Cerebelläre Interaktionen mit den Basalganglien: Charakterisierung des Thalamus

Einleitung: Diffusionsbasierte Magnetresonanztomografie liefert prinzipiell die Möglichkeit, in vivo thalamische Projektionen darzustellen, wie bereits mehrfach für kortikale Projektionen gezeigt (Behrens et al. 2003; Klein et al. 2010). Eine Parzellierung des Thalamus hinsichtlich dessen ‚subcortikaler‘ Projektionen ist insbesondere relevant zur Charakterisierung der Interaktion mit den Basalganglien und deren Nebensysteme. Ziel dieser Studie ist, in diesem Sinne die Quantifizierung pallidaler (PAL) und dentataler (DN) Projektionen in den Thalamus; daraus resultierenden Ergebnisse werden mit bestehenden anatomischen neuronalen Tracing-Studien verglichen.

Methoden: Diffusionsgewichtete und strukturelle 3T MRT-Aufnahmen wurden bei 12 gesunden rechtshändigen Probanden (Männer = 2; Alter: 20 – 37 Jahre) akquiriert. Diffusionstraktografie wurde für thalamo-pallidale und thalamo-dentatale Verbindungen durchgeführt. Aufgrundlage der berechneten Verbindungsstärken (siehe dazu: Pelzer et al. 2013) erfolgte (a) eine Analyse der Konnektivitätsmuster gestützt auf den 3D-Thalamusatlas (Krauth et al. 2010) und (b) eine statistische Darstellung der Verteilungsmuster ('connectional fingerprints') einzelner thalamischer Subnuclei.

Ergebnisse: Anatomische Analyse: (I) Hauptregion für dentatale Projektionen sind ventrolaterale und -posteriore Regionen des Thalamus mit abnehmender Wahrscheinlichkeitsdichte in posteriorer-nach-anteriorer Richtung. Im Speziellen sind dabei folgende Subkerne eingeschlossen: VPLa, VPLp, VPM, VM, VLa, VLpv, VApc, VAmc. Die pallidalen Projektionen sind in ventro-anterioren Regionen lokalisiert mit einer abnehmenden Wahrscheinlichkeitsdichte von anterior-nach-posterior. Folgende Regionen sind darin enthalten: VApc, VAmc, VLa, VLpv, VLpd, VM, VPM; (II) Im Bereich der intralaminären (IL)- Kerne fanden sich hohe Wahrscheinlichkeitsdichten für beide Territorien: (a) hierbei ist v.a. der kaudale CM-Pf Komplex für die pallidalen Projektionen stark repräsentiert; (b) für dentatalen Projektionen wurden hohe Wahrscheinlichkeiten in dorsalen Anteilen der IL-Kerne gefunden (CeM, CL und auch zusätzlich im Bereich des sPf); (III) Pallidale Projektionen umfassten zudem mediale Thalamusbereiche (MDmc, MDpc und MV) und den Epithalamus (Hb); dentatale Projektionen wurden im MV und lateralen Anteilen des MDpc gefunden.

Statistische Analyse: Stärkste Konnektivität (φ) für thalamo-pallidale Projektionen waren in folgenden Regionen lokalisiert (Angabe in %): Pf (φre = 54; φli = 56), CeM (φre = 44; φli = 55) VAmc: φre = 38; φli = 45), sPf (φre = 30; φli = 29), MDpc (φre = 26; φli = 33), Hb (φre = 29; φli = 19), MDmc (φre = 26; φli = 25) und CM (φre = 25; φli = 18). Thalamo-dentatale Hauptprojektionen umfassten: sPf (φre = 42; φli = 20), VPM (φre = 42; φli = 38) Pf (φre = 38; φli = 21), VAmc (φre = 32; φli = 12), CM (φre = 23; φli = 20), VM (φre = 22), CeM (φre = 20; φli = 13) und VPLa (φre = 18), VPLp (φli = 18).

Diskussion: Die hier beschriebenen anatomischen Funde entsprechen weitestgehend den Resultaten bestehender neuronaler Tracing-Studien; die statistischen Funde dentataler und pallidaler Faserverteilungen stimmen jedoch quantitativ nicht mit der anatomischen Beschreibung überein, obwohl sich interhemisphärisch hoch kongruente und charakteristische Verteilungsmuster ('connectional fingerprints') zeigen.