Demens: Hjärnkartläggningsmetoden kan förutsäga progression
Spridar demens gradvis och jämnt i alla riktningar över hjärnan, eller kan det ”hoppa” från ett hjärnområde till ett annat? Ny forskning hjälper till att lösa frågan genom att undersöka utvecklingen av frontotemporal demens.
Frontotemporal demens (FTD) är ett tillstånd där de främre och temporala främre loberna i hjärnan krymper, eller atrofi. Detta resulterar i två breda kategorier av symtom: beteendeförändringar och språkproblem. Till skillnad från andra former av demens påverkar FTD inte rumslig medvetenhet och minne.
Det finns för närvarande inga behandlingar för att bromsa utvecklingen av FTD. Det medicinska samfundet har otillräcklig kunskap om hur sjukdomen sprider sig och hur olika den utvecklas mellan individer.
För att hjälpa till att förstå tillståndet satte Dr.William Seeley - professor i neurologi och patologi vid Memory and Aging Center och Weill Institute vid University of California San Francisco - tillsammans med sitt team ut för att undersöka mönster för hjärnatrofi-progression i FTD.
Dr Seely och hans kollegor publicerade sina resultat i tidskriften Nervcell.
Hitta det ”patientanpassade epicentret”
Den nya studien bygger på tidigare arbete av Dr Seeley, som visade att hjärnatrofi-mönster i olika former av demens i stort sett överlappar varandra med välkända ”motorvägar” i hjärnan.
Dessa motorvägar är hjärnnätverk eller grupper av hjärnregioner som kommunicerar nära via sina synaptiska anslutningar och fungerar tillsammans. Dessa hjärnregioner samarbetar, ibland långt ifrån, med de funktionella hjärnnätverken som möjliggör denna långväga kommunikation genom att fungera som "vägar".
Dr Seeleys tidigare arbete med hur degenerering sprider sig visade att neurodegeneration, eller atrofi, inte sprids jämnt som en tumör utan kan ”hoppa” från ett hjärnområde till ett annat.
Den nya studien lägger till detta bevis. Här undersökte forskarna hur väl neurala nätverkskartor baserade på hjärnskanningar från kognitivt friska deltagare kan förutsäga utvecklingen av hjärnatrofi hos personer med FTD under ett år.
För att få reda på det bad teamet en grupp på 42 personer som bodde med en av två undertyper av FTD att göra en MR-skanning i början av studien och en annan cirka 12 månader senare. På detta sätt kunde forskarna se hur sjukdomen utvecklades.
Med hjälp av de funktionella MR-hjärnskanningarna på 75 friska deltagare skapade forskarna standardiserade kartor över 175 olika hjärnområden och motsvarande regioner som de kommunicerade med.
Efter att de identifierat hjärnnätverket på detta sätt valde laget det nätverk som bäst matchade hjärnatrofi-mönstret som observerades hos en person med FTD.
Dr Seeley och hans team identifierade och ansåg centrum för detta specifika hjärnnätverk som det ”patientanpassade epicentret” för hjärnadegeneration.
Med samma standardiserade hjärnnätverkskartor förutspådde forskarna var atrofin skulle spridas till över ett år och jämförde sina förutsägelser med MR-skanningarna.
De jämförde också noggrannheten i sina förutsägelser med förutsägelser som inte redogjorde för funktionell nätverksanslutning.
Att känna till "patientens noll" av hjärnatrofi
Forskarna identifierade särskilt två funktionella anslutningsmått som förbättrade noggrannheten i deras förutsägelser.
En av dem, som kallades "kortaste vägen till epicentret", mätte antalet synaptiska förbindelser mellan det initiala epicentret och hjärnområdet som skadan hade spridit sig till.
Det andra måttet, ”nodfaren”, mätte antalet redan atrofierade hjärnområden kopplade till ett huvudområde, givet hjärnområde.
"Det är som med en smittsam sjukdom, där dina chanser att bli smittade kan förutsägas av hur många separationsgrader du har från" Patient Zero "men också av hur många människor i ditt omedelbara sociala nätverk som redan är sjuka", säger Jesse A. Brown, studiens första författare.
Han tillägger att deras resultat förhoppningsvis kommer att hjälpa forskare att bestämma och rikta in sig på nästa sjukdomsplats, "Precis som epidemiologer förlitar sig på modeller för hur smittsamma sjukdomar sprids för att utveckla interventioner riktade mot viktiga nav eller kvävpunkter."
"Neurologer måste förstå de underliggande biologiska mekanismerna för neurodegeneration för att utveckla sätt att bromsa eller stoppa spridningen av sjukdomen", tillägger han.
"Vi är glada över detta resultat eftersom det representerar ett viktigt första steg mot en mer precisionsmedicinsk metod för att förutsäga progression och mäta behandlingseffekter vid neurodegenerativ sjukdom."
Dr William Seeley
Men forskarna betonar också att deras metod ännu inte är redo för klinisk användning. De hoppas att deras resultat i framtiden kommer att hjälpa till att utvärdera potentiella terapier som har gått in i kliniska prövningar.
