Abstract
Aivojen funktionaalinen kytkeytyneisyys (FC) määritellään aivojen alueiden välisen aktiivisuuden koherenssiksi tehtävässä tai lepotilassa (RS). Soveltamalla toiminnallista magneettikuvausta (fMRI) RS FC osoittaa useita malleja, jotka määrittelevät RS-aivoverkostoja (RSN), jotka osallistuvat tiettyihin toimintoihin, koska aivotoiminnan tiedetään riippuvan paitsi yksittäisten alueiden sisäisestä aktiivisuudesta myös eri alueiden toiminnallisesta vuorovaikutuksesta koko aivoissa. Region-of-interest-analyysi ja riippumaton komponenttianalyysi ovat kaksi yleisimmin käytettyä RS-tutkimusmenetelmää. Multippeliskleroosille (MS-tauti) on ominaista, että moninaiset vauriot vaikuttavat pääasiassa valkeaan aineeseen, jolloin keskushermoston eri alueiden väliset rakenteelliset ja toiminnalliset yhteydet katkeavat. MS-taudin RS FC -tutkimuksella pyritään pääasiassa ymmärtämään aivojen luontaisen toiminnallisen arkkitehtuurin muutoksia ja niiden merkitystä taudin etenemisessä ja kliinisessä heikentymisessä. Tässä asiakirjassa tarkastelemme RS-fMRI:n soveltamisesta saatuja tuloksia erilaisissa multippeliskleroosin (MS) fenotyypeissä ja FC-muutosten korrelaatioita kliinisten piirteiden kanssa tässä patologiassa. RS FC -muutosten tuntemus voi merkitä huomattavaa edistysaskelta MS-tutkimuksen alalla sekä kliinisiä että terapeuttisia tarkoituksia varten.
1. Johdanto
Multiple skleroosi (MS) on keskushermoston (CNS) tulehduksellinen ja rappeuttava sairaus. Sille on ominaista moninaiset vauriot, jotka vaikuttavat pääasiassa valkeaan aineeseen, minkä seurauksena keskushermoston eri alueiden välinen rakenteellinen ja toiminnallinen yhteys katkeaa, mikä johtaa monenlaisiin merkkeihin ja oireisiin.
Toiminnallinen magneettikuvaus (fMRI) erilaisten tehtävien suorittamisen aikana on tarjonnut paljon tietoa, joka osoittaa toiminnallisia muutoksia MS-potilailla, jotka tulkitaan yleensä adaptiivisiksi plastisiksi muutoksiksi, joiden tarkoituksena on taudin kliinisten vaikutusten rajoittaminen . Viime aikoina fMRI-tutkimukset lepotilan (RS) aikana ovat mahdollistaneet aivojen toiminnallisen liitettävyyden (FC) tutkimisen. Tämä näkökohta on erityisen kiinnostava MS-taudissa, jota pidetään yhteyksien katkeamisen oireyhtymänä . MS-taudin RS FC-tutkimuksella pyritään pääasiassa ymmärtämään aivojen sisäisen toiminnallisen arkkitehtuurin muutoksia ja niiden merkitystä taudin etenemisessä ja kliinisessä heikentymisessä. RS-fMRI:n avulla voidaan tunnistaa anatomisesti erillisiä, mutta toiminnallisesti toisiinsa yhteydessä olevia aivoalueita, jotka muodostavat erityisiä RS-verkkoja . Toisin kuin fMRI tehtävän suorittamisen aikana, RS-fMRI: hen ei vaikuta tehtäväsuoritus, joka voi poiketa terveiden koehenkilöiden suorituskyvystä, erityisesti potilailla, joilla on kliininen vamma.
Tässä lyhyessä katsauksessa aiomme selittää aivojen RS FC: n taustalla olevat fysiologiset näkökohdat ja kuvata metodologisia lähestymistapoja sen analysoimiseksi. Sen jälkeen keskitymme RS-fMRI:n sovelluksiin MS-taudin eri fenotyypeissä ja tarkastelemme myös korrelaatioita kliinisen vajaatoiminnan ja sekä verkon sisäisten että verkon välisten FC-muutosten välillä MS-taudissa. Toiminnalliset muutokset eivät välttämättä edusta adaptiivista neuroplastisuutta, jonka tarkoituksena on ylläpitää normaalia toimintaa huolimatta laajalle levinneestä keskushermoston patologisesta osallistumisesta; joissakin tapauksissa ne voivat edustaa tehotonta tai jopa pahenevaa yritystä kompensoida kudosvaurioita, toisin sanoen maladaptiivista plastisuutta. Korrelaatiot FC:n muutosten ja kliinisen vajaatoiminnan tason välillä voisivat auttaa erottamaan toisistaan hyödylliset ja ei-hyödylliset neuroplastiset muutokset.
Viimeiseksi paljastamme lyhyesti joitakin lupaavimpia RS FC:n jatkotutkimussuuntia MS-taudissa.
2. Lepotilan fMRI:
Aivojen toimintaa on yleensä pidetty vastauksena ulkoisiin ja sisäisiin ärsykkeisiin, vaikka organisoitua toimintaa on osoitettu myös levossa. Lepotilan funktionaalista magneettikuvausta (RS-fMRI) käytetään analysoimaan eri aivoalueiden toiminnan funktionaalista yhteenkuuluvuutta eli funktionaalista kytkeytyneisyyttä levossa (RS FC). Tällä tekniikalla havaitaan veren happipitoisuudesta riippuvan (BOLD) signaalin spontaanit matalataajuiset vaihtelut (noin 0,01-0,1 Hz), jotka ovat ajallisesti koherentteja anatomisesti erillisissä verkoissa (RSN) ja jotka edustavat hyvin organisoitua aivotoimintaa . BOLD-signaali, johon fMRI perustuu, johtuu hapettoman hemoglobiinin, endogeenisen paramagneettisen kontrastiaineen, konsentraation muutoksista, mikä johtaa paikallisen magneettikentän pienenemiseen, joka voidaan havaita T2-painotteisessa kaiku-planaarikuvauksessa . Kun aivojen alue aktivoituu, aivoverenkierto ja -nopeus lisääntyvät enemmän kuin O2-uutto , mikä nostaa veren happipitoisuutta, mikä puolestaan lisää magneettikuvaussignaalia. BOLD-signaali heijastaa erityisiä biologisia ja toiminnallisia tapahtumia, ja sen uskotaan johtuvan lisääntyneestä hermostollisesta aktiivisuudesta, joka johtuu biologisten mekanismien yhdistelmästä, mukaan lukien välittäjäaineiden, ionien ja muiden aineenvaihduntatuotteiden vaikutukset . On kuitenkin vielä epäselvää, edustavatko BOLD-signaalin vaihtelut aivojen fysiologiassa tapahtuvia muutoksia, jotka ovat riippumattomia hermosolujen toiminnasta, vai heijastavatko neuronien perustason toimintaa. Jotkut tutkimukset viittaavat siihen, että RS-heilahtelut ovat aivojen luontainen ominaisuus, koska ne säilyvät kaikissa olosuhteissa, kuten unessa , anestesiassa ja tehtävän suorittamisessa . Toisaalta BOLD-aktiivisuuden neuronaalista alkuperää tukevat fMRI:n ja positroniemissiotomografian (PET) yhdistelmään perustuvat tutkimukset, joissa korostettiin pelkän harmaan aineen (GM) osallisuutta merkittävissä vokseleissa , fMRI:n ja elektroenkefalogrammien yhdistelmään perustuvat tutkimukset, joissa paljastui korrelaatio BOLD-signaalin ja kortikaalisen sähköisen aktiivisuuden välillä , sekä tutkimukset, joissa korostettiin neurologisten sairauksien aiheuttamia RSN-muutoksia .
3. Lepotilan fMRI: Menetelmälliset lähestymistavat
Jotta RS-tutkimuksille saadaan paras mahdollinen ympäristö, koehenkilöitä ohjataan yleensä pysymään hereillä, rauhallisina ja liikkumattomina skannerissa, kiinnittämään tietty piste tai sulkemaan silmänsä ja yrittämään olla ajattelematta mitään. Korkean magneettikentän käyttö on yleensä parempi, koska sen avulla voidaan helpommin havaita signaalimuutokset, jotka ovat verrannollisia päämagneettikenttään, ja erottaa melutaajuudet oikeista RSN-taajuuksista tehokkaammin lyhyen relaksaatioajan vuoksi . fMRI-sovelluksen tavoitteena on havaita erilaisia RSN:iä ja tutkia niiden osallistumista tiettyihin toimintoihin. Kaksi yleisimmin käytettyä RSN-tutkimusmenetelmää ovat ROI-analyysi (region-of-interest) ja koko aivojen tutkimus, joista jälkimmäinen koostuu pääasiassa riippumattomasta komponenttianalyysistä (ICA) . ROI-analyysissä korreloidaan ennalta määritellyn ROI-alueen ajallinen kulku muiden aivovokselien kanssa koherenttien BOLD-heilahtelujen havaitsemisen perusteella. Tätä lähestymistapaa rajoittaa kuitenkin ROI:n valinnan suhteellinen mielivaltaisuus. Sitä vastoin ICA on dataan perustuva, koko aivot kattava lähestymistapa , joka on suunniteltu erottamaan monimuuttujainen signaali sen osakomponentteihin, jolloin saadaan yksi signaali signaalien kokonaisuudesta. ICA:ta käytetään ilman ennakkohypoteesia ja olettaen, että lähteet ovat tilastollisesti riippumattomia, ja BOLD-signaali puretaan alueellisesti ja ajallisesti erillisiin karttoihin, joilla on omat aikakäyränsä. Kukin kartta voidaan tulkita sellaisten aivoalueiden verkostoksi, joilla on samankaltaiset BOLD-heilahtelut ajan mittaan. Yksi asia, joka on otettava huomioon RSN-verkkojen havaitsemisessa joko alueellisen tai koko aivojen analyysin avulla, on liikkeisiin ja fysiologiseen kohinaan eli sydän- ja hengityssykleihin liittyvien mahdollisten artefaktien esiintyminen. On kuitenkin osoitettu, että RSN:ien ja kohinan välillä on taajuusero, sillä ensin mainituille on ominaista 0,01-0,1 Hz:n vaihtelu ja jälkimmäisille 0,3-1 Hz:n vaihtelu. Koska häiriösignaalien poistaminen on tärkeää tietojen laadun parantamiseksi , kohinasignaaleja seurataan nykyään yleisesti erityisellä ohjelmistolla, joka korjaa fMRI-tiedot jälkikäteen. Vastaavasti muut alueelliset kohinan lähteet, kuten valkean aineen (WM) ja aivo-selkäydinnesteen (CSF) signaalit, olisi otettava huomioon ja poistettava analyysin aikana, koska BOLD-signaali näillä alueilla on alttiimpi artefaktille kuin kortikaalinen GM . Kaikista RS BOLD -tietojen keräämiseen liittyvistä teknisistä kysymyksistä huolimatta ei ole vielä päästy yksimielisyyteen tarkan koeasetelman tarpeesta. Kuitenkin monien sellaisten neuroanatomisten järjestelmien havaitseminen, joiden spontaani aktiivisuus on johdonmukaista, on johtanut erityisten toiminnallisten RSN-alueiden tunnistamiseen . Tunnetuimpia näistä järjestelmistä ovat oletustila-, sensoris-motoriset, dorsaaliset huomio-, visuaaliset, toimeenpanotoiminnot, auditiiviset, lateralisoidut frontoparietaaliset, salience-, pikkuaivo- ja basaaliganglioverkot (ks. kuva 1). Viime aikoina on myös osoitettu, että FC-mittarit muuttuvat ajan mittaan, mikä on johtanut dynaamisen FC:n luonnehdintaan. Kehittyvä kirjallisuus, jossa käytetään uusia analyysitekniikoita, eli liukuvan ikkunan analyysia, aika-taajuuskoherenssianalyysia ja joustavaa pienimpiin neliöihin perustuvaa aikavaihtelevan parametrin regressiostrategiaa , viittaa siihen, että dynaamiset FC-mittarit voivat tarjota makroskooppisten neuraalisten aktiivisuusmallien muutosten olemassaolon, jotka todennäköisesti liittyvät käyttäytymisolosuhteisiin . Analyysiin ja tulkintaan liittyvät rajoitukset ovat kuitenkin edelleen olemassa, ja on vielä epäselvää, koostuuko dynaaminen FC useiden erillisten kuvioiden toistumisesta vai onko se pelkkä kuvioiden vaihtelu ajan myötä.
Aivojen toiminnan tiedetään laajalti riippuvan paitsi yksittäisten alueiden aktiivisuudesta myös eri alueiden toiminnallisesta yhteistoiminnasta eri puolilla aivoja koko aivoaluetta niin kutsuttujen konnektomien kautta . Konnektomit ovat aksoniprojektioita, jotka mahdollistavat toiminnallisen kommunikaation anatomisesti erillisten aivoalueiden välillä. Viimeaikaiset prosessointitekniikat mahdollistavat laajamittaisten toiminnallisten yhteyksien tutkimisen, mikä mahdollistaa aivojen liitettävyyden matriisigraafin luomisen. Suuren mittakaavan verkkoyhteydet esitetään yleensä graafina, joka koostuu toisiinsa yhteydessä olevista aivoalueista (solmut) (reunat). Lyhyesti sanottuna solmujen alustavan määrittelyn jälkeen lasketaan solmujen välisten toiminnallisten yhteyksien matriisi, mutta vain asetuskynnystä suuremmat yhteydet luokitellaan reunoiksi. Toiminnallinen liitettävyys ilmoitetaan eri verkkojen välisen BOLD-signaalin koherenssin tilastollisena korrelaatiokertoimena. Verkon rakenne voidaan suunnitella tiettyjen graafin arvojen, kuten klusterointikertoimen, polun pituuden, keskeisyyden, asteen ja solmun modulaarisuuden ominaisuuksien mukaan, jolloin korostuu tietty organisaatiomalli . On osoitettu, että globaalin aivoverkon kytkeytyvyys esittää pienen maailman organisaation, joka on kaukana satunnaisuudesta ja jolle on ominaista solmujen välisten paikallisten yhteyksien korkea taso ja hyvin lyhyt polun pituus, joka määrittää niin sanotun ”solmupisteen” ja solmupisteiden välisten pitkien yhteyksien vähäinen esiintyminen; tämä verkko-organisaatio lisää tehokkuutta ja vähentää merkittävästi redundanssia . On myös osoitettu niin sanottu ”rich-club” -organisaatio, joka koostuu tiheämmin kytkeytyneistä korkealuokkaisista solmukohdista . Rich-club-ilmiö antaa tärkeää tietoa verkon korkeamman asteen rakenteesta, erityisesti hierarkiasta ja erikoistumisesta .
Neurologiset patologiat voivat muuttaa solmujen vuorovaikutussuhteita ja siten häiritä järjestelmien integroitumista ja heikentää niiden toimintaa.
4. Lepotilan fMRI: MS-taudin kaltaisten sairauksien tutkiminen antaa edistystä FC:n ymmärtämisessä ja sen muutosten roolissa ihmisen aivojen patofysiologiassa
. Itse asiassa MS-taudille on ominaista erityisen laajalle levinnyt ja vakava vaurio, joka vaikuttaa pääasiassa valkeaan aineeseen, mikä voi aiheuttaa FC-muutoksia, jotka ovat toissijaisia RSN-solmujen välisen rakenteellisen yhteyden katkeamisen vuoksi.
RSN-poikkeavuuksia on havaittu lähes kaikissa multippeliskleroosin (MS-taudin) fenotyypeissä .
FC on suurempi monien RSN:ien tietyillä aivoalueilla potilailla, joilla on kliinisesti eristetty oireyhtymä (CIS), kuin terveillä koehenkilöillä (HS) tai relapsoivaa-remittoivaa MS-tautia (RR-MS) sairastavilla potilailla, vaikka GM:n tilavuus ja WM:n eheys ovat säilyneet . Nämä tulokset viittaavat siihen, että aivotoiminnan koherenssi lisääntyy taudin varhaisimmassa vaiheessa, luultavasti kompensoivana ilmiönä, ja häviää sitten taudin myöhäisvaiheessa rakenteellisten vaurioiden etenemisen seurauksena. Yksimielisyyttä fMRI-muutosten todellisesta merkityksestä MS-taudin alkuvaiheessa ei kuitenkaan ole vielä saavutettu: vaikka kompensoiva hypoteesi on edelleen vallalla, yksittäisessä tutkimuksessa raportoitiin CIS-potilaiden ajallisen koherenssin alhaisemmista kokonaisarvoista .
RS-fMRI:llä saadut tulokset olivat vain osittain yhteneväisiä, kun tutkittiin RR- MS-tautia sairastavia henkilöitä , luultavasti tälle fenotyypille ominaisten kliinisten ominaispiirteiden laajan kirjon sekä erilaisten metodologisten lähestymistapojen vuoksi. RR-MS-henkilöillä havaittiin laajalle levinneitä FC-poikkeavuuksia: joissakin tutkimuksissa viitattiin globaalin konnektiivisuuden tason merkittävään lisääntymiseen ja toisissa FC:n vähenemiseen . FC:n väheneminen on linjassa PET- ja MRI-perfuusiotutkimusten tulosten kanssa, jotka ovat osoittaneet aivojen hajanaista hypometaboliaa ja hypoperfuusiota tässä tilassa, mikä johtuu todennäköisesti rakenteellisten vaurioiden asteittaisesta kasautumisesta. FC:n lisääntyminen on sen sijaan monimutkaisempi tapahtuma; vaikka sitä pidetäänkin yleensä mukautuvana pyrkimyksenä kompensoida kudosvaurioita, vaihtoehtoista hypoteesia, jonka mukaan FC:n lisääntyminen voi edustaa maladaptiivista plastisuutta tai patologisen prosessin oheisilmiötä, ei voida täysin sulkea pois . Lopuksi joissakin tutkimuksissa havaittiin, että tietyissä verkoissa, eli talamuksen RSN:ssä ja DMN:ssä, saattaa esiintyä sekä huomattavasti heikompia yhteyksiä joidenkin aivoalueiden kanssa että vahvempia yhteyksiä toisten alueiden kanssa, mikä viittaa siihen, että MS-taudissa on tapahtunut yhteyksien uudelleenjakautumista sen lisäksi, että FC:n määrä on yleisesti lisääntynyt tai vähentynyt.
Vain harvat tutkimukset keskittyivät etenevän MS-taudin fenotyyppeihin . Tuoreessa työssä, jossa tutkittiin FC-muutosta RR- ja sekundaarisesti etenevässä (SP) MS-taudissa, kirjoittajat havaitsivat lisääntynyttä FC:tä molemmissa potilasryhmissä; spesifisiä muutoksia jompaankumpaan suuntaan havaittiin kuitenkin myös RR- ja SP MS-ryhmien välillä. Mielenkiintoista on, että nämä FC-muutokset näyttävät olevan samansuuntaisia kuin potilaiden kliininen tila ja kyky kompensoida kliinisten / kognitiivisten vammojen vakavuus, mikä tukee toiminnallisen uudelleenjärjestelyn kompensoivaa roolia .
Tutkimuksessa, johon osallistui potilaita, joilla oli primaarisesti etenevää (PP) ja SP MS-potilaita, verrattuna HS: ään, FC: n havaittiin olevan vähentynyt joillakin DMN: n alueilla molemmissa potilasryhmissä; FC DMN: n etupuolisissa komponenteissa korreloi kognitiivisten häiriöiden kanssa. Kun SP- ja PP- MS-potilaita verrattiin toisiinsa, SP-potilailla havaittiin korkeampi FC anteriorisessa cingulaarisessa aivokuoressa .
Kokonaisuutena nämä tulokset osoittavat, että RSN-muutosten ja kliinisen fenotyypin välillä ei ole suoraviivaista suhdetta, mikä viittaa siihen, että yksittäisten tutkittavien kliinisillä ja geneettisillä erityispiirteillä on ratkaiseva merkitys määriteltäessä funktionaalista reaktiota tautiin.
5. Toiminnallisen kytkeytyneisyyden fMRI-muutokset ja niiden korrelaatio kliinisen toimintakyvyn heikkenemisen kanssa
5.1. Verkon sisäinen konnektiivisuus
Verkon sisäisten FC-muutosten korrelaatioita kliinisten MS-parametrien kanssa on raportoitu laajasti MS-taudissa . Vaikka RS-fMRI:n kyky havaita aivojen toiminnallinen uudelleenorganisoituminen MS-taudissa on todistettu, FC-muutosten roolia MS-taudin patogeneesissä sekä lepotilan verkon uudelleenorganisoitumisen ja kliinisen vammaisuuden välistä mahdollista yhteyttä ei edelleenkään täysin ymmärretä.
Negatiivinen korrelaatio FC:n voimakkuuden ja kliinisen vajaatoiminnan välillä on toistuvasti raportoitu ; vain muutamissa tutkimuksissa raportoitiin FC:n voimakkuuden ja kliinisen vajaatoiminnan välisestä positiivisesta korrelaatiosta . Tutkimusten väliset ristiriitaiset tulokset voivat johtua paitsi potilaspopulaatioiden ja data-analyysin eroista myös tarkastelluista kliinisistä toiminnoista ja analysoiduista erityisistä RSN-verkoista.
Moottoriverkon ja kliinisen toimintakyvyttömyyden välisten korrelaatioiden osalta hiljattain tehdyssä työssä paljastui yhteys moottoriverkon vähentyneen verkonsisäisen yhteenkytkeytyvyyden ja korkeamman taudin vaikeusasteen välillä potilailla, joilla on RR-tautia sairastava MS-tauti, ja näin ollen tämä viittaa mahdollisuuteen, jonka mukaan lepositoutumismuutokset voivat toimia taudin etenemisen biomarkkerina . Toisaalta havaittiin, että lisääntynyt liitettävyys vasemmalla premotorisella alueella oli yhteydessä suurempaan kliiniseen invaliditeettiin RR- MS-taudissa, mutta ei SP- MS-taudissa . Tämä havainto viittaa siihen, että vaikka taudin eteneminen liittyisi häiriintyneeseen FC:hen motorisen verkon sisällä, lisääntynyt FC tietyillä motorisilla alueilla voi edustaa yritystä kompensoida toiminnallista heikkenemistä, ainakin RR MS-taudissa.
Kyseessä FC-muutosten ja kognitiivisen suorituskyvyn välisistä korrelaatioista, jotka johtuvat useiden monimutkaisten kognitioon osallistuvien aivotoimintojen vuorovaikutuksesta eli työmuistista, tarkkaavaisuudesta ja toimeenpanevasta toiminnasta, tulosten tulkinta on monimutkaisempaa. Lisääntyneen, vähentyneen ja sekä lisääntyneen että vähentyneen FC:n havaittiin olevan yhteydessä kognitiiviseen suorituskykyyn MS-taudissa. FC:n vähenemisen DMN:n anteriorisissa komponenteissa havaittiin korreloivan kognitiivisten puutteiden kasautumisen kanssa etenevää MS-tautia sairastavilla potilailla. Bonavita et al. vahvistivat DMN:n anteriorisen toimintahäiriön myös RR-tautia sairastavilla MS-potilailla; lisäksi he havaitsivat, että RR-tautia sairastavilla MS-potilailla myös DMN:n posterioristen komponenttien FC-arvot olivat lisääntyneet, mikä oli selvempää kognitiivisesti säilyneillä potilailla. Tuore tutkimus heterogeenisesta MS-tautiryhmästä on osoittanut, että heikentyneeseen kognitiiviseen suorituskykyyn liittyy vähentynyt FC kaikissa tärkeimmissä RSN:ssä ja että se on myös suoraan yhteydessä aivovaurioon . Toisaalta toisessa RR- MS-tautia koskevassa tutkimuksessa, jossa keskityttiin talamuksen RSN: ään, raportoitiin heikentyneestä suorituskyvystä, joka liittyi lisääntyneeseen FC: hen, mikä viittaa siihen, että neuroplastiset muutokset eivät pysty täysin kompensoimaan kognitiivista toimintahäiriötä .
Kokonaisuutena nämä tulokset osoittavat, että RSN: n uudelleenorganisoituminen liittyy läheisesti kognitiiviseen vammaisuuteen MS-taudissa. Tämän vahvan yhteyden perusteella FC-muutoksia on ehdotettu lupaaviksi tautitaakan sijaismarkkereiksi sekä hyödyllisiksi välineiksi MS-taudin kuntoutusstrategioiden seurantaan. Kognitiivisen kuntoutuksen on todellakin osoitettu korreloivan koulutettuja toimintoja palvelevien aivoalueiden RS FC:n muutosten kanssa.
5.2. Suuren mittakaavan verkkojen kytkeytyneisyys
Suuren mittakaavan verkkojen kytkeytyneisyyttä koskevia tutkimuksia on sovellettu MS-taudissa pyrkimyksenä antaa kokonaisnäkemys FC-poikkeavuuksien hajautetuista malleista myös suhteessa rakenteellisiin vaurioihin ja toimintakyvyttömyyteen.
Suuren mittakaavan verkkojen FC:ssä on osoitettu poikkeavuuksia MS-tautia sairastavilla potilailla, ja kytkeytymättömyys näyttäisi olevan verrannollinen vauriokohtien laajuuteen, ja se on korreloituneena toimintakyvyttömyyden vaikeusasteeseen . RSN-kytkentöjen katkeaminen MS-taudissa on laajalle levinnyttä, ja siihen kuuluu motorisia, sensitiivisiä, visuaalisia ja kognitiivisia verkkotoimintojen poikkeavuuksia . FC on yleensä vähentynyt koko aivoissa. Esimerkiksi subkortikaalisten ja kortikaalisten alueiden sekä kontralateraalisten yhteyksien vähentyneen FC:n on osoitettu olevan yhteydessä vaurion kuormitukseen ja pystyvän erottamaan MS-potilaat kontrolleista 82 prosentin herkkyydellä ja 86 prosentin spesifisyydellä . Lisäksi tarkkaavaisuusverkostojen FC on vahvempi kognitiivisesti säilyneillä potilailla kuin kognitiivisesti heikentyneillä potilailla, ja se korreloi pienempien rakenteellisten vaurioiden kanssa . MS-taudin alkuvaiheessa havaittiin myös vähentynyttä toiminnallista integraatiota erillisten alueiden välillä . Nämä havainnot viittaavat siihen, että toiminnallinen yhteyksien katkeaminen on rinnakkaista sekä rakenteellisten vaurioiden että kliinisten haittojen kanssa.
Kontrastina voidaan todeta, että korkeampi yhteenkytkeytyneisyys näkötoimintoihin liittyvien RSN-verkostojen välillä korreloi korkeamman tautitaakan kanssa huolimatta verkostojen sisäisen yhteenkytkeytyneisyyden vähenemisestä muilla alueilla . Tämä havainto voidaan tulkita keskittyneeksi tapahtumaksi osana aivojen FC:n globaalia uudelleenjärjestelyä taudin aikana. Tätä hypoteesia tukee havainto laajalle levinneestä modulaarisuuden uudelleenjakautumisesta MS-taudissa, jossa joillakin RSN-alueilla on heikentynyt kytkeytyvyys, mikä johtuu osittain myös leesion kuormituksesta ja kliinisestä heikkenemisestä, ja toisilla taas lisääntynyt kytkeytyvyys .
Suuren mittakaavan kytkeytyvyysanalyysi, kun sitä sovelletaan potilaisiin verrattuna kontrolleihin, voi tuoda esiin eroja koko aivoverkon toiminnallisessa organisaatiossa näiden kahden ryhmän välillä. Näin ollen laajamittaista FC: tä on ehdotettu lupaavaksi työkaluksi MS-henkilöiden erottamiseksi HS: stä, kliinisen vammaisuuden toiminnallisen substraatin ymmärtämiseksi ja hoitojen vaikutusten seuraamiseksi. Lisätutkimuksia tarvitaan kuitenkin näiden muutosten oikean merkityksen selvittämiseksi ja sen selvittämiseksi, rajoittavatko toiminnalliset muutokset taudin kliinisiä vaikutuksia vai ovatko ne päinvastoin taudin vaikeusasteen biomarkkeri.
6. Pohdinta ja tulevaisuuden suuntaviivat
fMRI-tekniikka mahdollistaa aivojen funktionaalisen yhteenkytkeytyneisyyden havaitsemisen koko aivoissa. Sen soveltaminen neurologisiin patologioihin eli MS-tautiin voi antaa arvokasta tietoa vaurion jälkeen tapahtuvista hermosolujen muutoksista, mikä auttaa ymmärtämään taudin patofysiologiaa ja mahdollisia terapeuttisia lähestymistapoja. MS-potilailla on havaittavissa laajalle levinneitä liitettävyyspoikkeavuuksia sekä RSN:n sisällä että RSN:n välillä, mutta valitettavasti tulokset eivät aina ole yhteneväisiä, eikä fMRI-muutosten merkitys MS-taudissa ole täysin selvä. Lisäksi RS:n fMRI-tutkimuksia rajoittaa kohinan artefaktien, kuten hengitys- tai sydäntapahtumien, aiheuttama häiriö, joka voi olla osittain vastuussa näistä epäjohdonmukaisuuksista ja voi myös selittää ainakin osittain epäjohdonmukaiset fMRI-tulokset samankaltaisissa MS-fenotyypeissä eri tutkimuksissa . Toinen asia, joka voi vaikuttaa tulosten homogeenisuuteen, voi johtua potilaiden välisistä eroista eli taudin kestosta saman kohortin sisällä tai sellaisten kohorttien välillä, joilla on samanlainen taudin fenotyyppi. Tämä ongelma voi vaikuttaa myös FC-tulosten ja käyttäytymismittareiden välisiin korrelaatioihin, sillä ne eivät aina ole samansuuntaisia. Näin ollen fMRI-muutosten merkitystä neurologisessa patologiassa kompensoivien tai maladaptiivisten mekanismien kannalta ei ole vielä selvitetty. Joistakin ristiriitaisista tuloksista huolimatta RSN: n lisääntynyt FC on toistuvasti raportoitu ja tulkittu adaptiiviseksi aivojen uudelleenjärjestelyksi; tätä hypoteesia tukee se, että lisääntynyt RS-yhteys MS-potilaiden RS-kytkeytyneisyys esiintyy yleensä aivoalueilla, joilla on laajat kortikaaliset yhteydet . Tämä adaptiivinen ilmiö voi kuitenkin olla rajallinen prosessi, joka on läsnä taudin alkuvaiheessa, mutta häviää pidemmälle edenneissä vaiheissa, kun rakenteelliset vauriot ja kliiniset haitat ovat liian vakavia kompensoitaviksi. Moottoriverkon joidenkin alueiden välisen toiminnallisen kytkennän lisääntyminen, joka on samansuuntainen kuin lisääntyvä invaliditeetti, näyttääkin rajoittuvan taudin RR-vaiheeseen ja häviävän pidemmälle edenneissä vaiheissa ; samoin FC joillakin DMN:n alueilla on korkeampi kognitiivisesti säilyneillä kuin kognitiivisesti sairastuneilla RRMS-potilailla .
RS:n dynamiikan luonnehdinta , graafiteoreettinen analyysi aivoverkon ominaisuuksien tutkimiseksi ja RS:n fMRI-datan integrointi muiden tekniikoiden eli transkraniaalisen magneettistimulaation ja PET:n kanssa voivat tarjota lähitulevaisuudessa uutta tietoa MS-taudin patofysiologiasta kliinisiä ja terapeuttisia tarkoituksia varten.
Interressien eturistiriita
Tekijät vakuuttavat, ettei ole eturistiriitaa liittyen tämän artikkelin julkaisemiseen.