Vergleichende MR-volumetrische Untersuchung des dorsolateralen präfrontalen Kortex bei Schizophrenie, Bipolarer Störung, Zwangserkrankung und gesunden Kontrollpersonen
Comparative MR volumetric analysis of the dorsolateral prefrontal cortex in schizophrenia, bipolar disorder, obsessive compulsive disorder and healthy controls
by Kristina Kremer
Date of Examination:2011-04-11
Date of issue:2011-03-07
Advisor:PD Dr. Thomas Wobrock
Referee:PD Dr. Thomas Wobrock
Referee:PD Dr. Peter Dechent
Referee:PD Dr. Jens Schmidt
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
The presented doctoral thesis deals with the MR-volumetric measurement of the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) of patients suffering from different psychiatric diseases. In schizophrenia patients several neuropsychological studies demonstrated cognitive deficits in executive functioning. Working memory is seen as a essential part of executive functions. The function of working memory is characterised by the temporarily storing and handling of information which is often disturbed in schizophrenia patients. The MR sample consists of 35 first-episode schizophrenia patients, 39 bipolar patients, 27 patients with obsessive-compulsive disorder and 37 healthy control subjects. With this study the issue was addressed if there is a volumetric difference of the DLPFC between first-episode schizophrenia patients and healthy subjects. Further we explored if possible volumetric differences can also be shown in schizophrenia patients compared to bipolar patients and patients with obsessive-compulsive disorder. The DLPFC volumes have been measured on both sides to discover asymmetries. The volumetric measurements were performed by using the program MRIcroN with the volume of interest approach (manually tracing DLPFC) on T1-weighted MR scans (1,5 Tesla, 1cmm voxel). The repeated measurements of 10 MR scans (10 subjects) provided high retest and interrater reliability showing an intraclass correlation of more than 0.95. Statistical analysis showed significant differences between the groups regarding the relative grey matter DLPFC volume (DLPFC volume in relation to the grey matter prefrontal cortex volume (PFC). Relative DLPFC volume was increased in first-episode patients compared to healthy controls. Bipolar patients and patients with obsessive-compulsive disorder demonstrated no differences compared to healthy controls. In conclusion, with our volumetric approach in this study no disease-related DLPFC volume reduction could be observed in schizophrenia patients, as it has been reported several times in the literature. This may be related to the characteristics of our study sample and the used morphometric methods. Volume reduction in schizophrenia may occur during the later course due to the disease progression but not already in first-episode schizophrenia. Furthermore a change in prefrontal cortex shape (compression of anterior frontal cortex parts) could be responsible for our result of increased DLPFC with consecutive volume reduction in other prefrontal areas.
Keywords: dorsolateral prefrontal cortex; schizophrenia; MRI; bipolar disorder; obsessive-compulsive disorder; MRIcroN; Volumetry; region of interest; first-episode schizophrenia
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Dem dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) wird, als Teil des Präfrontalkortex, die Lokalisation des Arbeitsgedächtnisses zugeschrieben. Bei schizophrenen Patienten konnten in neuropsychologischen Studien regelmäßig Defizite bei Tests festgestellt werden, die sogenannte exekutive Funktionen erfassen. Dem Arbeitsgedächtnis als Vermittler exekutiver Funktionen kommt dabei eine besondere Bedeutung zu. Dieses System ist zuständig für die vorübergehende Speicherung und gleichzeitige Verarbeitung von Informationen und ist bei Schizophrenen besonders häufig beeinträchtigt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der volumetrischen Untersuchung des DLPFC auf MRT-Aufnahmen. Untersucht wurden verschiedene Krankheitsbilder. Das Patientenkollektiv bestand aus 35 schizophren Ersterkrankten, 39 bipolar Erkrankten, 27 Zwangspatienten und 37 Kontrollen. Fragestellung der Arbeit war, ob ein Unterschied (Verminderung) der Volumina des DLPFC bei Schizophrenie im Vergleich zu einer gesunden Kontrollgruppe besteht. Des Weiteren beschäftigte uns die Frage, ob ein eventueller Unterschied (Reduktion) diagnosespezifisch ist. Hierzu wurde der Vergleich zu einer Gruppe von Bipolaren Patienten und Zwangspatienten herangezogen. Gemessen wurde die graue Substanz des DLPFC beider Hirnhälften in den zuvor festgelegten Grenzen. Die Volumetrie erfolgte mit dem Programm MRICroN (Chris Rorden) auf T1-gewichteten MR-Aufnahmen (1,5 Tesla, 1cmm Voxel) nach der Volume-of-Interest-Methode mit manuellem Tracing. Die Wiederholungsmessungen an 10 Probanden erbrachten sehr gute Retest- und Interrater-Reliabilitäten mit einer Intraclass-Korrelation von über 0,95. Bei der statistischen Auswertung ergab sich ein signifikant vergrößertes Volumen der grauen Substanz des DLPFC relativ zur grauen Substanz des PFC bei den schizophrenen Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollen. Die Bipolaren und Zwangspatienten zeigten keine signifikanten Volumenunterschiede zu den gesunden Kontrollen. Die in der Literatur beschriebene Volumenminderung des Präfrontalkortex sowie des DLPFC bei an Schizophrenie Erkrankten ließ sich somit an unserem Sample mit der von uns verwendeten manuellen Methode nicht replizieren. Verantwortlich hierfür könnten zum einen Charakteristika unserer Stichproben sein, zum anderen die hier verwendete manuelle Messmethode. Möglicherweise lässt sich eine Verminderung des Volumens des DLPFC erst nach mehrjähriger Krankheit darstellen und noch nicht bei der Gruppe der ersterkrankten schizophrenen Patienten. Ebenso ursächlich für das gefundene erhöhte DLPFC-Volumen bei den Schizophreniekranken könnte eine Stauchung des Präfrontalhirns und damit eine Formveränderung mit konsekutiver Volumenminderung anderer, mehr anterior gelegener Präfrontalregionen sein.
Schlagwörter: dorsolateraler präfrontaler Kortex; Schizophrenie; MRT; Bipolare Störung; Zwangserkrankung; MRIcroN; Volumetrie;region of interest; Ersterkrankte Schizophrene