Kortikale Lokalisation von Sakkaden und langsamen Augenfolgebewegungen mittels funktioneller Bildgebung

Summary

In recent years, modern neuroimaging has provided a more precise anatomical localisation and functional characterisation of cortical areas for the control of saccadic and smooth-pursuit eye movements. For both functions, a largely overlapping network of fronto-parietal and cerebellar areas could be delineated which was equally well or even more activated by covert shifts of the attentional focus without the performance of eye movements. Imaging of ocular motor subfunctions by applying specific experimental paradigms in active and control conditions has yielded new insights into the functional specialisation of these areas. The frontal, the parietal, and the supplementary eye fields (FEF, PEF, SEF) are the key structures for the initiation of voluntary and reflexive saccades, and of covert attentional shifts. Saccade-specific functions could be demonstrated only for the FEF and SEF (saccadic sequences). The dorsolateral prefrontal cortex (spatial working memory) and the anterior cingulate cortex (self-paced saccades) are also involved. Key areas for smooth pursuit are the FEF and the V5 complex in the parieto-temporo-occipital junction, but the SEF, the intraparietal sulcus and extrastriate visual areas are also involved. It is controversial whether saccades and smooth-pursuit movements activate different compartments of these areas. In the cerebellum, both functions activate the posterior vermis, whereas additional activation of the paravermal and lateral hemispheres rather reflects the cognitive processes involved, such as directed visuo-spatial attention.

Zusammenfassung

Die moderne funktionelle Bildgebung hat in den letzten Jahren auch beim Menschen eine genauere anatomische Lokalisation und funktionelle Zuordnung der an der Steuerung von Sakkaden und langsamen Augenfolgebewegungen (AFB) beteiligten Hirnareale ermöglicht. Für beide Funktionen konnte ein überlappendes Netzwerk fronto-parieto-zerebellärer Areale identifiziert werden, das auch bei reinen Verschiebungen des visuellen Aufmerksamkeitsfokus ohne begleitende Augenbewegungen in gleichem Maße oder sogar noch stärker aktiviert wird. Die gezielte Untersuchung okulomotorischer Teilfunktionen durch Wahl spezifischer Untersuchungsparadigmen in Aktivierungs- und Kontrollbedingungen hat neue Erkenntnisse zur funktionellen Spezialisierung dieser Areale erbracht. Das frontale, das parietale und das supplementäre Augenfeld (FEF, PEF, SEF) sind die Schlüsselstrukturen für die Generierung von Willkür- und Reflexsakkaden sowie von Verschiebungen des Aufmerksamkeitsfokus, wobei spezifisch sakkadische Funktionen nur für das FEF und das SEF (Sakkadensequenzen) demonstriert werden konnten. Beteiligt sind ferner der dorsolateral präfrontale Kortex (Arbeitsgedächtnis) und der anteriore Cyrus cinguli (intern getriggerte Sakkaden). Für Augenfolgebewegungen ist neben dem FEF der V5-Komplex im parieto-temporo-okzipitalen Übergang eine Schlüsselstruktur, beteiligt sind auch das SEF, der Sulcus intraparietalis und verschiedene extrastriäre Areale. Strittig ist, ob Sakkaden und AFB unterschiedliche Kompartimente derselben Hirnareale aktivieren. Im Zerebellum wird durch beide Funktionen der posteriore Vermis aktiviert, während zusätzliche Aktivierungen in den paravermalen und lateralen Hemisphären eher die mitbeteiligten kognitiven Prozesse widerspiegeln, wie z.B. gerichtete visuelle Aufmerksamkeit.

Key words:

Functional MRI - Saccades - Smooth pursuit - Visuo-spatial attention - Cortex - Cerebellum