DTI und RS-MRT als Prädiktoren von Kognition in NF1

Neurofibromatose Typ 1 (NF1), oder Morbus Recklinghausen, stellt die häufigste autosomal-dominante und monogentisch vererbte Multiorganerkrankung dar. Neben pathologischen Veränderungen der Haut und des zentralen Nervensystems, geht NF1 häufig mit einer Minderung des IQs, Lernschwierigkeiten, Defiziten in exekutiven Funktionen, was zu Problemen des Arbeitsgedächtnisses, der Hemmrektionen, dem Kategorienwechsel und in der Kontrolle und Planung von Handlung führen kann, sowie sprachliche Schwierigkeiten und visuell- räumliche Fähigkeiten einher. Eine entscheidende Rolle in der Entwicklung kognitiver Beeinträchtigungen wird den Defiziten der exekutiven Funktion zugeschrieben. Die Ursachen kognitiver Beeinträchtigung im Zusammenhang mit NF1 sind jedoch noch weitgehend ungeklärt. Bisherige Studien weisen auf eine Assoziation zwischen T2- Hyperintensitäten oder auch auf ein abnormales Wachstum von grauer und weißer Substanz mit kognitiver Beeinträchtigung hin. Die bisherige Datenlage ist jedoch heterogen, weswegen die Parameter zur Erklärung kognitiver Defizite bei NF1 unzureichend erscheinen. Ziel dieser Studie ist die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen strukturellen und mikro-strukturellen zerebralen MRT-Veränderungen und der funktionellen Resting-State Konnektivität sowie deren Einfluss auf die kognitive Leistung bei Kindern mit NF1. Der Fokus liegt hierbei auf der exekutiven Dysfunktion, da diese das häufigste Defizit bei Kindern mit NF1 darstellt. Es wird vermutet, dass mikrostrukturielle Veränderungen der thalamisch-frontalen Bahnen bei NF1 in Zusammenhang mit der exekutiven Performanz über eine Abnahme im funktionellen Resting-State Netzwerk für exekutive Funktionen stehen. Die Analysen sollen für den Einfluss von T2-Hyperintensitäten sowie für Abnormalitäten der grauen und weißen Substanz korrigiert werden. In das Projekt werden strukturelles MRT, Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI), Resting-State fMRT und eine extensive Testung der exekutiven Funktionen integriert. Das Ziel dieser Studie dient dem besseren Verständnis dem der exekutiven Dysfunktion zugrunde liegenden pathologischen Prozessen bei Kindern mit NF1.

Die Neurofibromatose Typ 1 (NF1) ist eine genetische Erkrankung, die das zentrale und periphäre Nervensystem betrifft. Neben Veränderungen der Haut und dem Vorliegen von Nerventumoren sind kognitive Beeinträchtigungen eine häufige Folge. Dies betrifft vor Allem höhere exekutive Funktionen wie Planen, Organisieren oder die bewusste Aufmerksamkeitslenkung, aber auch soziale und behaviorale Fähigkeiten. Welche neuropathologischen Defizite diesen vielseitigen kognitiven Symptomen jedoch zugrunde liegen wurde bisher noch wenig erforscht. Das hat uns dazu veranlasst, uns in diesem Projekt die funktionellen und strukturellen Veränderungen als Ursache dieser Defizite im Gehirn von NF1-Jugendlichen mit der (funktionellen) Magnetresonanztomografie (MRT) genauer zu untersuchen. Mittels der verwendeten Methoden konnten wir einen Zusammenhang zwischen Veränderungen im Gehirn und deren Auswirkung auf die Kognition feststellen.Mit der funktionellen MRT sollten funktionelle Netzwerke bzw. Netzwerkänderungen identifiziert werden. Der Vergleich dieser Netzwerke zwischen gesunden Jugendlichen und NF1-Jugendlichen hat gezeigt, dass letztere Netzwerkveränderungen in spezifischen Arealen des Gehirns aufweisen (z.B. Amygdala, Orbitofrontalkortex, anteriorer zingulärer Kortex), die bereits in der Vergangenheit mit Krankheiten in Verbindung gebracht wurden die mit kognitiven und sozialen Beeinträchtigungen einhergehen (z.B.: Autismus, Schizophrenie). Unsere Studie hat anhand einer Korrelationsanalyse gezeigt, dass diese Netzwerkänderungen mit Beeinträchtigungen der exekutiven, sozialen und behavioralen Funktionen assoziiert sind.Da funktionelle Netzwerke auf die Unversehrtheit struktureller Bestandteile des Gehirns beruhen haben wir weiters die mikro- und makrostrukturellen Veränderungen im NF1 Gehirn untersucht. Makrostrukturell konnten Volumenzunahmen von kortikalen und subkortikalen Regionen (z.B. Thalamus, Amygdala, Hippocampus) festgestellt werden. Hinsichtlich der Mikrostruktur der weißen Substanz wurden weiters nachteilige Veränderungen im gesamten Gehirn gefunden. Auch die strukturellen Veränderungen wiesen einen Zusammenhang zu kognitiven, sozialen und behavioralen Defiziten auf. Diese Ergebnisse untermauern unsere Hypothese einer neuropathologischen Grundlage für die Defizite, die häufig bei NF1 beobachtet werden können.Bisher gibt es auf diesem Gebiet nur wenige Untersuchungen. Vorangegangene Studien haben sich hauptsächlich mit zwei anderen Krankheitsmerkmalen, den Unidentifizierten hellen Objekten (welche auf T2 gewichteten MRT Bildern beobachtet werden können) und der Makrocephalie, als Ursache der kognitiven Defizite beschäftigt. Die Ergebnisse hierzu waren jedoch heterogen. Es war uns mit dieser Studie daher möglich, anhand relativ neuer analytischer Methoden substanziell zur Erweiterung des Wissens des Zusammenhangs von Gehirnveränderungen und deren Auswirkungen bei NF1 beizutragen. Dieses Wissen kann in Interventions- oder pharmakologischen Studien mit dem Ziel der Kognitionsverbesserung bzw. einer Verbesserung der Lebensqualität von Menschen die an NF1 leiden nützlich sein.