Waarom witte materie ertoe doet: diffusietensorbeeldvorming

Wat is diffusietensorbeeldvorming?

Diffusion tensor imaging (DTI) is een relatief nieuwe magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) -techniek die is ontworpen om de axonale organisatie van de hersenen te schatten via anisotrope diffusie. Axonale materie verwijst naar de witte materie in de hersenen. DTI gebruikt thermische Brownse beweging van watermoleculen om axonale organisatie te beoordelen, met het idee dat watermoleculen vrijer diffunderen in de hoofdrichting van de axonen, in plaats van eroverheen. De maximale hoeveelheid diffusie over witte-stofkanalen wordt in het uiteindelijke beeld geprojecteerd.

Waarom is DTI belangrijk?

In tegenstelling tot meer statische methoden voor beeldvorming van de hersenen, is DTI in staat om beeldvorming van het centrale zenuwstelsel (CZS) en andere complexe georganiseerde systemen buiten het CZS vast te leggen. DTI stelt ons in staat de locatie, oriëntatie en anisotropie van witte stofkanalen te kennen. Cerebrale witte stof is gespecialiseerd in connectiviteit, waardoor het essentieel is voor het voltooien van de meeste mentale en gedragstaken. In het bijzonder verenigt witte stof delen van de hersenen, met als hoogtepunt de prestaties van verschillende mentale processen en operaties. Verstoringen van de witte stof kunnen daarom resulteren in sterke stoornissen in gedrag en typisch mentaal functioneren. De onderliggende filosofie is dat de cortex samenwerken om verschillende gedragingen en mentale taken uit te voeren, en daarom is het mogelijk dat diagnoses zoals schizofrenie - die worden gekenmerkt door dramatische afwijkingen van denken en gedrag - waarschijnlijk het gevolg zijn van tekorten aan witte stof.

Klinische toepassingen van DTI bij schizofrenie en gerelateerde psychosen

Macroscopisch bestaat witte materie uit verschillende vezelcollecties zoals associatievezels, projectievezels en commissurale vezels. Voor hogere orde en uitvoerende functies (d.w.z. complexere mentale en gedragstaken) zijn associatieve vezels en commissurale vezels essentieel. Verenigingsvezels reizen binnen individuele hersenhelften, terwijl commissurale vezels door hemisferen reizen. Afwijkingen in de structuur en functie van de witte stof zijn redelijk goed gedocumenteerd in gevallen van schizofrenie en gerelateerde psychosen. In feite suggereren neurologische ontwikkelingstheorieën over schizofrenie demyelinisatie - of het proces waarmee de myeline-omhulling die axonen omhult en hun signalen versnelt, atrofieert - tijdens de kindertijd en jonge volwassenheid is de hoofdoorzaak. In feite is pathologie van witte stof opgemerkt bij personen met schizofrenie over associatieve vezels en commissurale vezels, die zowel corticale als subcorticale gebieden aantasten. Deze verstoringen van witte stof correleren niet alleen met psychotische symptomen, maar ze lijken ook de cognitieve gebreken te verklaren die bij schizofrenie worden opgemerkt.

DTI-gebruik koppelen aan schizofrenie en dementie

Dementie is een overkoepelende term die wordt gebruikt om diagnoses te beschrijven die worden gekenmerkt door geheugen en andere gebieden van cognitieve achteruitgang. Overeenkomsten tussen schizofrenie en verschillende vormen van dementie kunnen niet worden ontkend. Dit is vooral het geval in gevallen van gedragsvariante frontotemporale dementie, de ziekte van Parkinson en dementie secundair aan een beroerte waarbij psychotische symptomen aanwezig zijn. DTI heeft aangetoond dat de overeenkomsten tussen ziekten niet eindigen bij hun klinische manifestaties, maar ook etiologisch blijven bestaan ​​in termen van weerzinwekkende witte stofroutes. Als we kijken naar de ontwikkeling van witte stof in de loop van de tijd, worden deze overeenkomsten relevanter. Witte stof ontwikkelt zich, in tegenstelling tot grijze stof, pas vele jaren na de geboorte, en atrofieert langzaam en gestaag op oudere leeftijd (dat wil zeggen dat we minder witte stof lijken te hebben zowel aan het begin als aan het einde van ons leven in vergelijking met grijze massa). Zowel schizofrenie als dementie worden gekenmerkt door een leeftijdsafhankelijk begin. Het is mogelijk dat de pathologie van witte stof de psychotische symptomen, cognitieve gebreken en het leeftijdsafhankelijke begin kan verklaren die worden gezien bij schizofrenie en dementie.

Waarom is witte materie (en DTI) belangrijk?

Naast de voor de hand liggende toepassingen van neurale mapping en pre-neurochirurgische planning, biedt DTI ons een kijkje in een ooit onontdekt gebied. Tot DTI kon witte stof niet effectief worden beoordeeld, en zoveel van de klinische betekenis ervan was onbekend. Gezien de dwingende rol die witte stof speelt bij ernstige psychische en neurologische aandoeningen, kan DTI de aard en oorzaken van diagnoses zoals schizofrenie toelichten, in de hoop dat deze opheldering de interventies, preventiestrategieën en behandelingsresultaten beter kan verbeteren.

Kelly, S., Jahanshad, N., Zalesky, A., Kochunov, P., Agartz, I., Alloza, C., ... & Yamamori, H. (2018). Wijdverbreide microstructurele verschillen in witte stof bij schizofrenie bij 4322 individuen: resultaten van de ENIGMA Schizophrenia DTI Working Group. Moleculaire psychiatrie, 23(5), 1261-1269.

Shim, G., Choi, K. Y., Kim, D., Suh, S. I., Lee, S., Jeong, H. G., & Jeong, B. (2017). Voorspellen van neurocognitieve functie met hippocampale volumes en DTI-statistieken bij patiënten met de ziekte van Alzheimer en milde cognitieve stoornissen. Hersenen en gedrag, 7(9), e00766.