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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.5.2020.tde-22062021-095643
Documento
Autor
Nome completo
Natalia Novaes Pelizari Pinto
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2020
Orientador
Banca examinadora
Cardoso, Ellison Fernando (Presidente)
Cury, Rubens Gisbert
Martin, Maria da Graça Morais
Pinto, Roberta Arb Saba Rodrigues
Título em português
Diminuição da conectividade funcional medida pela eficiência global da rede motora: estudo comparativo entre doença de Parkinson, tremor essencial e voluntários sadios
Palavras-chave em português
Conectoma
Córtex motor
Doença de Parkinson
Imagem por ressonância magnética
Neuroimagem funcional
Transtornos dos movimentos
Tremor essencial
Resumo em português
Doença de Parkinson e Tremor Essencial estão entre os transtornos do movimento mais prevalentes. No entanto, sua fisiopatologia não é completamente conhecida. A Ressonância Magnética Funcional tem se tornado uma ferramenta útil para estudo das funções cerebrais em indivíduos saudáveis e em patologias diversas. Dentre as diversas metodologias disponíveis para análise dos dados de ressonância funcional, optamos por aplicar a Teoria de Grafos, que é o campo da matemática que analisa redes complexas e tem sido aplicada à neuroimagem para quantificar os circuitos funcionais cerebrais. Através da Teoria de Grafos, podemos calcular a Eficiência Global da rede motora, que reflete a transferência efetiva de informação em uma rede de nós. Matematicamente, é expressa como o inverso da medida dos caminhos mais curtos entre os nós de uma rede. De acordo com dados da literatura recente a esse respeito, levantamos a hipótese de que a eficiência global da rede motora deveria estar diminuída na Doença de Parkinson em relação a voluntários sadios e a pacientes com Tremor Essencial, e que essa diminuição se correlacionaria com parâmetros clínicos, como níveis de tremor. Também levantamos a hipótese de que, em pacientes com Tremor Essencial, a conectividade do cerebelo deveria estar alterada em relação a controles e a pacientes com Doença de Parkinson. O objetivo principal desde estudo foi de avaliar a hipótese acima, bem como acessar as diferenças entre os subgrupos de Doença de Parkinson - Rígido-Acinética e Tremulante. Objetivos específicos foram de avaliar a conectividade par-a-par (seed-to-voxel e ROI-to-ROI), correlacionar dados de Eficiência Global a parâmetros clínicos, como escala de UPDRS1, escala de tremor e Dose Equivalente de Levodopa. Cento e três sujeitos (54 PD, 18 ET e 31HC) foram incluídos no estudo. Todos os grupos foram submetidos a Ressonância Magnética estrutural e funcional. Imagens foram pré-processadas 1 UPDRS - do inglês, Escala Unificada de Avaliação da Doença de Parkinson. usando o programa CONN, sendo 9 indivíduos excluídos devido a artefatos de movimentação. As Regiões de Interesse (ROI) foram determinadas com base nos atlas "Automated Anatomical Labeling" e "Harvard-Oxford", além de ROIs criadas manualmente para Substância Negra e Núcleo Denteado. Tais ROIs foram selecionadas por sua relevância na Rede Motora. A análise estatística foi realizada com parâmetros conservadores. A análise através da Teoria de Grafos mostrou diminuição da Eficiência Global (GE) da rede motora na PD em relação a HC. As áreas que mais contribuíram para esta redução foram a área motora suplementar (SMA) esquerda e o giro pós-central bilateralmente. Para ET, não houve diferença na GE da rede motora em comparação a DP. No entanto, houve aumento da conectividade da rede cerebelar anterior em relação às outras ROIs da rede motora em comparação a PD. As escalas de tremor se correlacionaram positivamente com a GE da rede motora em ambos os subgrupos da PD, assim como na GE da substância negra esquerda em ambos subgrupos, sendo maior a correlação com a forma rígido-acinética. Concluímos que a conectividade funcional medida através da GE da rede motora está diminuída na PD em comparação a controles, especialmente devido à diminuição da conectividade da SMA esquerda e do giro pós-central bilateral. Esses achados corroboram a teoria de que há uma disfunção global da rede motora na PD, que não afeta somente os gânglios da base, mas também áreas associadas à modulação do movimento. Essas áreas poderiam ser novos alvos para terapias como Estimulação Magnética Transcraniana, e para posteriores estudos de neuroimagem funcional sobre a conectividade pré e pós intervenção em tais áreas
Título em inglês
Functional connectivity measured by the global efficiency of the motor network is decreased in Parkinson's Disease in comparison to healthy controls and essential tremor
Palavras-chave em inglês
Connectome
Essential tremor
Magnetic resonance imaging, Functional neuroimaging
Motor cortex
Movement disorders
Parkinson disease
Resumo em inglês
Even though Parkinson's Disease (PD) and Essential Tremor (ET) are two of the most prevalent movement disorders and the most frequent causes of tremor, their pathophysiologies are not completely understood. In order to enlighten brain functioning in healthy brains and in diseases, functional magnetic resonance imaging has become a powerful tool. Graph theory is the mathematical field that analyzes complex networks, and has been applied to neuroimaging data to quantify brain's functional systems. One of its measures is Global Efficiency (GE), which reflects effective information transfer within a network of nodes and edges. It is mathematically expressed as the inverse of the shortest path length between nodes of a graph. According to previous literature data, we hypothesized that there would be a decreased GE of the motor network in PD patients when compared to controls and ET patients, and that this decrease would be related to clinical parameters such as tremor scores. We also hypothesized that ET patients would show different connectivity patterns from controls, specially involving the cerebellum. The major aim of this project was to evaluate the hypothesis above, and assess possible differences between PD subgroups. The specific goals were to evaluate pairwise metrics (seed-to-voxel and ROI-to-ROI), and to correlate the GE of the motor network to clinical parameters, such as the Unified Parkinson's Disease Rating Scale (UPDRS), tremor scores and Levodopa Equivalent Dose (LED). 103 subjects (54PD, 18ET and 31HC) were enrolled in this study. All the groups were submitted to structural and functional MRI. Images were preprocessed using the CONN software and 9 subjects were excluded from the study due to motion artifacts. Regions of interest (ROIs) were determined based on the Automated Anatomical Labeling Atlas (AAL) and Harvard-Oxford Atlas, and we manually created ROIs for the Denteate Nucleus and Substantia Nigra. ROIs were selected because they are important hubs on the motor network related to tremor. Statistical analysis was set to very conservative parameters. Network analysis showed reduced GE of the motor circuit of PD in comparison to HC (p 0.042). Areas that most contributed for this reduction were left supplementary motor area and bilateral postcentral gyri. For ET, there was no difference in GE of the motor network when compared to PD. However, there was an increase in the connectivity of the anterior cerebellar network to the other ROIs of the motor network in the ET group when compared to the PD group. Tremor scores correlated positively with GE of the network in both PD subgroups, and also to the GE of the left substantia nigra in both subgroups, being greater in the PDAR group. We concluded that functional connectivity measured by the GE of the motor network is diminished in PD in comparison to controls, especially due to decreased connectivity of left SMA and bilateral postcentral gyrus. These findings corroborate to the theory that there is a global impairment of the motor network in PD, and it does not affect just the basal ganglia, but also areas associated with movement modulation. These areas could possibly be new targets for therapies such as transcranial magnetic stimulation and for posterior functional connectivity neuroimaging studies focusing on pre and post intervention in such areas
 
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Data de Publicação
2021-06-25
 
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