Published January 16, 2017
| Version v1
Publication
Open
White matter predicts functional connectivity in premanifest Huntington's disease
Creators
- 1. NED University of Engineering and Technology
- 2. Institute of Child Health
- 3. Institut du Cerveau
- 4. Leiden University Medical Center
- 5. University of British Columbia
- 6. National Hospital for Neurology and Neurosurgery
Description
Abstract Objectives The distribution of pathology in neurodegenerative disease can be predicted by the organizational characteristics of white matter in healthy brains. However, we have very little evidence for the impact these pathological changes have on brain function. Understanding any such link between structure and function is critical for understanding how underlying brain pathology influences the progressive behavioral changes associated with neurodegeneration. Here, we demonstrate such a link between structure and function in individuals with premanifest Huntington's. Methods Using diffusion tractography and resting state functional magnetic resonance imaging to characterize white matter organization and functional connectivity, we investigate whether characteristic patterns of white matter organization in the healthy human brain shape the changes in functional coupling between brain regions in premanifest Huntington's disease. Results We find changes in functional connectivity in premanifest Huntington's disease that link directly to underlying patterns of white matter organization in healthy brains. Specifically, brain areas with strong structural connectivity show decreases in functional connectivity in premanifest Huntington's disease relative to controls, while regions with weak structural connectivity show increases in functional connectivity. Furthermore, we identify a pattern of dissociation in the strongest functional connections between anterior and posterior brain regions such that anterior functional connectivity increases in strength in premanifest Huntington's disease, while posterior functional connectivity decreases. Interpretation Our findings demonstrate that organizational principles of white matter underlie changes in functional connectivity in premanifest Huntington's disease. Furthermore, we demonstrate functional antero–posterior dissociation that is in keeping with the caudo–rostral gradient of striatal pathology in HD .
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الأهداف المجردة يمكن التنبؤ بتوزيع علم الأمراض في الأمراض التنكسية العصبية من خلال الخصائص التنظيمية للمادة البيضاء في الأدمغة السليمة. ومع ذلك، لدينا القليل من الأدلة على تأثير هذه التغيرات المرضية على وظائف الدماغ. إن فهم أي صلة من هذا القبيل بين البنية والوظيفة أمر بالغ الأهمية لفهم كيفية تأثير أمراض الدماغ الأساسية على التغيرات السلوكية التدريجية المرتبطة بالتنكس العصبي. هنا، نوضح مثل هذا الارتباط بين البنية والوظيفة لدى الأفراد الذين يعانون من مرض هنتنغتون ما قبل الظهور. الطرق باستخدام تصوير مجرى الانتشار والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي لحالة الراحة لتوصيف تنظيم المادة البيضاء والاتصال الوظيفي، نقوم بالتحقيق فيما إذا كانت الأنماط المميزة لتنظيم المادة البيضاء في الدماغ البشري السليم تشكل التغيرات في الاقتران الوظيفي بين مناطق الدماغ في مرض هنتنغتون قبل الظهور. النتائج نجد تغييرات في الاتصال الوظيفي في مرض هنتنغتون ما قبل الظهور والتي ترتبط مباشرة بالأنماط الأساسية لتنظيم المادة البيضاء في الأدمغة السليمة. على وجه التحديد، تظهر مناطق الدماغ ذات الاتصال الهيكلي القوي انخفاضًا في الاتصال الوظيفي في مرض هنتنغتون المسبق مقارنة بعناصر التحكم، بينما تظهر المناطق ذات الاتصال الهيكلي الضعيف زيادة في الاتصال الوظيفي. علاوة على ذلك، نحدد نمطًا من الانفصال في أقوى الروابط الوظيفية بين مناطق الدماغ الأمامية والخلفية بحيث يزداد الاتصال الوظيفي الأمامي في القوة في مرض هنتنغتون السابق للظهور، بينما ينخفض الاتصال الوظيفي الخلفي. التفسير توضح النتائج التي توصلنا إليها أن المبادئ التنظيمية للمادة البيضاء تكمن وراء التغييرات في الاتصال الوظيفي في مرض هنتنغتون قبل الظهور. علاوة على ذلك، نظهر انفصامًا أماميًا خلفيًا وظيفيًا يتماشى مع التدرج الذيلي- الجلدي لعلم الأمراض التخطيطي في HD .Translated Description (French)
Résumé Objectifs La distribution de la pathologie dans les maladies neurodégénératives peut être prédite par les caractéristiques organisationnelles de la substance blanche dans des cerveaux sains. Cependant, nous avons très peu de preuves de l'impact de ces changements pathologiques sur le fonctionnement du cerveau. Comprendre un tel lien entre la structure et la fonction est essentiel pour comprendre comment la pathologie cérébrale sous-jacente influence les changements comportementaux progressifs associés à la neurodégénérescence. Ici, nous démontrons un tel lien entre la structure et la fonction chez les personnes atteintes de Huntington pré-manifeste. Méthodes En utilisant la tractographie de diffusion et l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle de l'état de repos pour caractériser l'organisation de la substance blanche et la connectivité fonctionnelle, nous étudions si les modèles caractéristiques de l'organisation de la substance blanche dans le cerveau humain sain façonnent les changements dans le couplage fonctionnel entre les régions du cerveau dans la maladie de Huntington pré-manifeste. Résultats Nous trouvons des changements dans la connectivité fonctionnelle dans la maladie de Huntington pré-manifeste qui sont directement liés aux modèles sous-jacents d'organisation de la substance blanche dans des cerveaux sains. Plus précisément, les zones cérébrales à forte connectivité structurelle montrent une diminution de la connectivité fonctionnelle dans la maladie de Huntington pré-manifeste par rapport aux témoins, tandis que les régions à faible connectivité structurelle montrent une augmentation de la connectivité fonctionnelle. De plus, nous identifions un modèle de dissociation dans les connexions fonctionnelles les plus fortes entre les régions cérébrales antérieure et postérieure, de sorte que la connectivité fonctionnelle antérieure augmente en force dans la maladie de Huntington pré-manifeste, tandis que la connectivité fonctionnelle postérieure diminue. Interprétation Nos résultats démontrent que les principes organisationnels de la substance blanche sous-tendent les changements dans la connectivité fonctionnelle dans la maladie de Huntington pré-manifeste. De plus, nous démontrons une dissociation antéro-postérieure fonctionnelle en accord avec le gradient caudo–rostral de la pathologie striatale dans la MH .Translated Description (Spanish)
Resumen Objetivos La distribución de la patología en la enfermedad neurodegenerativa se puede predecir por las características de organización de la sustancia blanca en cerebros sanos. Sin embargo, tenemos muy poca evidencia del impacto que estos cambios patológicos tienen en la función cerebral. Comprender cualquier vínculo de este tipo entre la estructura y la función es fundamental para comprender cómo la patología cerebral subyacente influye en los cambios de comportamiento progresivos asociados con la neurodegeneración. Aquí, demostramos tal vínculo entre la estructura y la función en individuos con Huntington premanifiesto. Métodos Utilizando la tractografía de difusión y la resonancia magnética funcional en estado de reposo para caracterizar la organización de la sustancia blanca y la conectividad funcional, investigamos si los patrones característicos de la organización de la sustancia blanca en el cerebro humano sano dan forma a los cambios en el acoplamiento funcional entre las regiones cerebrales en la enfermedad de Huntington premanifiesta. Resultados Encontramos cambios en la conectividad funcional en la enfermedad de Huntington premanifiesta que se vinculan directamente con los patrones subyacentes de organización de la materia blanca en cerebros sanos. Específicamente, las áreas del cerebro con una fuerte conectividad estructural muestran disminuciones en la conectividad funcional en la enfermedad de Huntington premanifiesta en relación con los controles, mientras que las regiones con una conectividad estructural débil muestran aumentos en la conectividad funcional. Además, identificamos un patrón de disociación en las conexiones funcionales más fuertes entre las regiones cerebrales anterior y posterior, de modo que la conectividad funcional anterior aumenta en fuerza en la enfermedad de Huntington premanifestada, mientras que la conectividad funcional posterior disminuye. Interpretación Nuestros hallazgos demuestran que los principios organizativos de la materia blanca subyacen a los cambios en la conectividad funcional en la enfermedad de Huntington premanifiesta. Además, demostramos una disociación antero–posterior funcional que está en consonancia con el gradiente caudo–rostral de la patología estriatal en la EH .Files
document.pdf
Files
(1.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b0d997bb19e179d8895d672acc683c19
|
1.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- المادة البيضاء تتنبأ بالاتصال الوظيفي في مرض هنتنغتون ما قبل الظهور
- Translated title (French)
- La substance blanche prédit la connectivité fonctionnelle dans la maladie de Huntington pré-manifeste
- Translated title (Spanish)
- La materia blanca predice la conectividad funcional en la enfermedad de Huntington premanifestada
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2577189914
- DOI
- 10.1002/acn3.384
References
- https://openalex.org/W1179800764
- https://openalex.org/W1551975450
- https://openalex.org/W1927762784
- https://openalex.org/W1983183519
- https://openalex.org/W1983355263
- https://openalex.org/W1983358193
- https://openalex.org/W1995138343
- https://openalex.org/W1999653836
- https://openalex.org/W2006096283
- https://openalex.org/W2011750425
- https://openalex.org/W2012559638
- https://openalex.org/W2016837586
- https://openalex.org/W2020117714
- https://openalex.org/W2032120877
- https://openalex.org/W2056982361
- https://openalex.org/W2071881327
- https://openalex.org/W2076546188
- https://openalex.org/W2078320135
- https://openalex.org/W2080816290
- https://openalex.org/W2082056883
- https://openalex.org/W2084892943
- https://openalex.org/W2094378629
- https://openalex.org/W2101135654
- https://openalex.org/W2107956652
- https://openalex.org/W2119914974
- https://openalex.org/W2124660038
- https://openalex.org/W2127930801
- https://openalex.org/W2129250133
- https://openalex.org/W2130010412
- https://openalex.org/W2140054173
- https://openalex.org/W2149092213
- https://openalex.org/W2161220328
- https://openalex.org/W2162551380
- https://openalex.org/W2163671213
- https://openalex.org/W2167822639
- https://openalex.org/W2190582610
- https://openalex.org/W2272452457
- https://openalex.org/W2306440229