Kleinhirntumoren des Kindesalters - kognitives Outcome und funktionelle Konnektivität

Das Kleinhirn war traditionell als rein motorisches Kontrollorgan angesehen. Neuroanatomischen Studien, welche multiple Verbindungen zwischen dem Kleinhirn und Assoziationsarealen des Großhirns identifizierten, sowie klinische Daten bei Patienten mit Kleinhirnläsionen führten zu der Ansicht, dass das Kleinhirn auch nicht motorische Funktionen inne hat. Zahlreiche Untersuchungen zeigten, dass das Gehirn funktionell in komplexe, dynamische Netzwerke organisiert ist, bei dem das Kleinhirn Teile dieser Netzwerke und damit höhere kognitive Funktionen beeinflusst. Die funktionelle Bildgebung mittels fMRI revolutionierte unser Verständnis über die Organisation dieser Netzwerke und die Erforschung der funktionellen Konnektivität. Die funktionelle Konnektivität, d.h. der Grad der funktionellen Kommunikation innerhalb dieser Netzwerke, wird definiert als die zeitliche Abhängigkeit von neuronalen Aktivitätsverteilungen anatomisch getrennter Gehirnareale. Diese wird anhand der Koaktivierungen des BOLD-Signal im fMRT in Ruhe gemessen, welches als resting-state fMRI bezeichnet wird. Mit Hilfe des resting- state fMRI konnte man bekannte funktionelle Systeme betreffend der Motorik, Sensorik und Kognition untersuchen. Es gelang ein motorisches Netzwerk, Aufmerksamkeitsnetzwerk, Gedächtnisnetzwerk und andere kognitive Netzwerke bildlich darzustellen und zu analysieren. Kürzlich konnte auch der Einfluss des Kleinhirns auf einzelne Netzwerke mit Hilfe des resting-state fMRI bestätigt werden. Langzeitstudien bei Kindern, welche an einem Kleinhirntumor operiert wurden, zeigten signifikante neuropsychologische Defizite bei der verbalen Intelligenz, Aufmerksamkeit, visuell-räumlichen Gedächtnis sowie der Exekutivfunktionen. Diese neuropsychologischen Daten korrelieren mit den Ergebnissen aus den resting-state fMRI Untersuchungen, welche die funktionelle Konnektivität des Kleinhirns mit den dafür verantwortlichen Netzwerken zeigten. Unser Ziel ist es, bei Kindern mit Kleinhirntumoren den Einfluss der Tumoroperation auf die funktionelle Konnektivität der bekannten kognitiven Netzwerke zu untersuchen und diese Ergebnisse mit den neuropsychologischen Daten zu korrelieren. Da der Großteil der Kinder mit einem Kleinhirntumor heutzutage heilbar ist, zählt die Erfassung des neuropsychologischen und funktionellen Outkomes mittlerweile zum Standard und das rsfMRI könnte als neue Methode das Spektrum erweitern.

Das Kleinhirn war traditionell als rein motorisches Kontrollorgan angesehen. Fortschritte in der Bildgebung und den Neurowissenschaften haben unsere Vorstellung über die funktionelle Organisation des Gehirns grundlegend geändert. War man früher der Auffassung, dass die Funktion des Gehirns über fixe Gehirnareale organisiert ist, so weiß man heute, das die Gehirnfunktionen vielmehr ein Zusammenspiel komplexer Netzwerke darstellen. In diesem Zusammenspiel gibt es Hinweise, dass das Kleinhirn Teile dieser Netzwerke und damit höhere kognitive Funktionen beeinflusst. Die funktionelle Bildgebung mittels fMRT vermag es diese Netzwerke zu visualisieren und deren Funktionalität indirekt zu messen. Je stärker die Netzwerkverbindung, desto effizienter die Funktion. Ein direkter Weg den Einfluss des Kleinhirns auf diese Netzwerke und damit die Kognition zu messen ist es neuropsychologische Untersuchungen bei Patienten mit isolierten Kleinhirnschäden durchzuführen. Tatsächlich konnte man bei diesen Patienten spezifische neuropsychologische Defizite erkennen. Auch bei Kindern, welche an einem Kleinhirntumor operiert worden waren, konnte man dies feststellen. Könnte man nun diese neuropsychologischen Defizite mit den Netzwerken im fMRT korrelieren, wäre es eine Bestätigung für die Rolle des Kleinhirns in der Kognition und weiters der Grundstein das fMRT als Methode zur Messung des Outkomes verwenden zu können. Da durch verbesserte Therapiekonzepte eine Heilung dieser Tumore im Kindesalter immer öfter gelingt und der Fokus auf das neuropsychologische Outkome gelegt werden kann, ist es wichtig neben der Zeit- und Kosten intensiven, gleichzeitig aber sehr genauen Methode einer neuropsychologische Testung, andere Methoden zu finden, welche als Surrogatmarker dienen könnten, zu finden. Aus diesem Grund war es das Ziel unserer Studie den Effekt einer Tumoroperation am Kleinhirn auf die Netzwerke des Großhirns zu messen und mit den neuropsychologischen Daten zu vergleichen. Unsere Resultate zeigen, dass zwischen den 13 eingeschlossenen Patienten und den 16 gesunden Probanden nach 15 Jahren signifikante Unterschiede im IQ und verschiedenen Aspekten des Arbeitsgedächtnisses, Aufmerksamkeit und Informationsverarbeitung bestehen. Korrelierend dazu, konnten wir mittels 2 unterschiedlichen fMRT Methoden den Einfluss des Kleinhirnes auf die Netzwerke des Großhirns zeigen. Diese Ergebnisse bestätigen den Einfluss des Kleinhirns auf höhere kognitive Funktionen und entkräften die Meinung, dass das Kleinhirn ein reines Kontrollorgan für die Motorik ist. Die Visualisierung dieses Einflusses mittels fMRT ermöglicht es nun, bildgebend die Ergebnisse des neuropsychologischen Outkomes nach Tumoroperationen darzustellen. Diese Darstellung könnte somit als Surrogatmarker für die Messung des Outkomes dienen und in unterschiedlichen Bereichen der Neuroonkologie Anwendung finden. Der nächste Schritt wäre es nun diese fMRT-Messungen präoperativ und in den postoperativen Kontrolluntersuchungen zu implementieren um mehr Erfahrung mit dieser zukunftsträchtigen Methode zu erhalten.