Das Frontalhirn- Phineas Gage und die Folgen

1. Das Frontalhirn- Phineas Gage und die Folgen Proseminar : Klassische Fälle der Neuropsychologie Prof. Dr. Axel Mecklinger Referenten: Michael Herbert Miriam Storz 18.12.06 Phineas Gage - Storz/ Herbert

2. Gliederung I Phineas P. Gage • Ereignis • Folgen - psychische Veränderungen • Bedeutung des Falles • Diskussion/ Ansichten der damaligen Gehirnwissenschaften => Exkurs über Phrenologie • Genaue neurologische Schädigung und Fazit Phineas Gage - Storz/ Herbert

3. Gliederung II Ein moderner Phineas Gage • Der Fall Elliot, Anatomie, Symptome • Vorstellung der durchgeführten Tests • Schlussfolgernde Erkenntnisse über Emotionen und soziales Handeln • Kurze Vorstellung von Damasios Idee der sozialen Marker Phineas Gage - Storz/ Herbert

4. 1.Ereignis • Geburt 1823 • Beruf: Arbeiter bei Bautrupp (Sprengladungen) • Charakterbeschreibung: „tüchtig, fähig, gerissen, besonnene Wesensart, bekannt für Mäßigung, Charakterstärke, hohe Geistesgegenwart, energisch und ausdauernd in seinen Plänen....“ Phineas Gage - Storz/ Herbert

5. 1.Ereignis • Unfall: 1848 => Phineas ist 25 • Fehler bei Sprengung: Sprengladung explodiert in Gages Gesicht: „....Der Knall war ungewöhnlich und der Fels ist unversehrt geblieben. Ungewöhnlich ist auch das pfeifende Geräusch, wie von einer Rakete, die in den Himmel geschossen wird.... Es ist Gewalt und schwerste Körperverletzung. Die Eisenstange ( Länge: 1,98m, Durchmesser:3,125 cm) tritt durch Gages linke Wange ein, durchbohrt die Schädelbasis, durchquert den vorderen Teil seines Gehirns und tritt mit hoher Geschwindigkeit aus dem Schädeldach aus. In einer Entfernung von mehr als 30 m fällt die Stange herunter, mit Blut und Gehirngewebe bedeckt.“ Phineas Gage - Storz/ Herbert

6. 1.Ereignis Gage ist sehr schnell wieder bei Bewusstsein, kann direkt laufen und sprechen Schädel: Knochen rund um die Öffnung gebrochen bis 5cm umkreis. Öffnung hat Durchmesser von ca 4 cm Nach weniger als 2 Monaten wird Gage als „geheilt“ erklärt: vollständige physische und scheinbar gute kognitive Genesung: gutes fühlen, hören, sehen (rechts), keine Lähmung, gute Artikulation, Sprache, Gedächtnis, Aufmerksamkeit und Wahrnehmung Phineas Gage - Storz/ Herbert

7. Folgenpsychische Veränderungen (Quelle: örtlicher Arzt Dr. Harlow) • Tiefgreifende Wesensänderung • Gestörtes Gleichgewicht zwischen animalischen Neigungen und geistigen Fähigkeiten • Launisch, respektlos, häufiges Fluchen, unorganisiert, Verstoß gegen moralische Prinzipien, keine Konventionen =>extremer Persönlichkeitswandel, der im krassen Gegensatz zu Gages früherem Charakter steht Phineas Gage - Storz/ Herbert

8. Folgenweitere Biographie • Entlassung im Bautrupp • Stellungen auf Pferdefarmen • Laufbahn als Zirkusattraktion • Auswanderung nah Südamerika • 1860 zurück in USA, wohnen bei Mutter und Schwester, keine langfristigen Anstellungen mehr • Epileptische Anfälle • 21. Mai 1861: Tod nach Status epilepticus (Dauerkrämpfe) Phineas Gage - Storz/ Herbert

9. 3.Bedeutung des Falls • Fall weißt darauf hin, dass es Systeme im Gehirn gibt, die für spezifisch menschliche Eigenschaften (Denken, Zukunftsplanung im sozialem Umfeld, Organisation des eigenen Lebens etc.) verantwortlich sind und nicht für physische Fähigkeiten Phineas Gage - Storz/ Herbert

10. 3.Bedeutung des Falls • Erkenntnis, dass es möglich ist, dass nach einer bestimmten Hirnläsion moralische Regeln und soziale Konventionen ihre Verbindlichkeit verlieren ohne den Verlust von sprachlichen und geistigen Fertigkeiten, wie Intelligenz, Aufmerksamkeit, Gedächtnis etc. => Dissoziation: beeinträchtigter Charakter gut erhaltene Kognition Phineas Gage - Storz/ Herbert

11. 3.Bedeutung des Falles Besonders dramatisch an Gages Verhalten: Er trifft keinerlei vernünftige Entscheidungen! Oft sind diese offensichtlich nachteilig für Gage! Diskussion: Gages Wertesystem war verändert und kann Entscheidungen nicht mehr beeinflussen. Es existiert keine Verbindung zur realen Lebenssituation und Entscheidungen werden nur minimal von altem Wissen beeinflusst. Phineas Gage - Storz/ Herbert

12. 3.Bedeutung des Falles Auftretende Fragen: • Fehlen Gage Denkstrategien, obwohl altes Wissen vorhanden ist? • Kann man ihm einen freien Willen zuschreiben? • Ist er für sein Handeln verantwortlich? Phineas Gage - Storz/ Herbert

13. 4.Ansichten der damaligen Gehirnwissenschaft Ausbildung von 2 Lagern: 1.Psychologische und geistige Funktionen lassen sich nicht einer bestimmten Hirnregion zuordnen. Das Gehirn arbeitet als Ganzes 2.Psychologische und geistige Funktionen lassen sich bestimmten Gehirnteilen zuordnen, die auf separate geistige Funktionen spezialisiert sind Phineas Gage - Storz/ Herbert

14. 4.Ansichten der damaligen Gehirnwissenschaft Broca und Wernicke Läsionen im frontalem Operculum (Broca-areal) und Läsionen im Planum Temporale (Wernicke-areal) führen zu verschiedenen Sprachstörungen und sind deswegen Zentren für Sprache. (nur zum Teil bewiesen) • Beleg für Gehirnspezialisierung • wurde nur sehr zögerlich akzeptiert, trotzdem leichter zu glauben als Lokalisation von Moral und Sozialverhalten, (Problem: Moralisches Urteil hat enge Verknüpfung mit „Seele“) Phineas Gage - Storz/ Herbert

15. 4.Ansichten der damaligen Gehirnwissenschaft Scheinbarer Beweis für Lager 1: Obwohl Phineas Gage Schädigungen im linken Frontallappen hat (Broca-areal?) litt er nicht unter Sprachstörungen. =>Sprache und andere Kognitionen lassen sich nicht auf diese relativ kleinen Hirnregionen zurückführen! =>Beweis für „Torheit“ jener, die funktionelle Spezialisierung im Gehirn zu erkennen meinen David Ferrier: Stange hat diese Sprachregionen nicht getroffen. Beschädigt wurde der von ihm benannte „Präfrontale Cortex“ Unterstützung von der Phrenologie Phineas Gage - Storz/ Herbert

16. Exkurs: Phrenologie Franz Joseph Gall: Gründer der „Oranologie“ Ende des 18.Jh = Mischung aus früher Psychologie, früher Neurowissenschaft und praktischer Philosophie Gehirn ist das Organ der Seele Gehirn ist ein Aggregat aus vielen Hirnorganen. Jedes von diesen „Hirnzentren“ besitzt eine bestimmte psychologische Fähigkeit Phineas Gage - Storz/ Herbert

17. Exkurs: Phrenologie Behauptungen der Phrenologie: • Alle Organe und Fähigkeiten sind angeboren • Jedes separate „Hirnorgan“ bringt geistige Fähigkeiten hervor, die seiner Größe entsprechen Größe = Kraft, Energie => Organe sind anhand auffälliger Höcker im Schädel identifizierbar Diese Behauptung hat der Phrenologie sehr geschadet Phineas Gage - Storz/ Herbert

18. Exkurs: Phrenologie Sizer: • Phrenologe im 19. Jh • Die Eisenstage ist durch die phrenologischen Hirnzentren „benevolentia“ und „veneratio“ (Wohlwollen, Verehrung) gedrungen, die dem Menschen rechtes Benehmen, Freundlichkeit und Achtung ermöglichen Phineas Gage - Storz/ Herbert

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20. 5. genaue neurologische Schädigungen 5 Jahre nach Gages Tod wird Sarg geöffnet und Schädel und Stange entnommen Hanna Damasio Forschung an Schädel ca 1980 Versuch den genauen Weg der Stange zu verfolgen Phineas Gage - Storz/ Herbert

21. 5. genaue neurologische Schädigungen Vermutung über Bahn: • Eintritt durch linke Wange • Durchbrechen des Schädels • Durchbrechen der darüberliegenden linken Augenhöhle • Durchquerung des vorderen Gehirnteils nahe der Mittellinie (wegen Abbiegen der Stange sind ev. beide Hemisphären betroffen) • Ev. Beschädigung des orbitofrontalen Cortex über Augenhöhle (=ventromedialer präfrontaler Cortex) • Bei Austritt Beschädigung des dorsalen präfrontalen Cortex, links und ev. rechts Phineas Gage - Storz/ Herbert

22. 5. genaue neurologische Schädigungen • Problem: große individuelle Unterschiede in Gehirntopographie (Größe, Umriss, Stellung etc) => Ungenauigkeit • Lösung: „Brainvox“: Rekonstruktion von Gages Schädel und Stange im dreidimensionalen Koordinatensystem auf Grundlage von Fotographien aus verschiedenen Blickwinkeln. => Brainvox liefert durch elektronische Datenverarbeitung hochauflösende Magnetresonanz-Scans Phineas Gage - Storz/ Herbert

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25. 5. genaue neurologische Schädigungen Ergebnisse: • Keine Gehirnregionen wurden getroffen, die für motor. Funktionen und Sprache verantwortlich sind • Linke Hemisphäre wurde umfassender getroffen als rechte Hemisphäre Phineas Gage - Storz/ Herbert

26. 5. genaue neurologische Schädigungen • Anteriore Abschnitte des Präfrontalen Cortex wurden mehr geschädigt als posteriore • Die Schädigungen des Präfrontalen Cortex betrafen insbesondere die ventralen und medialen Oberflächen der Hemisphären Phineas Gage - Storz/ Herbert

27. 5. genaue neurologische Schädigungen Ergebnisse der neueren Forschung: • Ventromediale präfrontale Region (beschädigt) spielt wichtige Rolle bei Entscheidungsprozessen • Rindenabschnitte im lateralen Bereich des Präfrontalen Cortex (nicht beschädigt) sind für kognitive Funktionen wie Aufmerksamkeit, Rechenfertigkeit etc verantwortlich Phineas Gage - Storz/ Herbert

28. 5. genaue neurologische Schädigungen => Selektive Schädigungen im Präfrontalen Cortex führten dazu, dass Phineas Gage Schwierigkeiten hatte mit sozialen Regeln umzugehen, die er einst gelernt hatte, mit Zukunftsplanung und Entscheidungen bzw Handlungsabläufen, die für sein Leben förderlich waren! Phineas Gage - Storz/ Herbert

29. Fazit Die Vorraussetzung für die Befolgung sozialer Konventionen, moralisches Verhalten und vorteilhafte Entscheidungsfindung ist: • einerseits die Kenntnis bestimmter Regeln und Strategien • andererseits die Unversehrtheit bestimmter Gehirnsysteme!!! Phineas Gage - Storz/ Herbert

30. Elliot- Ein moderner Phineas Gage • Der Fall Elliot, Anatomie, Symptome • Vorstellung der durchgeführten Tests • Schlussfolgernde Erkenntnisse über Emotionen und soziales Handeln • Kurze Vorstellung von Damasios Idee der sozialen Marker Phineas Gage - Storz/ Herbert

31. Patientenbeschreibung Elliot • Zwischen dreißig und vierzig Jahren • Gute Position in Wirtschaftsunternehmen • Meningiom (Bereich der Mittellinie) • Druck wird auf Präfrontalen Cortex ausgeübt • Erfolgreiche Entfernung des Tumors, dabei auch große Schäden im PFC: • Rechte Seite stärker geschädigt • Links: Schäden im orbitalen und medialen Bereich (Äußere Oberfläche blieb intakt) • Rechts: Zusätzliche Läsion der weißen Substanz der Großhirnrinde Funktioneller Ausfall von großem Teil der Frontalregion • Keine weiteren Schäden • Ventromedialer Teil des PFC am stärksten geschädigt Phineas Gage - Storz/ Herbert

32. Phineas Gage - Storz/ Herbert

33. Folgen des Eingriffs- Was wurde nicht beeinträchtigt? • Keine Beeinträchtigung von Intelligenz, Sprache, Gedächtnis und Bewegung • Patient zeigt sich vernünftig, distanziert • Wissen über aktuelle Ereignisse vorhanden • Berufliche Fertigkeiten bleiben erhalten Phineas Gage - Storz/ Herbert

34. Folgen des Eingriffs- Was wurde beeinträchtigt? • Grundlegende Veränderung seiner Persönlichkeit: • Unfähig, Schlussfolgerungen zu ziehen, Entscheidungen zu treffen und für die Zukunft zu planen • Nicht mehr in der Lage, als eigenständige Person zu handeln! Phineas Gage - Storz/ Herbert

35. Parallelen und Unterschiede zu Phineas Gage • Unfähigkeit zur Planung und Ent-scheidungsfindung • Sammelleidenschaft (Detailversessenheit) • Kein Fluchen • Ausfallendes Benehmen nicht so ausgeprägt Phineas Gage - Storz/ Herbert

36. Psychologische Testverfahren zur Krankheitserfassung (und ihr Versagen bei Elliot) • Tests wurden durchgeführt, um ein genaues Bild von Elliots Störung zu erhalten (neurologische oder psychische Störung?) Phineas Gage - Storz/ Herbert

37. Ergebnisse der Tests zur Wahrnehmungsfähigkeit, LZG,KZG,AG, Lernfähigkeit, Sprach- und Rechenfähigkeit • Wechsler- Intelligenztest für Erwachsene • Zahl-, Wort-, visuelles Gedächtnis • Reysche Wörterliste und komplexe Figuren • Multilingual Aphasia Examination • Visuelle Wahrnehmungs- und Vorstellungsfähigkeiten • Tests zum AG normal • Abschneiden in allen diesen Test normal oder überdurchschnittlich! Phineas Gage - Storz/ Herbert

38. Kurzer Test, Aphasie- Störung festzustellen: Aspekte (grob): Mündlicher Ausdruck, Verbales Verständnis, Lese- Verständnis, Buchstabieren The MAE is a relatively brief test battery designed to evaluate the presence, severity, and qualitative aspects of aphasic disorder. Three tests assess different aspects of oral expression--naming, sentence repetition, and verbal associative capacity; three tests assess oral verbal understanding; one test assesses reading comprehension; and three tests assess oral, written and block spelling. Speech articulation and the fluency-nonfluency dimension of expressive speech are rated, but not systematically sampled. Writing is evaluated from performance on the test of written spelling. As a comprehensive aphasia battery, the MAE complements the use of other tests of neuropsychological function developed at the Benton Laboratory of Neuropsychology. The Manual includes new normative standards for elderly individuals, data on the discriminative value of each test, and recent clinical research results. Most of the tests were standardized on a sample of 360 subjects, ranging in age from 16-69 years, whose native language was English, and who showed no evidence or history of hemispheric brain disease. The MAE was also standardized on 229 children, ages 6-12 years, who were within the normal range of intelligence. MAE Tests Include: Visual Naming Oral Spelling MAE Token Test Reading Comprehension of Words and Phrases Sentence Repetition Written Spelling Aural Comprehension of Words and Phrases Controlled Word Association Block Spelling Rating of Articulation Rating of Praxic Features of Writing Phineas Gage - Storz/ Herbert

39. Spezialtests für Stirnhirnstörungen • Wisconsin Card Sorting Test (und weitere) • Patienten mit Schädigungen des Präfrontalen Cortex hier normalerweise mit Störungen! • Elliot hat auch hier keine Probleme! (zur Überraschung von Herrn Damasio…) Phineas Gage - Storz/ Herbert

40. Abbildung 4: Wisconsin-Card-Sorting-TestWisconsin-Card-Sorting-Test. Vier Karten werden vorgelegt, eine fünfte Karte soll vom Probanden einer der vier Karten zugeordnet werden. Das Zuordnungskriterium (Farbe, Form oder Zahl) wird dem Probanden nicht mitgeteilt. Findet der Proband das gültige Kriterium, erhält er eine positive Rückmeldung vom Untersucher. Das Zuordnungskriterium bleibt für weitere zehn Versuche konstant. Bei der elften Zuordnung wird es spontan und unerwartet vom Versuchsleiter gewechselt, der Proband muß also sein zuvor erworbenes Konzept ändern. Phineas Gage - Storz/ Herbert

41. Warum kein schlechtes Abschneiden? • Aufmerksamkeit wird gehalten • Operationen mit Arbeitsgedächtnis möglich • Logisches Denken • Geistige Flexibilität • Schätzungen möglich • !Hier scheint im Gegensatz zu anderen Situationen vernünftiges Denken möglich? Phineas Gage - Storz/ Herbert

42. Persönlichkeitstest • MMPI (Minnesota Multiphasic Personality Inventory) • Am häufigsten angewandter Persönlichkeitstests (in klinischen Settings) • 10 Eigenschaften, die hiermit erfasst werden können (z.B. Depressivität, Paranoia, Schizophrenie) • Wird in vielen Feldern verwendet (Klinisch, kriminaltechnisch, Berufseinstellungstests) • Normales Abschneiden! Phineas Gage - Storz/ Herbert

43. Schlussfolgerung aus bisherigen Tests • Elliot als Mensch mit normalem Verstand • ABER nicht in der Lage angemessene Entscheidungen, insbesondere im persönlichen und sozialen Bereich zu treffen! • Traditionelle Tests nicht in der Lage Elliots Verhaltensstörung zu erklären/ zu zeigen Phineas Gage - Storz/ Herbert

44. Einige Ideen hierzu • Logik und Entscheidungsfähigkeit im sozialen/ persönlichen Bereich unterscheiden sich von Logik und Denken in anderen Bereichen (Zahlen, Wörter, etc.) • Verschiedene neuronale Systeme und Prozesse? Phineas Gage - Storz/ Herbert

45. Ein neuer Ansatz: Emotionen • Oberflächlich: Emotional zurückhaltend, aber nicht auffällig! • Extreme Distanz bei Berichten über eigene Krankheitsgeschichte! (Als ob keine Gefühle unterdrückt werden müssen) Phineas Gage - Storz/ Herbert

46. Neues Krankheitsbild • Durch Eigenbericht, Erzählungen und Beobachtungen • Emotional gemäßigter nach OP (Neutralität gegenüber Welt) • Tests mit Daniel Tranel: Präsentation von mit Emotionen behafteten Bildern • Keine emotionalen Reaktionen mehr! Phineas Gage - Storz/ Herbert

47. Neue Hypothese • Hängen die gestörte Entscheidungs-fähigkeit und die gestörte Emotionalität zusammen? • Vor Überprüfung müssen Intelligenz-defekte ausgeschlossen werden! • Ist Wissen über Regeln des Sozialverhaltens noch vorhanden? • Neue Tests! Phineas Gage - Storz/ Herbert

48. Wissen über Regeln des Sozialverhaltens • Wissen nicht mehr vorhanden, oder unfähig das vorhandene Wissen anzuwenden? • Damasio und Eslinger: Moralische und finanzielle Fragestellungen • Ergebnis: Kein Problem bei experimentellen moralischen und finanziellen Fragestellungen! • Problem: Warum Dissoziation zwischen Versagen im realen Leben und Normalität im Labor! Phineas Gage - Storz/ Herbert

49. Tests für soziale Konventionen und moralischen Werte • Entwicklung von Lösungen für soziale Probleme (4 soziale Sit. Aufg.: verbale Reaktion entwickeln) Keine Defizite • Bewusstsein für Konsequenzen: Berücksichtigen von Handlungs-konsequenzen (Bereitschaft zum Verstoß gegen soziale Konventionen) Überdurchschnittliche Leistung Phineas Gage - Storz/ Herbert

50. Tests für soziale Konventionen und moralischen Werte • Mean- Ends Problem- Solving Procedure: Fähigkeit zur Erreichung eines sozialen Ziels: Normale Ergebnisse • Vorhersage der Konsequenz von sozialen Ereignissen Normale Ergebnisse • Standard Issue Moral Judgment Interview: Entwicklungsstadium des moralischen Denkens • Fünf verschiedene Stufen des moralischen Urteilens: Elliots Wert: 4/5, sehr gutes Ergebnis! Phineas Gage - Storz/ Herbert