Neuromelanin-Sensitive MRI

Abstract

The basics and the technique of magnetic resonance imaging (MRI) for visualizing the neuromelanin present in dopaminergic and noradrenergic nuclei in the substantia nigra pars compacta (SNc) and locus caeruleus (LC) are introduced. Neuromelanin, a black pigment produced during catecholamine synthesis, has paramagnetic T1-shortening effects. Conventional MRI techniques fail to depict the contrast generated by neuromelanin, but neuromelanin-sensitive T1-weighted fast spin echo technique at 3 T allows the direct visualization of the SNc and LC as hyperintense areas. In Parkinson's disease, neuromelanin-related signals from the SNc and LC are diminished, suggesting neuronal degeneration in both the nuclei. In depression and schizophrenia, signals from the LC are reduced while those from the SNc are augmented, suggesting monoamine and dopamine hypotheses, respectively. Neuromelanin-sensitive MRI is a promising technique to elucidate the pathologic or functional changes in the catecholamine neurons of the brain stem that occur in degenerative and psychiatric diseases.

Zusammenfassung

Die Grundlagen und die Technik der Kernspintomographie (MRT) zur Visualisierung des in den dopaminergen und noradrenergen Nuklei in der Pars compacta der Substantia nigra (SNc) und im Locus caeruleus (LC) vorhandenen Neuromelanins werden vorgestellt. Neuromelanin, ein schwarzes Pigment, welches durch die Katecholaminsynthese entsteht, hat eine paramagnetische, T1-verkürzende Wirkung. Konventionelle MRT-Techniken sind nicht in der Lage, den durch das Neuromelanin generierten Kontrast darzustellen. Eine neuromelaninsensitive, T1-gewichtete, schnelle Spinechotechnik bei 3 T hingegen erlaubt eine unmittelbare Visualisierung der SNc und des LC als hyperintense Areale. Bei der Parkinson-Krankheit sind die neuromelaninbedingten Signale aus der SNc und dem LC vermindert und lassen auf eine neuronale Degeneration in beiden Nuklei schließen. Bei Depressionen und Schizophrenie sind die Signale aus dem LC vermindert, während die Signale aus der SNc erhöht sind und auf eine monoamine bzw. dopamine Hypothese hindeuten. Die neuromelaninsensitive MRT ist eine vielversprechende Technik zur Klärung der bei degenerativen und psychiatrischen Krankheiten vorkommenden pathologischen oder funktionellen Veränderungen der katecholaminen Neuronen des Hirnstamms.