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Kernspintomographische und modell-basierte Differenzierung von Subtypen des Morbus Parkinson unter besonderer Brücksichtigung der Basalganglien-Konnektivität

Fachliche Zuordnung Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie
Förderung Förderung von 2010 bis 2018
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 101434521
 
Erstellungsjahr 2020

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Zusammenfassend lassen sich im Menschen mittels probabilistischer Traktographie sowohl direkte Projektionen vom Kleinhirn (im speziellen Nucleus dentatus) zum Globus pallidus, sowie Nucleus subthalamicus zum Kleinhirn finden. Darüber hinaus zeigt sich im Thalamus selber, dem Hauptprojektionsgebiet der Basalganglien und dem Kleinhirn, ein anterior-nach-posterior Gradient für pallido-thalamische Projektionen im (1) ventral-anterioren Thalamus (2) intralaminären Kernen und (3) Kernen in der medialen Region. Kontrovers dazu zeigt sich ein abnehmender posteriorer-nach anteriorer Gradient für dentato-thalamische Projektionen in (1) ventral-lateralen und posterioren Kernen, (2) dorsalen Anteilen der intralaminären Kerne und im subparafascicularen Kern und (3) im medio-ventralen und lateralen medio-dorsalen Kern. Eine beträchtliche Überlappung fand sich in intralaminären Kernen und Kernen in der Mittelregion. Die Befunde sind bemerkenswert konsistent mit Befunden von transneuronalen Studien in nicht-humanen Primaten, sowie prä-existierenden anatomischen Studien von entwicklungsbedingt-exprimierten Markern oder pathologischen Befunden. Zudem liefern die Konnektivitätsfingerabdrücke zusätzlich wichtige quantitative Informationen über die Verteilung der beiden Projektionsgebiete. Neben der Quantifizierung von Hirnkonnektivität im Gesunden, war uns überdies möglich, eine Veränderung der Konnektivität in Basalganglienregelkreisen auch in Patient*innen mit Morbus Parkinson für den (1) nigro-striatalen und (2) dentato-pallidalen Trakt aufzuzeigen. Dabei war im Speziellen interessant, dass für die unterschiedlichen Genotypen andersartige Degenerationsmuster bestehen, was damit die Entwicklung unterschiedlicher Parkinsonphänotypen erklären könnte. Neben dem Einfluss auf den eigentlichen Phänotypen zeigte sich auch unterschiedliche therapeutische Effekte in den beiden Untergruppen mit einem veränderten Ansprechen auf die Parkinsonmedikation. In der letzten Studie zeigte sich zudem, dass sich auch der Glukosemetabolismus in Patient*innen mit Morbus Parkinson in den thalamischen Subgebieten im Vergleich zum Gesunden ändert, was somit auch einen Hinweis auf eine funktionelle Störung zerebello-thalamischer und basalganglio-thalamischer Regelkreise in der Interaktion bei Patient*innen mit Morbus Parkinson liefert.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

  • (2012). Learning from Delayed Reward und Punishment in a Spiking Neural Network Model of Basal Ganglia with Opposing D1/D2 Plasticity. Artificial Neural Networks and Machine Learning–ICANN 2012 459–466
    Jitsev, J., Abraham, N., Morrison, A., and Tittgemeyer, M.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-3-642-33269-2_58)
  • (2012). Learning from positive and negative rewards in a spiking neural network model of basal ganglia. Neural Networks (IJCCN). 1–8
    Jitsev, J., Morrison, A., and Tittgemeyer, M.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1109/IJCNN.2012.6252834)
  • (2013). Cerebellar networks with basal ganglia: feasibility for tracking cerebello-pallidal and subthalamo-cerebellar projections in the human brain. Eur J Neurosci 38, 3106–3114
    Pelzer, E.A., Hintzen, A., Goldau, M., Cramon, von, D.Y., Timmermann, L., and Tittgemeyer, M.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1111/ejn.12314)
  • (2014). [Satellite systems of the basal ganglia--anatomic position, clinical relevance]. Fortschr Neurol Psychiatr 82, 323–329
    Pelzer, E.A., Hintzen, A., Timmermann, L., and Tittgemeyer, M.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1055/s-0034-1366372)
  • (2015). An Obesity-Predisposing Variant of the FTO Gene Regulates D2R-Dependent Reward Learning. J Neurosci 35, 12584–12592
    Sevgi, M., Rigoux, L., Kühn, A.B., Mauer, J., Schilbach, L., Hess, M.E., Gruendler, T.O.J., Ullsperger, M., Stephan, K.E., Brüning, J.C., et al.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1523/jneurosci.1589-15.2015)
  • (2015). Classification of symptom-side predominance in idiopathic Parkinson's disease. NPJ Parkinsons Dis 1, 15018
    Feis, D.-L., Pelzer, E.A., Timmermann, L., and Tittgemeyer, M.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1038/npjparkd.2015.18)
  • (2016). Ageing changes effective connectivity of motor networks during bimanual finger coordination. NeuroImage 143, 325–342
    Loehrer, P.A., Nettersheim, F.S., Jung, F., Weber, I., Huber, C., Dembek, T.A., Pelzer, E.A., Fink, G.R., Tittgemeyer, M., and Timmermann, L.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2016.09.014)
  • (2016). Clinical role of a subcortical communication. Journal of Neurorology Neuromedicine 5, 9–13
    Pelzer, E.A., Timmermann, L., and Tittgemeyer, M.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.29245/2572.942X/2016/5.1041)
  • (2016). FTO gene variant modulates the neural correlates of visual food perception. NeuroImage 128, 21–31
    Kühn, A.B., Feis, D.-L., Schilbach, L., Kracht, L., Hess, M.E., Mauer, J., Brüning, J.C., and Tittgemeyer, M.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2015.12.049)
  • (2017). Basal ganglia and cerebellar interconnectivity within the human thalamus. Brain Struct Funct 222, 381–392
    Pelzer, E.A., Melzer, C., Timmermann, L., Cramon, von, D.Y., and Tittgemeyer, M.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00429-016-1223-z)
  • (2017). Structural differences in impaired verbal fluency in essential tremor patients compared to healthy controls. Brain Behav 7, e00722
    Pelzer, E.A., Nelles, C., Pedrosa, D.J., Eggers, C., Burghaus, L., Melzer, C., Tittgemeyer, M., and Timmermann, L.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1002/brb3.722)
  • (2017). Thalamic interactions of cerebellum and basal ganglia. Brain Struct Funct 64, 137–19
    Hintzen, A., Pelzer, E.A., and Tittgemeyer, M.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00429-017-1584-y)
  • (2017). The differentiated networks related to essential tremor onset and its amplitude modulation after alcohol intake. Exp Neurol 297, 50–61
    Pedrosa, D.J., Nelles, C., Brown, P., Volz, L.J., Pelzer, E.A., Tittgemeyer, M., Brittain, J.-S., and Timmermann, L.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2017.07.013)
  • (2018). Altered thalamic glucose metabolism in cerebellar projections in Parkinson’s disease. Basal Ganglia 14, 1–7
    Pelzer, E.A., Nahhas, Y., Tittgemeyer, M., Timmermann, L., and Eggers, C.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.baga.2018.07.001)
  • (2018). Cortical parcellation based on structural connectivity: A case for generative models. NeuroImage 173, 592–603
    Tittgemeyer, M., Rigoux, L., and Knösche, T.R.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.01.077)
  • (2018). Pipeline validation for connectivity-based cortex parcellation. NeuroImage 181, 219–234
    Gorbach, N.S., Tittgemeyer, M., and Buhmann, J.M.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.06.066)
  • (2019). Axonal degeneration in Parkinson's disease - Basal ganglia circuitry and D2 receptor availability. NeuroImage: Clinical 23, 101906
    Pelzer, E.A., Melzer, C., Schönberger, A., Hess, M., Timmermann, L., Eggers, C., and Tittgemeyer, M.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.nicl.2019.101906)
  • (2019). Dopamine substitution alters effective connectivity of cortical prefrontal, premotor, and motor regions during complex bimanual finger movements in Parkinson's disease. NeuroImage 190, 118–132
    Nettersheim, F.S., Loehrer, P.A., Weber, I., Jung, F., Dembek, T.A., Pelzer, E.A., Dafsari, H.S., Huber, C.A., Tittgemeyer, M., and Timmermann, L.
    (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.04.030)
 
 

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