Die Arbeitsgruppe „Neuropsychologie der Handlungskontrolle“ widmet sich der Erforschung der Netzwerke und Systeme der Handlungskontrolle des Menschen. Wir untersuchen Störungen der Handlungsplanung und -steuerung im Zusammenhang neurologischer Erkrankungen und suchen ihre neuronalen Korrelate bei Patienten, die Hirnschädigungen infolge eines Schlaganfalls oder im Verlauf von degenerativen Erkrankungen erlitten haben. Durch die Beobachtung häufiger und typischer Symptome die nach oder im Verlauf dieser Hirnschädigungen auftreten und durch die gezielte Untersuchungen in Verhaltensexperimenten helfen uns diese Patienten nicht nur neurologische Störungen und Erkrankungen besser zu verstehen und die Einschränkungen und Defizite der Patienten besser einschätzen zu können. Die mit Unterstützung der Patienten gewonnenen Erkenntnisse helfen uns auch beim Verständnis der Funktionsweise des intakten, gesunden menschlichen Gehirns. Unsere Arbeit mit den Patienten bringt immer wieder neue Ansätze und Ideen insbesondere für Studien, die unter Verwendung der funktionellen Bildgebung mit gesunden Probanden die neuronalen Grundlagen der Handlungssteuerung beim Menschen untersuchen. Dabei interessieren wir uns besonders für die kortikalen Systeme, die uns das Ergreifen, Beurteilen und Manipulieren von Gegenständen ermöglichen, wie auch für die sensomotorischen Funktionen des menschlichen Hirnstamms.
Bewertung der Funktionalität von Objekten und schlussfolgerndes Denken über mechanische Probleme
Der Mensch zeichnet sich durch eine beeindruckende Komplexität und Flexibilität bei der Verwendung von Werkzeugen und der Manipulation von Objekten aus. Wir untersuchen die kognitive Bewertung der durch ein bestimmtes Objekt angebotenen Handlungsmöglichkeiten und die an dieser Bewertung beteiligten neuronalen Systeme. Woran erkennen wir ein geeignetes Werkzeug? Welchen Beitrag leisten unser Gedächtnis und erlerntes Wissen zu dieser Bewertung und welchen Beitrag die visuelle Analyse und das schlussfolgernde Denken? Wir wissen, dass eine kleine Gruppe von neurologischen Patienten insbesondere Probleme bei dem Verständnis und der Verwendung bisher unbekannter Werkzeuge hat, wohingegen wohl vertraute Werkzeuge weitgehend unbeeinträchtigt erkannt und eingesetzt werden. Die Untersuchung dieser Patienten kann uns also helfen, den Beitrag der zuvor genannten Prozesse zu differenzieren.
Die Colliculi superiores des Menschen – kleine Big Player im Gehirn des Menschen?
Die Colliculi superiores sind eine relativ kleine Struktur im oberen Hirnstamm des Menschen. Im Widerspruch zu deren üblicher Beschreibung in neurologischen und neurowissenschaftlichen Textbüchern haben Forschungsarbeiten mit nicht-menschlichen Primaten der letzten zwei Jahrzehnte gezeigt, dass die Colliculi superiores eine Rolle bei der Ausführung von Armbewegungen spielen. In unseren Arbeiten konnten wir diese Erkenntnisse vom Tiermodell auf den Menschen übertragen. Bisher wissen wir aber von Affen wie auch von Menschen nur, dass die Colliculi superiores eine Rolle bei der Ausführung von Armbewegungen spielen, nicht aber welche Rolle. Der tatsächliche funktionelle Beitrag dieser Struktur zu Handlungsplanung oder auch -steuerung ist nach wie vor unbekannt. Um hier neue Erkenntnisse liefern zu können, entwickeln wir in Zusammenarbeit mit dem MPI für Hochfeldmagnetresonanztomographie unsere Fähigkeiten der funktionellen bildgebenden Untersuchung bei gesunden Menschen ständig weiter. Inzwischen haben wir erste Untersuchungen in einem 9,4T MRT des MPI durchgeführt und damit bisher einzigartige funktionelle Messungen des menschlichen Hirnstamms durchgeführt. In der Zukunft sollen strukturelle wie auch funktionelle Konnektivität der Colliculi superiores in verschiedensten Paradigmen untersucht werden. Angesichts des derzeitigen Unwissens über den funktionellen Beitrag der CS zu verschiedensten sensomotorischen Systemen beim Menschen jenseits des Tiermodells, können diese Arbeiten auf lange Sicht eine hohe klinische Relevanz haben. Erste Arbeiten lassen z.B. eine wesentliche Rolle beim Auftreten einer zervikalen Dystonie vermuten.
Der Einfluss von Objektwissen auf die Visuomotorik
Wir ergreifen einen Schraubenzieher auf eine ganz bestimmte Art und Weise, wenn wir ihn als Schraubenzieher verwenden wollen. Und wir ergreifen ihn ganz anders, wenn wir ihn nur einfach auf die Seite legen wollen. Trotz solch offensichtlicher Abhängigkeiten unserer visuellen Bewegungsplanung und -steuerung von der Objekterkennung, werden viele experimentelle Untersuchungen der Visuomotorik durchgeführt als ob visuomotorische Prozesse gänzlich unabhängig wären vom Wissen über und von verschiedensten Gegenständen unseres Alltags, das in unseren Köpfen gespeichert ist. Wir konnten bei gesunden Probanden zeigen, dass über eine lange Zeit gelernte Assoziationen zwischen Objektidentität und typischer Größe stark genug sind, um auch visuomotorische Kontrollprozesse zu beeinflussen. Bei einigen Patienten mit einer beeinträchtigten Bewegungskontrolle nach einer Hirnschädigung fanden wir zudem, dass diese gut bekannte Alltagsobjekte besser ergreifen können als bedeutungsfreie geometrische Blöcke. Insgesamt zeigen unsere Arbeiten, dass unser erlerntes Wissen vertrauter und gut bekannter Objekte unsere Bewegungssteuerung stärker beeinflusst als bisher gedacht.
Der Beitrag ventraler und dorsaler visueller Systeme zur Handlungskontrolle
Das von Mel Goodale und David Milner formulierte Modell einer in weiten Teilen dissoziierten visuellen Verarbeitung in einem ventralen perzeptiven und einem dorsalen motorischen System hatte einen enormen Einfluss auf die kognitiven Neurowissenschaften der Wahrnehmung und der Handlungskontrolle über die vergangenen 25 Jahre. So einflussreich dieses Modell auch ist, ist es in den vergangenen Jahren von vielen Wissenschaftlern deutlich kritisiert worden. In Würdigung der bemerkenswerten treibenden Kraft dieses Modells prüfen wir seine grundlegenden Annahmen und Forderungen. So studieren wir den Einfluss von zeitlichen Verzögerungen auf die Genauigkeit von Hand- und Armbewegungen bei gesunden Probanden und bei Patienten mit einer Hirnschädigung, insbesondere bei Patienten mit einer optischen Ataxie oder visuellen Agnosie. Wir untersuchen kortikale Systeme der Echtzeitkontrolle und kartieren die funktionellen Beiträge des parieto-okzipitalen Kortex zur Planung und Steuerung visuell geführter Bewegungen.
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Journal Articles
Loureiro JR, Hagberg GE, Ethofer T, Erb M, Bause J, Ehses P, Scheffler K, Himmelbach M (2017) Depth-dependence of visual signals in the human superior colliculus at 9.4 T. Human Brain Mapping 38:574-587.
Vogel AP, Rommel N, Sauer C, Horger M, Krumm P, Himmelbach M, Synofzik M (2017) Clinical assessment of dysphagia in neurodegeneration (CADN): development, validity and reliability of a bedside tool for dysphagia assessment. Journal of Neurology 264:1107-1117.
Belardinelli A, Barabas M, Himmelbach M, Butz M (2016) Anticipatory eye fixations reveal tool knowledge for tool interaction. Experimental Brain Research 234: 2415-2431.
Cornelsen S, Rennig J, Himmelbach M (2016) Memory-guided reaching in a patient with visual hemiagnosia. Cortex 79: 32-41.
Bloechle J, Huber S, Bahnmueller J, Rennig J, Willmes K, Seda C, Moeller K, Klein E (2016) Fact learning in complex arithmetic – the role of the angular gyrus revisited. Human Brain Mapping 37: 3061-3079.
Liew SL, Rana M, Cornelsen S, Fortunato de Barros Filho M, Birbaumer N, Sitaram R, Cohen LG, Soekadar SR (2016) Improving motor corticothalamic communication after stroke using real-time fMRI connectivity-based neurofeedback. Neurorehabilitation and Neural Repair 30: 671-675.
Rennig J, Himmelbach M, Huberle E, Karnath H-O (2015) Involvement of the TPJ area in processing of novel global forms. Journal of Cognitive Neuroscience 27:1587-1600
Martin JA, Karnath HO, Himmelbach M (2015). Revisiting the cortical system for peripheral reaching at the parieto-occipital junction. Cortex 64: 363-379.
Borchers S, Verheij R, Smeets JBJ, Himmelbach M (2014). The influence of object height on maximum grip aperture in empirical and modelled data. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance 40: 889-96.
Suchan J, Umarova R, Schnell S, Himmelbach M, Weiller C, Karnath H-O, Saur D (2014). Fiber pathways connecting cortical areas relevant for spatial orienting and exploration. Human Brain Mapping 35: 1031-43.
Schell C, Suchan J, Himmelbach M, Haarmeier T, Borchers S (2014). Limb apraxia in acute ischemic stroke – a neglected clinical challenge? Neurocase 20: 158-162.
Rennig J, Bilalic M, Huberle E, Karnath HO, Himmelbach M (2013). The temporo-parietal junction contributes to global gestalt perception – evidence from studies in chess experts. Frontiers in Human Neuroscience 7: 513.
Borchers S, Synofzik M, Kiely E, Himmelbach M (2013). Routine clinical testing underestimates proprioceptive deficits in Friedreich‘s ataxia. Cerebellum 12: 916-922.
Borchers S, Müller L, Synofzik M, Himmelbach M (2013). Guidelines and quality measures for the diagnosis of optic ataxia. Frontiers in Human Neuroscience 7: 324.
Himmelbach M, Linzenbold W, Ilg UJ (2013). Dissociation of reach-related and visual signals in the human superior colliculus. Neuroimage 82: 61-67.
Christensen A, Borchers S, Himmelbach M (2013). Effects of pictorial cues on reaching depend on the dictinctiveness of target objects. PLoS one 8: e54230.
Linzenbold W, Himmelbach M (2012). Signals from the deep: reach-related activity in the human superior colliculus. Journal of Neuroscience 32: 13881-13888.
Borchers S, Himmelbach M (2012). The recognition of everyday objects changes grasp scaling. Vision Research 67: 8-13. Manuscript PDF
Balslev D, Himmelbach M, Karnath H-O, Borchers S, Odoj B (2012). Eye proprioception used for visual localization only if in conflict with the oculomotor plan. Journal of Neuroscience 32: 8569-73.
Himmelbach M, Boehme R, Karnath H-O (2012). 20 years later: A second look on DF's motor behaviour. Neuropsychologia 50: 139-144. Manuscript PDF
Borchers S, Himmelbach M, Logothetis N, Karnath H-O (2012). Direct electrical stimulation of human cortex – the gold standard for mapping brain functions? Nature Reviews Neuroscience 13: 63-70.Manuscript PDF
Borchers S, Hauser TK, Himmelbach M (2011). Bilateral hand representations in human primary proprioceptive areas. Neuropsychologia 49: 3383-3391.Manuscript PDF
Linzenbold W, Lindig T, Himmelbach M (2011). Functional neuroimaging of the oculomotor brainstem network in humans. Neuroimage 57: 1116-1123.Manuscript PDF
Borchers S, Christensen A, Ziegler L, Himmelbach M (2011). Visual action control doesn’t rely on strangers - effects of pictorial cues under monocular and binocular vision. Neuropsychologia 49: 556-563.
Karnath H-O, Borchers S, Himmelbach M (2010). Comment on „Movement Intention After Parietal Cortex Stimulation in Humans“. Science 327: 1200-c.
Karnath H-O, Rüter J, Mandler A, Himmelbach M (2009). The Anatomy of Object Recognition—Visual Form Agnosia Caused by Medial Occipitotemporal Stroke. Journal of Neuroscience 29: 5854-5862.
Himmelbach M, Nau M, Zündorf I, Erb M, Perenin M-T, Karnath, H-O (2009). Brain activation during immediate and delayed reaching in optic ataxia. Neuropsychologia 47: 1508-1517.
Himmelbach M, Erb M, Klockgether T, Moskau S, Karnath H-O (2009). fMRI of global visual perception in simultanagnosia. Neuropsychologia 47: 1173-1177.
Seymour K, Karnath H-O, Himmelbach M. (2008). Perceptual grouping in the human brain: common processing of different cues. NeuroReport 19: 1769-1772.
Himmelbach M, Erb M, Karnath H-O. (2007). Activation of superior colliculi in humans during visual exploration. BMC Neuroscience 8: 66.
Himmelbach M, Karnath H-O, Perenin M-T. (2007). Action control is not affected by spatial neglect: a comment on Coulthard et al. Neuropsychologia 45: 1979-1981.
Himmelbach M, Karnath H-O, Perenin M-T, Franz VH, Stockmeier K. (2006). A general deficit of the 'automatic pilot' with posterior parietal cortex lesions? Neuropsychologia 44: 2749-2756.
Himmelbach M, Erb M, Karnath H-O (2006). Exploring the visual world: the neural substrate of spatial orienting. Neuroimage 32: 1747-1759.
Himmelbach M, Karnath H-O (2005). Dorsal and ventral stream interaction: contributions from optic ataxia. Journal of Cognitive Neuroscience 17: 632-640.
Himmelbach M, Karnath H-O (2003). Goal-directed hand movements are not affected by the biased space representation in spatial neglect. Journal of Cognitive Neuroscience 15: 972-980.
Karnath H-O, Himmelbach M, Perenin M-T (2003). Neglect-like behaviour in healthy subjects: dissociation of space exploration and goal-directed pointing following vestibular stimulation. Experimental Brain Research 153: 231-238.
Karnath H-O, Himmelbach M, Küker W (2003). The cortical substrate of visual extinction. NeuroReport 14: 437-442, Erratum 14: 1189.
Karnath H-O, Himmelbach M (2002). Strategies of lesion localization - Reply to Marshall, Fink, Halligan and Vallar. Cortex 38: 258-260.
Karnath H-O, Himmelbach M, Rorden C (2002). The subcortical anatomy of human spatial neglect: putamen, caudate nucleus, and pulvinar. Brain 125: 350-360.
Karnath H-O, Ferber S, Himmelbach M (2001). Spatial awareness is a function of the temporal not the posterior parietal lobe. Nature 411: 950-953.
Jäncke L, Himmelbach M, Shah NJ, Zilles K (2000). The effect of switching between sequential and repetitive movements on cortical activation. Neuroimage 12: 528-537.
Jäncke L, Peters M, Himmelbach M, Nösselt T, Shah J, Steinmetz H (2000). fMRI study of bimanual coordination. Neuropsychologia 38: 164-74.
Konczak J, Himmelbach M, Perenin M-T, Karnath H-O (1999). Do patients with neglect show abnormal hand velocity profiles during tactile exploration of peripersonal space? Experimental Brain Research 128: 219-223.
Taylor JG, Jäncke L, Shah NJ, Nösselt T, Schmitz N, Himmelbach M, Kalenscher T, Müller-Gärtner HW (1998). A three stage model of awareness: formulation and initial experimental support. Neuroreport 9: 1787-92.
Jäncke L, Specht K, Mirzazade S, Loose R, Himmelbach M, Lutz K, Shah NJ (1998). A parametric analysis of the 'rate effect' in the sensorimotor cortex: a functional magnetic resonance imaging analysis in human subjects. Neuroscience Letters 252: 37-40.
Buchkapitel
Himmelbach M (2013). Der Mensch denkt - Möglichkeiten und Grenzen der bildgebenden Hirnforschung. In: J Audretsch, K Nagorni (eds.) Der Mensch und sein Gehirn. Karlsruhe, Evangelische Akademie Baden, 12-68.
Perenin MT, Himmelbach M (2012). Optische Ataxie. In: H-O Karnath, P Thier (eds.) Kognitive Neurowissenschaften. 3. Auflage. Heidelberg, Springer, 389-402.
Himmelbach M (2011). Störungsspezifische Diagnostik: Optische Ataxie. In: D Nowak (ed.) Handfunktionsstörungen in der Neurologie. Heidelberg, Springer, 151-154.
Himmelbach M (2011). Störungsspezifische Therapie: Optische Ataxie. In: D Nowak (ed.) Handfunktionsstörungen in der Neurologie. Heidelberg, Springer, 353-355.
Himmelbach M, Karnath H-O (2007). Optic ataxia: a gateway to the human visual action system. In: F Mast, L Jäncke (eds.) Spatial processing in navigation, imagery and perception. New York, Springer, 85-105.
Himmelbach M, Karnath H-O (2006). Optische Ataxie. In: Karnath H-O, Hartje W, Ziegler W (eds.) Kognitive Neurologie. Stuttgart, Thieme, 144-147.
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