Resting state fMRI in psychotic disorders – from neuronal substrates to clinical utility?

Hjernenettverk i psykiske lidelser Målet med dette prosjektet, som er Kristina Cecilie Skåtun sitt doktorgradsarbeid, er å øke kunnskapen om de underliggende sykdomsmekanismene i psykotiske lidelser ved å studere funksjonelle og strukturelle nettverk i hjernen ved bruk av hjerneavbildning. Schizofreni og bipolar lidelse er alvorlige psykiske lidelser, hvor pasientene har store plager som hallusinasjoner, forstyrret virkelighetsoppfatning, humørsvingninger og svekket kognisjon. Det er fortsatt mye vi ikke vet om årsaken til disse lidelsene, men nyere forskning har påvist endringer i hjernens struktur og funksjon. Metoder innenfor magnettomografisk hjerneavbildning (MRI) gjør det mulig å ta detaljerte bilder av hjernen. Mye tyder på at det finnes endringer spesielt i forbindelsene mellom områder i hjernen, og ikke kun i spesifikke strukturer, hos mennesker med alvorlige psykiske lidelser. I tradisjonelle funksjonelle MRI studier løser forsøkspersonen en oppgave under undersøkelsen, og aktiviteten i hjernen involvert i å løse oppgaven blir målt. I Skåtun sitt prosjekt brukes en ny metode, hvor man måler spontantaktiviteten i hjernen over tid mens forsøkspersonen ligger og slapper av. Spontanaktiviteten kan måles i kuber på millimeterskala i hele hjernen, der aktiviteten i hver kube kan rangeres etter hvor viktig, eller sentral, den er i hjernenettverket. Alternativt kan spontanaktiviteten deles opp i flere sub-nettverk som hver består av spesifikke hjernestrukturer med samme aktiveringsmønster. Ved hjelp av statistiske analysemetoder (ICA) kan disse sub-nettverkene identifiseres og kvantifiseres. Det gjør det mulig å identifisere unormale nettverk med ulik oppløsning i pasienter i forhold til friske kontrollpersoner. Prosjektets fokus i det første året har vært innsamling og analysering av data, og vi har fulgt fremdriftsplanene med MRI undersøkelser og prosessering av hjernebilder fra over 500 individer. Den første studien viser at viktigheten av spesifikke områder i hjernen, målt etter hvor mange forbindelser de har, er endret i pasienter. Somatosensoriske og synsområder, samt områder for hukommelse og emosjonell bearbeidelse, har spesielt reduserte forbindelser med andre områder i hjernen i pasientgruppene. I den andre studien har vi undersøkt rollen til thalamus, en struktur som integrerer og videresender informasjon i hjernen. Resultater viser at thalamus har redusert forbindelse med frontale områder i hjernen og økt forbindelse med sensoriske områder i pasienter. Dette tyder på at informasjonsflyten i hjernen er endret i psykosepasienter, og at thalamus spiller en viktig rolle for optimal fungering. I den siste studien vil vi undersøke interaksjonen mellom 59 hjernenettverk i schizofrenipasienter fra tre ulike populasjoner (en fra Oslo, og to fra Stockholm). Resultatene viste at særlig sensoriske, og frontale områder er impliserte, som kan tyde på at kognisjon (dvs. planlegging, arbeidsminne, abstrakt tenkning) kan delvis være forårsaket av problemer med prosessering av sensorisk informasjon. I tillegg viste resultatene at aktivitetsmønstrene i hjernen til schizofrenipasientene var robuste og sammenlignbare i ulike utvalg, og at de kunne brukes til å riktig klassifisere pasienter og friske personer i rundt 80% av tilfellene. Dette tyder på at hjerneendringer i schizofreni er sammenlignbare på tvers av geografi og ulike sykdomsforløp. Resultater fra prosjektet vil øke kunnskapen om hvilke områder og forbindelser i hjernen som er rammet i psykiske lidelser, som igjen kan hjelpe med å identifisere underliggende sykdomsmekanismer. Basert på disse funn håper vi å bidra til å forbedre diagnostisering, klinisk ivaretakelse, og behandlingsstrategier. Resultatene av forskningen har betydning for forståelsen av alvorlige psykiske lidelser og mulige sykdomsmekanismer. Prosjektet inkluderte mennesker med psykiske lidelser, gir dermed direkte kunnskap om pasienter og hvordan hjernen fungerer i en klinisk populasjon. Våre resultater vil kunne få positive konsekvenser for helsetjenesten. Resultatene fra prosjektet vil øke kunnskapen om hvilke områder og forbindelser i hjernen som er rammet i psykiske lidelser, som igjen kan hjelpe med å identifisere underliggende sykdomsmekanismer. Funn i studien vil ha konsekvenser for fremtidens helsetjeneste, gjennom generering av kunnskapsgrunnlag som for utvikling av hjerneavbildning i kombinasjon med andre metoder kan få en betydning i klinisk virksomhet, slik som tidlig oppdagelse, diagnostikk eller stratifisering. Resultatene fra den siste studien viser at endringer i forbindelsen i hjernen kan alene klassifisere 80% av pasientene, som viser potensialet for bruk av de underliggende endringene som biomarkører for å forberede diagnostisering i psykiatrien. Når den underliggende patologien er identifisert, vil det gjøre det lettere å identifisere riktig type behandling, samt å forbedre diagnostisering, klinisk ivaretakelse, og behandlingsstrategier. Konklusjonen er i dag at MRI hjerneavbildningsteknikker ikke har bra nok positiv prediktiv verdi til å tas i bruk rutinemessig i klinisk virksomhet.