Funktionelle Magnetresonanztomographie bei fokaler, aktionsspezifischer Dystonie am Modell des Graphospasmus - Untersuchungen zur kortikalen Repräsentation bei 3,0 Tesla

Abstract

Die vorliegende Untersuchung geht der Frage nach Unterschieden der Repräsentation sensorischer und motorischer Aktivierungen in den primär motorischen und somatosensorischen Rindenfeldern, im supplementär-motorischen Areal und im somatosensorischen Assoziationskortex bei Patienten mit fokaler aktionsspezifischer Dystonie (Graphospasmus) und gesunden Kontrollpersonen nach, wozu die Methode der funktionellen Magnetresonanztomographie eingesetzt wurde. Die Durchführung der Untersuchungen erfolgte an einem klinischen Ultra- Hochfeld-MRT bei einer Feldstärke von 3,0 Tesla. Die experimentelle Ausgestaltung beinhaltete zwei unterschiedliche motorische Paradigmen Tapping und Indexbeugung und eine elektrische Stimulation des N. medianus, wobei unter kontinuierlichem elektrophysiologischen Monitoring die Abwesenheit dystoner Bewegungen während der Versuchsdurchführung verifiziert wurde. Zur Auswertung gelangten die Daten von 34 rechtshändigen Teilnehmern, davon 17 Patienten und 17 Kontrollpersonen. Die Zusammensetzung der gesunden Kontrollgruppe erfolgte alters- und geschlechtsäquivalent zur Patientengruppe. Die Patienten waren bezüglich ihrer Erkrankung pharmakologisch oder physiotherapeutisch nicht vorbehandelt oder hatten eine Behandlungskarenz für mindestens drei Monate eingehalten. Es wurden funktionelle Anomalien im kortikalen sensomotorischen und supplementär-motorischen System und im somatosensorischen Assoziationskortex bei Patienten mit Graphospasmus nachgewiesen. Aus der ermittelten Hemisphärendominanz bei Kontrollpersonen und der demgegenüber weitestgehend fehlenden interhemisphäriellen Dominanz bei Patienten ergeben sich bereits Hinweise darauf, dass bei letzteren eine modifizierte kortikale Aktivierung bzw. eine modifizierte Aktivierung hemmender Interneurone vorliegt. Die weiteren Befunde der Untersuchung zeigten eine reduzierte Aktivierung der primär motorischen Rinde der linken Gehirnhälfte bei den an Graphospasmus Erkrankten während der die Dystonie nicht-triggernden Bewegungen der erkrankten rechten Hand und auch der klinisch gesunden linken Hand. Für die somatosensorische Rinde der kontralateralen Gehirnhälfte wurde ebenfalls eine Minderaktivierung unter Verwendung der dystonen Hand festgestellt. Für das Tapping mit der klinisch unbetroffenen Hand fällt eine bilaterale Unteraktivierung einzelner Areale der taktilsensiblen Rinde und des supplementär-motorischen Areals (SMA) auf. Das SMA ist auch unter Verwendung der erkrankten Hand, hier allerdings nur ipsilateral, unteraktiviert. Der somatosensorische Assoziationskortex, repräsentiert durch das Brodmann Areal 40, ist bilateral sowohl bei Einsatz der kranken wie der klinisch unauffälligen Hand während des Tappings minderaktiviert, was der übergeordneten Bedeutung der visuo-räumlichen Repräsentation entspricht und auf eine Reduktion physiologischer Automatismen beim Bewegungsentwurf hinweist. Bei überschwelliger elektrischer Medianusstimulation wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen festgestellt. Die erhobenen Befunde belegen eine verminderte kortikale Grundaktivität und/oder eine reduzierte kortikale Reaktivität auf Bewegungsaufgaben im kortikalen sensomotorischen und supplementär-motorischen System und im somatosensorischen Assoziationskortex bei aktionsspezifischer Dystonie bei Einsatz der erkrankten und klinisch unauffälligen Hand. Die in verifizierter Abwesenheit krankheitsspezifischer, dystoner Bewegungsmuster gewonnenen Ergebnisse können als primärer pathophysiologischer Aspekt der Erkrankung und nicht als sekundär bewegungsgetriggerter Effekt eingeordnet werden. Beim Vergleich mit themenverwandten Studien, in denen im Gegensatz zu den eigenen Ergebnissen kortikale Überaktivitäten ermittelt wurden, ist hervorzuheben, dass dort in der Regel während der Aktivierung aktionsinduzierte dystone Bewegungsmuster bewusst ausgelöst oder nicht durch adäquates Monitoring ausgeschlossen wurden und sich die auf diese Weise getroffenen Aussagen folglich auf die pathologische Exzitationsphase beziehen. Die dazu komplementären eigenen Resultate werfen ein neues Licht auf defizitäre neuronale Aktivierungs- und Inhibitionsmuster des motorischen kortikonukleären Regelkreises bei aktionsspezifischen Dystonien, die mit der funktionellen MRT sichtbar gemacht und anatomischen Strukturen zugeordnet werden können.

TITLE: Characterization of Cortical Representation Patterns in Focal Dystonia by Functional Magnetic Resonance Imaging at 3.0 Tesla PURPOSE: To characterize the cortical representation patterns in patients with focal dystonia (writer s cramp) using functional MRI (fMRI) of the primary motor and somatosensory cortices, the supplementary motor area, and the secondary somatosensory cortex. MATERIALS AND METHODS: FMRI at 3.0 T was used to examine 17 right- handed untreated patients and 17 age- and gender-matched, right-handed healthy control subjects during finger-tapping, index finger flexion and electrical median nerve stimulation of both the dystonic and the clinically unaffected hand. The experiments were conducted randomly in a block design. Dystonic movements were excluded by simultaneous EMG monitoring. Statistical parametric mapping (SPM2) was used to evaluate Brodmann areas (BA) 1-3, 4, 6, and 40. Brunner multivariate analysis and Wilcoxon test for paired samples were performed using SPSS and SAS. RESULTS: A comparison within the groups revealed an absence of hemispheric dominance in patients for all tasks. Compared to control subjects, patients had decreased activation in the left BA 4 with motor stimulation of both hands. Patients showed decreased activation in the left BA1-3 with right finger-tapping, in the left BA 3 with right index finger flexion and left finger-tapping, and in the right BA 2 with left finger- tapping. Patients also showed decreased activation in the bilateral BA 6 with motor stimulation of the left hand and in the right BA6 with right finger- tapping. Patients had decreased activation in bilateral BA 40 with both right and left finger-tapping. No intergroup differences were seen with electrical median nerve stimulation. CONCLUSION: The findings suggest a decreased baseline activity and/or an impaired reactivity to motor tasks in the primary motor and somatosensory cortex, supplementary motor area, and secondary somatosensory cortex in patients with task-specific focal dystonia for both the dystonic and the clinically unaffected hand. The increased cortical activation seen in previous studies is likely attributed to pathologic excitation triggered by dystonic movements. CLINICAL RELEVANCE AND APPLICATION: FMRI identifies patterns of deficient neuronal activation and inhibition in the motor corticonuclear circuit in focal dystonia and assigns them to anatomical structures.