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Neurophysiologische Korrelate von Arbeitsgedächtnisproblemen bei AD(H)S

Das Arbeitsgedächtnis steuert einen Teil der Exekutivfunktionen.

Eine Beschreibung der Exekutivfunktionen findet sich unter Organisationsschwierigkeiten / Exekutivprobleme im Beitrag Gesamtliste der AD(H)S-Symptome nach Erscheinungsformen im Kapitel Symptome.

1. Das Arbeitsgedächtnis (Working Memory)

Das Arbeitsgedächtnis besteht aus drei Gedächtniseinheiten, die von einer zentralen Instanz koordiniert werden:

  • verarbeitende Prozessoreinheit (“zentrale Exekutive”)
    • dlPFC
    • verarbeitet Informationen, die in den beiden Gedächtnisspeichern vorgehalten werden
  • visuell-räumliches Gedächtnis
    • rechter hinterer Parietallappen
  • akustisch-sprachliches (“phonologisches”) Gedächtnis
    • unterer linken Parietallappen
  • Kurzzeitgedächtnis
    • episodischer Puffer für visuell-räumliche und akustisch-sprachliche Informationen zur Verarbeitung durch die zentrale Exekutive. Speicherkapazität im Schnitt 7 (+/-2) Einheiten (Millersche Zahl)

Übertragen auf einen PC könnte man die zentrale Exekutive als den Hauptprozessor, das Kurzzeitgedächtnis als den Arbeitsspeicher (RAM) und die Gedächtnisspeicher als verschiedene Segmente der Festplatte beschreiben.

Das Arbeitsgedächtnis im dlPFC wird vornehmlich dopaminerg und noradrenerg gesteuert. Dabei scheint überwiegend phasisches und weniger tonisches Dopamin die Vorgänge des Arbeitsgedächtnisses zu steuern.(1)
Beispielsweise reagieren DA-Neuronen phasisch auf Reize, die gemerkt werden sollen und zeigen keine tonische Aktivität während des Retentionsintervalls, also der Zeit, während dessen die Informationen aktiv gehalten wird.(2)

AD(H)S ist durch 3 Pathways  (nach Sonuga-Barke) gekennzeichnet, die neurophysiologisch Symptome verursachen:

  • Dopaminmangel (u.a.) im dlPFC (Arbeitsgedächtnis)
    • Desorganisiertheit
    • Vergesslichkeit
  • Dopaminmangel (u.a.) im Striatum (Verstärkungszentrum)
    • Motivationsprobleme
    • Impulsivität
    • Hyperaktivität
  • Veränderungen im Kleinhirn
    • Zeitwahrnehmungsprobleme

Während bei AD(H)S Noradrenalin wie Dopamin im PFC verringert ist, ist Noradrenalin bei PTSD im PFC erhöht, was (ab einem bestimmten Maß) den PFC deaktiviert und die Amygdala aktiviert, weshalb PTSD typischerweise mit Alpha-1- oder Beta-Adrenorezeptor-Antagonisten behandelt wird, die der Abschaltung des PFC durch zu viel Noradrenalin entgegenwirken.(3)

D1-Agonisten verbessern, D1-Antagonisten beeinträchtigen die Funktion des Arbeitsgedächtnisses.(4) Eine übermäßige D1-Stimulation, wie bei akutem Stress, führt ebenso zu Arbeitsgedächtnisdefiziten wie eine unzureichende Stimulation.(5)

D2-Rezeptor-Agonisten verbessern, D2-Antagonisten beeinträchtigen das räumliche (nicht das nicht-räumliche) Arbeitsgedächtnis und dadurch die exekutiven Funktionen bei gesunden Erwachsenen.(6)

CRH allgemein sowie im PFC im Besonderen beeinträchtigt dosisabhängig das visuell-räumliche Arbeitsgedächtnis, das insbesondere bei AD(H)S beeinträchtigt ist.(7) Unspezifische CRH-Rezeptor-Antagonisten wie selektive CRH-1-Rezeptor-Antagonisten behoben die Beeinträchtigung des Arbeitsgedächtnisses und wurden von den Autoren deshalb als mögliche Ansatzpunkte einer Behandlung bei AD(H)S in betracht gezogen.

2. Arbeitsgedächtnisprobleme bei AD(H)S

AD(H)S korreliert mit Arbeitsgedächtnisproblemen.(8) anders als Tic-Störungen.(9)

Eine Studie berichtet, dass die verschiedenen Komponenten des Arbeitsgedächtnisses bei AD()H)S unterschiedlich häufig (und individuell sehr verschieden) beeinträchtigt sind. Rund 70 % der Betroffenen zeigten eine Beeinträchtigung in einem der 3 Bereiche:(10)

  • Neuordnung des Arbeitsspeichers (sehr häufig)
    • Beibehalten und Neuanordnen von Informationen
  • Aktualisierung des Arbeitsgedächtnisses (häufig)
    • aktive Überwachung eingehender Informationen und das Ersetzen veralteter Informationen durch relevante Informationen
    • 8 % der Betroffenen zeigten in diesem Bereich eine besondere Stärke
  • Duale Verarbeitung (selten)
    • Beihalten von Informationen während der Ausführung einer Nebenaufgabe
    • 20 % der Betroffenen zeigten in diesem Bereich eine besondere Stärke

Im dlPFC wird die Daueraufmerksamkeit zur Lösung von Problemen abgebildet. Die durch eine gestörte Daueraufmerksamkeit verursachten AD(H)S-Symptome korrelieren daher mit einer Störung des dlPFC.(11) Selektive Aufmerksamkeit (Ablenkbarkeit) wird dagegen im dorsalen Nucleus accumbens verortet.

Eine Langzeitstudie fand, dass sich Arbeitsgedächtnisprobleme bei AD(H)S im Erwachsenenalter nicht verringern. Teilweise wurde eine Verschlechterung der Ablenkbarkeit festgestellt.(12)

Eine andere Studie fand überraschend, dass Spracherwerb und arithmetische mathematische Fähigkeiten, für die das Arbeitsgedächtnis benötigt wird, bei Kindern mit AD(H)S nicht wesentlich verschlechtert waren. Die Performance brach jedoch deutlich ein, wenn die Betroffenen glaubten, weniger begabt zu sein.(13)

Eine Untersuchung fand bei Kindern mit AD(H)S neben Exekutivproblemen auch (und abweichend zu anderen Untersuchungen) Probleme mit der Theory of Mind (ToM). Diese korrelierten jedoch nicht mit den Exekutivproblemen, so dass eine Beteiligung des Arbeitsgedächtnisses wenig wahrscheinlich erschien.(14) Eine andere Studie fand bei Erwachsenen mit AD(H)S herabgesetzte Fähigkeiten der Theory of Mind, die mit Exekutivproblemen korrelierten.(15)

Eine Untersuchung fand bei Kindern mit AD(H)S eine Korrelation zwischen Beeinträchtigung des Arbeitsgedächtnis und Auffälligkeiten bei der Augenbewegung beim Lesen. Das visuelle Scannen von Wörtern beim Lesen war diskontinuierlich, unkoordiniert und chaotisch. ADHS-Gruppen zeigten höheren Entropieindex unter den vier Kategorien von Sakkaden als Nichtbetroffene.(8)

Bei AD(H)S dauert es 250 ms bis ein Fehler im Satzbau erfasst wird. Bei Nichtbetroffenen dauert es lediglich 100 ms.(16)

Organisationsschwierigkeiten (Desorganisiertheit) sollen weiter häufig mit Zeitwahrnehmungsproblemen zusammenhängen.(17) Dies deckt sich indes nicht mit den hier beschriebenen neurophysiologischen Korrelaten von Organisationsproblemen / Exekutivproblemen (Defizite im Arbeitsgedächtnis, das im dlPFC sitzt), welche sich von den neurophysiologischen Korrelaten von Zeit(wahrnehmungs-)problemen unterscheiden, die vornehmlich im Cerebellum verortet werden.

3. Messung von Arbeitsgedächtnisproblemen

Die mit dem Arbeitsgedächtnis verbundenen Items der Problemlösungsfähigkeiten und der Daueraufmerksamkeit können mit Tests gemessen werden.

3.1. Messung von Arbeitsgedächtnisproblemen mit dem N-back-Test

Das Arbeitsgedächtnis und die Daueraufmerksamkeit können mit dem N-back-Test geprüft werden.(18)

Mehr hierzu unter N-back-Test im Unterabschnitt Aufmerksamkeits- und Reaktionstests im Abschnitt Tests im Beitrag AD(H)S – Diagnosemethoden im Kapitel Diagnostik.

Zuletzt aktualisiert am 04.11.2020 um 00:25 Uhr


5.)
Arnsten (2001): Dopaminergic and noradrenergic influences on cognitive functions mediated by prefrontal cortex. In Solanto, Arnsten, Castellanos (Herausgeber): Stimulant drugs and ADHD: Basic and clinical neuroscience (p. 185–208). Oxford University Press. Zitiert nach Solanto (2002): Dopamine dysfunction in AD/HD: integrating clinical and basic neuroscience research. Behav Brain Res. 2002 Mar 10;130(1-2):65-71. - (Position im Text: 1)
6.)
Mehta, Sahakian, Robbins (2001): Comparative psychopharmacology of methylphenidate and related drugs in human volunteers, patients with ADHD, and experimental animals. In Solanto, Arnsten, Castellanos (Herausgeber): Stimulant drugs and ADHD: Basic and clinical neuroscience (p. 303–331). Oxford University Press. Zitiert nach Solanto (2002): Dopamine dysfunction in AD/HD: integrating clinical and basic neuroscience research. Behav Brain Res. 2002 Mar 10;130(1-2):65-71. - (Position im Text: 1)
11.)
Stahl (2013): Stahl’s Essential Psychopharmacology, 4. Auflage, Chapter 12: Attention deficit hyperactivity disorder and its treatment, Seite 472 - (Position im Text: 1)
17.)
18.)
Stahl (2013): Stahl’s Essential Psychopharmacology, 4. Auflage, Chapter 12: Attention deficit hyperactivity disorder and its treatment, Seite 473 - (Position im Text: 1)