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Differenzierung motorischer kortiko-subkortikaler Netzwerke mit funktioneller Magnetresonanztomographie

Human Corticostriatal Motor Circuits: Visualization by Functional Magnetic Resonance Imaging

by Julia Margarethe August
Doctoral thesis
Date of Examination:2012-08-29
Date of issue:2012-08-15
Advisor:PD Dr. Peter Dechent
Referee:PD Dr. Peter Dechent
Referee:Prof. Dr. Andrea Antal
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-1596

 

 

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Name:august.pdf
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Format:PDF
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Abstract

English

Cortico-subcortical connections are organized in circuits. These are divided in a tripartite manner into the sensorimotor, associative and limbic loop. Corresponding subdivision has been shown for cortical areas as well as for basal ganglia. Evidence argues for a lateralized organization of the sensorimotor loop and a bilateral organization of the associative loop. Despite much research in this field in the last decades, an overall functional map of the corticostriatal circuits is lacking, and distinction of the circuits has been difficult. Thus, the aim was a comprehensive functional visualization and differentiation of the sensorimotor and the associative circuit. As a new approach, laterality features were used to distinguish between the circuits within one single motor task. 24 healthy boys performed self-paced index finger tapping with each hand separately during functional magnetic resonance imaging at 3 Tesla. The sensorimotor circuit was hypothesized to be clearly lateralized. Indeed, a contrast analysis for left against right hand movement revealed lateralized activation in typical sensorimotor regions such as primary sensorimotor cortex, caudal supplementary motor area (SMA), caudal putamen and thalamus. The associative circuit was hypothesized to be represented bilaterally. A conjunction analysis confirmed bilateral involvement of known associative regions including pre-SMA, rostral SMA and rostral putamen. A clear functional visualization of two distinct corticostriatal circuits is provided, as well as a new means to discriminate the sensorimotor and associative circuit easily by their laterality characteristics. This new approach can prove useful in early detection, diagnostics and evaluation of therapeutic intervention of movement disorders such as Parkinson's disease, Chorea Huntington, an ischemic stroke or in Tourette syndrome. Additionally, the results extend previous findings of a modified functional subdivision of the SMA.
Keywords: basal ganglia; motor loop; motor system; supplementary motor area; striatum; finger tapping; cortex; subcortical; movement disorders; Parkinson's disease; fMRIl

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Kortiko-subkortikale Projektionen sind in anatomisch und funktionell getrennten Schleifen organisiert: der sensomotorischen, der assoziativen und der limbischen Schleife. Entsprechend besitzen sowohl der Kortex als auch die Basalganglien verschiedene Kompartimente. Ergebnisse früherer Studien deuten auf eine lateralisierte Organisation der sensomotorischen und eine bilaterale Organisation der assoziativen Schleife hin. Ziel dieser Arbeit war eine Visualisierung und Differenzierung zweier kortiko-subkortikaler Schleifen mittels funktioneller Magnetresonanztomographie. Zur Differenzierung der sensomotorischen und der assoziativen Schleife entwarfen wir einen neuen Ansatz: unter der Hypothese unterschiedlicher Lateralisierungseigenschaften sollten die Schleifen mittels einer einzigen motorischen Aufgabe sichtbar gemacht werden. 24 gesunde Jungen führten während einer Untersuchung mit funktioneller Magnetresonanztomographie eine Fingertapping-Aufgabe sowohl mit der rechten als auch mit der linken Hand durch. Mittels einer Kontrastanalyse konnte eine lateralisierte Organisation der sensomotorischen Schleife bestätigt werden. Diese Schleife umfasst demnach den primär sensomotorischen Kortex, kaudale Anteile des supplementär motorischen Areals, kaudale Anteile des Putamens und den Thalamus. Die assoziative Schleife hingegen ist bilateral organisiert, wie eine Konjunktionsanalyse zeigten konnte. Zu dieser Schleife gehören das prä-supplementär motorische Areal sowie rostrale Anteile des supplementär motorischen Areals und des Putamens. Hiermit wird eine Methode der Visualisierung und Differenzierung motorischer kortiko-subkortikaler Schleifen vorgelegt. Vorteile dieser Methode sind ihre Non-Invasivität, die Durchführbarkeit auch mit potentiell schwierigen Probanden wie Patienten oder Kindern, und ihre einfache Reproduzierbarkeit. Dieses Vorgehen eignet sich außerdem zur Früherkennung, verfeinerten Diagnostik oder zur Therapieevaluation bei Bewegungsstörungen wie dem Morbus Parkinson, der Chorea Huntington, dem ischämischen Apoplex oder einem Tourette-Syndrom. Die Ergebnisse sprechen außerdem für eine funktionelle Unterteilung des supplementär motorischen Areals.
Schlagwörter: Basalganglien; motorisches System; motorische Schleifen; Putamen; Kortex; subkortikal; Finger tapping; Striatum; Motorkortex; Bewegungsstörung; Parkinson; fMRT
 

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