Dokument: Das Kleinhirn und seine Rolle im motorischen Netzwerk und in der Motorik - Ein volumetrischer Ansatz

Titel:	Das Kleinhirn und seine Rolle im motorischen Netzwerk und in der Motorik - Ein volumetrischer Ansatz
Weiterer Titel:	The cerebellum and its role in the motor network and motor performance - A volumetric approach
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=66210
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20240702-094205-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Barezipour, Gitta [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,84 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 24.06.2024 / geändert 24.06.2024
Beitragende:	Prof. Dr. Dr. Caspers, Svenja [Gutachter] PD Dr. med. Minnerop, Martina [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Das Kleinhirn spielt durch die Feinadjustierung und dem stetigen Abgleich zwischen Bewegungsplan und -ausführung eine entscheidende Rolle. Während der Bewegungsablauf in motorischen Assoziationskortizes geplant wird, erfolgt die Integration verschiedener sensorischer und motorischer Informationen aus der Kleinhirn- oder Basalganglienschleife, Rückenmark und peripheren Nervensystem subkortikal. Dabei handelt es sich nicht um neuronal-starres ein Konstrukt, sodass bei Kleinhirnerkrankungen, Alterung oder Lebensstiländerungen Veränderungen des zerebellären Volumens, Aktivitätsmusters und der funktionellen Konnektivität folgen könnten. Hierbei ist das Kleinhirn auch von Relevanz in kognitiven Aufgaben. In der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob ein größeres Kleinhirnvolumen mit einer effizienteren motorischen Leistung einhergeht und ob diese Korrelation durch die Beteiligung anderer zentralnervösen Areale zusammenhängen könnte. Für die Studie relevante zentralnervösen Areale waren die Kleinhirnrinde, die Kleinhirnkerne, der (prä)supplementär, primär und dorsalen prämotorische Kortex, der Globus pallidus, der Ncl. caudatus, der Thalamus, das Putamen, die Substantia nigra und der Hippocampus. Die subkortikalen Areale weisen durch die Beteiligung an der Kleinhirn- bzw. Basalganglienschleife eine motorische Beteiligung auf. Die kortikalen Areale sind dem motorischen (Assoziations-)Kortex zuzuordnen. Der Hippocampus ist durch die strukturelle Verbindung zum Parietalkortex und den Ortszellen für die Motorik von Relevanz. Sowohl der Hippocampus als auch das Kleinhirn haben hierbei eine strukturelle Verbindung zum Parietalkortex, sodass vermutet wird, dass eine Integration visuell-räumlicher Informationen dort gewährt sein könnte. Unsere Stichprobe umfasste 655 Teilnehmende aus der bevölkerungsbasierten 1000BRAINS-Studie. Die motorische Performanz wurde durch den Gehtest (Messung der Schrittanzahl und Dauer zur Bewältigung von 25 Metern unter bestimmten Bedingungen) und einen Gleichgewichtstest (Messung der Balancefähigkeit, während man auf einer oszillierenden Plattform steht) gemessen. Mittels T1-gewichteten Magnetresonanztomographien erfolgte die Volumenextraktion mithilfe FreeSurfer (via Desikan-Killiany Atlas und subkortikalem Atlas) und der Computational Anatomy Toolbox (via Julich-Brain Atlas). Das Alter, der Body-Mass-Index, das Beck's Depression Inventar, die Körpergröße und das Gesamtgroßhirnvolumen oder hemisphärenspezifische zerebelläre Volumen wurden als mögliche Störfaktoren der Volumina bzw. der motorischen Performanz definiert. Im Rahmen der statistischen Analysen wurden die Werte von diesen adjustiert. Ein größeres Volumen des (dorsalen) Ncl. dentatus korrelierte mit einer ineffizienten motorischen Performanz (erhöhte Schrittanzahl bzw. Dauer zur Bewältigung des Gehtests). Wir implementierten Mediatoranalysen zur Erörterung, welche Gehirnareale die Korrelation zwischen den Kleinhirnkern(anteil)en und den motorischen Kortizes bzw. der motorischen Performanz vermitteln/ermöglichen könnten. Zunächst führten wir anatomisch motivierte moderierte Mediatoranalysen durch, die den Zusammenhang zwischen dem zerebellären Volumen und der motorischen Performanz unter Berücksichtigung der Einflüsse der Kleinhirn- und Basalganglienschleife untersuchten. Keines dieser Modelle war signifikant. Anschließend berechneten wir Mediatoranalysen, welche ein Basalganglienbestandteil und den Hippocampus als mögliche Mediatoren erwogen. Hier zeigten sich signifikante Modelle, welche erwiesen, dass ein kleineres Kleinhirnkernvolumen mit einem größeren hippocampalen Volumen korrelierte, was wiederum mit einer effizienten motorischen Performanz einherging. Dies erschien primär kontraintuitiv. Zu vermuten ist, dass eine altersbedingte Atrophie der Kleinhirnrinde zur Minderung der funktionellen zerebello-zerebralen Konnektivität und zur konsekutiven Hypertrophie der Kleinhirnkerne beiträgt, was zur motorischen Ineffizienz führen könnte. Vermutlich könnte die Beteiligung des Hippocampus, welche durch die Verbindung zum Parietalkortex eine Integration visuell-räumlicher Informationen gewährt, eine effiziente motorische Leistung im Gehtest ermöglichen. Zusammenfassend zeigte die vorliegende Dissertation, dass das dentale Volumen mit der motorischen Performanz korreliert. Die motorische Leistung kann aus Gehirnschaltkreisen, nicht aber aus einzelnen Strukturen, abgeleitet werden. Von Bedeutung ist hierbei die mögliche kompensatorische Funktion des Hippocampus, z.B. durch visuell-räumlicher Integration, welche die motorische Leistung unterstützen könnte. Dies ist jedoch in künftigen Studien weiter zu untersuchen. The cerebellum plays an important role by fine adjustment and the constant synchronisation between motion plan and movement. Whereas the motion sequence is planned in motor association cortices, the integration of various sensory and motor information from the cerebellar or basal ganglia loop, spinal cord and peripheral nervous system takes place subcortically. The cerebellum can display several forms of plasticity. Cerebellar diseases, ageing or lifestyle can result in changes in cerebellar volume, activity patterns and functional connectivity. The cerebellum is also relevant for cognitive tasks. The present study investigated whether a larger cerebellar volume is associated with more efficient motor performance and whether this correlation could be related to the involvement of other cerebral areas. In this study, the relevant areas of the central nervous system were the cerebellar cortex, the deep cerebellar nuclei, the (pre)supplementary, primary and dorsal premotor cortex, the globus pallidus, the caudate nucleus, the thalamus, the putamen, the substantia nigra and the hippocampus. The subcortical areas enable motor involvement due to their participation in the cerebellar and basal ganglia loops. The cortical areas belong to the motor (association) cortex. The hippocampus is important in motor performance due to its structural connection to the parietal cortex and the presence of hippocampal place cells. Both the hippocampus and the cerebellum have a structural connection to the parietal cortex; hence it is assumed that it enables integration of visual-spatial information. Our sample included 655 participants from the population-based 1000BRAINS study. Motor performance was measured by the gait test (measuring the number of steps and time to cover 25 metres under specific conditions) and the balance test (measuring balance ability while standing on an oscillating platform). T1-weighted magnetic resonance images were used for volume extraction using FreeSurfer and the Computational Anatomy Toolbox. The central nervous areas were defined by the Desikan-Killiany Atlas, the subcortical atlas of FreeSurfer or the Julich-Brain Atlas. Age, body mass index, Beck's Depression Inventory, height and total cerebral volume or hemispheric-specific cerebellar volume were defined as possible confounders of volume or motor performance. Within the statistical analyses the values were adjusted for confounders. A larger volume of the (dorsal) dentate nucleus correlated with inefficient motor performance (increased number of steps or duration to complete the gait test). We implemented moderated mediator analysis to investigate which brain areas could mediate/enable the correlation between the cerebellar nuclei and motor cortices or motor performance. First, we conducted anatomically motivated moderated mediator analyses that investigated the relationship between cerebellar volume and motor performance, considering the influences of the cerebellar and basal ganglia loops. None of these models were significant. Then we calculated mediator analyses that considered a basal ganglia component and the hippocampus as possible mediators. Significant models showed that a smaller dentate volume correlated with a larger hippocampal volume, which in turn was associated with efficient motor performance. This seemed primarily counterintuitive. It can be assumed that age-related atrophy of the cerebellar cortex leads to a reduction in functional cerebello-cerebral connectivity and consecutive hypertrophy of the cerebellar nuclei, which could lead to motor inefficiency. Presumably, the involvement of the hippocampus, which provides an integration of visual-spatial information through the connection to the parietal cortex, could enable efficient motor performance in the gait test. In summary, this study showed that dentate volume correlates with motor performance. Motor performance can be explained by brain circuits, but not from individual structures of the central nervous system. Moreover, the possible compensatory role of the hippocampus, e.g. through visuospatial integration, could support motor performance. However, these assumptions need to be investigated further in future studies.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Anatomie I
Dokument erstellt am:	02.07.2024
Dateien geändert am:	02.07.2024
Promotionsantrag am:	03.01.2024
Datum der Promotion:	23.05.2024