Probabilistische Traktografie als neue Analysemethode zur Darstellung von struktureller Konnektivität innerhalb der Basalganglienschleifen bei Patienten mit akinetisch-rigidem Parkinsonsyndrom im Vergleich zu altersgematchten Kontrollen

Einleitung: Das klassische Modell und patho-physiologische Verständnis der Existenz und Interaktion basalganglionärer (BG) Schleifen beim Morbus Parkinson wurde in den letzten Jahren durch anatomische Studien (1) und elektrophysiologische Daten (2) des Menschen bestätigt. Die probabilistische Traktografie eröffnet als in vivo Methode die Möglichkeit einer strukturellen Darstellung bestehender BG-Modelle und einer Untersuchung von symptomassoziierten strukturellen Veränderungen dieser BG-Schleifen im Vergleich zu Gesunden.

In unserer Studie wird exemplarisch die Analyse „klassischer“ Basalganglienschleifen wie auch die eines kürzlich entdeckten dentato-pallidalen Trakts (3) hinsichtlich des anatomischen Verlaufs und der Konnektivität vorgestellt. Konnektivitätsveränderungen bei Patienten werden mit bestehenden Symptomen korreliert und mit altersgematchten Normalprobanden verglichen.

Methoden: In die Studie wurden 12 Patienten sowie 12 altersgematchte Normalprobanden mit klinisch gesicherter Diagnose eines Parkinsonsyndroms eingeschlossen. Die Studie bestand aus zwei Teilen: a) Verhaltenstestung und b) MRT-Experiment. Nach Ausschluss von Kontraindikationen wurden anatomische sowie diffusionsgewichtete MR-Bilder nach standardisiertem Protokoll mit einem 3 Tesla Trio Scanner aufgenommen. Entsprechend standardisierter Segmentierungsprotokolle wurden anatomische Seed- und Targetregionen (Substantia nigra pars compacta, Putamen, Nucleus Caudatus, Globus Pallidus, Nucleus Dentatus, Thalamus) manuell eingezeichnet. Danach erfolgte nach Registrierung der MRT-Bilder in den Diffusionsraum und die standardisierte Analyse mittels FSL 4.1.9 Software Package (http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fsl-4.1.9/fdt/fdt_probtrackx.html).

Ergebnisse: Die anatomische Darstellung des nigrostriatalen Trakts, des direkten Pfades und dentato-pallidalen Traktes war bei alle Patienten und Probanden möglich. Die statistische Auswertung der Verhaltensdaten und Konnektivitätswerte ist Gegenstand laufender Analysen.

Ergebnisse: Entscheidend für das Verständnis von unterschiedlichen klinischen Phänotypen bei Parkinsonpatienten ist die symptomassoziierte Korrelation von strukturellen Veränderungen der Hirnmorphologie mit den klinischen Defiziten der Patienten. Zur Interpretation von Veränderungen in neuartigen Satellitensystemen der BG ist das Verständnis der zu erwartenden Veränderungen in Anatomie und Konnektivität in klassischen BG-Schleifen erforderlich. Mit dieser Studie setzen wir die Grundlage zur systematisierten Untersuchung der Funktion und Struktur des extrapyramidalen Systems und deren Veränderung am pathologischen Modell der Parkinsonerkrankung.

Referenzen:

1 Alexander GE, Crutcher MD, DeLong MR. Basal ganglia-thalamocortical circuits: parallel substrates for motor, oculomotor, "prefrontal" and "limbic" functions. Prog Brain Res. 1990;85: 119 – 46.

2 Timmermann L, Fink GR. Pathological network activity in Parkinson's disease: from neural activity and connectivity to causality? Brain. 2011 Feb;134(Pt 2):332 – 4.

3 Hoshi E, Tremblay L, Féger J, Carras PL, Strick PL. The cerebellum communicates with the basal ganglia. Nat Neurosci. 2005 Nov; 8(11):1491 – 3.