Interaktion der visuellen, somatosensorischen und vestibulären Sinnessysteme bei der Gleichgewichtskontrolle

Die Verrechnung von Sinnesmeldungen des visuellen, propriozeptiven und vestibulären Systems für die Erhaltung des Gleichgewichts wurde untersucht. Gesunde Normalpersonen und Patienten mit einem beidseitigen vollständigen Vestibularisausfall hatten die Aufgabe, sich aufrecht stehend auf einer bewegbaren Plattform zu stabilisieren. Sinusförmige Bewegungen des sie umgebenden visuellen Raumes simulierten Eigenbewegungen der Versuchspersonen (Rotationsachse im Sprunggelenk, Frequenz = 0,05 – 0,4 Hz, Amplitude = 0,25 – 12°) und führten zu sinusförmigen Körperbewegungen (Stabilisierungsreaktionen). Als visueller Reiz wurden eine reale Umgebung in Form einer bewegbaren Kabine und eine computergenerierte virtuelle Szene verglichen. Die Plattform war stationär, sinusförmig bewegt oder an die Hüftposition der Versuchsperson angekoppelt. Die Position von Kopf, Schulter und Hüfte wurde optoelektronisch gemessen. Die Stabilisierungsreaktionen, die unter Reizbedingungen mit eingeschränkten bzw. widersprüchlichen Informationen der Sinnesmeldungen der drei Sinnessysteme gemessen wurden, erlauben Rückschlüsse auf deren Verrechnung zu einer integrierten Wahrnehmung der Gleichgewichtslage. <br>Die visuell induzierte Körperbewegung der Normalpersonen auf stabiler Plattform zeigte einen Anstieg der Amplitude mit der Reizamplitude und für steigende visuelle Reizfrequenzen (0,05 – 0,4 Hz) ein Tiefpassverhalten. Für hohe Reizfrequenzen und Reizamplituden war die Geschwindigkeit der Körperbewegung auf 0,1°/s begrenzt. Entsprechend nahm die Verstärkung (Hüftbewegung/visuellem Reiz) mit zunehmender Reizamplitude und Reizfrequenz ab. Diese Nichtlinearität führt bei hohen Reizgeschwindigkeiten zu einer geringeren Gewichtung der visuellen Störgröße gegenüber dem propriozeptiven und dem vestibulären Signal und wirkt somit stabilisierend. <br>Eine in der Frontalebene bewegte Plattform (0,2°, 0,25 Hz) verschlechterte die Standstabilität nicht wesentlich. Bei größeren unregelmäßigen Plattformbewegungen, wie sie bei der Rückkopplung der Plattformkippung an die Hüftbewegung auftraten, konnten sich die Versuchspersonen deutlich schlechter stabilisieren. Der Verstärkungsfaktor nahm zu. Die Geschwindigkeit der Körperbewegung war auf 1°/s begrenzt. Das visuelle Signal wird also stärker gewichtet, da die somatosensorische Referenz eingeschränkt ist und weniger zur Gleichgewichtserhaltung beitragen kann. Wurde die Aufmerksamkeit der Versuchspersonen durch eine einfache Aufgabe wie das Vorlesen von Zahlen gebunden, so gelang es den Versuchspersonen bei rückgekoppelter Plattform noch schlechter, ihr Gleichgewicht zu stabilisieren. <br>Bei niederen visuellen Reizfrequenzen und -amplituden nahmen die Versuchspersonen die Reizbewegung nicht bewusst wahr, obwohl ihre visuell induzierten Körperbewegungen deutlich messbar waren. Mit zunehmenden visuellen Reizgeschwindigkeiten nahmen die Versuchspersonen die Reizbewegung häufiger wahr, da der Konflikt zwischen den Meldungen der verschiedenen Sinnessysteme deutlicher war. <br>Die Plattformkippung in der Frontalebene löste eine Körperschwankung in der gleichen Ebene aus, gegen die sich die Versuchsperson mit Hilfe des visuellen Eingangs stabilisierte. Der visuelle Reiz beeinflusste diese Stabilisierung. Überschritt die Geschwindigkeit der visuellen Reizbewegung (Sagittalebene) etwa 0,6°/s, so wurde die Stabilisierung gegenüber der Plattformkippung schlechter. Dies weist darauf hin, dass ein bewegter visueller Reiz nicht oder nur eingeschränkt als visuelle Referenz für die Stabilisierung genutzt wird. <br>Patienten mit vollständigem beidseitigen Vestibularisausfall zeigten deutlich größere Antwortamplituden als Normalpersonen, wobei der Verstärkungsfaktor bei kleinen Reizamplituden sogar >1 war. Wie bei den Normalpersonen nahm die Amplitude der Körperbewegung mit der Reizamplitude zu. Bei rückgekoppelter Plattform koppelten sich die Patienten an den visuellen Reiz an, wobei sie bei niederen Reizfrequenzen einen deutlichen Phasenvorlauf zeigten, was auf eine Nutzung der Bewegungsinformation des visuellen Reizes hinweist. Im Gegensatz zu Normalpersonen stieg die Amplitude der Körperbewegung mit zunehmender Reizfrequenz an. Bei hohen Reizamplituden waren einige Patienten nicht mehr in der Lage ihr Gleichgewicht zu stabilisieren. <br>Der Vergleich der Ergebnisse von Normalpersonen und Patienten auf rückgekoppelter Plattform zeigt, dass das vestibuläre System die Geschwindigkeit der visuell induzierten Körperbewegung auf einen Wert von etwa 1°/s begrenzt, wenn die somatosensorische Referenz nicht genutzt werden kann. Dieser Mechanismus ist für das gemessene Tiefpassverhalten der Normalpersonen verantwortlich. Die Experimente mit stabiler und rückgekoppelter Plattform zeigen, dass es einen weiteren Mechanismus gibt, der anhand der somatosensorischen Referenz der Körperbewegung bei unbewegter Plattform auf einen Wert von etwa 0,1°/s begrenzt.

Author dc:creator

• Blümle, Anette

Contributors dc:contributor

• Rossel, Samuel

• Vestibularisausfall
• Verstärkungskontrolle
• Gleichgewichtskontrolle
• vestibular loss
• sway referenced
• gain control

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