SiNAPSA, petek, 23. junij 2017

eSiNAPSA

Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence

So za zgodnji kognitivni upad odgovorni posamezni trakti, spremembe celotne bele možganovine, ali leži resnica nekje vmes?

Rok Berlot

Napredek tehnologije nam ponuja vedno nove perspektive, s katerimi skušamo odgovoriti na raziskovalna vprašanja, hkrati pa odpira nove dileme. Na področju nevroznanosti je ena izmed njih skokovit porast števila mer, s katerimi skušamo razložiti delovanje zdravih in okvarjenih možganov. Izsledki raziskav, ki temeljijo na magnetnoresonančnem (MR) slikanju, so kognitivne sposobnosti zdravih in bolnih preiskovancev med drugim povezali z debelino skorje posameznih režnjev, mikrostrukturo posameznih traktov in bele možganovine v celoti, prostornino celotnega možganskega tkiva ter topologijo strukturnih in funkcijskih omrežij. Zastavlja se vprašanje, kako se znajti med poplavo korelacij in interpretirati soodvisnosti.

Rok Berlot

Napredek tehnologije nam ponuja vedno nove perspektive, s katerimi skušamo odgovoriti na raziskovalna vprašanja, hkrati pa odpira nove dileme. Na področju nevroznanosti je ena izmed njih skokovit porast števila mer, s katerimi skušamo razložiti delovanje zdravih in okvarjenih možganov. Izsledki raziskav, ki temeljijo na magnetnoresonančnem (MR) slikanju, so kognitivne sposobnosti zdravih in bolnih preiskovancev med drugim povezali z debelino skorje posameznih režnjev, mikrostrukturo posameznih traktov in bele možganovine v celoti, prostornino celotnega možganskega tkiva ter topologijo strukturnih in funkcijskih omrežij. Zastavlja se vprašanje, kako se znajti med poplavo korelacij in interpretirati soodvisnosti.

Vzemimo za primer kognitivni nadzor, ki nam omogoča k cilju usmerjeno vedenje ter hitro in prožno odzivanje ob stalno spreminjajočem se okolju. Prve raziskave mehanizmov kognitivnega nadzora so poudarjale pomen prefrontalnega režnja. Kasnejše študije so kazale na ključno vlogo skorje sprednjega cinguluma1 in enako poimenovanega trakta2. Vendar je cingulum le del širšega možganskega omrežja, čigar strukturne povezave, funkcijska aktivnost ter njeno spreminjanje prav tako izkazujejo povezavo z učinkovitostjo kognitivnega nadzora 3 4 5. Ker se raziskave večinoma osredotočajo le na enega izmed prostorskih nivojev, jih je težavno tolmačiti skupaj, množica možnih oprijemališč pa otežuje razmislek, kako bi bilo najbolj smiselno terapevtsko ukrepati.

V nedavni študiji smo naslovili problem različnih prostorskih nivojev preiskovanja pri pacientih z zgodnjim kognitivnim upadom na področju difuzijskega MR slikanja6. Slednje nam na podlagi termičnega gibanja molekul vode omogoča sklepati o usmerjenosti vlaken bele možganovine in njihovi integriteti7. S pomočjo ocene poteka povezav v možganih lahko rekonstruiramo omrežja bele možganovine 8, ugodnost in učinkovitost njihove topologije pa ovrednotimo z orodji teorije grafov.

Pri pacientih z blago kognitivno motnjo (BKM), predstopnjo Alzheimerjeve bolezni, difuzijske MR študije kažejo na povezavo med mikrostrukturo asociacijskih traktov senčnega režnja in spominskih sposobnosti9, ter mikrostrukturo cinguluma in kognitivnim nadzorom2. Po drugi strani pa so kognitivne sposobnosti bolnikov z BKM povezane tudi z učinkovitostjo topologije strukturnih omrežij bele možganovine10. Postavili smo si vprašanje, kako struktura posameznih traktov in omrežij celotne možganovine skupaj prispevata h kognitivnemu upadu. Ugotovili smo, da imajo pacienti z BKM znižano integriteto posameznih traktov kot tudi zmanjšano učinkovitost povezav znotraj celotnih omrežij. Pričakovano so tudi naši rezultati pokazali, da je epizodični spomin odvisen od mikrostrukture asociacijskih traktov senčnega režnja, nasprotno pa je učinkovitost kognitivnega nadzora povezana z integriteto posameznih segmentov cinguluma. Pri preiskovancih z BKM topologija omrežij korelira s kognitivnim nadzorom, ne pa tudi s spominskimi sposobnostmi. S pomočjo rabe mediacijskih modelov smo pokazali, da je učinek cinguluma na sposobnost kognitivnega nadzora delno neposreden, četrtina do tretjina učinka pa je posrednega, preko vpliva na strukturo celotnega omrežja6.

Izsledki raziskave kažejo, da je kognitivni nadzor pri pacientih z BKM odvisen od topologije povezav znotraj celotnega možganskega omrežja, medtem ko je epizodični spomin povezan z okvaro povezav hipokampusa. Pomembna je tudi dvojna vloga cinguluma – kot prevodnik informacije med predeli, ki so bolj neposredno povezani s kognitivnim nadzorom, in kot ena izmed ključnih poti komunikacije znotraj celotnega možganskega omrežja. Na podlagi naših zaključkov se zdi, da bi morali poskusi zdravljenja upada zmožnosti kognitivnega nadzora nasloviti tako lokalne spremembe posameznih traktov kot globalne spremembe topologije možganskih omrežij.

Raziskava predstavlja svež pogled na kombinacijo različnih metod analize bele možganovine. Še vedno pa ostajajo nerazrešena številna vprašanja, uganko predstavlja predvsem razmerje med vlogo strukturnih in funkcijskih omrežij. Za še boljše razumevanje dogajanja v zgodnjih fazah kognitivnega upada bi se raziskovalci tudi v prihodnje morali lotiti izziva kombiniranja različnih metod in perspektiv.

    ___
  1. Shenhav A, Botvinick MM, Cohen JD. The expected value of control: an integrative theory of anterior cingulate cortex function. Neuron. 2013;79:217-240. 

  2. Metzler-Baddeley C, Jones DK, Steventon J, Westacott L, Aggleton JP, O’Sullivan MJ. Cingulum microstructure predicts cognitive control in older age and mild cognitive impairment. J Neurosci. 2012;32:17612-17619. 

  3. Reijmer YD, Leemans A, Caeyenberghs K, Heringa SM, Koek HL, Biessels GJ. Disruption of cerebral networks and cognitive impairment in Alzheimer disease. Neurology. 2013;80:1370-1377. 

  4. Dosenach NU, Visscher KM, Palmer ED, Miezin FM, Wenger KK, Kang HC, et al. A core system for the implementation of task sets. Neuron. 2006;50:799-812. 

  5. Cole MW, Reynolds JR, Power JD, Repovš G, Anticevic A, Braver TS. Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control. Nat Neurosci. 2013;16:1348-1355. 

  6. Berlot R, Metzler-Baddeley C, Ikram MA, Jones DK, O’Sullivan MJ. Global efficiency of structural networks mediates cognitive control in mild cognitive impairment. Front Aging Neurosci. 2016;8:292. Doi:10.3389/fnagi.2016.00292. 

  7. Berlot R. Difuzijsko magnetnoresonančno slikanje: orodje za oceno mikro- in makrostrukture možganov. eSinapsa. 2015;10. Dosegljivo na: http://www.sinapsa.org/eSinapsa/clanki/168/difuzijsko_magnetnoresonancno_slikanje (14.2.2017) 

  8. Koritnik B. Človeški konektom ali kakšne so zveze v naših možganih. eSinapsa. 2014;7. Dosegljivo na: http://www.sinapsa.org/eSinapsa/clanki/88/Človeški%20konektom%20ali%20kakšne%20so%20zveze%20v%20naših%20možganih (14.2.2017) 

  9. Metzler-Baddeley C, Hunt S, Jones DK, Leemans A, Aggleton JP, O’Sullivan MJ. Temporal association tracts and the breakdown of episodic memory in mild cognitive impairment. Neurology. 2012;79:2233-2240. 

  10. Berlot R, O’Sullivan MJ. What can structural network topology tell us about mild cognitive impairment. Future Neurol. 2017;12:35-50. 

Rok Berlot, dr. med.
Nevrološka klinika,
Univerzitetni klinični center Ljubljana

Objavljeno: 26. februar 2017