Ein multimodaler Ansatz zur Messung der Makulafunktion

InhaltdesForschungsvorhabens: Untersuchung des Zusammenhangszwischen Charakteristika von Netzhauterkrankungen in konventionellen Untersuchungsmethoden und Veränderungen der visuellen Wahrnehmung, die in spezifischen Arealen der Sehrinde des Gehirns generiert wird. Die Kartierung der Funktion der Sehrinde durch funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) stellt eine ideale Methode dar, um einen funktionellen Zusammenhang zwischen der Aktivität definierter Netzhautareale und korrespondierender Sehrindenregionen herzustellen. Wir haben die Möglichkeiten der fMRT zur Darstellung simulierter Gesichtsfeldausfälle bei gesunden Probenden untersucht und konnten zeigen, dass Ausfälle bis zu einem Radius von nur 2,35 Sehwinkel zuverlässig detektiert werden können. In einer anschließenden Pilotstudie wurde die fMRT basierte Kartierung der Sehrinde bei Patienten mit Netzhauterkrankungen beschrieben und mit den Ergebnissen von konventionellen morphologischenund funktionellen(Mikroperimetrie, MP) Untersuchungsmethoden der Netzhautverglichen. Reduzierte Funktion und strukturelle Veränderungen zentraler Netzhautregionen korrelierten gut mit der fMRI basierten Kartierung reduzierter Aktivität entsprechender Regionen der Sehrinde. Hypothesen: Die Anwendung und Validierung dieser Methode bei einer größeren Patientenpopulation von 20 Patienten mit Morbus Stargardt (STGD, die häufigste hereditäre Makuladegeneration), 20 Patienten mit trockenere altersbedingter Makuladegeneration (AMD) und 20 Kontrollprobanden mit simulierten Skotomen, könnte die fMRT als einen wertvollen Zusatz zur konventionellen Untersuchung von Netzhauterkrankungen etablieren. DieUntersuchung vonPatientenmit akutenNetzhauterkrankungen(20 mit Astarterienverschlüssen der Netzhaut und 20 mit Makulalöchern) über einen Zeitraum von 1 Jahr im Vergleich zu Patienten mit chronischen Netzhautausfällen (STGD und trockener AMD) könnte die Entwicklung einer kortikalen Plastizität als einen möglichen funktionellen Anpassungsmechanismus der Sehrinde bei Netzhauterkrankungen erklären. Methoden: Mittels fMRT generierte sogenannteCoverage Maps(bestimmten Netzhautarealen zuordenbare Funktionskarten der Sehrinde) werden mit den Ergebnissen der MP, Sehschärfenmessung, Kontrastsehmessung, Lesegeschwindigkeit, optischen Kohärenztomographie und Autofluoreszenz korreliert. Was ist das Neue/Besondere daran? Ein neuartiger Ansatz zur Korrelation von Daten konventioneller Untersuchungsmethoden der Netzhaut mit fMRT basierten Funktionskarten der Sehrinde wird bei einer repräsentativen Patientenpopulation mit akuten und chronischen Netzhauterkrankungeneingesetzt.Ziel ist einpraxisorientiertes Aufzeigen der Einsatzmöglichkeiten der fMRT zur Dokumentation des natürlichen Verlaufs und des Therapieansprechens von Netzhauterkrankungen in klinischen Studien.

Inhalt des Forschungsvorhabens war die Untersuchung der Zusammenhänge zwischen den Charakteristiken von Netzhauterkrankungen in konventionellen Untersuchungsmethoden und Veränderungen der visuellen Wahrnehmung anhand der Aktivität in der Sehrinde des Gehirns. Dafür wird die Sehrindenfunktion mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) kartographiert und der funktionelle Zusammenhang zwischen der Aktivität von Teilen der Netzhaut und korrespondierenden Sehrindenregionen hergestellt. Die Studie wurde auf dem einzigen in Österreich verfügbaren Ultra-Hochfeld MR-Gerät mit einer Magnetfeldstärke von 7 Tesla durchgeführt. Im Vergleich zur konventionellen 3T MR-Tomographie ergaben sich damit deutliche Steigerungen in Sensitivität und Spezifität der gemessenen Bilddaten. Nachdem Patient*innen mit Netzhauterkrankungen häufig nicht in der Lage sind, die für eine erfolgreiche Messung notwendige Blickstabilität aufrechtzuerhalten, wurde zusätzlich ein innovatives System zur Echtzeiterfassung der Blickrichtung im MR-Tomographen implementiert, mit dessen Hilfe die gemessenen fMRT Daten korrigiert werden können. Im Rahmen des Projekts wurden die Möglichkeiten der fMRT zur Darstellung simulierter Gesichtsfeldausfälle bei gesunden Probend*innen sowie netzhautbedingter Gesichtsfeldausfälle bei Patient*innen mit Morbus Stargardt (die häufigste erbliche Makuladegeneration), trockener altersbedingter Makuladegeneration (AMD), Gefäßverschlüssen und akuten Makulalöchern untersucht. Die fMRT-basierte Kartierung der Sehrinde wurde beschrieben und mit den Ergebnissen von konventionellen morphologischen (Optische Kohärenztomographie, OCT) und funktionellen (Mikroperimetrie, MP) Untersuchungsmethoden der Netzhaut verglichen. Reduzierte Funktion und strukturelle Veränderungen zentraler Netzhautregionen zeigen sich in der fMRT basierten Kartierung der Sehrinde deutlich als reduzierte Aktivität entsprechender Regionen. Die Frage ob unterschiedliche, für die fMRT basierte Kartierung der Sehrinde bisher eingesetzte visuelle Reize bzw. Stimuli (zumeist Keil-/Ring- oder Balkenmuster) die Ergebnisse der Kartierung beeinflussen war bisher ungeklärt. Die im Rahmen dieses Projekts an gesunden Probend*innen sowie Patient*innen mit trockenere AMD gewonnenen Daten zeigten erstmals, dass Ergebnisse basierend auf Keil/Ring Stimuli zu deutlich geringeren Größen der rezeptiven Felder der Sehrinde führen. Weiters wurde gezeigt, dass die Verteilung der neuronalen Aktivitätszentren im Gesichtsfeld von der Stimulus-Auswahl abhängig ist. So scheinen Keil-Ring-Stimuli das zentrale Gesichtsfeld deutlich stärker zu aktivieren als Balken-Stimuli. Dies führt wiederum dazu, dass eine Kombination verschiedener visueller Stimuli eine Verbesserung der fMRT-basierten Kartierung der Sehrinde erreichen kann. Um die Verlässlichkeit der fMRT basierten Kartierung der Sehrinde zu untersuchen wurde die Reproduzierbarkeit der Methodik bei Patient*innen mit Morbus Stargardt und gesunden Proband*innen gemessen. Es wurden hierfür Vergleiche von vier Messungen, die im Abstand von einer Woche angesetzt waren, durchgeführt. Diese zeigten eine robuste Reproduzierbarkeit sowohl zwischen mehreren Durchläufen während einzelner Sitzungen als auch zwischen den wöchentlichen Sitzungen. Im Rahmen des Projekts wurde somit ein neuartiger, praxisorientierter Ansatz zur Korrelation von Daten konventioneller Untersuchungsmethoden der Netzhaut (OCT, MP) mit fMRT-basierten Funktionskarten der Sehrinde bei einer repräsentativen Patientenpopulation etabliert. Ziel ist es die Einsatzmöglichkeiten der fMRT zur objektiven Dokumentation des natürlichen Verlaufs und des Therapieansprechens von Netzhauterkrankungen in klinischen Studien aufzuzeigen.