The contribution of advanced neuroimaging techniques with magnetic resonance imaging in schizophrenia

Schizophrenia is associated with morphological changes in the structure of the brain. With the use of advanced imaging techniques, especially MRI, the brain structure and functionality can be investigated. The technique used in our study is rs-fMRI, which examines the functional architecture of the...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Καλλιμώρου, Χρυσούλα
Άλλοι συγγραφείς: Kallimorou, Chrysoula
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/16305
id nemertes-10889-16305
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic rs- fMRI
Schizophrenia
Σχιζοφρένεια
spellingShingle rs- fMRI
Schizophrenia
Σχιζοφρένεια
Καλλιμώρου, Χρυσούλα
The contribution of advanced neuroimaging techniques with magnetic resonance imaging in schizophrenia
description Schizophrenia is associated with morphological changes in the structure of the brain. With the use of advanced imaging techniques, especially MRI, the brain structure and functionality can be investigated. The technique used in our study is rs-fMRI, which examines the functional architecture of the brain at rest. The purpose of this study was to evaluate some rs-fMRI indices as functional biomarkers, to identify differences between patients with schizophrenia and a healthy control group, and to identify functional differences in patients before and after a non-pharmacological treatment. Sixteen patients with schizophrenia participated in the study, who were divided into two groups based on the treatment they received. Group 1 consists of 7 patients who have undergone a therapeutic intervention as well as cognitive interventions known as IPT. Group 2 consists of 9 patients who received the same treatment intervention as the first group but did not receive cognitive IPT interventions. In addition, 15 healthy individuals participated, who were selected to match the age and sex of the patients. All participants underwent magnetic resonance imaging with a 3T MRI scanner equipped with an 8-channel brain coil and with the same imaging protocol included high-resolution 3DT1-weighted and T2*-EPI imaging data anatomical images. The analyzes of the images were performed using CONN, a MATLAB-based multi-platform software for calculating, displaying, and analyzing functional fMRI connectivity. Three indicators were extracted from this software, Intrinsic Connectivity Contrast (ICC), Global Correlation (GCOR) and Integrated Local Correlation (LCOR). Four people from the healthy control group were rejected due to limited imaging quality and a new healthy group was created (hg_exc_qa). Firstly, we created a statistical model that compared the hg_exc_qa group with patients with schizophrenia and then performed separate longitudinal studies for each patient group. The results for the comparison between the hg_exc_qa group and the patients for the ICC and LCOR indices detect functional differences mainly in the areas of the Occipital Lobe and the Lateral Occipital Cortex, while for the GCOR index no functional differences appear. The results of the longitudinal study for group 1 for the ICC and GCOR indices identify functional differences in the areas of the Occipital Lobe, Lateral Occipital Cortex, Cuneal and Frontal Cortex and the Precentral Gyrus and for the LCOR index in the areas of the Occipital Lobe and Precuneus Cortex. The longitudinal study for group 2 showed no functional differences. Finally, we conclude that ICC and GCOR imaging biomarkers can detect functional differences; in case of our study were localized in the occipital lobe. Also, we assume that LCOR index fail to identify functional differences in schizophrenia patients due to a non-pharmaceutical therapy. Finally, it is important to note that further research is needed on the biomarkers of the CONN Toolbox, because rs fMRI is an excellent tool for visualizing brain connectivity.
author2 Kallimorou, Chrysoula
author_facet Kallimorou, Chrysoula
Καλλιμώρου, Χρυσούλα
author Καλλιμώρου, Χρυσούλα
author_sort Καλλιμώρου, Χρυσούλα
title The contribution of advanced neuroimaging techniques with magnetic resonance imaging in schizophrenia
title_short The contribution of advanced neuroimaging techniques with magnetic resonance imaging in schizophrenia
title_full The contribution of advanced neuroimaging techniques with magnetic resonance imaging in schizophrenia
title_fullStr The contribution of advanced neuroimaging techniques with magnetic resonance imaging in schizophrenia
title_full_unstemmed The contribution of advanced neuroimaging techniques with magnetic resonance imaging in schizophrenia
title_sort contribution of advanced neuroimaging techniques with magnetic resonance imaging in schizophrenia
publishDate 2022
url http://hdl.handle.net/10889/16305
work_keys_str_mv AT kallimōrouchrysoula thecontributionofadvancedneuroimagingtechniqueswithmagneticresonanceimaginginschizophrenia
AT kallimōrouchrysoula ēsymbolētōnproēgmenōntechnikōnneuroapeikonisēsmemagnētikētomographiastēschozophreneia
AT kallimōrouchrysoula contributionofadvancedneuroimagingtechniqueswithmagneticresonanceimaginginschizophrenia
_version_ 1771297341460971520
spelling nemertes-10889-163052022-09-05T20:50:38Z The contribution of advanced neuroimaging techniques with magnetic resonance imaging in schizophrenia Η συμβολή των προηγμένων τεχνικών νευροαπεικόνισης με μαγνητική τομογραφία στη σχοζοφρένεια Καλλιμώρου, Χρυσούλα Kallimorou, Chrysoula rs- fMRI Schizophrenia Σχιζοφρένεια Schizophrenia is associated with morphological changes in the structure of the brain. With the use of advanced imaging techniques, especially MRI, the brain structure and functionality can be investigated. The technique used in our study is rs-fMRI, which examines the functional architecture of the brain at rest. The purpose of this study was to evaluate some rs-fMRI indices as functional biomarkers, to identify differences between patients with schizophrenia and a healthy control group, and to identify functional differences in patients before and after a non-pharmacological treatment. Sixteen patients with schizophrenia participated in the study, who were divided into two groups based on the treatment they received. Group 1 consists of 7 patients who have undergone a therapeutic intervention as well as cognitive interventions known as IPT. Group 2 consists of 9 patients who received the same treatment intervention as the first group but did not receive cognitive IPT interventions. In addition, 15 healthy individuals participated, who were selected to match the age and sex of the patients. All participants underwent magnetic resonance imaging with a 3T MRI scanner equipped with an 8-channel brain coil and with the same imaging protocol included high-resolution 3DT1-weighted and T2*-EPI imaging data anatomical images. The analyzes of the images were performed using CONN, a MATLAB-based multi-platform software for calculating, displaying, and analyzing functional fMRI connectivity. Three indicators were extracted from this software, Intrinsic Connectivity Contrast (ICC), Global Correlation (GCOR) and Integrated Local Correlation (LCOR). Four people from the healthy control group were rejected due to limited imaging quality and a new healthy group was created (hg_exc_qa). Firstly, we created a statistical model that compared the hg_exc_qa group with patients with schizophrenia and then performed separate longitudinal studies for each patient group. The results for the comparison between the hg_exc_qa group and the patients for the ICC and LCOR indices detect functional differences mainly in the areas of the Occipital Lobe and the Lateral Occipital Cortex, while for the GCOR index no functional differences appear. The results of the longitudinal study for group 1 for the ICC and GCOR indices identify functional differences in the areas of the Occipital Lobe, Lateral Occipital Cortex, Cuneal and Frontal Cortex and the Precentral Gyrus and for the LCOR index in the areas of the Occipital Lobe and Precuneus Cortex. The longitudinal study for group 2 showed no functional differences. Finally, we conclude that ICC and GCOR imaging biomarkers can detect functional differences; in case of our study were localized in the occipital lobe. Also, we assume that LCOR index fail to identify functional differences in schizophrenia patients due to a non-pharmaceutical therapy. Finally, it is important to note that further research is needed on the biomarkers of the CONN Toolbox, because rs fMRI is an excellent tool for visualizing brain connectivity. Η σχιζοφρένεια σχετίζεται με μορφολογικές αλλαγές στη δομή του εγκεφάλου. Με τη χρήση προηγμένων απεικονιστικών τεχνικών, ιδιαίτερα της μαγνητικής τομογραφίας, η εγκεφαλική δομή και λειτουργικότητα μπορούν να ερευνηθούν. Η τεχνική που εφαρμόστηκε στην έρευνά μας είναι το rs-fMRI, που εξετάζει τη λειτουργική αρχιτεκτονική του εγκεφάλου σε κατάσταση ηρεμίας. Ο σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η εκτίμηση ορισμένων δεικτών rs-fMRI ως λειτουργικοί βιοδείκτες, για τον εντοπισμό διαφορών μεταξύ ασθενών με σχιζοφρένεια και μιας υγιούς ομάδας ελέγχου, καθώς και ο εντοπισμός λειτουργικών διαφορών των ασθενών πριν και μετά από μια μη φαρμακευτική θεραπεία. Στην εργασία συμμετείχαν 16 ασθενείς, που πάσχουν από σχιζοφρένεια και οι οποίοι χωρίστηκαν σε δυο ομάδες με βάση τη θεραπεία που ακολούθησαν. Η ομάδα 1 αποτελείται από 7 ασθενείς που έχουν υποβληθεί σε μία θεραπευτική παρέμβαση καθώς και σε γνωστικές παρεμβάσεις γνωστές ως IPT. Η ομάδα 2 αποτελείται από 9 ασθενείς που έλαβαν την ίδια θεραπευτική παρέμβαση με την πρώτη ομάδα αλλά δεν έλαβαν γνωστικές παρεμβάσεις IPT. Επιπλέον, συμμετείχαν και 15 υγιή άτομα, τα οποία επιλέχθηκαν έτσι ώστε να ταιριάζουν ως προς την ηλικία και το φύλο με τους ασθενείς. Όλοι οι συμμετέχοντες υποβλήθηκαν σε μαγνητική τομογραφία με έναν 3Τ MRI σαρωτή, εξοπλισμένο με πηνίο εγκεφάλου 8 καναλιών και με το ίδιο πρωτόκολλο απεικόνισης να περιλαμβάνεται και συλλέχθηκαν υψηλής ανάλυσης 3DT1-weighted και T2*-EPI δεδομένα απεικόνισης. Οι αναλύσεις απεικόνισης πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας το CONN, ένα λογισμικό πολλαπλών πλατφορμών που βασίζεται σε MATLAB για τον υπολογισμό, την εμφάνιση και την ανάλυση της λειτουργικής συνδεσιμότητας σε fMRI. Από το λογισμικό αυτό εξήχθησαν τρεις δείκτες, ο Intrinsic Connectivity Contrast (ΙCC), o Global Correlation(GCOR) και ο Integrated Local Correlation (LCOR). Τέσσερα άτομα από υγιή ομάδα ελέγχου απορρίφθηκαν, λόγω περιορισμένης ποιότητας απεικόνισης και δημιουργήθηκε μια νέα υγιής ομάδα (hg_exc_qa). Αρχικά, δημιουργήσαμε ένα στατιστικό μοντέλο που συγκρίναμε την ομάδα hg_exc_qa με ασθενείς με σχιζοφρένεια και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν ξεχωριστές διαχρονικές αναλύσεις για κάθε ομάδα ασθενών. Τα αποτελέσματα για τη σύγκριση μεταξύ της ομάδας hg_exc_qa και των ασθενών για τους δείκτες ICC και LCOR εντοπίζουν λειτουργικές διαφορές κυρίως στις περιοχές του ινιακού λοβού και του πλάγιου ινιακού φλοιού, ενώ για το δείκτη GCOR δεν εμφανίζονται λειτουργικές διαφορές. Τα αποτελέσματα για τη διαχρονική σύγκριση της ομάδας 1 για τους δείκτες ICC και GCOR εντοπίζουν λειτουργικές διαφορές στις περιοχές του ινιακού λοβού, του πλάγιου ινιακού, του σφηνοειδούς και του μετωπικού φλοιού και της προ κεντρικής έλικας και για το δείκτη LCOR στις περιοχές του ινιακού λοβού και του πρόωρου φλοιού. Η διαχρονική μελέτη για την ομάδα 2 δεν εμφάνισε λειτουργικές διαφορές. Τέλος, συμπεραίνουμε ότι οι ICC και GCOR απεικονιστικοί βιοδείκτες μπορούν να εντοπίσουν λειτουργικές διαφορές, που στην περίπτωση της εργασίας μας εντοπίστηκαν κυρίως στον ινιακό λοβό. Επίσης, υποθέτουμε ότι ο δείκτης LCOR αποτυγχάνει να εντοπίσει λειτουργικές διαφορές σε ασθενείς με σχιζοφρένεια, λόγω μιας μη φαρμακευτικής θεραπείας. Τελικά, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι απαιτείται περαιτέρω έρευνα για τους βιοδείκτες του CONN , επειδή το rs fMRI είναι ένα εξαιρετικό εργαλείο για την οπτικοποίηση της συνδεσιμότητας του εγκεφάλου. 2022-06-28T07:47:44Z 2022-06-28T07:47:44Z 2022-06 http://hdl.handle.net/10889/16305 en application/pdf