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Kognition bei Motoneuronerkrankungen – Evidenz aus Neuropsychologie und struktureller Bildgebung

  • HINTERGRUND/ZIEL: In den letzten Jahrzehnten hat sich die Sichtweise auf Motoneuronerkrankungen (MNDs) von einer rein motorischen Systemdegeneration hin zu einer Multi-System-Erkrankung grundsätzlich gewandelt, so dass auch nicht-motorische Symptome in den Fokus treten. Inzwischen ist unbestritten, dass ein relevanter Anteil der Patienten Kognitions-, Verhaltens- und affektive Störungen aufweist (Goldstein et al. 2013). Entsprechend dazu finden sich auf hirnstruktureller Ebene neben einer Schädigung des motorischen Systems Hinweise auf beeinträchtigte extra-motorische Areale (Chiò et al. 2014). Eine Stratifizierung nach Kognition und die Untersuchung von Zusammenhängen zwischen Kognitions-/Verhaltensstörungen und strukturellen oder funktionellen zerebralen Eigenschaften erfolgten aber kaum. Das Ziel der Arbeit war eine mehrdimensionale Charakteristik (Neuropsychologie, strukturelle Bildgebung) der Kognition und des Verhaltens bei MNDs am Beispiel der Amyotrophen Lateralsklerose (ALS) und der Spinobulbären Muskelatrophie, Typ Kennedy (SBMA). METHODEN: In Rostock und Magdeburg wurden insgesamt 150 ALS-Patienten sowie 100 gesunde Kontrollpersonen konsekutiv rekrutiert und mehrzeitig untersucht. In Rostock wurden zusätzlich 20 Patienten mit SBMA und 20 gesunde Kontrollpersonen untersucht. Es wurden umfangreiche neuropsychologische Testbatterien entwickelt, im speziellen bei der ALS an die motorischen Beeinträchtigungen adaptiert. Zudem wurden bestehende Kriterien zur kognitiven Kategorisierung von ALS-Patienten weiterentwickelt. Die Analyse-Ebenen enthielten sowohl Gruppenvergleiche von Testvariablen zwischen Patienten und gesunden Probanden bzw. zwischen Subgruppen von Patienten als auch jeweils eine kognitive Kategorisierung im Hinblick auf die klinische Relevanz der Kognitions- und Verhaltensstörungen. Die strukturelle Bildgebung (hochauflösende Kraniale Magnetresonanztomographie, 3-Tesla MRT) erfasste die kortikale Atrophie mittels der Analyse der „Kortikalen Dicke“ sowie Diffusionsgewichteter Bildgebung (DTI). Komplementär zur Neuropsychologie erfolgten Gruppenvergleiche sowie Korrelationsanalysen zwischen kognitiven/ Verhaltensparametern und zerebralen Strukturen. ERGEBNISSE: Auf neuropsychologischer Ebene wurde bei unterschiedlicher Quantität (SBMA: marginal; ALS: relevant) ein qualitativ ähnliches Störungsmuster mit prominenten Beeinträchtigungen exekutiver Funktionen abgebildet. Bei 20 % kognitiv beeinträchtigter ALS-Patienten lag der Störungsschwerpunkt auf basalen exekutiven Regulationsprozessen bei erhaltenen komplex-regulatorischen exekutiven Vorgängen, was die in der klinischen Beobachtung oft erhaltene Alltagskompetenz der Patienten erklärt (Kasper E et al. 2015). Adaptierte Klassifikationskriterien bzgl. der Kognition, weg von der Bewertung von Einzeltests hin zur Interpretation auf Funktionsebene, reduzierten zudem die Rate an falsch positiv als kognitiv beeinträchtigt eingestuften gesunden Kontrollpersonen. Die kognitiven Beeinträchtigungen bei SBMA-Patienten lagen auf subklinischem Niveau (Kasper E et al. 2014). Korrespondierend dazu zeigten ALS-Patienten eine weitreichende Beeinträchtigung extra-motorischer Areale im Vergleich zu Gesunden. Zwischen ALS-Patienten mit und ohne kognitive Beeinträchtigung wurde zudem erstmals eine hirnstrukturelle Diskrimination möglich (Kasper E et al. 2014). Vergleiche zwischen verschiedenen Subgruppen ergaben überlappende fronto-temporale Differenz-Profile grauer Substanz oder Assoziationsfasern der weißen Substanz. Insbesondere die Überlappung des Schädigungsmusters sowohl zwischen kognitiv unbeeinträchtigten, kognitiv beeinträchtigten ALS-Patienten und ALS-FTLD Patienten unterstützt die Koinzidenz der ALS mit der Fronto-temporalen Lobärdegeneration (FTLD) (Schuster C, Kasper E et al. 2014). Hinsichtlich des Zusammenhangs zwischen neurokognitiven Variablen repliziert das insgesamt konsistente Muster zwischen Exekutivfunktionen und weißer Substanz vorherige Einzelbefunde an einer repräsentativen Kohorte. Bei SBMA fanden sich nur marginale strukturelle zerebrale Veränderungen gegenüber Gesunden, was mit den geringen kognitiven Beeinträchtigungen korrespondierte. SCHLUSSFOLGERUNG/ AUSBLICK: Die Studienergebnisse an sehr großen Kohorten untermauern den Multi-System-Charakter der MNDs, konnten klare kognitive Profile identifizieren und eine hirnstrukturelle Charakterisierung vornehmen. Der exzellent charakterisierte Ausgangsstatus bietet die Basis, um in longitudinalen Untersuchungen Verläufe zu analysieren und prognostische Marker zu identifizieren.
  • BACKGROUND /PURPOSE: In the last three decades, motor neuron diseases (MNDs) are considered toward to a multi-system disorder, instead of a purely motor system degeneration, so that non-motor symptoms became more important. Meanwhile, it has been shown that a relevant number of patients suffers under cognitive, behavioural and affective disorders (Goldstein et al. 2013). According to neuropsychological findings, there is evidence for structurally impaired extra motor areas (Chio et al. 2014). Until now, only few studies exist, which stratified patients on cognition or investigated correlations between cognitive/ behavioural and structural or functional cerebral functions. The current work aimed to characterise multi-dimensionally (neuropsychology, neuroimaging) cognition and behaviour of patients with MNDs, particularly of patients with Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) and Bulbar Muscular Atrophy, type Kennedy (SBMA). METHODS: For ALS studies, a total of 150 ALS patients and 100 healthy control subjects were consecutively recruited and examined over time in Rostock and Magdeburg, Germany. For SBMA studies, 20 patients with SBMA and 20 matched healthy control subjects were investigated in Rostock. All participants were examined neuropsychologically by using extensive test batteries, adapted to the motor incapabilities of patients. Moreover, existing criteria for cognitive categorization of ALS patients have been revised. Analyses included both group comparisons of test variables between patients and healthy subjects, and between subgroups of patients as well as a cognitive categorization in terms of the clinical relevance of cognitive and behavioural disorders. Magnet resonance tomography (3-Tesla MRI) has been performed to evaluate grey and white matter characteristics by using the measurement of “Cortical thickness” and diffusion-tensor imaging (DTI). Complementary to the neuropsychological level, group comparisons and correlation analyses between cognitive/ behavioural parameters and cerebral structures were performed. RESULTS: Regarding neuropsychological data, in both disorders a similar pattern of predominant dysexecutive symptoms occurred, but with different degree (small proportion in SBMA vs. significant proportion of 20% in ALS). In our studies, only basal executive regulatory processes like “shifting” or “initiation” were affected, whereas complex regulatory executive processes remained intact explaining the clinical observation of unhampered activities of daily living (Kasper E et al. 2015). In addition, regarding cognition, revised classification criteria – shifting from individual tests scores more to cognitive sub-functions – rendered the categorization of impairment less dependent on the number and type of tests employed. Thus, this categorization revealed a higher specificity. The cognitive impairment in SBMA patients remained on a subclinical level (Kasper E et al. 2014). In terms of imaging data, ALS patients showed widespread alterations of grey and white matter in addition to motor areas as compared to healthy subjects. Between ALS patients with and without cognitive impairment, a direct structural discrimination could be shown for the first time (Kasper E et al. 2014). Comparisons between cognitive subgroups revealed overlapping fronto-temporal difference patterns of grey matter or white matter tracts. In particular, the overlapping of the pattern between both cognitively unimpaired, cognitively impaired patients with ALS and ALS-FTLD patients supports the coincidence of the ALS with frontotemporal lobar degeneration (FTLD) (Schuster C, Kasper E et al. 2014). With regard to neurocognitive variables a consistent relationship between executive functions and white matter could replicate previous individual findings on a representative cohort. In SBMA there were found only marginal structural cerebral changes compared to healthy subjects, which corresponded with the minor cognitive impairments. CONCLUSION: The results on very large cohorts classify the MNDs as multi-system disorders. The studies identified clear cognitive and brain structural profiles. The well characterized baseline status provides a suitable tool for further longitudinal analyses of MNDs and for identification of prognostic markers.

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Metadaten
Author: Elisabeth Kasper
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002392-3
Title Additional (English):Cognition in Motor Neuron Diseases - evidence from neuropsychology and neuroimaging
Advisor:Prof. Dr. Alfons Hamm
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2016/01/07
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2015/12/16
Release Date:2016/01/07
Tag:Amyotrophe Lateralsklerose, Motoneuronerkrankungen, Neuropsychologie, SBMA
ALS, Amyotrophic lateral sclerosis, MND, Motor Neuron Diseases, Neuropsychology
GND Keyword:Kognition, Myatrophische Lateralsklerose
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Psychologie
DDC class:100 Philosophie und Psychologie / 150 Psychologie