333 research outputs found
Analytical validation of innovative magneto-inertial outcomes: a controlled environment study.
peer reviewe
Analysis of the retina and visual pathway by OCT, OCTA and psychophysical tests in asymptomatic subjects at high genetic risk for the development of Alzheimer's disease
Tesis inĂ©dita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Medicina, leĂda el 15-07-2022La Enfermedad de Alzheimer (EA) es una enfermedad neurodegenerativa progresiva que se caracteriza: por una atrofia cortical difusa, declive de las funciones cognitivas, asĂ como la agregaciĂłn anormal de proteĂnas como la beta amiloide fibrilar (AĂź) y tau hiperfosforilada (p-Tau).El factor de riesgo prevalente es la edad avanzada, tras el cual destaca la herencia genĂ©tica. Elmayor factor de riesgo genĂ©tico conocido es ser portador de al menos un alelo 4 del gen de la apoliproteina E (ApoE). Otro de los factores que incrementa el riesgo para desarrollar la EA, es la historia familiar de primer grado. Los signos cerebrales de la EA aparecen dĂ©cadas antes del inicio clĂnico de la enfermedad. Dado que la relaciĂłn entre cerebro y retina se establece ya desde la etapa embrionaria, los cambios retinianos detectados con tĂ©cnicas de diagnĂłstico oftalmolĂłgico en sujetos con alto riesgo genĂ©tico para el desarrollo de EA posibilitan la identificaciĂłn de potenciales pacientes de EA en etapas muy tempranas...Alzheimer's disease (AD) is a progressive neurodegenerative disease characterised by: diffuse cortical atrophy, decline in cognitive functions, as well as abnormal aggregation of proteins such as fibrillar amyloid Beta (Aβ) and hyperphosphorylated tau(p-Tau).The prevalent risk factor is older age, after which genetic inheritance is the most important. The major known genetic risk factor is carrying at least one 4 allele of the apoliprotein E (ApoE 4)gene. Another factor that increases the risk of developing AD is a first-degree family history. Brain signs of AD appear decades before clinical onset of the disease. Since the relationship between brain and retina is established as early as the embryonic stage, retinal changes detected with ophthalmological diagnostic techniques in subjects at high genetic risk for developing AD make it possible to identify potential AD patients at very early stages..Fac. de MedicinaTRUEunpu
Apport de l’IRM structurelle multimodale dans la chirurgie d’épilepsie : le cas de l’épilepsie insulaire
L’épilepsie insulaire (ÉI) est une forme rare d’épilepsie focale qui, en raison des défis liés à son diagnostic, est difficilement cernable. De plus, la prise en charge des patients avec ÉI s’avère complexifiée par le fait que cette pathologie est fréquemment résistante aux médicaments anti-crises. Pour ces cas médico-réfractaires, la chirurgie insulaire est une option viable. Cela dit, les patients subissant une telle intervention développent fréquemment des déficits neurologiques postopératoires; heureusement, la grande majorité de ceux-ci récupèrent complètement et rapidement. Or, le mécanisme sous-tendant ce singulier rétablissement fonctionnel demeure à ce jour mal compris.
Deux modalités modernes d’IRM structurelle, soit l’analyse d’épaisseur corticale et la tractographie, ont permis, dans les dernières années, de décrire les altérations architecturales caractéristiques et potentiellement diagnostiques de divers types d’épilepsie ainsi que de caractériser les remodelages plastiques qui suivent la chirurgie de l’épilepsie extra-insulaire. Cependant, à ce jour, aucune étude ne s’est encore penchée sur le cas de l’ÉI. De ce fait, les études qui constituent cette thèse exploitent l’IRM structurelle afin, d’une part, de dépeindre les altérations d’épaisseur du cortex et de connectivité de matière blanche associées à l’ÉI et, d’autre part, de définir les réarrangements de connectivité subséquents à la chirurgie insulaire pour contrôle épileptique.
Les deux premières études de cette thèse ont révélé que l’ÉI était associée à un pattern majoritairement ipsilatéral d’atrophie corticale et d’hyperconnectivité impliquant principalement des sous-régions insulaires et des régions connectées à l’insula. De manière intéressante, la topologie de ces changements correspondait, au moins en partie, à celle du réseau épileptique de l’ÉI. Ensuite, la troisième étude visait à décrire, par le biais d’une méta-analyse, l’histoire naturelle postopératoire des patients subissant une chirurgie pour ÉI. Cette analyse a, entre autres, confirmé que cette chirurgie était efficace (66.7% de disparition des crises) et qu’elle était fréquemment accompagnée de complications neurologiques (42.5%) qui, dans la plupart des cas, étaient transitoires (78.7% des complications) et récupéraient entièrement dans les trois mois postopératoires (91.6% des complications transitoires). Finalement, la quatrième étude a révélé que la chirurgie pour ÉI était suivie d’altérations de connectivité diffuses et bilatérales. Notamment, les connexions présentant une augmentation de connectivité concernaient particulièrement des régions localisées soit près de la cavité chirurgicale ou dans l’hémisphère controlatéral à l’intervention. De plus, la majorité de ces renforcements structurels se sont produits dans les six premiers mois suivant la chirurgie, un délai comparable à celui durant lequel la majeure partie de la récupération fonctionnelle postopératoire a été observée dans notre méta-analyse.
En somme, nos résultats suggèrent que les altérations morphologiques en lien avec l’ÉI peuvent correspondre à son réseau épileptique sous-jacent. La topologie de ces changements pourrait constituer un biomarqueur structurel diagnostique qui aiderait à la reconnaissance de l’ÉI et, concomitamment, favoriserait possiblement un traitement chirurgical plus adapté et plus efficace. De plus, les augmentations de connectivité postopératoires pourraient correspondre à des réponses neuroplastiques permettant de prendre en charge les fonctions altérées par la chirurgie. Nos constats ont ainsi contribué à la caractérisation des mécanismes étayant la singulière récupération fonctionnelle accompagnant la chirurgie pour ÉI. À plus grande échelle, nos travaux offrent un aperçu du potentiel de l’IRM structurelle à assister au diagnostic de l’épilepsie focale ainsi qu’à participer à la description des changements plastiques subséquents à une résection neurochirurgicale.Insular epilepsy (IE) is a rare type of focal epilepsy that is difficult to diagnose. In addition to the challenging nature of IE detection, management of patients with this condition is complicated by the tendency of insular seizures to be resistant to anti-seizure medications. For such medically refractory cases, insular surgery constitutes a viable and long-lasting therapeutic option. That said, patients who undergo an insular resection for seizure control frequently develop postoperative neurological deficits; fortunately, most of these impairments recover fully and rapidly. While this favorable postoperative course contributes to improving the outcome of IE surgery, the mechanism underlying the functional recovery remains unknown.
Two contemporary structural MRI modalities, namely cortical thickness analysis and tractography, have recently been used to describe characteristic structural alterations of focal epilepsies and to elucidate the postoperative plastic remodeling associated with surgery for extra-insular epilepsy. While these analyses added to our understanding of several localization-related epilepsies, none specifically studied IE. In this thesis, we exploit structural MRI techniques to, first, depict the alterations of cortical thickness and white matter connectivity in IE and, second, define the progressive rearrangements that follow insular surgery for epilepsy.
The first two studies of the current thesis showed that IE is associated with a primarily ipsilateral pattern of cortical thinning and hyperconnectivity that mainly involves insular subregions and insula-connected regions. Interestingly, the topology of these changes corresponded, at least in part, to the epileptic network of IE. Furthermore, the third study aimed to describe, via a meta-analysis, the postoperative outcome of patients undergoing surgery for IE. Among other findings, the analysis revealed that insular surgery was effective (66.7% seizure freedom rate) but was associated with a significant risk of neurological complications (42.5%) which, in most cases, were transient (78.7% of all complications) and recovered fully within three months (91.6% of transient complications). Finally, the fourth study showed that surgery for IE was followed by a diffuse pattern of bilateral structural connectivity changes. Notably, connections exhibiting an increase in connectivity were specifically located near the surgical cavity and in the contralateral healthy hemisphere. In addition, the majority of the structural strengthening occurred in the first six months following surgery, a time course that is consistent with the short delay during which most of the postoperative functional recovery was observed in our meta-analysis.
Our results suggest that the morphological alterations in IE may reflect its underlying epileptic network. The topology of these changes may constitute a structural biomarker that could help diagnose IE more readily and, concomitantly, potentially enable a more targeted and more effective surgical treatment. Moreover, the postoperative increases in connectivity may be compatible with compensatory neuroplastic responses, a process that arose to recoup the functions of the injured insular cortex. Our findings have therefore contributed to the characterization of the driving process that supports the striking functional recovery seen following surgery for IE. On a larger scale, our work provides insights into the potential of structural MRI to assist in the diagnosis of focal epilepsy and to describe plastic changes following neurosurgical resections
Aerobic Exercise for the Promotion of Healthy Aging: Changes in Brain Structure Assessed with New Methods
As the proportion of older individuals in the population increases, so does the scientific concern surrounding age-related deterioration of brain tissue and related cognitive decline. One modifiable lifestyle factor of interest in the pursuit to slow or even reverse age-related brain atrophy is aerobic exercise. A number of studies have already demonstrated that aerobic exercise in older age can induce maintenance (i.e., reduction of loss) of both gray and white matter volume, particularly in the frontal regions of the brain, which are vulnerable to shrinkage in older age. Other magnetic resonance imaging (MRI)-based techniques, such as quantitative MRI and diffusion-weighted MRI, have been used to measure age-related deterioration of gray and white matter integrity in both voxel-wise analyses as well as on the latent level, but whether these negative changes can be ameliorated through exercise has yet to be shown. The current dissertation includes three papers which used a number of both established and novel MRI-based metrics to quantify changes in brain tissue integrity resulting from aging, as well as to investigate whether these changes can be ameliorated through aerobic exercise.
In Paper I (Wenger et al., 2022), we tested the reliability of quantitative MRI measures, namely longitudinal relaxation rate, effective transverse relaxation rate, proton density, and magnetization transfer saturation, by measuring them in a two-day, four-session design with repositioning in the scanner. Using the intra-class effect decomposition model, we found that magnetization transfer saturation could reliably detect individual differences, validating its use to investigate changes in brain structure longitudinally, as well as correlations with other variables of interest, such as change in cardiovascular fitness.
In Paper II (Polk et al., 2022), we tested the effects of aerobic exercise on a latent factor of gray-matter structural integrity, comprising observed measures of gray-matter volume, magnetization transfer saturation, and mean diffusivity, in regions of interest that have previously shown volumetric effects of aerobic exercise. We found that gray-matter structural integrity was maintained in frontal and midline regions, and that change in gray-matter structural integrity in the right anterior cingulate cortex was positively correlated with change in cardiovascular fitness within exercising participants. These results suggest a causal relationship between aerobic exercise, cardiovascular fitness, and gray-matter structural integrity in this region.
In Paper III (Polk et al., 2022), we tested the effects of aerobic exercise on white matter integrity, measured with both established and recently developed metrics. We were able to replicate findings from a previous study on the effects of aerobic exercise on white matter volume, and we also found change-change correlations between white matter volume and cardiovascular fitness as well as between white matter volume and performance on a test of perceptual speed. We also found unexpected exercise-induced changes in the diffusion weighted imaging-derived metrics of fractional anisotropy, mean diffusivity, fiber density, and fiber density and cross-section. Specifically, we found increases (or decreases in the case of mean diffusivity) within control participants and decreases (or increases in mean diffusivity) in exercisers. Furthermore, we found that percent change in fiber density and fiber density and cross-section correlated negatively with percent change in both cardiovascular fitness and cognitive performance. This casts doubt on the functional interpretation of these measures and suggests that the “more is better” principle may not be universally applicable when investigating age-related and exercise-induced changes in white matter integrity.
In sum, this dissertation showed that regular at-home aerobic exercise, which may be more accessible for older individuals than supervised exercise, can be an effective tool to ameliorate age-related decreases in a latent measure of gray-matter structural integrity as well as white matter volume. It also illuminated potential limitations of other measures of white matter integrity in the context of aging and aerobic exercise, and calls for further research into these novel measures, especially when considering functional outcomes such as cognitive performance
Subcortical brain mapping of executive functions glioma patients:Towards standardized cognitive monitoring during awake brain surgery
Bij patiënten met een glioom, een type hersentumor, is de eerste keuze van behandeling in de meeste gevallen een operatie om zoveel mogelijk kwaadaardig tumorweefsel weg te halen en daarbij de beschadiging van gezond hersenweefsel te voorkomen. In sommige gevallen kan de neurochirurg ervoor kiezen om de hersenoperatie onder wakkere omstandigheden uit te voeren, om de kans op schade aan gebieden die belangrijk zijn voor bepaalde hersenfuncties te beperken. Directe Elektrische Stimulatie (DES) is de techniek die momenteel wordt gezien als de gouden standaard om tijdens wakkere hersenoperaties belangrijke hersenfuncties in kaart te brengen en te bewaken. Deze techniek wordt gebruikt om de hoeveelheid tumorweefsel dat weggehaald zal worden af te wegen tegen het behouden van functioneel belangrijke gebieden. DES is ontwikkeld om tijdens een operatie vast te kunnen stellen of specifieke hersengebieden of hersenverbindingen, een belangrijke rol spelen bij hersenfuncties zoals taal en motoriek. Het bewaken van taal en motoriek levert een bewezen betere uitkomst door het voorkomen van verlammingen of taalstoornissen. De laatste jaren zijn verschillende neurochirurgische centra deze techniek ook gaan gebruiken om andere functies te monitoren, zoals executieve functies. Executieve functies zijn de regelfuncties van de hersenen die nodig zijn voor het realiseren van doelgericht en aangepast gedrag, zoals werkgeheugen, inhibitie en cognitieve flexibiliteit. Deze functies zijn van essentieel belang om alledaagse taken uit te voeren, zoals boodschappen doen, koken, autorijden, studeren en je beroep uitoefenen. De reden om executieve functies te monitoren is dat stoornissen in deze functies veel voorkomen bij patiënten met een glioom, zowel voor als na de operatie. Het is echter nog onbekend of specifieke hersenverbindingen, ook wel subcorticale banen genoemd, onmisbaar zijn voor executieve functies, waardoor de wetenschappelijke onderbouwing en klinische relevantie om deze functies te monitoren tijdens wakkere hersenoperaties voorlopig ontbreekt. Het hoofddoel van dit proefschrift was om te onderzoeken of specifieke hersenverbindingen betrokken zijn bij executieve functies en gemonitord kunnen worden met een gestandaardiseerde set van taken tijdens wakkere chirurgie bij patiënten met een glioom. Om meer inzicht te verkrijgen in de functionele rol van subcorticale banen, en ter voorbereiding op de ontwikkeling van gestandaardiseerd monitoring protocol, hebben we structurele en functionele laesie-symptoom studies verricht en de resultaten van deze studies gecombineerd met bevindingen uit de literatuur. De bevindingen toonden onder andere dat specifieke hersenbanen, zoals de Frontal Aslant Tract en de rechter en linker Superior Longitudinal Fasciculus III betrokken zijn bij executieve functies en voorzag ons van argumenten om ze tijdens wakkere hersenoperaties te monitoren. Samen met de klinische ervaring van de afdeling neurochirurgie van het ETZ Tilburg en dat van drie andere neurochirurgische centra (Lariboisière Parijs, EMC Rotterdam, UMC Utrecht), hebben we een protocol ontwikkeld om deze hersenbanen te monitoren. Dit protocol omvat een set van executieve taken die op dezelfde manier in de verschillende centra worden afgenomen. Met dit protocol werd overeenstemming bereikt voor klinisch haalbare en wetenschappelijk onderbouwde intra-operatieve cognitieve monitoring. Hiermee werd een pad gebaand voor toekomstig onderzoek dat zich richt op de mate waarin de monitoring van deze functies leidt tot een vermindering van cognitieve problemen na een hersentumoroperatie en daarmee tot een betere kwaliteit van het sociale en professionele leven
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