In der vorliegenden Arbeit wird der Hypothalamus, eine kleine, aber bedeutsame Struktur des Zwischenhirns untersucht. Er spielt unter anderem eine Rolle bei der Regulation des Schlaf-Wach-Rhythmus, des Sexualverhaltens, der Stimmungslage, autonomer und Stoffwechsel-Funktionen. Veränderungen einzelner oder mehrerer spezifischer Kerngruppen sind bei neuropsychiatrischen bzw. -endokrinologischen Erkrankungen, wie Narkolepsie, Schizophrenie, affektiver Störung, Demenz, Borderline-Persönlichkeitsstörung, Pädophilie oder Adipositas zu beobachten. Die Substrukturierung und Darstellung der einzelnen Kerngruppen gelang bisher nur in Postmortem-Studien. Im Rahmen dieser Studie konnte mit Hilfe der Diffusions-Tensor-Bildgebung erstmals eine in-vivo Substrukturierung des Hypothalamus konsistent bei zehn gesunden Probanden vorgenommen werden. Dabei wurden nach einem Algorithmus zunächst die Segmentierung und anschließend die Parzellierung durchgeführt, woraus sich drei konsistente Cluster ergaben. Der topografische Vergleich der erhaltenen Cluster mit Postmortem-Studien der Literatur ergab vergleichbare und anatomisch plausible Korrelate. Mit der von uns entwickelten Methode könnten anhand einer größeren Patientengruppe pathophysiologische Zusammenhänge neuropsychiatrischer und –endokrinologischer Störungen genauer eruiert werden und zu einem besseren Verständnis des Krankheitsverlaufs und der Therapie beitragen.

In dieser Arbeit untersuchten wir die Beziehung zwischen somatosensibel evozierten Potenzialen (SSEP) und die von mittels Diffusions-Tensor MRT erfassten mikrostrukturellen Veränderungen der weißen Substanz des Gehirns von Patientinnen und Patienten mit Multipler Sklerose. Hierzu korrelierten wir SSEP-Latenzen, explizit die N20- und CCT-Latenzen (Central Conducting Time), mit den durch die DTI gewonnenen Parametern fraktionelle Anisotropie (FA), radiale Diffusivität (RD) und axiale Diffusivität (AD). Die Untersuchungen wurden als retrospektive Subgruppenanalyse an den Datensätzen von 46 Patienten durchgeführt, die als Teil einer prospektiven Single-Center Studie (rhGh-Studie) erfasst wurden. Die Auswertung der Daten erfolgte mit dem FSL-Softwarepaket (FSL, FMRIB, Oxford). Wir fanden signifikante negative Korrelationen mit FA, als Marker für strukturelle Integrität, sowie signifikante positive Korrelation mit RD, als Parameter für Demyelinisierung, in zahlreichen Regionen der weißen Substanz. Insbesondere in Regionen der somatosensiblen Bahnen, in Bereichen sowohl mit als auch ohne morphologisch sichtbar MS-bedingten Läsionen, zeigten sich ausgeprägte Korrelationen für mN20-Latenzen (mean N20, der Mittelwert zwischen links und rechts), wohingegen wir für mCCT-Latenzen (mean CCT) lediglich Korrelationen für FA, jedoch nicht für RD fanden. Für nur linksseitig gemessene N20-Latenzen zeigten sich sowohl mit FA als auch für RD deutlich stärkere Korrelationen in mehr anatomischen Regionen mit größeren Clustern, als dies für mN20- und nur rechtsseitig gemessene N20-Latenzen der Fall war. Zudem zeigte sich eine Tendenz zu signifikanteren Korrelationen in der gegenseitigen Hemisphäre sowohl bei nur rechts-, als auch bei nur linksseitigen N20-Latenzen. Wir fanden keine Korrelationen zwischen SSEP und AD als Marker der axonalen Integrität. Generell fanden wir mehr Korrelationen von DTI-Parametern zu mN20-Latenzen als zu mCCT-Latenzen. Diese zeigten zudem höhere Signifikanzniveaus als auch größere Cluster in mehr Regionen. Ein Grund dafür könnte sein, dass längere SSEP, die Anteile des Rückenmarks in ihrem Verlauf beinhalten, besser mit DTI-Parametern korrelieren. In einer weiteren Auswertung unserer Daten fokussierten wir uns auf Hirnregionen, die somatsosensible Fasern führen. In unserer Studie fand sich die Region mit den höchsten Korrelationen (p<.004), die Teil des somatsensiblen Systems ist, in der Corona radiata posterior (PCR). Sowohl mN20 als auch mCCT-Latenzen zeigten starke Korrelationen in dieser Region. Hier verlaufen aszendierende und deszendierende sensible Fasern zum Gyrus postcentralis und motorische Fasern zum Gyrus präcentralis. Die in unserer Studie gezeigte signifikante und starke Korrelation mit SSEP in dieser anatomischen Region unterstreicht deren Bedeutung als einfach zu erhebender klinischer Surrogatmarker für mikrostrukturelle Veränderungen der weißen Substanz bereits in einem frühen Stadium der Erkrankung. Einen Aspekt unserer Ergebnisse konnten wir nicht abschließend klären: die ausgeprägten Seitenunterschiede in rechts- und linksseitigen N20-Latenzen in den Korrelationen mit FA und RD. Diese Unterschiede zeigten sich auch im Ansatz bei rechts- und linksseitigen CCT-Latenzen, erreichten jedoch nicht das geforderte Signifikanzniveau. Wir beobachteten mehr signifikante Voxel mit höheren p-Werten und stärkeren Korrelationen in kontralateralen Regionen der abgeleiteten SSEP. Als mögliche Erklärung für die gezeigten Seitenunterschiede könnte die Händigkeit der Probanden als Erklärung dienen, bei der es mehr Rechtshänder in einer Population als Linkshänder gibt. Dies konnten wir jedoch retrospektiv nicht sicher nachvollziehen, sodass dies nur vermutet werden kann.

In der vorliegenden Arbeit wird der Hypothalamus, eine kleine, aber bedeutsame Struktur des Zwischenhirns untersucht. Er spielt unter anderem eine Rolle bei der Regulation des Schlaf-Wach-Rhythmus, des Sexualverhaltens, der Stimmungslage, autonomer und Stoffwechsel-Funktionen. Veränderungen einzelner oder mehrerer spezifischer Kerngruppen sind bei neuropsychiatrischen bzw. -endokrinologischen Erkrankungen, wie Narkolepsie, Schizophrenie, affektiver Störung, Demenz, Borderline-Persönlichkeitsstörung, Pädophilie oder Adipositas zu beobachten. Die Substrukturierung und Darstellung der einzelnen Kerngruppen gelang bisher nur in Postmortem-Studien. Im Rahmen dieser Studie konnte mit Hilfe der Diffusions-Tensor-Bildgebung erstmals eine in-vivo Substrukturierung des Hypothalamus konsistent bei zehn gesunden Probanden vorgenommen werden. Dabei wurden nach einem Algorithmus zunächst die Segmentierung und anschließend die Parzellierung durchgeführt, woraus sich drei konsistente Cluster ergaben. Der topografische Vergleich der erhaltenen Cluster mit Postmortem-Studien der Literatur ergab vergleichbare und anatomisch plausible Korrelate. Mit der von uns entwickelten Methode könnten anhand einer größeren Patientengruppe pathophysiologische Zusammenhänge neuropsychiatrischer und –endokrinologischer Störungen genauer eruiert werden und zu einem besseren Verständnis des Krankheitsverlaufs und der Therapie beitragen.:1 Einleitung 1.1 Topographie und Funktion des Hypothalamus 1.2 MRT- Kartierung des Hypothalamus 1.3 Diffusions-Tensor- Bildgebung 1.3.1 Diffusionsellipsoid 1.3.2 Fraktionelle Anisotropie 1.3.3 Clusteranalyse 1.3.4 k-means- Clusteralgorithmus 1.4 Pathomorphologische Veränderungen des Hypothalamus bei neuropsychiatrischen Erkrankungen 1.4.1 Narkolepsie 1.4.2 Schizophrenie 1.4.3 Affektive Störung 1.4.4 Demenz 1.4.5 Borderline- Persönlichkeitsstörung 1.4.6 Pädophilie 1.4.7 Adipositas 1.4.8 Zusammenfassung 2 Fragestellung: Ist eine Subpartialisierung des Hypothalamus in-vivo mit struktureller Bildgebung möglich? 3 Material und Methoden 3.1 Probanden 3.2 Bilderfassung und -bearbeitung 3.3 Segementierung des Hypothalamus - Definition der ROI`s („region of interest“) 3.3.1 Präoptischer Hypothalamus 3.3.2 Anteriorer Hypothalamus 3.3.3 Tuberaler Hypothalamus 3.3.4 Posteriorer Hypothalamus, Mamillarkörperchen 3.4 Parzellierung und Clusteranalyse 4 Ergebnisse: Mit qualitativen Analysen konnte gezeigt werden, dass eine Subpartialisierung des Hypothalamus möglich ist. 4.1 Segmentierung des Hypothalamus 4.2 Substrukturen/Cluster 5 Diskussion der Ergebnisse 5.1 Neuroanatomie des Hypothalamus 5.1.1 Kerngruppen des Hypothalamus 5.1.2 Faserverbindungen des Hypothalamus 5.1.3 Zusammenfassung der Faserverbindungen der Kerngruppen 5.2 Interpretation der einzelnen Cluster 5.2.1 Anteriore Substruktur 5.2.2 Posteromediale Substruktur 5.2.3 Laterale Substruktur 5.3 Topografische Beziehung der drei Cluster untereinander 5.3.1 Ähnlichkeiten der Cluster der zehn Probanden 5.3.2 Unterschiede der Cluster der zehn Probanden 5.4 Verbesserung der Hypothalamusmaske 6 Zusammenfassung 7 Literaturverzeichnis

People suffering from congenital anosmia show normal brain architecture although they do not have functional sense of smell. Some studies in this regard point to the changes in secondary olfactory cortex, orbitofrontal cortex (OFC), in terms of gray matter volume increase. However, diffusion tensor imaging has not been explored so far. We included 13 congenital anosmia subjects together with 15 controls and looked into various diffusion parameters like FA. Increased FA in bilateral OFC confirms the earlier studies reporting increased gray matter thickness. However, it is quite difficult to interpret FA in terms of gray matter volume. Increased FA has been seen with recovery after traumatic brain injury. Such changes in OFC point to the plastic nature of the brain.

Background: Normal pressure hydrocephalus (NPH) has been an ongoing and challenging field of research for the past decades because two main issues are still not fully understood: the pathophysiologic mechanisms underlying ventricular enlargement and prediction of outcome after surgery. Purpose: To evaluate changes in diffusion tensor imaging (DTI) derived parameters in patients with suspected normal pressure hydrocephalus before and after withdrawal of cerebrospinal fluid (CSF). Material and Methods: Twenty-four consecutive patients with clinical and radiological suspicion of NPH and 14 agematched control subjects were examined with DTI on a clinical 3T scanner. Patients were examined before and 6–36 h after CSF drainage (interval between scans, 5 days). Fifteen patients were finally included in data analysis. Fractional anisotropy (FA) and mean, parallel, and radial diffusivity (MD, PD, RD) were evaluated using a combination of a ROI-based approach and a whole-brain voxel-by-voxel analysis. Results: Alteration of DTI parameters in patients with suspected NPH is regionally different. Compared to the control group, we found an elevation of FA in the subcortical white matter (SCWM) and corpus callosum, whereas the other diffusion parameters showed an increase throughout the brain in variable extent.We also found a slight normalization of RD in the SCWM in patients after lumbar drainage. Conclusion: Our results show that DWI parameters are regionally dependent and reflect multifactorial (patho-) physiological mechanisms, which need to be interpreted carefully. It seems that improvement of gait is caused by a decrease of interstitial water deposition in the SCWM.