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Die Multiple Sklerose (MS) gehört zu den häufigsten chronisch-entzündlichen Erkrankungen des zentralen Nervensystems in Deutschland und kann durch Sehstörungen, Paresen oder Sensibilitätsstörungen symptomatisch werden.
Konventionelle Magnetresonanztomographie (MRT)-Verfahren leisten in der Diagnostik der MS einen wichtigen Beitrag, da diese die Läsionslast der weißen Substanz gut darstellen können. Frühere Studien deuten an, dass kognitive und psychomotorische Symptome wie Fatigue sowie Konzentrations- und Gedächtnisstörungen bei der MS mit Schädigungen des zerebralen Kortex in Beziehung stehen könnten. Mit konventionellen MRT-Bildgebungsverfahren lässt sich zwar kortikale Atrophie, nicht jedoch die zugrundeliegenden mikrostrukturellen kortikalen Umbauprozesse erfassen. In der vorliegenden Studie wurden daher quantitative MRT(qMRT)-Verfahren verwendet, die eben diese diffusen kortikalen Gewebsveränderungen messen und quantifizieren können. Mithilfe der dabei genutzten Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) als qMRT-Verfahren konnten Diffusionsanomalien analysiert und charakterisiert werden. Dabei wurden zwei Gewebsparameter im Gehirn bestimmt: die mittlere Diffusivität(MD) und die fraktionelle Anisotropie (FA). Da vorherige Studien uneinheitliche Ergebnisse hinsichtlich Änderungen von DTI-Parametern in der grauen Substanz bei der MS erbrachten, beschäftigten wir uns mit der Frage, ob kortikale MD- und FA-Veränderungen bei Patienten mit schubförmig-remittierender MS (RRMS) mithilfe optimierter DTI-Messtechniken zu detektieren sind, wie diese charakterisiert sind und wie sich diese im Kortex verteilen.
An der vorliegenden Studie nahmen 24 Patienten mit RRMS und 25 gesunde Kontrollprobanden teil. Der Schweregrad der Erkrankung wurde mithilfe des Expanded Disability Status Scale (EDSS) eingestuft.
Bei der MRT-Datenerfassung wurde eine optimierte DTI-Methode mit intrinsischer „Eddy-Current“-Kompensation verwendet. Die MD und die FA wurden für jeden Bildpunkt bestimmt. Kortikale Parameterwerte wurden ausgelesen und in Oberflächendatensätzen gespeichert. Es erfolgte ein oberflächenbasierter statistischer Gruppenvergleich. Kortikale Mittelwerte wurden für die MD und die FA bestimmt und zwischen den Gruppen verglichen.
Für Parameter mit nachgewiesenen globalen Gruppenunterschieden wurde die Korrelation mit dem klinischen Status (quantifiziert durch den EDSS) bestimmt.
Die Analyse kortikaler Mittelwerte zeigte eine Erhöhung der MD in der Patientengruppe. Die MD-Veränderungen waren räumlich ausgedehnt und es fanden sich Cluster mit erhöhten MD-Werten in der Patientengruppe, insbesondere in temporalen, okzipitalen und parietalen Regionen. Des Weiteren konnte eine signifikante positive Korrelation zwischen dem EDSS-Score und der kortikalen MD festgestellt werden. Außerdem ließen sich fokale FA-Erniedrigungen im Temporal- und Okzipitallappen nachweisen. Die MD quantifiziert das Ausmaß und die FA die Gerichtetheit der Diffusion.
Somit bietet die MD möglicherweise Hinweise auf die Intaktheit mikrostruktureller Barrieren und die FA auf die Integrität von Faserverbindungen. Unsere Ergebnisse könnten demnach darauf hinweisen, dass im Kortex von MS-Patienten der Abbau mikrostruktureller Barrieren räumlich ausgedehnter stattfindet als eine Störung axonaler Strukturen. Die Korrelation der MD mit dem klinischen Status legt die Möglichkeit der Quantifizierung klinisch relevanter kortikaler Gewebsveränderungen und somit eine mögliche Relevanz dieser Techniken für klinische Studien nahe.
A potential clinical and etiological overlap between schizophrenia (SZ) and bipolar disorder (BD) has long been a subject of discussion. Imaging studies imply functional and structural alterations of the hippocampus in both diseases. Thus, imaging this core memory region could provide insight into the pathophysiology of these disorders and the associated cognitive deficits. To examine possible shared alterations in the hippocampus, we conducted a multi-modal assessment, including functional and structural imaging as well as neurobehavioral measures of memory performance in BD and SZ patients compared with healthy controls. We assessed episodic memory performance, using tests of verbal and visual learning (HVLT, BVMT) in three groups of participants: BD patients (n = 21), SZ patients (n = 21) and matched (age, gender, education) healthy control subjects (n = 21). In addition, we examined hippocampal resting state functional connectivity, hippocampal volume using voxel-based morphometry (VBM) and fibre integrity of hippocampal connections using diffusion tensor imaging (DTI). We found memory deficits, changes in functional connectivity within the hippocampal network as well as volumetric reductions and altered white matter fibre integrity across patient groups in comparison with controls. However, SZ patients when directly compared with BD patients were more severely affected in several of the assessed parameters (verbal learning, left hippocampal volumes, mean diffusivity of bilateral cingulum and right uncinated fasciculus). The results of our study suggest a graded expression of verbal learning deficits accompanied by structural alterations within the hippocampus in BD patients and SZ patients, with SZ patients being more strongly affected. Our findings imply that these two disorders may share some common pathophysiological mechanisms. The results could thus help to further advance and integrate current pathophysiological models of SZ and BD.
Cerebral lesions may cause degeneration and neuroplastic reorganization in both the ipsi- and the contralesional hemisphere, presumably creating an imbalance of primarily inhibitory interhemispheric influences produced via transcallosal pathways. The two hemispheres are thought to mutually hamper neuroplastic reorganization of the other hemisphere. The results of preceding degeneration and neuroplastic reorganization of white matter may be reflected by Diffusion Tensor Imaging-derived diffusivity parameters such as fractional anisotropy (FA). In this study, we applied Diffusion Tensor Imaging (DTI) to contrast the white matter status of the contralesional hemisphere of young lesioned brains with and without contralateral influences by comparing patients after hemispherotomy to those who had not undergone neurosurgery. DTI was applied to 43 healthy controls (26 females, mean age ± SD: 25.07 ± 11.33 years) and two groups of in total 51 epilepsy patients with comparable juvenile brain lesions (32 females, mean age ± SD: 25.69 ± 12.77 years) either after hemispherotomy (30 of 51 patients) or without neurosurgery (21 of 51 patients), respectively. FA values were compared between these groups using the unbiased tract-based spatial statistics approach. A voxel-wise ANCOVA controlling for age at scan yielded significant group differences in FA. A post hoc t-test between hemispherotomy patients and healthy controls revealed widespread supra-threshold voxels in the contralesional hemisphere of hemispherotomy patients indicating comparatively higher FA values (p < 0.05, FWE-corrected). The non-surgery group, in contrast, showed extensive supra-threshold voxels indicating lower FA values in the contralesional hemisphere as compared to healthy controls (p < 0.05, FWE-corrected). Whereas lower FA values are suggestive of pronounced contralesional degeneration in the non-surgery group, higher FA values in the hemispherotomy group may be interpreted as a result of preceding plastic remodeling. We conclude that, whether juvenile brain lesions are associated with contralesional degeneration or reorganization partly depends on the ipsilesional hemisphere. Contralesional reorganization as observed in hemispherotomy patients was most likely enabled by the complete neurosurgical deafferentation of the ipsilesional hemisphere and, thereby, the disinhibition of the neuroplastic potential of the contralesional hemisphere. The main argument of this study is that hemispherotomy may be seen as a major plastic stimulus and as a prerequisite for contralesional neuroplastic remodeling in patients with juvenile brain lesions.
White matter microstructural changes and episodic memory disturbances in late-onset bipolar disorder
(2018)
Background: Bipolar disorder (BD) has been associated with distributed network disruption, but little is known on how different clinical subtypes, particularly those with an earlier and later onset of disease, are related to connectivity changes in white matter (WM) tracts.
Methods: Diffusion tensor imaging (DTI) and volumetric measures were carried out in early-onset bipolar patients [(EOD) (n = 16)], late-onset bipolar disorder [(LOD)(n = 14)] and healthy controls (n = 32). We also computed ROI analysis of gray matter (GM) and white matter (WM) volumes using the regions with significant group differences in the DTI parameters. Cognitive and behavior measurements were analyzed between groups.
Results: Lower fraction of anisotropy (FA) in the right hemisphere comprising anterior thalamic radiation, fornix, posterior cingulate, internal capsule, splenium of corpus callosum was observed in the LOD in comparison with EOD; additionally, lower FA was also found in the LOD in comparison with healthy controls, mostly in the right hemisphere and comprising fibers of the splenium of the corpus callosum, cingulum, superior frontal gyrus and posterior thalamic radiation; LOD also showed worse episodic memory performance than EOD; no statistical significant differences between mood symptoms, WM and GM volumes were found between BD groups.
Conclusion: Even after correcting for age differences, LOD was associated with more extensive WM microstructural changes and worse episodic memory performance than EOD; these findings suggest that changes in the WM fiber integrity may be associated with a later presentation of BD, possibly due to mechanisms other than neuroprogression. However, these findings deserve replication in larger, prospective, studies.