Studie avslöjar hjärnmekanismer bakom talstörningar vid Parkinsons sjukdom

by Albert
Funktionell parcellering av STN från Human Connectome Project fMRI-data i viloläge. (a) Konsensusklustring producerade den bästa parcelleringslösningen med 3 kluster för både vänster och höger STN. (b) Både vänster och höger STN ROI bestod av dorsolaterala (röda), centrala (gröna) och ventromediala (blå) delar. (c) Stabiliteten hos varje voxel som tilldelades dorsolaterala, centrala och ventromediala delar av STN kodades av skalan för röda, gröna respektive blå färger i varje RGB-färgad punkt, som presenterar voxelens färg i ett 3D-utrymme. Kredit: Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2316149121

Parkinsons sjukdom är mest känd och välstuderad för sina motoriska funktionsnedsättningar – ryckningar, stelhet och långsamhet i rörelserna. Men mindre synliga symtom som problem med minne, uppmärksamhet och språk, som också kan ha en djupgående inverkan på en persons livskvalitet, är mindre kända.

En ny studie av forskare från Stanford Medicine avslöjar hjärnmekanismerna bakom ett av de vanligaste, men ofta förbisedda, symptomen på sjukdomen – talstörning. Baserat på hjärnavbildning från Parkinson-patienter har forskarna identifierat specifika kopplingar i hjärnan som kan avgöra omfattningen av talsvårigheter.

Resultaten, som rapporterades den 20 maj i Proceedings of the National Academy of Sciences, kan bidra till att förklara varför vissa behandlingar för Parkinsons sjukdom – som främst utvecklats för att rikta in sig på motoriska symtom – kan förbättra talsvårigheterna medan andra behandlingar förvärrar dem.

Mer än en motorisk störning

”Parkinsons sjukdom är en mycket vanlig neurologisk sjukdom, men den betraktas mest som en motorisk sjukdom”, säger Weidong Cai, Ph.D., klinisk docent i psykiatri och beteendevetenskap och huvudförfattare till den nya studien.

”Det har gjorts mycket forskning om hur behandlingar som läkemedel och djup hjärnstimulering kan bidra till att förbättra patienternas motoriska funktion, men det har funnits begränsad kunskap om hur dessa behandlingar påverkar den kognitiva funktionen och talet.”

Mer än 90% av alla personer med Parkinsons sjukdom upplever svårigheter med talet, en komplicerad neurologisk process som kräver motorisk och kognitiv kontroll. Patienterna kan ha problem med svag röst, sluddrande, mumlande och stamning.

”Tal är en komplex process som involverar flera kognitiva funktioner, till exempel att ta emot auditiv feedback, organisera tankar och producera den slutliga rösten”, säger Cai.

Huvudförfattare till studien är Vinod Menon, professor i psykiatri och beteendevetenskap och chef för Stanford Cognitive and Systems Neuroscience Laboratory.

Forskarna ville studera hur levodopa, ett vanligt läkemedel mot Parkinsons sjukdom som ersätter det dopamin som förloras på grund av sjukdomen, påverkar den övergripande kognitiva funktionen. De fokuserade på subthalamuskärnan, en liten pumpakärnformad region djupt inne i hjärnan.

Den subthalamiska kärnan är känd för sin roll när det gäller att hämma motorisk aktivitet, men det finns ledtrådar till dess inblandning i andra funktioner. Till exempel har djup hjärnstimulering, där man använder inopererade elektroder för att stimulera subthalamuskärnan, visat sig vara ett kraftfullt sätt att lindra motoriska symtom hos Parkinsonpatienter – men en vanlig biverkning är förvärrad talstörning.

Samma test, olika poäng

I den nya studien fick 27 deltagare med Parkinsons sjukdom och 43 friska kontrollpersoner, alla äldre än 60 år, genomgå standardtester av motorisk och kognitiv funktion. Deltagarna med Parkinsons sjukdom gjorde testerna medan de tog sin medicin och utan att ta den.

Som väntat förbättrade medicineringen patienternas motoriska funktion, och de som hade de svåraste symtomen förbättrades mest.

Testet av kognitiv funktion bjöd på en överraskning. Testet, som kallas Symbol Digit Modalities Test, ges i två former – muntligt och skriftligt. Patienterna får nio symboler, var och en matchad med ett tal – till exempel ett plustecken för talet 7. De ombeds sedan att översätta en rad symboler till siffror och antingen tala eller skriva ner sina svar, beroende på vilken version av testet som används.

Som grupp påverkades patienternas prestationer på båda versionerna av det kognitiva testet i liten utsträckning av medicineringen. Men vid en närmare granskning noterade forskarna att den undergrupp av patienter som presterade särskilt dåligt på den muntliga versionen av testet utan medicinering förbättrade sin muntliga prestation med medicineringen. Deras skriftliga testresultat förändrades inte nämnvärt.

”Det var ganska intressant att hitta den här skillnaden mellan den skriftliga och muntliga versionen av samma test”, säger Cai.

Denna skillnad tyder på att medicinen inte förbättrar allmänna kognitiva funktioner som uppmärksamhet och arbetsminne, utan att den selektivt förbättrar talet.

”Vår forskning avslöjade en tidigare okänd effekt av dopaminerga läkemedel på talfunktionen hos Parkinsonpatienter”, säger Menon.

Upptäcker samband

Därefter analyserade forskarna fMRI-hjärnskanningar av deltagarna och tittade på hur den subthalamiska kärnan samverkade med hjärnnätverk som är avsedda för olika funktioner, inklusive hörsel, syn, språk och verkställande kontroll.

De fann att olika delar av subthalamuskärnan samverkade med olika nätverk.

De upptäckte särskilt att förbättringar i den muntliga versionen av testet korrelerade med bättre funktionell konnektivitet mellan den högra sidan av subthalamuskärnan och hjärnans språknätverk.

Med hjälp av en statistisk modell kunde de till och med förutsäga en patients förbättring på det muntliga testet baserat på förändringar i hjärnans funktionella konnektivitet.

”Här talar vi inte om en anatomisk koppling”, förklarade Cai. I stället innebär funktionell konnektivitet mellan hjärnregioner att aktiviteten i dessa regioner är nära samordnad, som om de pratar med varandra.

”Vi upptäckte att dessa mediciner påverkar talet genom att förändra den funktionella kopplingen mellan subthalamuskärnan och viktiga språknätverk”, säger Menon. ”Denna insikt öppnar nya vägar för terapeutiska interventioner som skräddarsys specifikt för att förbättra talet utan att försämra andra kognitiva förmågor.”

Denna nyligen identifierade interaktion mellan subthalamuskärnan och språknätverket skulle kunna fungera som en biologisk indikator på talbeteende – både vid Parkinsons sjukdom och vid andra talstörningar som stamning.

En sådan biomarkör skulle kunna användas för att övervaka behandlingsresultat och inspirera till nya terapier. ”Naturligtvis kan man direkt observera resultatet av en medicinering genom att observera beteendet, men jag tror att en biomarkör i hjärnan kommer att ge mer användbar information för den framtida utvecklingen av läkemedel”, säger Cai.

Resultaten ger också en detaljerad karta över subthalamuskärnan, vilket kan vägleda neurokirurger som utför djup hjärnstimulering för att undvika skador på ett område som är kritiskt för talfunktionen.

”Genom att identifiera viktiga neurala kartor och kopplingar som förutsäger talförbättring kan vi skapa effektivare behandlingsplaner som är både exakta och personliga för patienter med Parkinsons sjukdom”, säger Menon.

Ytterligare information: Weidong Cai et al, Subthalamic nucleus–language network connectivity predicts dopaminergic modulation of speech function in Parkinson’s disease, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2316149121

Related Articles

Leave a Comment