Strukturelle und funktionelle neuronale Konnektivität bei der Alzheimer-Krankheit Eine kombinierte DTI- und fMRT-Studie

• Published in: Nervenarzt Vol. 83; no. 7; pp. 878 - 887
• Main Authors: Soldner, J., Meindl, T., Koch, W., Bokde, A.L.W., Reiser, M.F., Möller, H.-J., Bürger, K., Hampel, H., Teipel, S.J.
• Format: Journal Article
• Language: German
• Published: Berlin/Heidelberg Springer-Verlag 01.07.2012
• Subjects: Medicine; Medicine & Public Health; Neurology; Neurosurgery; Originalien; Psychiatry; Psychopharmacology; Psychosomatic Medicine; Psychotherapy; Leichte kognitive Störungen; Alzheimer’s disease; Mild cognitive impairment; Konnektivität; Connectivity; Alzheimer-Krankheit; Kortex des posterioren Zingulums; Hippocampus; Hippokampus; Posterior cingulate cortex
• ISSN: 0028-2804; 1433-0407
• DOI: 10.1007/s00115-011-3326-3

Zusammenfassung Hintergrund Kortikale Konnektivität liegt kognitiver Leistung beim Menschen zugrunde. Für Gedächtnisprozesse wichtig ist die Verbindung zwischen dem Kortex des posterioren Zingulums und dem Hippokampus, direkt wie indirekt über den parahippokampalen Gyrus. Diese Gehirnteile gehören zum Default-Mode-Netzwerk (DMN), einem funktionellen Netzwerk, das unter Ruhebedingungen Aktivität aufweist. Die Alzheimer-Krankheit erlaubt es, die strukturelle Grundlage der funktionellen Konnektivität im Gehirn zu untersuchen. Probanden und Methoden Insgesamt 18 Patienten mit leichter bis mäßiger Alzheimer-Krankheit (Alzheimer’s disease, AD), 16 Patienten mit leichter kognitiver Störung („mild cognitive impairment“, MCI) und 20 gesunde Kontrollpersonen wurden unter Verwendung eines MR-Tomographen mit 3,0 Tesla untersucht. Mithilfe der Diffusionstensorbildgebung ( „diffusion tensor imaging“, DTI) wurde die strukturelle Konnektivität der Fasertrakte des posterioren Zingulums anhand der Werte der fraktionellen Anisotropie (FA) unter Farbkodierung bestimmt. Mit der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) unter Ruhebedingungen erfolgte die Untersuchung der funktionellen Konnektivität zwischen dem Kortex des posterioren Zingulums und dem Hippokampus in einer Korrelationsanalyse der BOLD („blood oxygenation level dependent“) -Signalzeitverläufe. Des Weiteren wurde der Zusammenhang von Struktur und Funktion (effektive Konnektivität) zwischen dem Kortex des posterioren Zingulums und dem Hippokampus in einer multiplen linearen Regressionsanalyse unter Kombination der DTI- und fMRT-Daten bestimmt. Ergebnisse Die Messung der strukturellen Konnektivität ergab bei AD-Patienten ansatzweise eine Reduktion in den Fasertrakten des linken posterioren Zingulums. Sie wurde teilweise durch das Alter erklärt. Eine hohe funktionelle Konnektivität zwischen dem Kortex des posterioren Zingulums und dem Hippokampus, auf direktem wie indirektem Pfad über den parahippokampalen Gyrus, bestand bei allen drei Untersuchungsgruppen. Die Bestimmung der effektiven Konnektivität ergab auf dem direkten Pfad bei AD und MCI für beide Hemisphären, bei den gesunden Probanden für die rechte Hemisphäre einen negativen FA-moderierten Zusammenhang. Der indirekte Pfad zeigte bei AD in der rechten Hemisphäre und bei MCI in beiden Hemisphären einen negativen FA-moderierten Zusammenhang. Bei den gesunden Probanden bestand auf dem indirekten Pfad ein positiver FA-moderierter Zusammenhang in der linken Hemisphäre. Schlussfolgerung Diese Studie ergibt Hinweise, dass bei AD und MCI die Mikrostruktur des posterioren Zingulums gestört ist. Zwischen dem Kortex des posterioren Zingulums und dem Hippokampus besteht direkt wie indirekt im Ruhezustand funktionelle Konnektivität. Die Bestimmung der effektiven Konnektivität im DMN zeigte, dass bei Gesunden die Funktion zwischen dem Kortex des posterioren Zingulums und dem Hippokampus vor allem indirekt vermittelt wird. Bei AD und MCI wies dieser Zusammenhang Veränderungen auf, möglicherweise aufgrund einer bereits vorhandenen Schädigung des parahippokampalen Gyrus. Als Fazit ist festzuhalten, dass die Verbindung von DTI und fMRT einen größeren Einblick in die Konnektivität des menschlichen Gehirns sowie deren pathologische Veränderungen bei einer AD ermöglicht. Hieraus könnte zukünftig ein Ansatz zur Frühdiagnose der AD mithilfe multimodaler Bildgebungsverfahren entstehen.