Vision & Motor System Group - Stephan Brandt

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit experimenteller und klinischer Forschung im Bereich der kognitiven Neurologie und Systemphysiologie des visuellen und motorischen Systems.

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Gemeinsames Ziel der Arbeitsgruppe ist es, neue Erkenntnisse der Kognitionsforschung und der Psychophysiologie anwendungsorientiert auf die klinische Neurologie zu übertragen. So soll ein Beitrag zur verbesserten Diagnostik und effektiveren Therapie von visuellen und motorischen Teilleistungsstörungen sowie Störungen der Aufmerksamkeit bei neurologischen Erkrankungen geleistet werden. Unsere Methodenvielfalt spiegelt unseren Anspruch wieder, die Wechselbeziehungen kognitiver, visueller und motorischer Funktionen möglichst facettenreich und interdisziplinär abbilden und integriert verstehen zu können: Um der Komplexität systemphysiologischer Fragestellungen gerecht zu werden, kombinieren wir psychophysische Methoden (Reaktionszeitmessung, Augenbewegungen, Schwellenbestimmungen) und psychophysiologische Messungen, z. B. per Elektroencephalographie (EEG) und funktioneller Kernspintomographie (fMRT) mit unserem modernen Inventar der transkraniellen Hirnstimulation. Dazu zählen die navigierte transkranielle Magnetstimulation (nTMS) sowie Verfahren zur transkraniellen Gleich- (tDCS) und Wechselstromstimulation (tACS).

Wissenschaftliche Projekte

Blindsight bei Patienten mit Hemianopsie

Nach Schlaganfall im Bereich des visuellen Kortex tritt bei 15 bis 20% aller Patienten ein Gesichtsfeldausfall auf (homonyme Hemianopsie). Einige Patienten verfügen über residuales Sehen im blinden Gesichtshalbfeld, das als "Blindsight-Phänomen" bezeichnet wird. Alternativ können einige Hemianopsiepatienten ihren Gesichtsfelddefekt durch vermehrte explorative Augen- und Kopfbewegungen ins blinde Gesichtsfeld kompensieren. Um die Bedeutung von Blindsight im Alltag zu untersuchen hat unsere Arbeitsgruppe einen experimentellen Aufbau zur Untersuchung von Schlaganfallpatienten im Fahrsimulator in Kombination mit einer Messung von Augen- und Kopfbewegungen entwickelt, der es erlaubt unterschiedliche visuelle Kompensationsstrategien in der Klinik effizient zu untersuchen.

Mitarbeiter und Kooperationen: Dr. rer. nat. Antje Kraft, Dr. med. Markus Bahnemann, Dipl.-Psych. Sven Ohl, Sophie De Beukelaer mit Dr. med. Johanna Hamel,  Prof. Dr. Heinrich Audebert (CSB)

Motorische Kontrolle und Platizität

In mehreren Projekten untersuchen wir die motorische Kontrolle und Plastizität an gesunden Probanden und an Patienten nach einem Schlaganfall. Hierzu bedient sich die Arbeitsgruppe einem "bench-to-roadside"-Ansatz und setzt schwerpunktmäßig zahlreiche Verfahren der Psychophysik und Neurophysiologie ein. Methodisch steht die Etablierung von navigierter transkranieller Magnetstimulation (nTMS), insbesondere in Kombination mit fMRI, EEG, EMG und dem Methodeninventar der Psychophysik im Vordergrund. Diese Methodenkombination erlaubt es uns, mit neuronalen Prozessen direkt zu interferieren, um somit kausale Aussagen mit höchster räumlicher und zeitlicher Auflösung zu treffen.

Navigierte Hirnstimulation bei Patienten mit Hemiparese

Nach einem Schlaganfall brauchen ca. 42% der Patienten rehabilitative Maßnahmen und 25% werden in eine stationäre Rehabilitationsreinrichtung entlassen, bzw. durch Angehörige oder einen Pflegedienst zu Hause versorgt. Die spontane Restitution ist häufig unzureichend. Eine Vielzahl von Einzelbefunden belegt die Bedeutung physiologischer oder maladaptiver Plastizität für das funktionelle Outcome. Der prognostische Einfluss dieser Mechanismen auf post-stroke Restitution ist nicht hinreichend geklärt. Ziel dieser Studie ist es, grundlagenwissenschaftliche Erkenntnisse zu nutzen, um mittels differenzierter navigierter Hirnstimulation prognostische Parameter zu etablieren und das funktionelle Outcome gezielt zu optimieren.

Mitarbeiter und Kooperationen:
Dr. med. Sein Schmidt, Maria Rönnefarth, Anne Althoff


In Hinblick auf die optimierte Behandlung schlaganfallassoziierter Defizite suchen wir in Zusammenarbeit mit der Neuroinformatik gezielt nach nachweislich bestmöglichen Stimulationsalgorithmen. Im visuellen System fanden wir bereits gute Evidenz (Evidenzklasse B, Gesichtsfelddefekte auf der Grundlage prächiasmatischer Läsionen), dass alpha-Frequenzen mit anhaltenden additiven und stimulationsüberdauernden Effekten sowie Gesichtsfeldverbesserungen assoziiert sind. Ziel der Studie im motorischen System ist es, die Hirnstimulation anhand von neuronalen und geometrischen Modellen feedbackgesteuert zu optimieren, um die restitutive Neuroplastizität zu maximieren.

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und Kooperationen:
Dr. med. Sein Schmidt, Robert Fleischmann, Alf Mante, Rouven Bathe-Peters, mit Dr. M. Scholz und Prof. K. Obermayer

Visuelle Aufmerksamkeit

In mehreren Projekten untersuchen wir visuelle Aufmerksamkeitsprozesse an gesunden Probanden und an Patienten nach einem Schlaganfall. Dazu verwenden wir etablierte Paradigmen, um einzelne Aufmerksamkeitsparameter abzubilden. Einen Schwerpunkt bildet hierbei Bundesens Theorie der visuellen Aufmerksamkeit (TVA). In weiteren Studien werden die Auswirkungen von sensorischen und kognitiven Konflikten auf Aufmerksamkeitsprozesse erfasst. Die Forschungsmethoden umfassen Psychophysik in Kombination mit funktioneller Bildgebung (fMRT), Elektroencephalographie (EEG),  navigierter transkranieller Magnetstimulation (TMS) und der Blickbewegungserfassung.

Mitarbeiter und Kooperationen:
Dr. rer. nat. Antje Kraft (TVA), Dr. med. Kerstin Irlbacher (Konflikte), Dr. rer. nat. Stefanie Kehrer (Konflikte), Dipl.-Psych. Sven Ohl (Blickbewegungserfassung), Erik Holst mit Claus Bundesen, Kathrin Finke, Norbert Kathmann, Reinhold Kliegl, Birgit Stürmer

Visuelle Verarbeitung und visuelle Teilleistungsstörungen

Nach einem Schlaganfall können neben einem Gesichtsfeldausfall auch Störungen einzelner Teilleistungen des Sehens auftreten (z.B. Farb- oder Bewegungssehen). Ziel dieses Projekts ist es, eine Zuordnung von visuellen Teilleistungen zu den mit Sehen befassten Kortexarealen an gesunden Probanden und an Patienten nach einem Schlaganfall zu ermöglichen. Hierzu wird ein Methodenspektrum von Psychophysik, Perimetrie, Okulographie und transkranieller Gleichstromstimulation (tDCS) eingesetzt.

Mitarbeiter und Kooperationen:
Dr. rer. nat. Antje Kraft, Dr. rer. nat. Stefanie Kehrer, Dr. med. Markus Bahnemann, Dr. med. Martin Köhnlein, Anika Lipfert, Jasper Röhmel mit Prof. Dr. Manfred Fahle

Patienten und klinische Schwerpunkte

Nach umschriebenen Verletzungen des Gehirns zum Beispiel durch einen Schlaganfall kann es zu spezifischen alltagsrelevanten kognitiven Beeinträchtigungen kommen. So führen Läsionen, die das visuelle System des Gehirns betreffen neben Gesichtsfeldausfällen häufig auch zu Störungen von visuellen Aufmerksamkeitsleistungen oder zur Beeinträchtigung von visuellen Teilleistungen (wie der Verarbeitung von Farben oder Kontrasten). Läsionen des motorischen Systems hingegen sind die häufigste Ursache von Einschränkungen in der Bewältigung alltagsrelevanter Aktivitäten. Durch motorische Kontrollprozesse lernt der Mensch diese Einschränkungen zu bewältigen. Einzelne Teilleistungen (wie das Planen, Koordinieren und motorisches Lernen) werden durch höhergeordnete kognitive Prozesse gezielt koordiniert und Aktivitätsmuster umverteilt.

In unserer Sprechstunde für kognitive Neurologie kommen im Rahmen von Forschungsprojekten neue diagnostische Verfahren zur Anwendung, die darauf abzielen, diese spezifischen kognitiven Störungen sensitiv und zuverlässig abzubilden. Zentrales Anliegen ist es, die Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung zur funktionellen Neuroanatomie und Psychophysik höherer Hirnfunktionen in den klinischen Alltag umzusetzen.

Derzeit betreuen wir sowohl klinisch als auch wissenschaftlich Patienten mit folgenden Beschwerden:

  • Störungen von Teilaspekten des Sehens wie der Verarbeitung der Farbe oder des Kontrastes durch einen Schlaganfall
  • Halbseitenblindheit infolge eines Schlaganfalls mit daraus folgenden alltagsrelevanten Beeinträchtigungen
  • Störungen von Teilaspekten der Motorik wie der Verarbeitung von einfachen und komplexen Handlungen durch einen Schlaganfall
  • Halbseitenschwäche infolge eines Schlaganfalls mit daraus folgenden alltagsrelevanten Beeinträchtigungen

Verarbeitung von neurokognitiven motorischen Teilleistungsstörungen

Nach einem Schlaganfall können neben einer Hemiparese auch Störungen einzelner Teilleistungen des Handelns auftreten (z.B. Planung oder Koordination). Ziel dieses Projekts ist es, eine Zuordnung von motorischen Teilleistungen zu den mit Bewegung befassten primären und höheren kognitiven Kortexarealen an gesunden Probanden und an Patienten nach einem Schlaganfall zu ermöglichen. Hierzu wird ein Methodenspektrum von Psychophysik, Elektromyographie, Enzephalographie und navigierter transkranieller Magnet- (nTMS) sowie Gleichstromstimulation (tDCS) eingesetzt.

Mitarbeiter und Kooperationen:
Robert Fleischmann, Dr. med. Sein Schmidt, Rouven Bathe-Peters

Forschungsförderung

Aktuell wird die Arbeitsgruppe durch folgende Drittmittelprojekte der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt: FOR 778/1-1; BR 1691 3-3; BR 1691 4-1; BR 1691 5-1; BR 1691 6-1; STU 248/3-1; IR 48/2-2. CSB-Förderung: CS-2009-05 sowie die EUWAX-Stiftung.

Promotionen

Wir bieten engagierten jungen Medizinerinnen und Medizinern die Möglichkeit zur Promotion auf den Gebieten der klinischen Neurophysiologie des motorischen und des visuellen Systems. Doktorandinnen und Doktoranden sind hierbei unter engmaschiger Betreuung in aktuelle Drittmittelprojekte eingebunden. Eine Promotion ist sowohl im Rahmen einer kumulativen Dissertation als auch in Form einer klassischen Monographie möglich. Interessierte Studierende wenden sich bitte mit einem CV und Motivationsschreiben, das den Bezug zur Arbeitsgruppe erkennen lässt, an den Arbeitsgruppenleiter.

Leitung

Prof. Dr. med. Stephan Brandt

Stellvertretender Klinikdirektor am Campus Charité Mitte:

Studentische Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter / Doktorandinnen und Dokoranden

  • Anne Althoff
  • Rouven Bathe-Peters
  • Jovita Brüning
  • Sophie DeBeukelaer
  • Erik Holst
  • Anika Lipfert
  • Alf Mante
  • Jasper Röhmel
  • Maria Rönnefahrt