Investigation of Glutamatergic Disturbances in Major Depressive Disorder using Ultra-High Field STEAM MRS
Final Report Abstract
Ziel des Projektes war die Etablierung einer Hochfeld MRS Technik am 7 Tesla MRT. Es sollte nach Optimierung der Echozeiten anhand einer Pilotreihe überprüft werden, ob die erwartete Verbesserung der Signalqualität sowie der spektralen Auflösung eine Mulitvoxel MRS an mehreren Regionen innerhalb einer einzelnen Messung bei gleichzeitiger Auflösung von GABA, Glutamat und Glutamin ermöglicht. Anhand von Retest Messungen sollte die Reliabilität und Stabilität der wiederholten Messungen am gleichen Probanden ermittelt werden. Außerdem sollte anhand der verbesserten räumlichen Auflösung eine Bestimmung der kortikalen Dicke erfolgen. Hierfür musste ein entsprechendes Verfahren optimiert werden, da bislang eine Bestimmung im Submillimeterbereich nicht möglich war. Die so etablierte Methode sollte dann in einer depressiven Kohorte angewandt werden, um ein spezifisches Defizit in regionalen Glutaminkonzentrationen im prägenualen anterioren zingulären Kortex (ACC) gegenüber unveränderter Konzentration im dorsalen ACC nachzuweisen. Folgende Ergebnisse konnten erzielt werden: Es konnte die optimale Echozeit für die MRS Erhebung gegenüber vorab publizierten Daten im Affen bei niedrigen Echozeiten von 10 bzw. 15 ms ermittelt werden. Bei dieser Einstellung fanden sich die besten Spektrenqualitäten. Es konnte daher bei einer Wiederholungsrate von 128 Mittlungen und einer TR von 3s die geplante Multivoxelmessung durchgeführt werden. Anhand einer Retest Reihe an 10 Probanden, zu 4 unterschiedlichen Zeitpunkten, fand sich außerdem eine sehr gute Retest Reliabilität. Eine vergleichende Betrachtung der Konzentrationen in den, histoarchitektonisch motivierten 4 Untersuchungsregionen erbrachte außerdem den Befund einer systematischen Erhöhung von GABA im pgACC sowie eines rostrocaudalen Gradienten der Glutamatkonzentration. Dieses Muster war auch nach Korrektur anhand einer eigens hierfür ermittelten Korrekturmethode der Variabilität des grauen Substanzanteils robust erkennbar und deutet auf eine Verteilung der lokalen Transmitterkonzentration gemäß einer zugrundeliegenden Verteilung von entsprechenden histoarchitektonischen Rezeptorsignaturen hin. Eine Bestimmung der kortikalen Dicke war ebenfalls anhand von multiplen Messungen an gesunden Probanden robust. Es zeigte sich hingegen kein Vorteil bei der Verwendung von MP2RAGE anstelle von MPRAGE Sequenzen. Außerdem konnte eine Korrespondenz von lokaler Transmitterkonzentration und regionaler kortikaler Dicke nachgewiesen werden. Die Messungen an depressiven Probanden konnten aufgrund mehrfacher Scannerausfälle im Projektzeitraum nicht abgeschlossen werden. Es kam erneut zu größeren Ausfällen mit der Folge eines Austausches des Gradientensystems am MRT. Stattdessen wurden im Rahmen der Projektlaufzeit vor allem Fragestellungen an schnell zu erhebenden gesunden Gruppen verfolgt und eine Vervollständigung des Datensatzes der Patienten erfolgt über die Projektlaufzeit hinaus.
Publications
- Cortical Thicknesses Determination from High Resolution MPRAGE and MP2RAGE Data at 7 T. Proceedings of the 20th ISMRM, no. 2803. Melbourne Jun 2012
S. Yang, A. Wollrab, F. Lüsebrink, M. Li, M. Walter, O. Speck
- Proton Magnetic Resonance Spectroscopy in deep human brain structures at 7T. Applied Spectroscopy, Vol. 79, No. 1, Mar, 2012
M. Elywa, S. Mulla-Osman, F. Godenschweger, O. Speck
- Retest reliability and systematic regional variations of Glu, Gln and GABA concentrations using STEAM with VERSE in a longitudinal multi-voxel study at 7Tesla. Proceedings of the ESMRMB Lissabon, Oct 2012
Weiqiang Dou, Renat Yakupov, Joern Kaufmann, Marie Jose van Tol, Chuanchih Yang, Oliver Speck, Martin Walter
