RS fMRI & DTI zur Beobachtung von motorischer Rehabilitation

Jährlich erleiden um die 15 Millionen Menschen weltweit einen Schlaganfall, wobei bei ca. einem Drittel permanente Beeinträchtigungen zurückbleiben. Der Großteil der PatientInnen (um die 80%) leidet unter motorischen Beeinträchtigungen. Die Rehabilitation dieser Schädigungen zielt auf eine Wiederherstellung motorischer Funktionen durch die Förderung neuronaler Plastizität und kortikaler Reorganisation ab. Aktuelle Befunde legen nahe, dass die Kombination von klinischen Variablen und bildgebenden Parametern (z.B. diffusionsgewichtete Bildgebung (DTI), funktionelle MRT (fMRT)) großes Potential im Hinblick auf die Verbesserung der Vorhersage motorischer Funktionswiederherstellung und damit assoziierten Mechanismen birgt. Dies hat mögliche Implikationen für die Auswahl und den optimalen zeitlichen Einsatz von Interventionen und Stratifizierung von PatientInnen basierend auf dem wahrscheinlichsten Rehabilitationserfolg. Erkenntnisse durch aufgabenbezogene fMRT sind allerdings beeinflusst durch die Leistung und Adhärenz während der Aufgaben und reflektieren zudem nur Veränderungen in spezifischen neuronalen Systemen (z.B. motorisches Netzwerk). Resting-state fMRT (RS-fMRT) ist demgegenüber eine neue Methode, die kohärente Muster spontaner Fluktuationen des BOLD-Signals während einer Ruhebedingung identifiziert, und dadurch ermöglicht multiple funktionelle Netzwerke abzubilden. Die Evaluation von RS-fMRT erlaubt weiters Aussagen zur funktionellen Konnektivität zwischen einer beschädigten Region und entfernten Arealen in Verbindung mit motorischen Beeinträchtigungen. Aktuell wurde strukturelle oder funktionelle Konnektivität in chronischen SchlaganfallpatientInnen vorwiegendim Querschnittdesignuntersucht, ohne Berücksichtigung des Verlaufes der Reorganisation. Longitudinale Studien, die sowohl strukturelle als auch funktionelle Veränderungen wiederholt evaluieren, existieren kaum. Ziel dieser Studie ist daher die Evaluation der Mechanismen motorischer Wiederherstellung durch wiederholte fMRT-Untersuchungen (aufgabenbezogen & resting state fMRI) und DTI bei mindestens 32 SchlaganfallpatientInnen beginnend1-2 Wochennach Insult. Zur Überprüfung der Reproduzierbarkeit und Stabilität der Daten werden zusätzlich 14 gesunde Kontrollen untersucht. Dies soll zu einem besseren Verständnis der komplexen Mechanismen der strukturellen und funktionellen Wiederherstellung (z.B. Kompensation, Reaktivierung etc.) in den ersten sechs Monaten nach Schlaganfall beitragen. Zusätzlich wird der inkrementelle Nutzen von RS-fMRT für die Prädiktion und Beobachtung individueller Trends über klinische Werte und aufgabenbezogenes fMRT hinaus evaluiert.

Jährlich erleiden um die 15 Millionen Menschen weltweit einen Schlaganfall, wobei bei ca. einemDrittel permanentemotorische Beeinträchtigungenzurückbleiben.Die Wiederherstellung motorischer Funktionen hängt von kortikaler Reorganisation und der Förderung neuronaler Plastizität ab. Die Kombination von klinischen Variablen (z.B. Beeinträchtigungsgrad bei Aufnahme) und bildgebenden Parametern (z.B. diffusionsgewichtete Bildgebung (DTI), funktionelle MRT (fMRT)) hat großes Potential motorische Funktionswiederherstellung und damit assoziierte Mechanismen besser vorhersagen zu können. Aktuell wurde die strukturelle und/oder funktionelle Konnektivität des Gehirns in chronischen PatientInnen (Monate bis Jahre nach dem Schlaganfall) vorwiegend im Querschnittdesign untersucht, ohne Berücksichtigung des Verlaufes der Reorganisation. Longitudinale Studien, die sowohl strukturelle als auch funktionelle Veränderungen wiederholt evaluieren, existieren kaum. Vor allem innerhalb der ersten Wochen und Monate besteht das größte Potential für adaptive Veränderungen des Gehirns nach einem Schlaganfall. Im Rahmen dieser Studie wurden die Mechanismen motorischer Wiederherstellung durch wiederholte MRT-Untersuchungen (DTI, sowie aufgabenbezogene und resting-state fMRT) bei 43 akuten SchlaganfallpatientInnen (Alter= im Mittel 66 Jahre, 40% weiblich) während der ersten 24 Stunden nach stattgehabtem Schlaganfall und nach drei Monaten untersucht. Resting-state fMRT ermöglicht die Darstellung funktioneller Netzwerke (z.B. Motorik) während PatientInnen ruhig im Scanner liegen. Zur Überprüfung der Reproduzierbarkeit und Stabilität der Daten wurden zusätzlich 15 gesunde Kontrollen untersucht. Es zeigte sich, dass die Stärke der Verbindungen zwischen den Nervenzellen bei SchlaganfallpatientInnen innerhalb der ersten drei Monate abnahm und diese Abnahme mit dem Ausmaß schlechterer motorischer Wiederherstellung zusammenhängt. Die Vorhersage motorischer Funktion verbesserte sich, unter Berücksichtigung der motorischen Leistung im Akutzustand und der Läsionsgröße, durch die Information der Stärke der Verbindungen zwischen den Nervenzellen in der frontalen weißen Substanz um 23%. Des Weiteren wurden bei PatientInnen funktionelle Netzwerkveränderungen innerhalb der ersten drei Monate beobachtet, welche mit der motorischen Leistung zusammenhängen. Der klinische Wert des resting-state fMRT zeigte sich vor allem in der breiten Anwendbarkeit im Akutsetting (100%) im Vergleich zur aufgabenbezogenen fMRT, welche nur bei 60% durchführbar war. Eine zusätzliche Verbesserung der Vorhersagewerte konnte durch simple Mittelwerte der Ruhenetzwerke nicht beobachtet werden. Allerdings werden noch spezifischere Analysen durchgeführt. Diese Studie trägt zu einem besseren Verständnis der dynamischen Mechanismen der strukturellen und funktionellen Wiederherstellung in den ersten drei Monaten nach Schlaganfall bei.