Korrelate der Erkrankungsstadien bei Amyotropher Lateralsklerose in der intrinsischen funktionellen Konnektivitäts-Magnetresonanztomographie

Abstract

Der Krankheitsverlauf der Amyotrophen Lateralsklerose (ALS) konnte postmortem in vier neuropathologische Stadien basierend auf dem spezifischen Verteilungsmuster von phosphoryliertem TAR DNA binding protein-43 (pTDP-43) eingeteilt werden. Stadium 1: Motorkortex, motorische Hirnnervenkerne V, VII, XII, α-Motoneurone des Rückenmarks; Stadium 2: präfrontaler Kortex, Formation reticularis, präzerebelläre Kerne, Nucleus ruber; Stadium 3: präfrontaler und postzentraler Kortex, Striatum; Stadium 4: anteromedialer Temporallappen einschließlich hippokampale Formation. Mittels Diffusion Tensor Imaging (DTI) konnte ein in-vivo Transfer der neuropathologischen Stadieneinteilung durch Mitglieder der Arbeitsgruppe etabliert werden. Ziel der vorliegenden Studie war es, die intrinsische funktionelle Konnektivität in den entsprechend assoziierten funktionellen Netzwerken (Motornetzwerk für Stadium 1, Hirnstammnetzwerk und frontoparietales Netzwerk für Stadium 2, Basalgangliennetzwerk für Stadium 3, hippokampales Netzwerk für Stadium 4) bei ALS Patienten in einem Querschnitts- und Longitudinalansatz zu untersuchen. Hierfür wurde bei 71 ALS Patienten und 28 gesunden Kontrollen funktionelle „resting state“ Magnetresonanztomographie Daten (3.0 Tesla) akquiriert. Im Querschnittsansatz konnte gezeigt werden, dass sich im Gruppenvergleich zwischen ALS Patienten und gesunden Kontrollen in allen relevanten Netzwerken funktionelle Hyperkonnektivitäten darstellen. Diese beziehen sich zum einen auf Regionen innerhalb des intrinsischen Konnektivitätsnetzwerkes, aber auch auf benachbarte Regionen, im Sinne einer Netzwerkexpansion. Im Referenznetzwerk (visuelles Netzwerk) fand sich im Gruppenvergleich kein signifikanter Unterschied. Im Longitudinalansatz stellte sich bei 14 Patienten im Gruppenvergleich zwischen ALS Patienten und gesunden Kontrollen eine über den Zeitverlauf deutliche Zunahme der funktionellen Hyperkonnektivitäten dar, welche sich wiederum auf Regionen innerhalb des intrinsischen Konnektivitätsnetzwerkes, aber auch auf benachbarte Regionen im Sinne einer Netzwerkexpansion beziehen. In dieser Studie konnte somit gezeigt werden, dass sich die intrinsischen funktionellen Veränderungen im Sinne von Hyperkonnektivitäten darstellen, welche im Zeitverlauf der Erkrankung progredient sind. Die funktionellen Hyperkonnektivitäten können zum einen als sekundäre Reorganisation im Sinne eines Kompensationsmechanismus, zum anderen als Verlust kortikaler Inhibition gewertet werden. In Form von funktionellen zerebralen Veränderungen konnte die klinische Progression des Krankheitsverlaufes widergespiegelt werden, allerdings ohne den für eine Stadieneinteilung notwendigen sequentiellen Charakter auf Individualniveau. Mittels größerer, standardisierter Datenakquisitions- und -verarbeitunsgprotokolle und mehrfach durchgeführter Messpunkte könnte ein auf funktioneller und struktureller Konnektivität basierendes Stadienmodell möglicherweise in vivo etabliert werden.