Abnormal integrity of association fiber tracts in amnestic mild cognitive impairment.

The association fiber tracts integrity of the inter-hemispheric and within-hemispheric communication was poor understood in amnestic type mild cognitive impairment (aMCI) patients by diffusion tensor imaging (DTI). A region of interest-based DTI approach was applied to explore fiber tract differences between 22 aMCI patients and 22 well-matched normal aging. Correlations were also sought between fractional anisotropy (FA) values and the cognitive performance scores in the aMCI patients. Extensive impairment of association fiber tracts integrity was observed in aMCI patients, including bilateral inferior fronto-occipital fascicles, the genu of corpus callosum, bilateral cingulate bundles and bilateral superior longitudinal fascicles II (SLE II) subcomponent. In addition, the FA value of right SLE II was significantly negatively correlated to the performance of Trail Making Test A and B, whilst the values of right posterior cingulate bundle was significantly positive correlation with MMSE score. As aMCI is a putative prodromal syndrome to Alzheimer's disease (AD), this study suggested that investigation of association fiber tracts between remote cortexes may yield important new data to predict whether a patient will eventually develop AD.

MRI diffusion tractography study in individuals with schizotypal features: A pilot study

Diffusion tensor imaging (DTI) studies have identified changes in white matter tracts in schizophrenia patients and those at high risk of transition. Schizotypal samples represent a group on the schizophrenia continuum that share some aetiological risk factors but without the confounds of illness. The aim of the current study was to compare tract microstructural coherence as measured by
fractional anisotropy (FA) between 12 psychometrically defined schizotypes and controls. We investigated bilaterally the uncinate and arcuate fasciculi (UF and AF) via a probabilistic tractography algorithm (PICo), with FA values compared between groups. Partial correlations were also examined between measures of subclinical hallucinatory/delusional experiences and FA values. High schizotypes
were found to have significantly higher FA values in bilateral UF only, but failed to reach significance in each hemisphere. In the whole sample there was a positive correlation between increasing FA values and measures of hallucinatory experience in the right AF. These findings suggest subtle changes in microstructural coherence are present in schizotypes. Correlations between mild hallucinatory experience and increasing FA values could indicate increasing coherence could be associated with symptom formation.

Utilidade dos exames de ressonância magnética no diagnóstico da doença de Parkinson : revisão sistemática e meta análise

Tese de mestrado, Neurociências, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Microstructural and metabolic changes in the brains of concussed athletes

Les commotions cérébrales ont longtemps été considérées comme une blessure ne comportant que peu ou pas de conséquences. Cependant, la mise à la retraite forcée de plusieurs athlètes de haut niveau, liée au fait d'avoir subi des commotions cérébrales multiples, a porté cette question au premier plan de la culture scientifique et sportive. Malgré la sensibilisation croissante du public et la compréhension scientifique accrue des commotions cérébrales, il reste encore beaucoup d’inconnus au sujet de ces blessures. En effet, il est difficile de comprendre comment cette atteinte peut avoir des effets si profonds malgré le fait qu’elle n’entraîne apparemment pas de conséquences physiques apparentes lorsque les techniques traditionnelles d’imagerie cérébrale sont utilisées. Les techniques de neuroimagerie fonctionnelle ont cependant contribué à répondre aux nombreuses questions entourant les conséquences des commotions cérébrales ainsi qu'à accroître la compréhension générale de la physiopathologie de commotions cérébrales. Bien que les techniques de base telles que l'imagerie structurelle comme les scans TC et IRM soient incapables de détecter des changements structurels dans la grande majorité des cas (Ellemberg, Henry, Macciocchi, Guskiewicz, & Broglio, 2009; Johnston, Ptito, Chankowsky, & Chen, 2001), d'autres techniques plus précises et plus sensibles ont été en mesure de détecter avec succès des changements dans le cerveau commotionné. Des études d’IRM fonctionelle ont entre autres établi une solide relation entre les altérations fonctionnelles et les symptômes post-commotionels (Chen, Johnston, Collie, McCrory, & Ptito, 2007; Chen et al., 2004; Chen, Johnston, Petrides, & Ptito, 2008; Fazio, Lovell, Pardini, & Collins, 2007). Les mesures électrophysiologiques telles que les potentiels évoqués cognitifs (ERP) (Gaetz, Goodman, & Weinberg, 2000; Gaetz & Weinberg, 2000; Theriault, De Beaumont, Gosselin, Filipinni, & Lassonde, 2009; Theriault, De Beaumont, Tremblay, Lassonde, & Jolicoeur, 2010) et la stimulation magnétique transcrânienne ou SMT (De Beaumont, Brisson, Lassonde, & Jolicoeur, 2007; De Beaumont, Lassonde, Leclerc, & Theoret, 2007; De Beaumont et al., 2009) ont systématiquement démontré des altérations fonctionnelles chez les athlètes commotionnés. Cependant, très peu de recherches ont tenté d'explorer davantage certaines conséquences spécifiques des commotions cérébrales, entre autres sur les plans structural et métabolique. La première étude de cette thèse a évalué les changements structurels chez les athlètes commotionnés à l’aide de l'imagerie en tenseur de diffusion (DTI) qui mesure la diffusion de l'eau dans la matière blanche, permettant ainsi de visualiser des altérations des fibres nerveuses. Nous avons comparé les athlètes commotionnés à des athlètes de contrôle non-commotionnés quelques jours après la commotion et de nouveau six mois plus tard. Nos résultats indiquent un patron constant de diffusion accrue le long des voies cortico-spinales et dans la partie du corps calleux reliant les régions motrices. De plus, ces changements étaient encore présents six mois après la commotion, ce qui suggère que les effets de la commotion cérébrale persistent bien après la phase aiguë. Les deuxième et troisième études ont employé la spectroscopie par résonance magnétique afin d'étudier les changements neurométaboliques qui se produisent dans le cerveau commotionné. La première de ces études a évalué les changements neurométaboliques, les aspects neuropsychologiques, et la symptomatologie dans la phase aiguë post-commotion. Bien que les tests neuropsychologiques aient été incapables de démontrer des différences entre les athlètes commotionnés et non-commotionnés, des altérations neurométaboliques ont été notées dans le cortex préfrontal dorsolatéral ainsi que dans le cortex moteur primaire, lesquelles se sont avérées corréler avec les symptômes rapportés. La deuxième de ces études a comparé les changements neurométaboliques immédiatement après une commotion cérébrale et de nouveau six mois après l’atteinte. Les résultats ont démontré des altérations dans le cortex préfrontal dorsolatéral et moteur primaire dans la phase aiguë post-traumatique, mais seules les altérations du cortex moteur primaire ont persisté six mois après la commotion. Ces résultats indiquent que les commotions cérébrales peuvent affecter les propriétés physiques du cerveau, spécialement au niveau moteur. Il importe donc de mener davantage de recherches afin de mieux caractériser les effets moteurs des commotions cérébrales sur le plan fonctionnel.

Modélisation radiobiologique pour la planification des traitements en radiothérapie à partir de données d’imagerie spécifiques aux patients

Un modèle de croissance et de réponse à la radiothérapie pour le glioblastome multiforme (GBM) basé le formalisme du modèle de prolifération-invasion (PI) et du modèle linéaire-quadratique a été développé et implémenté. La géométrie spécifique au patient est considérée en modélisant, d'une part, les voies d'invasion possibles des GBM avec l'imagerie du tenseur de diffusion (DTI) et, d'autre part, les barrières à la propagation à partir des images anatomiques disponibles. La distribution de dose réelle reçue par un patient donné est appliquée telle quelle dans les simulations, en respectant l'horaire de traitement. Les paramètres libres du modèle (taux de prolifération, coefficient de diffusion, paramètres radiobiologiques) sont choisis aléatoirement à partir de distributions de valeurs plausibles. Un total de 400 ensembles de valeurs pour les paramètres libres sont ainsi choisis pour tous les patients, et une simulation de la croissance et de la réponse au traitement est effectuée pour chaque patient et chaque ensemble de paramètres. Un critère de récidive est appliqué sur les résultats de chaque simulation pour identifier un lieu probable de récidive (SPR). La superposition de tous les SPR obtenus pour un patient donné permet de définir la probabilité d'occurrence (OP). Il est démontré qu'il existe des valeurs de OP élevées pour tous les patients, impliquant que les résultats du modèle PI ne sont pas très sensibles aux valeurs des paramètres utilisés. Il est également démontré comment le formalisme développé dans cet ouvrage pourrait permettre de définir un volume cible personnalisé pour les traitements de radiothérapie du GBM.

Transfert et traitement de l’information visuomotrice dans le cerveau autiste : intégrité et hétérogénéité

En plus de la triade de symptômes caractérisant l’autisme, ce trouble neurodévelopmental est associé à des particularités perceptives et motrices et, au niveau cérébral, par une connectivité atypique entre les différentes régions du cerveau. Au niveau anatomique, un des résultats les plus communs est la réduction du corps calleux. Toutefois, des effets directs de cette altération anatomique sur l’intégrité et l’efficacité du transfert interhémisphérique restent à être démontrés. Pour la présente thèse, trois différentes études investiguent différents aspects du traitement de l’information visuomotrice : le transfert interhémisphérique entre les régions bilatérales motrices et visuelles, la vitesse de traitement perceptif, et les habiletés motrices visuellement guidées. Dans la première étude, le paradigme visuomoteur de Poffenberger a été utilisé pour mesurer le temps de transfert interhémisphérique (TTIH). L’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf) et structurale ainsi que l’imagerie de diffusion ont aussi été utilisées pour étudier les réseaux cérébraux impliqués dans la tâche de Poffenberger. Les autistes ont été comparés à un groupe d’individus à développement typique. La deuxième étude avait pour but d’investiguer la vitesse de traitement perceptif en autisme. Dans la troisième étude, deux tâches motrices (Purdue et Annett) ont été utilisées pour examiner la nature et l’importance des déficits moteurs. La tâche de Purdue inclut deux conditions bimanuelles utilisées comme indice additionnel d’intégration interhémisphérique. Dans les études 2 et 3, le groupe d’autistes a aussi été comparé à un groupe d’individus Asperger afin de voir si, et comment, les deux sous-groupes peuvent être distingués en ce qui concerne le traitement visuel et les déficits moteurs. Aucune différence entre les groupes n’a été observée en termes de TTIH. Les résultats de l’étude IRMf révèlent des différences d’activations corticales en lien avec la tâche de Poffenberger. Dans les groupes d’autistes et de typiques, l’efficacité de la communication interhémisphérique était associée à différentes portions du corps calleux (frontales/motrices chez les typiques, postérieures/visuelles chez les autistes). De façon globale, les résultats de cette étude démontrent un patron atypique de transfert interhémisphérique de l’information visuomotrice en autisme, reflétant un rôle plus important des mécanismes visuels dans le comportement sensorimoteur possiblement en lien avec une réorganisation cérébrale. Les résultats des études comportementales 2 et 3 indiquent que les autistes excellent dans la tâche mesurant la vitesse de traitement perceptif alors que les Asperger accomplissent la tâche à des niveaux similaires à ceux des typiques. La nature des déficits moteurs diffère aussi entre les deux sous-groupes; la dextérité et la coordination bimanuelle est affectée chez les individus Asperger mais pas chez les autistes, qui eux sont plus atteints au niveau de la rapidité unimanuelle. Les sous-groupes d’autistes et de syndrome d’Asperger sont caractérisés par des profils cognitifs différents dont les particularités perceptives et motrices font partie intégrante.

Integració a la plataforma webDTI de tècniques de clustering de fibres i visualització de clústers

Estudi, disseny i implementació de diferents tècniques d’agrupament de fibres (clustering) per tal d’integrar a la plataforma DTIWeb diferents algorismes de clustering i tècniques de visualització de clústers de fibres de forma que faciliti la interpretació de dades de DTI als especialistes

Integració d’un visualitzador de volums en una plataforma de reconstrucció de mapes de fibres del cervell

Estudi, disseny i implementació d’un algorisme de visualització de volums i integrar-lo en la plataforma DTIWeb de visualització i processament de dades de DTI. La plataforma DTIWeb és una plataforma desenvolupada conjuntament entre el Laboratori de Gràfics i Imatge de la Universitat de Girona i d’Institut de Diagnòstic per la imatge de l’Hospital Josep Trueta de Girona. Aquesta plataforma integra els mètodes bàsics de reconstrucció de fibres del cervell. La principal limitació de la plataforma és que no suporta la visualització de models 3D. Aquest fet limita el seu us en la pràctica clínica habitual ja que es fa difícil la interpretació dels mapes de connectivitat que genera

Visualitzation and processing of diffusion tensor MRI

Diffusion Tensor Imaging (DTI) is a new magnetic resonance imaging modality capable of producing quantitative maps of microscopic natural displacements of water molecules that occur in brain tissues as part of the physical diffusion process. This technique has become a powerful tool in the investigation of brain structure and function because it allows for in vivo measurements of white matter fiber orientation. The application of DTI in clinical practice requires specialized processing and visualization techniques to extract and represent acquired information in a comprehensible manner. Tracking techniques are used to infer patterns of continuity in the brain by following in a step-wise mode the path of a set of particles dropped into a vector field. In this way, white matter fiber maps can be obtained.

UK construction orders and output: A comparison of government and commercially available data 1995-2001

Because of the importance and potential usefulness of construction market statistics to firms and government, consistency between different sources of data is examined with a view to building a predictive model of construction output using construction data alone. However, a comparison of Department of Trade and Industry (DTI) and Office for National Statistics (ONS) series shows that the correlation coefcient (used as a measure of consistency) of the DTI output and DTI orders data and the correlation coefficient of the DTI output and ONS output data are low. It is not possible to derive a predictive model of DTI output based on DTI orders data alone. The question arises whether or not an alternative independent source of data may be used to predict DTI output data. Independent data produced by Emap Glenigan (EG), based on planning applications, potentially offers such a source of information. The EG data records the value of planning applications and their planned start and finish dates. However, as this data is ex ante and is not correlated with DTI output it is not possible to use this data to describe the volume of actual construction output. Nor is it possible to use the EG planning data to predict DTI construc-tion orders data. Further consideration of the issues raised reveal that it is not practically possible to develop a consistent predictive model of construction output using construction statistics gathered at different stages in the development process.

The role of corticospinal tract damage in chronic motor recovery and neurorehabilitation: a pilot study

Background. With diffusion-tensor imaging (DTi) it is possible to estimate the structural characteristics of fiber bundles in vivo. This study used DTi to infer damage to the corticospinal tract (CST) and relates this parameter to (a) the level of residual motor ability at least 1 year poststroke and (b) the outcome of intensive motor rehabilitation with constraint-induced movement therapy (CIMT). Objective. To explore the role of CST damage in recovery and CIMT efficacy. Methods. Ten patients with low-functioning hemiparesis were scanned and tested at baseline, before and after CIMT. Lesion overlap with the CST was indexed as reduced anisotropy compared with a CST variability map derived from 26 controls. Residual motor ability was measured through the Wolf Motor Function Test (WMFT) and the Motor Activity Log (MAL) acquired at baseline. CIMT benefit was assessed through the pre—post treatment comparison of WMFT and MAL performance. Results. Lesion overlap with the CST correlated with residual motor ability at baseline, with greater deficits observed in patients with more extended CST damage. Infarct volume showed no systematic association with residual motor ability. CIMT led to significant improvements in motor function but outcome was not associated with the extent of CST damage or infarct volume. Conclusion. The study gives in vivo support for the proposition that structural CST damage, not infarct volume, is a major predictor for residual functional ability in the chronic state. The results provide initial evidence for positive effects of CIMT in patients with varying, including more severe, CST damage.

Cortical thickness changes in the non-lesioned hemisphere associated with non-paretic arm immobilization in modified CI therapy

Recent evidence suggests that immobilization of the upper limb for 2–3 weeks induces changes in cortical thickness as well as motor performance. In constraint induced (CI) therapy, one of the most effective interventions for hemiplegia, the non-paretic arm is constrained to enforce the use of the paretic arm in the home setting. With the present study we aimed to explore whether non-paretic arm immobilization in CI therapy induces structural changes in the non-lesioned hemisphere, and how these changes are related to treatment benefit. 31 patients with chronic hemiparesis participated in CI therapy with (N = 14) and without (N = 17) constraint. Motor ability scores were acquired before and after treatment. Diffusion tensor imaging (DTI) data was obtained prior to treatment. Cortical thickness was measured with the Freesurfer software. In both groups cortical thickness in the contralesional primary somatosensory cortex increased and motor function improved with the intervention. However the cortical thickness change was not associated with the magnitude of motor function improvement. Moreover, the treatment effect and the cortical thickness change were not significantly different between the constraint and the non-constraint groups. There was no correlation between fractional anisotropy changes in the non-lesioned hemisphere and treatment outcome. CI therapy induced cortical thickness changes in contralesional sensorimotor regions, but this effect does not appear to be driven by the immobilization of the non-paretic arm, as indicated by the absence of differences between the constraint and the non-constraint groups. Our data does not suggest that the arm immobilization used in CI therapy is associated with noticeable cortical thinning.