitsgedächtnis,
insbesondere die aktuelle
Planung und Organisation des Verhaltens.
Störungen des orbitofrontalen Regelkreises
(OFC) führen zu Persönlichkeitsveränderungen,
wie z.B. mangelnde Inhibitionskontrolle,
Impulsivität, Irritabilität,
und emotionale Labilität als Ausdruck der
mangelnden zeitlichen und lokalisatorischer
Organisation des Verhaltens, d.h. des
adäquaten sozialen Verhaltens zum richtigen
Zeitpunkt am richtigen Ort. Normalerweise
wird die intrinsische Motivation
zur Betätigung aufrechterhalten, d.h. auch
Handeln und Lernen ohne die vielfältigen
Formen einer Belohnung.
Störungen des medial-frontalen Regelkreises
(MFC) führen zu Antriebslosigkeit
bis hin zur Apathie. Selbst bei guter kognitivern
Fähigkeiten besteht wenig Interesse
zur Betätigung Vermutlich ist eine insuffiziente
Funktion des N. accumbens, der
normalerweise als wichtigster Generator
(„Turbo“) von Lernprozessen ist, für das
Verhalten verantwortlich. Dieser Regelkreis
ist zusammen mit Anteilen des OFC
verantwortlich für das intrinsische Belohnungssystem
des ZNS.
Zwei weitere Regelkreise: inferior temporal
und posterior parietal, vermitteln
sensorische Reize zum frontalen Kortex
und dem übrigen Kortex [12]. und unterstützen
instrumentelles Lernen. Läsionen
in diesen hinteren thalamokortikalen
Verbindung, wie sie z. B: Frühgeborenen
entdeckt wurden [8], führen zu abnormer
Wahrnehmungsverarbeitung (Berührung,
Propriozeption und Kraft) und mangelnder
Objektrepräsentation.
Viele Lernprozesse und Entwicklungsschritte
der Kognition und des Verhaltens
verlaufen „assoziativ“ und sind nicht auf bewusste
und kortikale Steuerung angewiesen;
neurophysiologisch beruhen sie auf den
gleichen Regelkreisen, die für die Sensomotorik
zuständig sind. Die Basalganglien sind
auch an der Entwicklung und dem Erwerb
sprachlicher und rechnerischer Fähigkeiten
beteiligt [15]. Sie sind dabei für die gleichen
Funktionen wie bei der Motorik zuständig:
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Steuerung von Intention, Regulierung von
Geschwindigkeit sowie Ablauf von Handlungen
oder Denkprozessen.
kleinhirn
Das Kleinhirn ist mit beinahe allen Arealen
des Gehirns verbunden, es verknüpft
und moduliert Tätigkeiten, kognitive Leistungen
und Affekte mit dem Ziel eines
zeitlich geordneten, effizienten Ablaufes
und Verhaltens. Insofern ist es auch beteiligt
an prozeduralen Lernprozessen. Läsi-
Emotionen und Affekte sowie Kognition
beeinflussen die sensomotorischen
Lernprozesse.
Spezielle neuroanatomisch nachweisbare
Verbindungsstrukturen von
Cortex und Subcortex werden neurophysiologischen
Regelkreisen zugeordnet,
die Sensomotorik, Kognition,
Emotionen und Affekte miteinander
verknüpfen.
onen des Kleinhirns beeinträchtigen die
Planungsfähigkeit, die Sprechflüssigkeit,
die Fähigkeit zu abstrakten Überlegungen
sowie das Arbeitsgedächtnis und führen
zu Problemen in der räumlichen Orientierung
und zu Affektstörungen (enthemmt
oder abgestumpft) [3, 9, 18].
kognitive lernprozesse und
lernprozesse des Verhaltens
Aufmerksamkeitssteuerung, Arbeitsgedächtnis
und Antwortauswahl oder -inhibition
sind die wichtigsten Bereiche
eines Systems zur kognitiven Kontrolle
(top-down) des bewussten Verhaltens, das
zu den exekutiven Funktionen gehört. Bewusstes
bzw. geplantes Verhalten benötigt
die Fähigkeit, Ziel und Aufgabenstellung
zu behalten, die „Antwort“ vorzubereiten
und zu planen, irrelevante, nicht zielführende
„Antworten“ zu hemmen und der
Aufgabenstellung angemessen zu bewältigen.
Der praefrontale Kortex ist insbesondere
für Handlungsplanung, metakognitive
Funktionen und Verhaltenssteuerung
verantwortlich [1]. Er kontrolliert
das Verhalten unter Berücksichtigung der
äußeren Umstände und Lebensbedingun-
gen sowie der inneren Befindlichkeit und
Wünsche. Er steht in Verbindung mit fast
allen Arealen des Kortex sowie dem Hippokampus
und dem limbischen System
und damit dem dopaminergen Belohnungssystem
[13]. Die Informationsverarbeitung
wird entsprechend sensorischer
(externer) und interner Einflüsse
(z. B. Motivation oder Erinnerung) modifiziert,
wodurch ein angemessenes Verhalten
erreicht wird. Im Gegensatz zum
motorischen Lernen sind die kognitiven
Lernprozesse und -fortschritte nicht physisch
greifbar und sichtbar, sondern erschließen
sich über Änderungen des Verhaltens
und Bewältigung von Aufgaben
oder Tests (siehe Beitrag Hirnleistungstraining
in diesem Heft).
Zentrales bewertungssystem
und Flow
Lernprozesse werden durch das zentrale
Bewertungssystem unterstützt. Wenn sich
Erfolge bei Lernprozessen einstellen oder
Ereignisse positiv bewertet werden, wird
Dopamin über das mesolimbische System
ausgeschüttet („dopamin burst“). Die vermehrte
Konzentration von Dopamin führt
zu positiven Emotionen („Glück“), die als
Belohnung empfunden werden. Die Tätigkeit
oder das Ereignis wird im Sinne eines
„positive reinforcement“ gespeichert, wodurch
ihre Wiederholung befördert wird.
Bleibt der Erfolg aus, wird akut weniger Dopamin
ausgeschüttet („dopamin dip“), was
zu einer negativen Emotion führt („Enttäuschung“);
auch diese Tätigkeit oder dieses
Ereignis wird gespeichert, aber im Sinne einer
„negative reinforcement“, und in Zukunft
vermieden. Diese Erkenntnisse sind
im Alltag und bei der Ergotherapie relevant.
Es existieren 4 Bahnsysteme im ZNS,
die unterschiedliche Wirkungen vermitteln.
Das mesolimbische projiziert zum
limbischen System und wird dem beschriebenen
Belohnungssystem zugeordnet, das
mesokortikale System projiziert zum Frontallappen.
Störungen dieser beiden Regelkreise
führen zu 2 unterschiedlichen Formen
von Aufmerksamkeitsstörungen [17].
Bei einer mesolimbischen Störung versuchen
die Kinder, unmittelbare Beachtung
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und Belohnung bei jeder Tätigkeit zu erreichen,
was sekundär zu Impulsivität,
Hyperaktivität und Aufmerksamkeitsdefizit
führt. Bei einer mesokortikalen Störung
sind die exekutiven Funktionen beeinträchtigt;
sie liegt bei den meisten Kindern
mit ADHS vor. Durch medikamentöse
Therapie kann die Dopaminkonzentration
in den Synapsen des ZNS z. B. bei
Personen mit ADHS erhöht bzw. auf einem
möglichst gleichbleibenden Level gehalten
werden. Dabei besteht allerdings das
Risiko, dass Lernprozesse durch „negative
reinforcement“ beeinträchtigt werden
(Übersicht in [12]).-
Die Stimmungslage sowie Affekte und
Emotionen beeinflussen Lernprozesse
(positiv oder negativ) im Rahmen der normalen
Entwicklung bis hin zur pädagogischen
Förderung und bei der Ergotherapie.
Aus evolutionärer Sicht muss der Organismus
emotional auf alle überlebenswichtigen
Ereignisse reagieren und aktiv werden.
Es kommt dabei zu einer emotionalen Bahnung
im Sinne von defensiven und aversiven
oder von „appetitiven“ Verhaltensweisen.
Klinisch werden diese Verhaltensweisen
von mess- und erkennbaren physischen
Reaktionen begleitet (Herzschlag,
Blutdruck, Schweißausbruch u. a.).
Die neuroanatomischen Bahnsysteme
Wesentliches für die Praxis . . .
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und neurophysiologischen Regelkreise für
die emotionale Bahnung werden dem mesokortikolimbischen
System (medialer Teil
des OFC und MFC) zugeordnet, zu dem
auch Amygdala und Septum pellucidum gehören.
Sie vermitteln zwischen der neokortikal
repräsentierten Wahrnehmungsverarbeitung
und dem Denksystem einerseits
und den emotionalen Reaktionssystemen
des Hypothalamus und der Hirnstammstrukturen
(z. B. der grauen Substanz im Bereich
des Aquädukts [7]) andererseits. Die
Amygdala ist an der Wahrnehmung von
neuen und von erregenden Ereignissen bzw.
Empfindungen beteiligt, verknüpft Ereignisse
mit Emotionen und speichert sie. Sie
spielt eine wichtige Rolle bei der Angstentstehung
und der Wiedererkennung und
Analyse von gefährlichen Situationen, die
negativ bewertet und in Zukunft gemieden
werden. Auch der Nucleus accumbens, im
ventralen Bereich der Basalganglien gelegen,
ist ein Teil des mediofrontalen Regelkreises
und in das Belohnungssystem eingebunden.
Er erhält Afferenzen von der
Amygdala und spornt Verhaltensweisen an,
bei denen eine Belohnung erwartet werden
kann. Insofern gilt er auch als „Lernmotor“.
Csikszentmihalyi [4] führte erstmals
den Begriff „Flow“ für einen Zustand
ein, bei dem man in einer Tätigkeit total
◾ Ziele der Ergotherapie sind die Verbesserung von fein- und grobmotorischen
Fertigkeiten sowie die Förderung des selbstständigen Handelns einschließlich
◆ der Bewältigung von Alltagsanforderungen,
◆ der Arbeitshaltung und
◆ von angemessenen Verhaltensweisen in unterschiedlichen Lebens-
situationen.
◾ Die angestrebten Lernprozesse sind vergleichbar mit denen bei der kindlichen
Reifung bzw. Entwicklung im Alltag und im schulischen oder beruflichen Rahmen.
◾ Methoden und Ziele der Ergotherapie werden auch von kulturellen Einflüssen
mitbestimmt.
◾ Die neurophysiologischen, (neuro-) psychologischen und sozialen Grundlagen
von Lernprozessen gelten unabhängig von bestimmten Therapieverfahren und
ihren theoretischen Konzepten.
◾ Sie sind gültig bei der Behandlung von Entwicklungsstörungen, von Erkrankungen
oder Läsionen des ZNS sowie von Verhaltensstörungen und psychischen
Erkrankungen.
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versunken, zufrieden mit sich selbst und
glücklich ist und dabei externe Reize ausblendet.
Beobachtet und gemessen wurde
Flow bei Musikern oder Künstlern, aber
auch bei verschiedenen anderen Beschäftigungen
des täglichen Lebens. Funktionelle
MR-Studien zeigten, dass im ZNS je
nach dem inneren Zustand unterschiedliche
Areale aktiviert werden. Konzentrierten
sich die Probanden auf das Ziel ihrer
visuomotorisch oder auditiv orientierten
Tätigkeit, wurden die entsprechenden kor-
tikalen Areale aktiviert, waren die Probanden
in der Lust am Arbeiten versunken,
wurden die frontalen Areale aktiviert [5].
Flow unterstützt die intrinsische Motivation,
fördert die Selbstregulation von Emotionen
und die Wahrnehmungsverarbeitung
und damit die Lernprozesse. Das
Flow erlebnis wirkt sich auch nachhaltig
auf die psychische Befindlichkeit aus. Das
beschriebene Motivationssystem und als
auch in das o. g. Belohnungssystem wird
außerdem vermittelt von der Produktion
und Ausschüttung von Noradrenalin im
Locus Coeruleus oder von Serotonin im in
den Nuclei raphae im Hirnstamm, die über
eigene Bahnsystem im ZNS verteilt werden.
Auch sie wirken sich auf den Organismus
und die Emotionen und damit die
Informationsverarbeitung aus.
neuroplastizität und speicherung/
gedächtnis
Bei der kindlichen Entwicklung werden
reifungsbedingte Veränderungen des Organismus,
insbesondere des ZNS, durch
umwelt- oder erfahrungsbedingte Einflüsse
modifiziert, was letztlich als ein
steter Lern- und Speicherungsprozess begriffen
werden muss. Offensichtlich gibt
es bei einigen Fähigkeiten auch sensible
Phasen oder gar kritische Perioden, die
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Wenn die affektiven und emotionalen
Einflüsse auf die Lernprozesse
gestört sind, gilt es die „appetitiven“
Verhaltensweisen zu fördern
und die defensiven zu mindern sowie
die Wirkung des Belohnungssystems
zu nutzen.
für das Sehen am besten erforscht worden
sind. Die Lernprozesse werden repräsentiert
durch Entstehung und Untergang
von Synapsen bzw. Neuronenverbänden.
Bei Läsionen des ZNS regenerieren die geschädigten
Neuronen nur im begrenzten
Umfang. Die wichtigste Option stellt die
Reorganisation des ZNS dar, um eine Verbesserung
von Funktionen und Fähigkeiten
im Laufe der kindlichen Entwicklung
oder im Rahmen eines Rehabilitationsprozesses
zu erreichen. Dass es bei praktischen
und mentalen Aktivitäten im Rahmen
eines Übungs- oder Lernprozesses zu
funktionellen (neurophysiologischen) und
strukturellen (neuroanatomischen) Veränderungen
auch im Erwachsenenalter kommen
kann, belegen zahlreiche Studien [11].
Gelernte Bewegungsabläufe und Verhaltensweisen
werden auf verschiedenen
Ebenen bzw. in unterschiedlichen Arealen
des ZNS gespeichert. Die Langzeit-Speicherung
ist komplex abgesichert. Wiederholtes
Üben spezieller Bewegungen und
Tätigkeiten führt z. B. zur Vergrößerung
der entsprechenden Areale im Motorkortex.
Synaptische Verknüpfungen werden
Lernprozess und Speicherung von
Lernerfolgen sind eng verknüpft mit
den Umgebungsbedingungen und
dem aktuellen Kontext der Lernsituation.
Sie werden gefördert durch die
Wahl angemessener und sinnvoller
Lernziele, die für den Betroffenen relevant
sind. Insofern gelten für die
normale Entwicklung und die Therapie
bei gestörter Entwicklung bzw.
bei Erkrankungen die gleichen neurophysiologischen
Grundlagen.
verändert oder entstehen neu, sogar neuronale
Netzwerke können gebildet werden.
Psychische Einflüsse, wie Motivation,
Freude am Lernen, d. h. die emotionale
Mitbeteiligung, der die Aktivierung
des limbischen Systems entspricht, können
über die Neurotransmitter Noradrenalin,
Dopamin und Azetylcholin die strukturellen
und funktionellen Veränderungen
unterstützen.
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Korrespondenzadresse
Prof. Dr. Dieter Karch
Ehem. Leitender Arzt des
Kinderzentrums Maulbronn, Klinik für
Kinderneurologie und Sozialpädiatrie
Knittlinger Steige 21
75433 Maulbronn
Tel.: 070 43 / 160
E-Mail: karch@kize.de
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