Gray and White Matter Abnormalities in ADHD: An Optimized Voxel-Based Morphometry Study Carmona S. (1), Bielsa A (3) ,Trèmols V. (2), Soliva J.C. (4), Rovira M. (4), Tomàs J. (3), Bulbena, A (1). Raheb, C,. (3), Gispert J. D. (5) , Tobeña A. (1), Vilarroya O. (1) Dep. Psiq. Med. Leg. Univ. Autonoma Barcelona, Spain 1, USP Inst. Univ. Dexeus, Barcelona, Spain 2, Serv. Paidopsiq. Hosp. Vall d’Hebron, Barcelona, Spain 3, CRC Corporacio Sanitaria, Barcelona, Spain 4, Institut d’Alta Tecnologia – Parc de Recerca Biomèdica de Barcelona, Spain 5.
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Gray and White Matter Abnormalities in ADHD: An Optimized Voxel-Based Morphometry Study
Gray and White Matter Abnormalities in ADHD: An Optimized Voxel-Based Morphometry Study. Carmona S. (1), Bielsa A (3) ,Trèmols V. (2), Soliva J.C. (4), Rovira M. (4), Tomàs J. (3), Bulbena, A (1). Raheb, C,. (3), Gispert J. D. (5) , Tobeña A. (1), Vilarroya O. (1) - PowerPoint PPT Presentation
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Gray and White Matter Abnormalities in ADHD:
An Optimized Voxel-Based Morphometry Study
Carmona S. (1), Bielsa A (3) ,Trèmols V. (2), Soliva J.C. (4), Rovira M. (4), Tomàs J. (3), Bulbena, A (1). Raheb, C,. (3),
Gispert J. D. (5) , Tobeña A. (1), Vilarroya O. (1)Dep. Psiq. Med. Leg. Univ. Autonoma Barcelona, Spain 1, USP Inst.
Interfieren en el funcionamiento del niño en diferentes ambientes
Anterior a los 7 años
• Perfil:– Dificultad para focalizar y mantener la
atención. Déficits de WM.– Dificultad para inhibir impulsos. Pobres
habilidades de planificación.– Dificultad para controlar el
movimientos. Pocas habilidades motrices (fina y gruesa).
– Déficits emocionales. – Déficits en las relaciones sociales.
INTRODUCCIÓN
• Substrato Neural:– Implicación del circuito
FRONTO-ESTRIATAL Derecho con modulación Cerebelar en la sintomatología del TDAH. (Barkley 1998, Giedd 2001)
– Otros circuitos implicados??? “…circuits originating in supplementary and other premotor areas.” (Mostofsky 2002)
INTRODUCCIÓN
• Anormalidades estructurales más replicadas en ADHD– Globales:
• REDUCCIÓN:– VOLUMEN TOTAL CEREBRAL (3.2%-8%) – VOLUMEN DE SUSTANCIA GRIS – VOLUMEN DE SUSTANCIA BLANCA
– Regionales:• Sustancia Gris:
– DISMINUCIÓN DEL CEREBELO (Posterior Lobes, nº VIII-X/ VI-VII)– Anormalidades en el Córtex Prefrontal
(Derecho/Izquierdo/Asimetría anormal)– Anormalidades en el Caudado (Derecho/Izquierdo/Asimetría
anormal) • Sustancia Blanca:
– Reducción de SB en Áreas Frontales Derechas – Redución del Rostrum del Cuerpo Calloso
(Reviews: Eliez 2000, Giedd 2001, Leo 2003, Castellanos 2004 )
INTRODUCCIÓN
• Otros hallazgos estructurales:– Globales:
• No diferencias en el Volumen Total Cerebral (Filipek 1997, Lyoo 1996)
• No diferencias en el Volumen de Sustancia Gris (Sowell, 2003. )
– Regional:• Sustancia Gris:
– Reducción del Córtex Premotor (Mostofsky, 2002)– Reducción del Córtex Cingulado Medial (Filipek, 1997) – Reducción del Córtex Cingulado Posterior (Overmeyer,
2001)• Sustancia Blanca:
– Reducción de SB predominantemente en el Hemisferio Izquierdo (Overmeyer, 2001; Mostofsky,2002)
– Reducción del Splenium del Cuerpo Calloso (Semrud-Clikeman 1994)
INTRODUCCIÓN
• La mayoría de estos estudios utilizan análisis volumétricos manuales, delimitando Regiones de Interés (ROI) previamente determinadas.
• Optimized Voxel-Based Morphometry es un procedimiento automático que permite analizar el cerebro en su totalidad. (procesado automático de las imágenes voxel a voxel)
INTRODUCCIÓN: OBJETIVOS
• Objetivo I: Diferencias Globales– Comparar el Volumen Total Cerebral
(VTC), los Volúmenes de Sustancia Gris (SG), Sustancia Blanca (SB) y Líquido Céfalo-Raquídeo (LCR) entre ADHD y Controles.
• Objetivo II: Diferencias Regionales– Analizar, en todo el cerebro, posibles
diferencias regionales de SG y SB entre niños con ADHD y Controles.
INTRODUCCIÓN: HIPÓTESIS
• El grupo de niños con ADHD tendrán menor:– VOLUMEN TOTAL CEREBRAL– Volumen Total de SG– Volumen Total de SB
1. Volumétricas Globales, (VTC, VSG, VSB, VLCR ): Prueba T-Test comparación de medias para
muestras independientes. SPSS
2. Análisis morfométrico regional:
Prueba T-Test de comparación de medias para muestras independientes.
SPM2 Dos contrastes (Controles>ADHD;
ADHD>Controles) para cada una de las comparaciones (SG; SB). El umbral de significación fué P< 0.01 (FDR) y sólo se tuvieron en cuenta aquellas diferencias superiores a los 10 vóxeles contiguos.
RESULTADOS
RESULTADOS
• T-test de las medidas Volumétricas Globales:
• Los niños con ADHD presentan una reducción de alrededor del 5.4% en el VTC y del 5.2% en el VSG.
• No se observaron diferencias significativas en otras medidas.
Valor T Valor P Intervalo de Confianza
% Reducción
SG -2.966 0.005 -67.38 a -12.93 ≈ 5.2
SB -1.735 0.089 -49.50 a 3.64
LCR -1.797 0.079 -28.75 a 1.61
Total
-2.736 0.009 -133.35 a -20.37 ≈ 5.4
RESULTADOS• Diferencias Regionales de SG:
p< 0.01 FDR-corrected
CONTROL SG > ADHD SG ADHD SG > CONTROL SG
• No diferencias en SB
RESULTADOS : Reducciones en el Volumen de SG en niños ADHD
AREAS FRONTALES:•Córtex Dorsolateral•Córtex Orbitofrontal
CIRCUITOS MOTORES:•Areas Motoras y Premotoras•Cerebelo
CONCLUSIÓN
• Las alteraciones que se observan en niños con ADHD no son únicamente debidas a disfunciones en el Circuito Fronto-Estriado-Cerebelar Derecho.
• Implicación de otros circuitos (Circuitos Motores, Circuitos Límbicos…) especialmente sensibles a alteraciones durante el neurodesarrollo (Genéticos, obstétricos, Perinatales, ambientales…), que darían lugar a los diferentes síntomas.
INTRODUCCIÓN
• Otros hallazgos estructurales:– Globales:
• No diferencias en el Volumen Total Cerebral (Filipek 1997, Lyoo 1996)
• No diferencias en el Volumen de Sustancia Gris (Sowell, 2003. )
– Regional:• Sustancia Gris:
– Reducción del Córtex Premotor (Mostofsky, 2002)– Reducción del Córtex Cingulado Medial (Filipek, 1997) – Reducción del Córtex Cingulado Posterior (Overmeyer,
2001)– Reducción del Gobus Pallidus (Izquierdo/ Derecho)
– Reducción de SB predominantemente en el Hemisferio Izquierdo (Overmeyer, 2001; Mostofsky,2002)
– Reducción del Splenium del Cuerpo Calloso (Semrud-Clikeman 1994)
DISCUSIÓN
• Regional differences:– ADHD reviews:
(Eliez 2000, Giedd2001, Leo 2003, Castellanos 2004 )
• GM– Reduced Cerebellum
– Abnormalities in Prefrontal Córtex
– Abnormalities in Caudate Nucleus
(Castellanos 2004)Bilateral Reduction of Cerebellum *
GM reduction of :Left Dorsolateral CórtexRight Orbitofrontal Córtex
No differences due to the wide intervalof age of our sample (6 to 16)
Age affect specially differences Caudate Nucleus (Castellanos 2002)
DISCUSIÓN
• Reducción:– Cerebelo: Déficits de coordinación motriz.– C.P.F.:
• DL: WM• OF: Impulsividad
– ADHD reviews:(Eliez 2000, Giedd2001, Leo 2003, Castellanos 2004 )
• GM– Reduced Cerebellum
– Abnormalities in Prefrontal Córtex
– Abnormalities in Caudate Nucleus
CONCLUSIÓN
• Circuits:– Fronto-Striatal Circuits: – Motor Circuits:
• Left Sensorimotor and Supplementary Motor Área (perirolandic Córtex) reductions
• Bilateral Cerebellum reductions
– Limbic Circuits:• Middle/Posterior and
Cingulate Córtex reduction• Left Parahipocampal Gyrus
reduction
Consistent with motor abnormalitiesin ADHD
Consistent withmotovational-distractibility components of attention processes
DISCUSIÓN
– Replicated findings:• Reduced Premotor Córtex:
– Filipek 1997; Smaller volumes in Right Supplementary Motor Area (SMA)– Mostofsky 2001; Premotor GM reductions Bilaterally– fMRI: SMA seems to be important in response inhibition and present
hypoactivation in ADHD patients during inhibition task (Krieger 2003, Tam 2004)
• Reduced Middle/Posterior Cingulate Córtex:– Filipek 1997; Smaller volumes in Middle Cingulate Córtex– Overmeyer 2001;Smaller Posterior Cingulate Córtex (Hyperkinetics)– fMRI: Small et al 2003: “The funtion of the posterior cingulate Córtex
apears to entail an inhibition of parietal cortices, probably for preventing distractibility”
– Other findings:• Reduced Bilateral Middle Temporal Gyrus:
– Temporal Lobe GM was the most significantly reduction of all GM regions studied by Castellanos in 2002.
– fMRI: Shafritz 2004 reported that ADHD recruited significantily less Middle Temporal Gyrus. “MTG mediates attentional processing for verbal stimuly and maybe particulary important when attending to auditory information”
• Reduced Left Parahippocampal Gyrus:– Low birth weight children with ADHD have smaller bilateral hippocampal
formation than low birth weight children without ADHD (Abernety 2002)
DISCUSSION
• Neurodevelopmental Disorders:– Most of the regions of reduced GM in ADHD have been
found also in other neurodevelopmental disorders. For example:
• Left Dorsolateral Prefrontal Córtex:• Right Orbitofrontal Córtex:• Bilateral Cerebellum Posterior Lobes :
– Those findings support previous findings about anatomical abnormalities in ADHD.
» Prefrontal Regions had been related to impulsive behaviour, specially those involving Right Orbitofrontal areas. Other prefrontal areas such as those located in Dorsolateral Córtex seem to be more related to defficits in Working Memory or other impariments in executive functions that can be found in ADHD children.
» As Castellanos says in 2004, Cerebellum defficit is the most consistent finding across MRI ADHD literature, and also is one of the areas that remains significant after FWE correction. Most of the studies found cerebellar defficits located in Posterior Lobes, nº VIII-X/ VI-VII. We found reductions only in Lateral Posterior Lobules (Crus 1 and 2), surely this discrepance is because our images do not scan the whole cerebellar lobes and we don’t have information about lobes from VI to X.