Alzheimer-Studie verknüpft Triade von Hirnarealen mit Kognition

Hirnscans von Patienten mit Morbus Alzheimer und anderen Personen mit einem Risiko für die Störung führten zur Identifizierung von drei Atrophie-Faktor-Mustern, die durch mathematische Modellierung erstellt wurden. Basierend auf dem Verlust des Volumens der grauen Substanz in diesen drei Hauptbereichen des Gehirns haben Forscher eine Korrelation zwischen Mustern der Atrophie und spezifischen Alzheimer-Symptomen, die bei verschiedenen Patienten auftreten, identifiziert.

Quelle: Xiuming Zhang, Nationale Universität von Singapur, mit Genehmigung verwendet.

Eine neue Studie, die heute online in Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, berichtet, dass unterschiedliche Muster der Atrophie in drei verschiedenen Hirnarealen (kortikal, subkortikal oder temporal) erklären könnten, wie sich der Verlust verschiedener kognitiver Fähigkeiten bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit manifestiert Krankheit (AD).

Für diese Studie nutzte ein Team von Forschern des Massachusetts General Hospital (MGH) der Harvard Medical School und der National University of Singapore (NUS) mathematische Modelle, um zu ermitteln, wie sich verschiedene Gehirnregionen – von denen einige nicht mit Kognition verbunden sind – auswirken können kognitive Fähigkeiten.

Kleinhirn (lateinisch für "kleines Gehirn") in rot ist eine subkortikale Hirnregion.

Quelle: Life Science Datenbanken / Wikimedia Common

Zum Beispiel wurde das Kleinhirn (lateinisch für "kleines Gehirn") traditionell von der medizinischen Einrichtung als allein für "nicht-denkende" Aktivitäten wie Feinabstimmung der Muskelkoordination verantwortlich betrachtet. Diese neue Forschung legt nahe, dass das Kleinhirn tatsächlich eine wichtige Rolle bei der kognitiven Funktion oder der Degeneration der exekutiven Funktion und des Gedächtnisses spielt. In der Tat

Thomas Yeo, Assistenzprofessor an der NUS-Abteilung für Elektrotechnik und Computertechnik und dem MGH-Labor für Computational Neuroimaging, sagte in einer Erklärung zum Massachusetts General Hospital:

• Jäger-Sammler-Abstammung kann sein, warum unsere Gehirne Bewegung brauchen
• Senile McCain, Extremist Obama
• Verloren mit Demenz
• Körperliche Fitness hält Ihr Gehirn in Form, Studie findet
• Der Mut von Bob

"Die Symptomschwere und die Neurodegeneration können bei Alzheimer-Patienten sehr unterschiedlich sein. Unsere Arbeit zeigt, dass die Teilnehmer dieser Studie mindestens drei Atrophiemuster – kortikal, temporal oder subkortikal – aufweisen, die mit einer Variabilität des kognitiven Verfalls nicht nur bei Alzheimer-Patienten, sondern auch bei Personen mit leichten kognitiven Beeinträchtigungen oder kognitiv normalen Patienten assoziiert sind aber für Alzheimer gefährdet sind. "

Yeos Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung von Algorithmen für das maschinelle Lernen für die Analyse von hochdimensionalen und komplexen Bilddaten im Gehirn. Diese mathematischen Computermodelle ermöglichen es den Forschern zu charakterisieren, wie verschiedene Gehirnsysteme die Wahrnehmung unterstützen.

Für diese neue Studie analysierten Yeo und Kollegen Daten, die im Rahmen der Alzheimer Demetire Neuroimaging Initiative (ADNI) gesammelt wurden. Die Studie umfasste insgesamt 379 Teilnehmer: 188 wurden mit Alzheimer-Krankheit diagnostiziert, 147 mit leichter kognitiver Beeinträchtigung und 43, die nicht kognitiv beeinträchtigt waren, aber ein höheres Risiko für Beta-Amyloid-Plaques hatten, die mit der Entwicklung von Alzheimer assoziiert sind.

• Frieden mit deinen erwachsenen Kindern machen
• Ernährungsänderungen reduzieren Alzheimer-Risiko
• Kannst du Alzheimer-Krankheit mit Diät und Übung verhindern?
• Indigo Lichter am Broadway
• Suggested Sie

Als ersten Schritt zur Erstellung mathematischer Modelle analysierte das Forscherteam die Daten aus strukturellen MRI-Basislinien. Diese Neuroimages halfen dabei, die Wahrscheinlichkeit zu schätzen, dass Atrophie in einer bestimmten Hirnregion mit spezifischen Veränderungen der exekutiven Funktion und des Gedächtnisses verbunden war. Basierend auf der Lokalisation der Atrophiefaktoren ermittelten die Forscher eine Korrelation, die mit einer Kombination von drei verschiedenen Atrophiemuster assoziiert ist.

Drei Atrophie-Muster und Hirnareale im Zusammenhang mit Alzheimer-Krankheit

1. Kortikalis: Indiziert Atrophie in der gesamten Hirnrinde (Hirnareale im Großhirn , lateinisch für "Gehirn").
2. Subkortikal : Indiziert Atrophie im Kleinhirn, Striatum und Thalamus. (Gehirnbereiche an der Basis des Gehirns).
3. Temporal: Indiziert Atrophie der medialen temporalen Kortex, Hippocampus und Amygdala (Hirnareale im Kortex hinter den Ohren).

Alle drei Hirnareale waren mit exekutiver Funktion und Gedächtnisrückgang über das gesamte klinische Spektrum verbunden. Der kortikale Faktor war am stärksten mit dem Rückgang der exekutiven Funktion assoziiert. Der zeitliche Faktor zeigte die stärkste Assoziation mit dem Gedächtnis. Der subkortikale Faktor war mit dem langsamsten Rückgang sowohl der exekutiven Funktion als auch des Gedächtnisses verbunden. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass verschiedene Muster der Hirnatrophie mit verschiedenen kognitiven Domänen verknüpft werden können.

Cerebrum (lateinisch für "Gehirn") beherbergt die Hirnrinde und kortikale Hirnregionen.

Quelle: Life Science Datenbanken / Wikimedia Common

Wie es immer der Fall ist, hilft die Analyse der Gehirnmechanik jeder neurologischen Erkrankung oder Störung, genau zu bestimmen, wie Veränderungen in der Gehirnstruktur oder funktionellen Konnektivität mit spezifischen kognitiven Fähigkeiten verbunden sind.

Zum Beispiel erlitt Phineas Gage 1848 einen Unfall, bei dem eine Eisenstange durch seinen orbitofrontalen Kortex (OFC) in den Frontallappen eindrang. Vor seinen Gehirnverletzungen war Gage als kongenialer und sanftmütiger Mann bekannt, der nach den Regeln der Gesellschaft lebte. Nach seinem Unfall wurde Gage ein hemmungsloser und oft temperamentvoller Nonkonformist, der den Regeln der Gesellschaft wenig Beachtung schenkt und kontrovers sein könnte. Er lebte bis 1860, aber nach dem Eisenstangen-Vorfall wurde seine Persönlichkeit so verändert, dass seine Freunde und Familie ihn als "nicht mehr Gage" bezeichneten. Die direkte Verbindung zwischen OFC-Schäden und Persönlichkeitsveränderungen in Gage half den Forschern, die Funktion von Gage zu identifizieren diese bestimmte Gehirnregion.

So wie Neurowissenschaftler die Rolle verschiedener Lappen im Großhirn im 20. Jahrhundert aufgezeigt haben, wird die nächste Grenze in den Neurowissenschaften im 21. Jahrhundert darin bestehen, abzubilden, wie verschiedene "Mikrozonen" im gesamten Gehirn miteinander interagieren. Die Entdeckung, wie verschiedene Kombinationen von Hirnatrophien in drei Hirnarealen mit Alzheimer in Verbindung gebracht werden, trägt dazu bei, unser Verständnis dafür zu fördern, wie Veränderungen des Volumens der grauen Substanz in verschiedenen Gehirnregionen bestimmte Aspekte der Kognition beeinflussen.

"Dysmetria of Thought" hypothesizes, dass subkortikale Regionen eine Rolle in der Kognition spielen

In diesem Sinne glaubt Jeremy Schmahmann (ebenfalls vom Massachusetts General Hospital), dass das posteriore Kleinhirn in der Zukunft aufgrund seiner bedeutenden Rolle in der menschlichen Evolution und den Ergebnissen seiner MGH-Ataxie-Einheit im Mittelpunkt stehen könnte. Der Hinterlappen hat sich in unserer jüngsten Evolution exponentiell erweitert. Tatsächlich ist nur der präfrontale Kortex während unserer Evolution schneller gewachsen als das hintere Kleinhirn.

Schmahmann hat eine Hypothese, die er "Dysmetria des Gedankens" nennt, eine Theorie, dass das Kleinhirn unsere Gedanken fein abstimmen kann, genau wie es unsere Muskelbewegungen fein abstimmt. Er entwickelte diese Theorie, nachdem er mehrere Patienten mit einer Schädigung des Kleinhirns untersucht und ein Muster von Defiziten in den kognitiven Bereichen exekutiver Funktion, räumlicher Kognition und Sprache beobachtet hatte. Die neuen Forschungen seiner Kollegen im Computational Neuroimaging Lab des MGH bestätigen, dass subkortikale Regionen (einschließlich des Kleinhirns) eine Rolle bei der exekutiven Funktion und dem Gedächtnis spielen.

In einer Studie von 2010 prägten Schmahmann und seine Kollegen am MGH den Begriff des zerebellären kognitiv-affektiven Syndroms (CCAS), das auch als "Schmahmann-Syndrom" bezeichnet wird. CCAS wird durch Beeinträchtigungen der exekutiven Funktion repräsentiert, die Probleme mit Planung, Set-Shift, abstraktes Denken, Wortfluss und Arbeitsgedächtnis. Die Symptome von CCAS sind Ausdauer, Ablenkbarkeit und Unaufmerksamkeit, die alle mit Läsionen, Schäden oder Atrophie des Kleinhirns korreliert sind.

Interessanterweise wurde die Analyse von Hirnscans in der aktuellen Studie von Yeo et al. wiesen darauf hin, dass verschiedene Atrophie-Muster zwei Jahre nach den ersten Scans bei einer Vielzahl von Individuen persistent waren. Die meisten Teilnehmer – einschließlich derjenigen mit leichten kognitiven Beeinträchtigungen und kognitiv normalen – wiesen mehr als einen verkümmerten Hirnbereich auf.

"Die meisten früheren Studien konzentrierten sich auf bereits diagnostizierte Patienten, aber wir konnten nicht nur bei diagnostizierten Patienten, sondern auch bei Risikopatienten, die zu Beginn der Studie eine leichte Beeinträchtigung aufwiesen oder kognitiv normal waren, eindeutige Atrophiemuster feststellen", sagt Yeo. "Das ist wichtig, weil die neurodegenerative Kaskade, die zu Alzheimer führt, Jahre, möglicherweise Jahrzehnte, vor der Diagnose beginnt. Daher ist es sehr wertvoll, verschiedene Atrophie-Muster bei Risikopersonen zu verstehen. "

Zukünftige Forschung wird erforschen, wie verschiedene Hirnregionen andere neurologische Störungen beeinflussen

Es bedarf weiterer Forschung, um besser zu verstehen, wie spezifische Atrophiemuster mit der Verteilung von Amyloid und Tau zusammenhängen, und um den genauen Mechanismus zu ermitteln, durch den diese Veränderungen spezifische kognitive Fähigkeiten beeinflussen. In seiner Erklärung an MGH schloss Yeo,

"Frühere Studien nahmen an, dass ein Individuum nur ein einzelnes neurodegeneratives Muster exprimieren kann, das sehr restriktiv ist, da bei jedem älteren Menschen mehrere pathologische Faktoren gleichzeitig auftreten können, wie zum Beispiel Gefäßstörungen zusammen mit den Amyloid-Plaques und Tau-Tangles sind direkt mit Alzheimer assoziiert. Es kann daher erwartet werden, dass Individuen, die von multiplen, koexistierenden Pathologien betroffen sind, multiple Atrophie-Muster aufweisen. "

Thomas Yeo betont, dass die gleiche Art von mathematischer Modellierung, die zur Analyse von Bildgebungsdaten in dieser Studie über Alzheimer verwendet wird, verwendet werden kann, um die Rolle, die verschiedene Hirnregionen bei anderen neurologischen Störungen spielen, zu dekonstruieren. Zukünftige Forschung wird untersuchen, wie eine Vielzahl von klinischen Symptomen und Volumenmustern der grauen Substanz bei anderen Erkrankungen des Gehirns wie Parkinson-Krankheit, Schizophrenie und Autismus spielen. Bleib dran!