Vermessung des Corpus callosum bei Patienten mit Tinnitus und bei gesunden Menschen mit Hilfe der Magnetresonanztomographie

Abstract

Der Pathomechanismus von Tinnitus ist weitgehend unbekannt. Die Krankheit ist durch eineHypererregbarkeit gekennzeichnet, die aus einer Reduktion der inhibitorischen Prozesse und einer Amplitudenerhöhung auf verschiedenen Ebenen der Hörbahn resultiert. Man vermutet, dass bei Tinnitus-Patienten einige Gehirnregionen verändert sind, u.a. der mediale Anteil des Heschlschen Gyrus (mHG). Der mHG, in dem sich der primäre auditorische Cortex befindet, ist bei Patienten, die unter Tinnitus leiden, kleiner als bei gesunden Kontrollprobranden. Des Weiteren gibt es einen Zusammenhang zwischen der (den) von Tinnitus betroffenen Ohrseite(n) und der Seite der mHGVolumenreduzierung, der sich durch einen kleineren mHG ipsilateral zum betroffenen Ohr zeigt (Schneider et al., 2009). Das Corpus callosum (CC) ist eine der wichtigsten interhemisphärischen Verbindungen des Gehirns, die homotope und heterotope Bereiche des Hörcortex der linken und rechten Hemisphäre miteinander verbindet. Diese interhemisphärischen Projektionen sind sowohl exzitatorisch als auch inhibitorisch. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, ob sich das wahrgenommene Tinnitus-Geräusch im CC widerspiegelt. Unsere Hypothese war, dass ein volumenverminderter mHG zusammen mit einem CC, das in genau den Segmenten verkleinert ist, in denen die auditorische Information übertragen wird, eine geringere tonische Inhibition erzeugt und dadurch die Entstehung einer Tinnitus-bedingten Aktivität ermöglicht. Da in der Literatur auch Unterschiede im CC-Volumen zwischen Berufsmusikern und Nicht-Musikern beschrieben werden und die Personen dieser Studie diese beiden Gruppen repräsentieren, ist auch dieser Vergleich Teil der vorliegenden Arbeit. Die vorliegende MRT-Studie untersuchte mit Hilfe des medizinischen Bildbearbeitungsprogrammes MRIcro und der Matlab image toolbox die mittsagittale Querschnittsfläche des CC von Tinnitus-Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollprobanden, bei denen in einer vorherigen Studie der mHG untersucht wurde. Nachdem das CC mittels MRIcro aufgrund von Intensitätsunterschieden zwischen den verschiedenen Gehirnstrukturen aus den MRT-Schnittbildern herausgeschnitten wurde, wurde es mit Hilfe der Matlab image toolbox in Unterbereiche eingeteilt. Diese Bereiche wurden einerseits anhand des am häufigsten verwendeten CC-Morphometrieschemas definiert, das von Witelson eingeführt wurde und andererseits anhand des Klassifizierungsschemas nach Hofer & Frahm.Die Ergebnisse beider CC-Morphometrieschemata zeigen einen signifikanten Unterschied in der Subregion III (posteriorer Truncus des CC) zwischen den Gruppen (p = 0,007), wobei die Tinnitus-Patienten eine kleinere CC-Querschnittsfläche in der mittsagittalen Ebene aufweisen. Der betroffene CC-Bereich enthält nach dem Schema von Witelson einen Großteil der auditorischen Fasern, was die vorangegangene Hypothese bestätigt. Die weitläufige Annahme eines Zusammenhanges zwischen der hemisphärischen Asymmetrie und der Größe des CC kann in der vorliegenden Arbeit nicht bestätigt werden, da die Berechnung der Korrelation zwischen dem Asymmetrieindex der auditorischen Cortices und der Querschnittsfläche des CC kein signifikantes Resultat liefert (p = 0,159). Die Gegenüberstellung von den (Teil-)Volumina des auditorischen Cortex und der mittsagitalen Querschnittsfläche des CC und seiner Subregionen ergibt signifikante Effekte in zahlreichen Bereichen, am häufigsten in den Subregionen Hofer II, Hofer IV, Witelson I und Witelson II, was zu der Annahme führt, dass die Größe des CC durch die Cortexgröße vorbestimmt sein könnte. Die Analyse der Musiker- und Nicht-Musiker-Gruppen zeigt in Übereinstimmung mit früheren Studien bei Musikern u.a. eine größere mittsagittale Fläche im Bereich des Segmentes Hofer II (mittleres Drittel des anterioren Truncus) (p = 0,0199). Durch dieses Segment verlaufen sowohl Fasern des prämotorischen Cortex, die eine Rolle bei der sensorischen Bewegungsführung spielen, als auch Fasern des supplementär motorischen Cortex, die an der Planung von motorischen Bewegungen und an der bimanuellen Kontrolle beteiligt sind.Das CC von Personen mit chronischem Tinnitus zeigt einen kleineren posterioren Truncus, was die vorherigen Befunde eines kleineren mHG-Volumens in Abhängigkeit der betroffenen Ohrseite widerspiegelt. Ein kleineres mHG-Volumen zusammen mit einem kleineren CC in genau den Bereichen, die die auditorische Information übertragen, könnte zu einem geringeren Grad an tonischer Inhibition führen und somit die Entstehung einer Tinnitus-bedingten Aktivität fördern. Die bei den Musikern beobachteten Effekte könnten das Resultat der bimanuellen Aktivitäten während des intensiven musikalischen Trainings sein, die die strukturelle Entwicklung des CC, bedingt durch eine Zunahme der Myelination, der Axongröße oder der Anzahl der Fasern, die über das CC verlaufen, beeinflusst. The pathomechanism of tinnitus is largely unknown. The disorder is characterised by hyperexcitability that results from a reduction of inhibitory processes and gain increase at different stages of the auditory system. Several brain regions of tinnitus patients seem to be altered, including the medial partition of Heschl´s gyrus (mHG). The mHG is the anatomical site of the primary auditory cortex and is smaller in patients suffering from tinnitus than in healthy controls. Furthermore, there is a relationship between the side of the ear(s) affected by tinnitus and the side of the mHG volume reduction with a smaller mHG at the side ipsilateral of the affected ear (Schneider et al., 2009). The Corpus callosum (CC) is the main interhemispheric commissure of the brain connecting homotopic and heterotopic auditory areas of the left and the right hemisphere. These interhemispheric projections are both excitatory and inhibitory. Here, we investigate whether tinnitus is reflected in the CC volume. Our hypothesis was that a mHG that is reduced in volume, together with a CC that is smaller in those segments in which auditory information is transmitted, may generate a lesser amount of tonic inhibition and therefore facilitate the development of tinnitusrelated activity. As the literature also describes differences in the CC volume between professional musicians and non-musicians and the studied subjects represent both groups, we also investigate a comparison of those.This MRI study examined the midsagittal cross-sectional area of the CC of tinnitus patients and healthy controls in which an examination of the mHG was carried out before, using the medical image software MRIcro and the Matlab image toolbox. After having cut out the CC from the MRT slices with the aid of MRIcro utilizing intensity differences between the different brain structures, the CC was segmented into subregions with the Matlab image toolbox. These subregions were defined on the one hand according to the most common CC morphometry scheme introduced by Witelson and on the other hand according to the classification scheme by Hofer & Frahm. The results of both CC segmentation schemes reveal a significant difference (p = 0,007) in the subregion III (posterior midbody of the CC) with tinnitus patients showing a smaller CC crosssectional area in the midsagittal plane. According to the segmentation scheme developed by Witelson (1989), the affected CC segment is known to include most of the auditory fibres. These results confirm our hypothesis. The common assumption of a relationship between hemispheric asymmetry and the volume of the CC can´t be supported by the present study as the result of the correlation between the asymmetry index of the auditory cortices and the cross-sectional area of the CC doesn´t show significance (p = 0,159). The comparison of (partial) volumes of the auditory cortex and the midsagittal cross-sectional area of the CC and its subregions reveals many significant effects, especially in the subregions Hofer II, Hofer IV, Witelson I and Witelson II. Therefore it can be assumed that the CC volume is predetermined by the cortex volume. The analysis of the musician and non-musician groups is in agreement with previous studies showing a larger midsagittal area in the middle third of the anterior body of the CC (Hofer II area) in musicians (p = 0,0199). This area contains fibres from the premotor cortex, which is important in the sensory guidance of movements, as well as fibres from the supplementary motor area, which are involved in the planning of motor actions and bimanual control.People suffering from chronic tinnitus show a smaller posterior midbody of the CC reflecting the previous findings of a smaller mHG volume in dependence on the side of the affected ear. A smaller mHG volume together with a smaller CC in those segments that transfer auditory information could lead to a lesser degree of tonic inhibition and therefore to a facilitation of the development of tinnitus-related activity. The observed effects in musicians could result from interference of bimanual activities during intensive instrumental music training that could influence the structural development of the CC due to growth of myelination, axon size or the number of fibres crossing the CC.