Funktionelle und strukturelle Testverfahren des afferenten visuellen Systems in neuroinflammatorischen Erkrankungen

Abstract

Multiple sclerosis (MS) and neuromyelitis optica spectrum disorders (NMOSD) are both inflammatory autoimmune diseases of the central nervous system associated with damage to the afferent visual system through neuro-axonal loss and demyelination. The aim of this work was to investigate dynamic visual function in MS and NMOSD using two tests with regard to their relationship to established functional and structural parameters of the afferent visual system: critical flicker frequency (CFF), a test of temporal visual resolution, and Numbers from Motion (NFM) testing of motion vision. First, a retinal optical coherence tomography (OCT) segmentation pipeline was developed to determine structural damage, and a normative database of retinal layers was assembled and analysed. In a cross-sectional study of CFF in patients with MS, CFF was shown to be lower in MS patients than in healthy subjects. There was no difference between eyes with previous optic neuritis (ON) and eyes without ON (NON). No association was observed with high contrast visual acuity (HCVA), low contrast visual acuity (LCLA), visual evoked potentials (VEP), OCT thickness of the peripapillary retinal nerve fibre layer (pRNFL) and combined ganglion cell and inner plexiform layer (GCIPL). However, CFF showed an association with the Expanded Disability Status Scale (EDSS) and tonic alertness, a component of attention measured with the Test Battery for Attention Testing (TAP) but not with the Paced Auditory Serial Addition Tests (PASAT), a measure of information processing speed. The NFM score was lower in MS and NMOSD patients than in healthy subjects. In NMOSD but not MS, NFM scores were lower after ON. In MS and NMOSD, a lower NFM scores were associated with lower HCVA, LCLA, thinner pRNFL and GCIPL, but not with prolonged VEP latencies. In a second MS cohort, low NFM scores were associated with thinner pRNFL and prolonged multifocal VEP (mfVEP) latencies. In conclusion, CFF is a marker of overall disease progression and possibly cortical damage in MS. Neuro-axonal damage to the visual pathway, measured by retinal OCT, is the driving force behind impaired motion vision in MS and NMOSD.

Multiple Sklerose (MS) und Neuromyelitis optica-Spektrum-Erkrankungen (NMOSD) sind beides inflammatorische Autoimmunerkrankungen des zentralen Nervensystems, welche mit Schaden des afferenten visuellen Systems durch neuro-axonalen Untergang und Demyelinisierung einhergehen. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der dynamischen Sehfunktion bei MS und NMOSD mittels zweier Testverfahren und deren Zusammenhang mit etablierten funktionellen und strukturellen Parametern des afferenten visuellen Systems: Die kritische Flimmerfrequenz (CFF), ein Testverfahren der zeitlichen visuellen Auflösung, und die Testung des Bewegungssehens mittels Numbers from Motion (NFM). Zunächst wurde zur Bestimmung des strukturellen Schadens eine Segmentierungspipeline für retinale optische Kohärenztomographie (Optical coherence tomography, OCT) entwickelt und eine normative Datenbank der Netzhautschichten aufgebaut und analysiert. In einer Querschnittsuntersuchung der CFF in Patient*innen mit MS wurde gezeigt, dass die CFF in MS-Patient*innen niedriger als in gesunden Kontrollproband*innen war. Es bestand kein Unterschied zwischen Augen mit vorheriger Optikusneuritis (ON) und Augen ohne ON (NON). Ein Zusammenhang mit dem Hochkontrastvisus (HCVA), dem Niedrigkontrastsehen (LCLA), den visuell evozierten Potenzialen (VEP) sowie der mittels OCT bestimmten Dicke der peripapillären retinalen Nervenfaserschicht (pRNFL) und der kombinierten Ganglienzell- und inneren plexiformen Schicht (GCIPL) wurde nicht beobachtet. Jedoch zeigte die CFF eine Assoziation mit der Expanded Disability Status Scale (EDSS) Skala und der tonischen Alertness, eine Komponente der Aufmerksamkeit, gemessen mit der Testbatterie für Aufmerksamkeitsprüfung (TAP) aber nicht mit dem Paced Auditory Serial Addition Tests (PASAT), einer Messung der Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit. Der NFM-Score zeigte sich in MS- und NMOSD Patient*innen niedriger als in gesunden Kontrollproband*innen. In NMOSD aber nicht MS kam es nach ON zu niedrigeren NFM-Scores. In beiden Krankheitsentitäten ging ein niedriger NFM-Score mit niedriger HCVA, LCLA, dünnerer pRNFL und GCIPL, jedoch nicht mit verlängerten VEP-Latenzen einher. In einer zweiten MS-Kohorte waren niedrige NFM-Scores mit dünnerer pRNFL und verlängerter multifokalen VEP (mfVEP)-Latenzen assoziiert. Zusammenfassend ist die CFF ein Marker für allgemeinen Krankheitsprogress und möglicherweise auch kortikalen Schaden in MS. Neuro-axonaler Schaden der Sehbahn, gemessen mittels retinalem OCT, ist die treibende Kraft hinter eingeschränktem Bewegungssehen in MS und NMOSD.