English Title: Morphological cerebral correlates of neuropsychological test performance in mild cognitive impairment and Alzheimer’s disease

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Abstract

Die vorliegende Arbeit ist Fragestellungen nachgegangen, wie bei Patienten mit einer Leichten kognitiven Beeinträchtigung (LKB) und Patienten mit einer beginnenden Alzheimer Demenz (AD) die neuropsychologische Testleistung mit MR-strukturellen Hirnveränderungen assoziiert sind. Mittels der optimierten voxelbasierten Morphometrie (OVBM) wurden hypothesengeleitet erst hirnstrukturelle Vergleiche, dann neuropsychologische Assoziationskarten und im dritten Abschnitt faktoranalytische Assoziationskarten ermittelt. Zuvor wurde bei allen Teilnehmern an der Studie eine ausführliche neuropsychologische Untersuchung sowie diagnostische Abklärung im Rahmen der Gedächtnisambulanz-Sprechstunden durchgeführt und ausgewertet. Um Konfundierungen mit altersbedingten, physiologischen Abbauprozessen herauszupartialisieren, wurden gesunde, kognitiv unbeeinträchtigte Kontrollpersonen (KG) als Vergleichsgruppe eingeschlossen. Die Gesamtstichprobe umfasste insgesamt 126 Teilnehmer, bestehend aus 60 Patienten mit einer LKB, 34 Patienten mit einer AD und 32 gesunden Kontrollpersonen. Von allen Probanden lag zeitnah ein MRT-Bilddatensatz (T1-gewichtet) vor. In der Neuropsychologie nahm die LKB-Gruppe eine Mittelstellung zwischen AD-Patienten und kognitiv unbeeinträchtigten KG ein. Die AD-Gruppe zeigte in allen strukturellen Vergleichen den höchsten Verlust an grauer Substanzdichte, die LKB-Stichprobe nahm eine Mittelstellung zwischen AD und KG ein. Bei den neuropsychologischen Assoziationskarten ergaben sich ähnliche Resultate, doch wider erwarten gab es zwischen LKB und KG nicht sehr ausgeprägte Zusammenhänge zu MR-Morphometrischen Veränderungen im Bereich des Hippocampus, Gyrus parahippocampalis und entorhinalen Cortexes. Die Intravarianz innerhalb der Stichprobe LKB-Einzeln ist wiederum sehr hoch bei neuronalen Veränderungen im Zusammenhang mit der Testperformanz. Die faktoranalytischen Assoziationskarten ergaben vor allem für Faktor 1 hohe Korrelationen. Die hier ermittelten Ergebnisse geben Hinweise darauf, dass im Vergleich zur neuropsychologischen Testleistung eher diskrete, zerebrale Unterschiede innerhalb der LKB-Gruppe als Marker für eine mögliche Entwicklung einer manifesten AD geeignet sein könnten. Für gesichertere Aussagen wären prospekte Untersuchungen notwendig um auch die Unterschiede zwischen LKB-„Convertern“ und LKB-„Non-Convertern“ weiter ausdifferenzieren zu können.

Translation of abstract (English)

The objective of this study was to reveal the associations of structural cerebral alterations with neuropsychological deficits in individuals with mild cognitive impairment (MCI) and patients with Alzheimer’s disease (AD). 60 patients with MCI, 34 patients with mild to moderate AD and 32 healthy controls underwent both extensive neuropsychological assessment (CERAD test battery) and high-resolution structural magnetic resonance imaging. We used optimized voxel based morphometry (VBM) to investigate (i) differences in gray matter (GM) density between the three aforementioned groups and (ii) the putative relation of CERAD test performance with brain morphological alterations. When compared to healthy controls, AD patients and, to a lower extent, patients with MCI were characterized by atrophic processes predominantly in the medial temporal lobe. Depending on the particular CERAD subtest, impaired cognitive performance was related to gray matter reductions in a variety of cerebral sites. Our findings lend further support for medial temporal lobe degeneration in MCI and AD. Furthermore, the present results indicate that cognitive impairment in AD and its assumed precursor MCI is not simply related to degenerative processes in a few distinct cerebral regions but rather reflects morphological alterations in a widespread network comprising the temporal lobe (both neo- and allocortical regions), frontal cortical fields, the parietal lobe, the thalamus, the anterior and posterior cingulate gyrus, and the cerebellum, respectively.