title: Bewegungskontrolle der Handmotorik bei Patienten mit Asperger Autismus
title: Motor control of hand movement in patients with Asperger Autism
Creators: name: Riegg, Florian
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Pegboard
internal forward models
reach-to-grasp
Asperger autism
Asperger Autismus
Greifen
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
Interne Vorwärtsmodelle
pegboard
Autismus
Kleinhirn , Bewegungssteuerung
predictive motor control
prädiktive Bewegungskontrolle
grip force
Griffkraft

description: Einleitung: Patienten, die an einer
      Autismus-Spektrum-Störung leiden, weisen häufig motorische
      Defizite unterschiedlichen Ausmaßes auf. Es ist unklar,
      welche Pathophysiologie und welche Hirnsysteme für diese
      Bewegungsstörungen verantwortlich sind. Post-mortem
      Untersuchungen, strukturelle und funktionelle
      Bildgebungsstudien sowie behaviorale Studien bei Autisten
      ergaben Hinweise, dass das Kleinhirn dieser Patienten
      Veränderungen aufweist, welche einen Beitrag zu den
      beschriebenen Bewegungsstörungen leisten könnten. Eine
      prädiktive Bewegungskontrolle basiert vermutlich auf
      sogenannten internen Modellen, die sowohl dynamische
      Wirkungen eigener Bewegungen als auch Objekteigenschaften
      sowie die daraus resultierenden sensorischen
      Feedbackinformationen vorhersehen und in die prädiktiven
      motorischen Befehle integrieren. Es bestehen Hinweise, dass
      Regionen des Kleinhirns hirnanatomisches Korrelat solcher
      interner Modelle darstellen. In dieser Studie wurden
      motorische Funktionen von Asperger-Patienten auf prädiktive
      Kontrollmechanismen und Bewegungskoordination anhand einer
      Reihe von Experimenten untersucht. Methoden: Es wurden die
      motorischen Leistungen von 11 Patienten mit Asperger-Autismus
      im Vergleich zu 11 gesunden Kontrollpersonen getestet. Die
      Gruppen waren alters-, geschlechts- und intelligenzangepasst,
      alle Teilnehmer waren rechtshändig. In Versuch 1 wurde die
      Platzierungsaufgabe des Purdue Pegboard Tests durchgeführt.
      Dabei mussten kleine Metallstifte in untereinander
      angeordnete, vorgestanzte Löcher schnellstmöglich in einer
      vorgegebenen Zeit gesteckt werden. Auf diese Weise konnten
      wir die Feinmotorik und Hand-Auge-Koordination untersuchen
      und zugleich erhebliche motorische Defizite ausschließen. In
      Versuch 2 untersuchten wir die prädiktive Bewegungskontrolle
      anhand der Kopplung von Griff- und Lastkraft beim Anheben
      eines Objektes. Die Probanden mussten ein Testobjekt greifen
      und anheben, welches einen Griffkraft- und einen
      Bewegungssensor beinhaltete. In einer weiteren
      Versuchsanordnung ließen die Teilnehmer ein Gewicht in ein
      Behältnis fallen, welches an das mit der kontralateralen Hand
      gehaltene Testobjekt angebracht war. Dadurch konnte ein
      prädiktiver Anstieg der Griffkraft untersucht werden. In
      Versuch 3 griffen die Teilnehmer einen Würfel zwischen
      Zeigefinger und Daumen. Eine Greifbewegung besteht aus zwei
      Komponenten: dem Handtransport und der Griffformation. Es
      wurden mehrere Parameter berechnet, die das örtliche und
      zeitliche Zusammenspiel der beiden Komponenten beschreiben.
      Die Greifbewegungen wurden dreidimensional mit einem
      Bewegungsanalysesystem aufgezeichnet. Ergebnisse: Im Purdue
      Pegboard Test zeigten Patienten signifikant geringere Werte
      als Gesunde, insbesondere mit der linken Hand. Die Defizite
      entsprachen jedoch nicht einer funktionellen motorischen
      Störung. In den Hebeversuchen wiesen Patienten eine
      signifikant schlechtere zeitliche Koordination zwischen
      Griff- und Lastkraftanstieg auf. Im Versuch zur
      selbstgenerierten Gewichtspertubation konnten beide Gruppen
      einen prädiktiven Anstieg der Griffkraft entwickeln.
      Patienten zeigten jedoch eine signifikant höhere
      Ausgangsgriffkraft und eine geringere absolute
      Griffkraftzunahme vor Gewichtseinschlag. In den
      Greifversuchen wählten Patienten eine wesentlich flachere und
      geradere Annäherung an das Objekt als gesunde Kontrollen.
      Patienten wiesen zudem eine signifikant kleinere
      Fingeröffnung und Fingeröffnungsgeschwindigkeit auf. Die
      Geschwindigkeit des Handtransports war in der Patientengruppe
      im Mittel deutlich langsamer als in der Kontrollgruppe. Die
      zeitliche Kopplung zwischen Handtransport und Griffformation
      unterschied sich zwischen den Gruppen jedoch kaum.
      Diskussion: In unseren Versuchen offenbarten wir mehrere
      signifikante Unterschiede der motorischen Leistungen und des
      motorischen Verhaltens zwischen Asperger- Patienten und
      gesunden Kontrollpersonen. Dies lässt eine gestörte
      prädiktive Bewegungskontrolle und eine zerebelläre Störung
      bei Asperger-Autismus annehmen. Insbesondere zeigten wir,
      dass Patienten eine veränderte Kopplung zwischen Griff- und
      Lastkraft beim Heben eines Objekts aufwiesen. Des Weiteren
      könnte die veränderte Handbewegungskurve in den
      Greifversuchen aus einem gestörten temporospatialen
      Zusammenspiel von proximalen und distalen Muskelgruppen
      resultieren und eine veränderte zerebelläre Verarbeitung von
      Vorwärtsmodellen widerspiegeln. Die langsamere
      Handbewegungsgeschwindigkeit der Patienten in den
      Greifversuchen korrelierte mit deren Leistungen im Purdue
      Pegboard Test. Wir nehmen an, dass diese Verlangsamung
      kompensatorisch ist, um eine gestörte Verarbeitung von
      internen Modellen und deren Integration in die prädiktive
      Bewegungskontrolle auszugleichen.
description: Introduction: Patients, who suffer
      from autism-spectrum-disorder, often show motor deficits of
      different extent. It is unclear, which pathophysiology or
      which brain systems are responsible for these movement
      abnormalities. Post-mortem studies, structural and functional
      as well as behavioural studies about autism present evidence
      that the cerebellum of these patients shows alterations,
      which might contribute to the described motor dysfunctions.
      Predictive movement control is supposedly based on so-called
      internal models, which can predict the dynamic effects of
      one’s own movements as well as object dynamics and the
      resulting sensory feedback information, and integrate them
      into motor commands. There is evidence that regions of the
      cerebellum represent the anatomical correlate of such
      internal models. In this study, we examined motor functions
      of Asperger patients for predictive control mechanisms and
      movement coordination in a series of experiments. Methods:
      Motor performance of 11 patients with Asperger-Syndrome was
      compared to 11 healthy control subjects. The groups were age,
      sex and IQ matched, all subjects were right-handed. In
      Experiment 1 the placement task of the Purdue pegboard was
      applied. Small metal pegs had to be placed into an array of
      vertical holes as quickly as possible. Thus, we were able to
      examine fine motor skills and hand-eye-coordination, and at
      the same time, rule out major motor deficits. In Experiment 2
      we examined predictive motor control on the basis of load and
      grip force coupling while lifting an object. The subjects had
      to grasp and lift an object, which incorporated a grip force
      and acceleration sensor. In another test on predictive motor
      control, subjects dropped a weight with one hand into a
      receptacle, which was attached to the test object, held by
      the contralateral hand. This complied with a condition
      testing predictive increase of grip force. In Experiment 3
      subjects reached and grasped a cube with their index finger
      and thumb. A reach-to-grasp movement consists of two
      components: the hand transport and the grip formation. We
      calculated several parameters that represent the
      temporospatial coordination of the two movement components.
      For the three-dimensional recording of movements during the
      reach-to-grasp experiment, an ultrasonic motion measurement
      system was used. Results: Patients showed a significantly
      lower performance in the Purdue pegboard test than healthy
      controls. The results were most prominent with the left hand.
      However, the results did not reflect a functional disorder of
      the motor system. In the lifting tasks patients showed
      significantly worse temporal coordination of increasing grip
      and load force. In the experiment on self-induced weight
      perturbation both groups generated a predictive increase of
      grip force. However, patients exhibit a significantly larger
      initial grip force and a significantly lower absolute
      increase of grip force prior to weight impact. In the
      reach-to-grasp tasks patients produced a significantly
      straighter and lower approach towards the object than healthy
      controls. Furthermore, patients exhibit a significantly
      smaller grasp aperture and grasp aperture velocity. The hand
      transport velocity in the patient group is on average
      considerably slower than in the control group. However, the
      temporal coupling between hand transport and grip aperture
      hardly differed between groups. Discussion: In our
      experiments we revealed several significant differences in
      motor performance and motor behaviour between Asperger
      patients and healthy controls. This suggests a disturbed
      predictive movement control and cerebellar disorder in
      Asperger autism. In particular, we showed, that patients
      exhibit an altered coupling between grip and load force while
      lifting an object. Furthermore, the lower and straighter hand
      trajectories in the patient group in the reach-to-grasp task
      could result from disturbed temporospatial coordination of
      proximal and distal muscle groups of the arm and may reflect
      altered cerebellar processing of forward models.
      Reach-to-grasp movements were executed slower by patients
      over all conditions, a finding that correlated with the
      patients’ performance in the Purdue Pegboard test. We assume
      that this slowness is compensatory to adjust to an altered
      processing of internal models and their integration into
      predictive movement control.