Untersuchung der funktionellen und strukturellen Konnektivität des dorsolateralen präfrontalen Cortex bei Patienten mit Schizophrenie
Final Report Abstract
Eine gestörte funktionelle und strukturelle Konnektivität des dorsolateralen präfrontalen Cortex (DLPFC) und verbundener Hirnareale wird als ein zentrales pathophysiologisches Korrelat der Schizophrenie betrachtet. Es bleibt jedoch unklar, ob strukturelle Veränderungen der Faserverbindungen weißer Substanz auch direkt mit einer Veränderung funktioneller Interaktionen einhergehen. Die Zielsetzung des aktuellen Projektes war es, diese Zusammenhänge in Verbindungssystemen des DLPFC bei Patienten mit Schizophrenie und gesunden Kontrollen mit der Magnetresonanztomographie (MRT) multimodal zu untersuchen. Die funktionelle MRT wurde während kognitiver Kontrollprozesse in Verbindung mit der Analyse der effektiven Konnektivität (Dynamic causal modeling, DCM), eingesetzt. Die strukturellen Veränderungen wurden mithilfe der Diffusionstensorbildgebung (DTI) mit optimierten voxel-basierten Analysen und probabilistischem Fibertracking untersucht. Die multimodale Integration erfolgte im Rahmen des Allgemeinen Linearen Modells und mit korrelativen statistischen Verfahren. Schizophrene Patienten wiesen eine global verminderte interhemisphärische effektive Konnektivität im fronto-cingulo-thalamischen Netzwerk auf. Insbesondere konnten wir bei Patienten lokal eine abnorme effektive Konnektivität in den Projektionen zwischen dem rechten DLPFC sowie dem anterioren cingulären Kortex und dem rechten mediodorsalen Thalamus beobachten, welche negativ mit der kognitiven Performanz assoziiert war. In Bezug auf die strukturelle Konnektivität zeigten die Schizophrenen eine aberrante Konnektivität vorwiegend in der Faserverbindung zwischen dem rechten DLPFC und dem rechten Thalamus, welche signifikant sowohl mit beeinträchtigter kognitiver Performanz als auch mit der verminderten fMRT- Aktivierung im rechten Thalamus und im rechten präfrontalen Kortex korrelierte. Das Hauptergebnis dieses Projekts war, dass die veränderte effektive Konnektivität in den rechtseitigen Projektionen zwischen dem DLPFC und dem Thalamus signifikant mit der verminderten strukturellen Integrität in den rechtseitigen Faserverbindungen zwischen diesen Strukturen (vorderer Schenkel der internen Kapsel) assoziiert war. Dieser Befund stellt zum ersten Mal den direkten Zusammenhang zwischen der aberranten Integrität der fronto-thalamischen Faserverbindung, der Störungen in der exekutiven Kontrolle, funktionellem Aktivierungsmuster sowie der effektive Konnektivität in den frontothalamischen Projektionen bei schizophrenen Patienten her. Fronto-thalamische Verbindungen werden als wesentlicher Träger höherer kognitiver Funktionen, insbesondere von Responseverhalten und Fehlerkontrolle diskutiert. Aktuelle Studien haben außerdem gezeigt, dass die Synchronisation des Informationsflusses zwischen den neokortikalen Regionen wesentlich von der Intaktheit spezifischer thalamischer Kerne innerhalb der kortiko-thalamo-kortikalen Schleifen abhängt. Die Ergebnisse dieses Projekts deuten daher auf eine zentrale Störung der fronto-thalamischen funktionellen und strukturellen Konnektivität und des damit verbundenen abnormen Informationsflusses bei schizophrenen Patienten hin. Allerdings ist es unklar, ob diese abnorme Konnektivität aus der direkten Dysfunktion bestimmter thalamischer Kerne resultiert oder ob die aberrante strukturelle Konnektivität die Ursache für die thalamische bzw. präfrontale Dysfunktion darstellt.
Publications
- Structural basis of the fronto-thalamic dysconnectivity in schizophrenia: A combined DCM- VBM study. Neuroimage Clin. 2013 Aug 3; 3: 95-105
Wagner G, Koch K, Schachtzabel C, Schultz CC, Gaser C, Reichenbach JR, Sauer H, Bär KJ, Schlösser RG
(See online at https://doi.org/10.1016/j.nicl.2013.07.010) - Structural Basis of the Fronto-Thalamic Dysconnectivity in Schizophrenia: A Combined DCM-DTI Study. Biological Psychiatry 75 (9), 111S-111S
Wagner G., Schachtzabel C., Schloesser RG, Baer KJ, Koch K
(See online at https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2014.03.014) - Structural and functional dysconnectivity of the fronto-thalamic system in schizophrenia: A DCM-DTI study. Cortex. 2015 May; 66: 35-45
Wagner G, De la Cruz F, Schachtzabel C, Güllmar D, Schultz CC, Schlösser RG, Bär KJ, Koch K
(See online at https://doi.org/10.1016/j.cortex.2015.02.004)
