Die Magnetresonanztomographie stellt für die Detektion von zerebralen und spinalen Läsionen bei der Multiplen Sklerose die sensitivste bildgebende Methode dar und ist ein Instrument, die räumliche und zeitliche Dissemination der Erkrankung abbilden zu können. Die Spezifität des Verfahrens ist aber gering und die Applikation von MR-Kontrastmittel bei der Diagnostik zwingend notwendig. Bei der suszeptibilitätsgewichteten Magnetresonanzbildgebung (SWI) handelt sich um ein MR-Verfahren, das Schwankungen der magnetischen Suszeptibilität in der Gradientenechosequenz nutzt, um einen Bildkontrast zu erzeugen. Dadurch ist es möglich, hochaufgelöst und sensitiv Magnetfeldinhomogenitäten zu detektieren. In der vorliegenden prospektiven Studie wurden im Zeitraum von 2010 bis 2013 MRT-Untersuchungen unter Einschluss der suszeptibilitätsgewichteten Bildgebung in einem Kollektiv von 41 Patienten (33 weiblich, 8 männlich;; Durchschnittsalter 40 Jahre) mit gesicherter Multipler Sklerose und einem Vergleichskollektiv von 43 Patienten (28 weiblich, 15 männlich;; Durchschnittsalter 45 Jahre), bei denen weder bildgebend noch klinisch Hinweise auf eine Multiple Sklerose vorlagen, durchgeführt. Die Untersuchung wurde mit einem 1,5-Tesla-Magnetresonanz- tomographen realisiert. Das besondere wissenschaftliche Interesse galt dabei der „normal erscheinenden weißen Substanz“ (NAWM) und den zerebralen Läsionen. In der FLAIR-Sequenz wurden die MS-Läsionen und ROIs detektiert und markiert. Anschließend erfolgte die Übertragung in gleicher Schichthöhe auf die SWI-, T1w- und ADC-Sequenz. Zur Differenzierung von akuten und chronischen Läsionen erfolgte im Untersuchungsablauf die intravenöse Gabe von Gadolinium-DTPA- Kontrastmittel. Schon längere Zeit werden im wissenschaftlichen Diskurs krankheitsspezifische Veränderungen in der NAWM vor Auftreten der MS-Läsionen vermutet. Die Sensitivität der FLAIR-Sequenz ist aber scheinbar unzureichend. Mit der SWI- Bildgebung konnten statistisch signifikante SI-Unterschiede zwischen Referenz- und MS-Gruppe in der NAWM herausgearbeitet werden. Nach Kontrastmittelgabe wurden dabei keine Veränderungen der Signalintensität der NAWM in den beiden Gruppen festgestellt, was gegen die Hypothese einer primären Schrankenstörung in der Pathogenese der Erkrankung spricht. Insgesamt wurden 669 Läsionen identifiziert. Es folgte eine Differenzierung in 11 KM-aufnehmende (ACM-) Läsionen, 546 nicht KM-aufnehmende (NACM-) Läsionen und 112 „black holes“ (BLH). Eine gezielte Auswertung der Phasen- und Magnitudenbilder wurde nicht durchgeführt. Besonders in den KM-anreichernden Läsionen (ACM) sind bereits vor der KM-Gabe statistisch erhöhte Signalintensitäten in der SWI-Sequenz nachweisbar. Dies könnte theoretisch für den Nachweis akuter Läsionen, ohne dass eine KM-Gabe notwendig ist, genutzt werden. Doch ist die Anzahl dieser Läsionen in der Untersuchung zu gering, um verlässliche Aussagen diesbezüglich machen zu können. Dafür sind weitere Studien notwendig. Zusammenfassend betrachtet handelt es sich bei der SWI um ein hoch sensitives bildgebendes Verfahren, welches eine ausgezeichnete Differenzierung von ZNS- Läsionen ermöglicht und Veränderungen der NAWM bei der Enzephalomyelitis disseminata nachweisen kann. Es stellt somit eine sinnvolle Ergänzung zur konventionellen MS-Diagnostik dar und ist ein innovatives bildgebendes In-vivo- Verfahren zur weiteren Erforschung der Multiplen Sklerose.

In this project two novel murine autoimmune models were to be established in an attempt to further investigate the nervous system disorders of Multiple Sclerosis and Guillain Barré Syndrome. Previous experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) and experimental autoimmune neuritis (EAN) models have demonstrated that T cells play a major role in these diseases. Which roles CD4 and CD8 T cells specifically have in the initiation, propagation and termination of an autoimmune nervous system disorder remains controversial. To this end two transgenic mice specifically expressing the neo-antigen (Ag) ovalbumin (OVA) in either the central nervous system (CNS) or peripheral nervous system (PNS) were to be generated. The myelin basic protein (MBP) is a major component of the myelin sheath both within the CNS and the PNS. Therefore the MBP promoter was employed for its distinct regulatory elements to facilitate exclusive CNS or PNS OVA expression. The adoptive transfer of OVA specific MHCI restricted (OT-I) and MHCII restricted (OT-II) TCR Tg T cells extended the OVA Tg mouse model by allowing potentially encephalitogenic T cells to be tracked in vivo. Specificity for the target Ag should enable the dynamic role of antigen specific T cells in neuroinflammatory diseases to be revealed in more detail. / Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden zwei neue Mausmodelle für Autoimmunerkrankungen etabliert, um weitere Fortschritte bei der Aufklärung der zellulären und molekularen Interaktionen bei den Erkrankungen des Nervensystems Multiple Sklerose und Guillain Barré Syndrom zu erzielen. In früheren Experimenten mit EAE (experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis) und EAN (experimentelle autoimmune Neuritis) konnte bereits gezeigt werden, dass T-Zellen eine Hauptrolle bei diesen Erkrankungen spielen, wobei jedoch die Bedeutung von CD4 bzw. CD8 T-Zellen im Einzelnen noch nicht aufgeklärt ist. Zu diesem Zwecke sollten zwei transgene (Tg) Mauslinien generiert werden, die speziell entweder im peripheren (PNS) oder im zentralen (ZNS) Nervensystem das Zielantigen OVA exprimieren. MBP ist eine Hauptkomponente der Myelinscheide sowohl im ZNS als auch im PNS. Daher kam der Myelin Basic Protein (MBP) Promoter zum Einsatz, dessen unterschiedliche regulatorischen Elemente eine Expression von intaktem OVA ausschließlich im ZNS bzw. ausschließlich im PNS steuern können. Eine Erweiterung dieser OVA tg Mausmodelle stellte der adoptive Transfer von OVA spezifischen MHCI-restringierten OTI und MHCII-restringierten OTII T-Zellen dar, da es so möglich wurde, potentiell enzephalitogene T-Zellen in vivo zu verfolgen. Dadurch sollte ebenfalls eine detailliertere Darstellung der dynamischen Rolle von antigenspezifischen T-Zellen bei neuroinflammatorischen Erkrankungen ermöglicht werden.

University, Diss., 2005--Würzburg. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2005.

Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is the rodent model of multiple sclerosis (MS), a chronic autoimmune neuroinflammatory disease that has a devastating impact on various neurological functions of the patients. The hallmarks of both, MS and EAE, are neuroinflammation, demyelination and neuroaxonal degeneration. Various types of lymphoid and myeloid cells were shown to infiltrate the central nervous system and to participate in disease pathology. However, the role of eosinophil granulocytes has been less explored thus far. An early study showed that eosinophils infiltrate into the spinal cord of EAE mice and suggested their role in the disease progression. Recently, it was reported that eosinophils can play a protective role against EAE when mice are treated with an extract from helminths. Furthermore, it was shown that EAE development is not altered in mice deficient for interleukin-5, an important eosinophil pro-survival factor. Taken together, the role of eosinophils in EAE is currently unclear and needs to be investigated in detail. In the present study, we use the active model of EAE, whereby we immunized the C57BL/6 mouse strain with MOG35-55 peptide emulsified in the complete Freund’s adjuvant, in order to study a possible contribution of eosinophils to the disease pathology. Using the flow cytometry and RT-qPCR analysis of the spinal cord, we show that eosinophils infiltrate into the tissue in the course of EAE. The infiltration is likely driven by eosinophil chemoattractants, such as eotaxin-1, as the concentration of the latter was increased in the spinal cord during EAE, as shown on mRNA and protein level. Moreover, detailed flow cytometry analysis of spinal cord eosinophils revealed that they show signs of activation, namely an increase in CD11b and decrease in CCR-3 surface expression. Furthermore, we observed signs of degranulation of spinal cord eosinophils in EAE which was measured as a decrease of the side scatter parameter and an upregulation of CD63 surface expression. These data suggest a potential role of eosinophils in the pathology of EAE. In order to elucidate whether eosinophils are important for the disease development, eosinophil-deficient mice were subjected to EAE and the clinical development of the disease was observed. For this purpose, we used two independent models of eosinophil deficiency - ΔdblGATA1 and interleukin-5-depleted mice. ΔdblGATA1 mice are a genetically manipulated mouse strain bearing a deletion in GATA1 promoter that causes a specific depletion of eosinophils. Interestingly, clinical development of EAE was not affected in these mice when compared to their wild-type controls. As a next step, we depleted eosinophils by injecting wild-type mice with an antibody against the eosinophil pro-survival factor interleukin-5 in order to reduce eosinophil numbers in the effector phase of EAE. In accordance with the result from the experiment with ΔdblGATA1 mice, EAE progression was not altered in the eosinophil-depleted mice when compared to mice that were injected with an isotype control antibody. Further, we analyzed the neuroinflammation and demyelination in the spinal cord of 4ΔdblGATA1 mice subjected to EAE. Specifically, the infiltration of inflammatory cell populations, including CD4 and CD8 T cells, neutrophils and macrophages, was assessed by flow cytometry. In agreement with the unchanged clinical EAE development, inflammatory cell infiltration was not affected in ΔdblGATA1 mice. Furthermore, we analyzed expression of pro-inflammatory cytokines in the spinal cord of ΔdblGATA1 mice subjected to EAE in order to better characterize the inflammatory status. No significant changes were detected further confirming that eosinophils do not contribute to neuroinflammation in EAE. Finally, we assessed the demyelination in the spinal cord of ΔdblGATA1 EAE mice using luxol fast blue staining to detect myelin. In accordance with the unaffected clinical development and inflammatory status, we did not observe any difference in the spinal cord demyelination in ΔdblGATA1 mice when compared to their wild-type littermates. Taken together, although eosinophils infiltrate into the spinal cord of EAE mice and are activated and degranulate therein, they are dispensable for EAE development.

Die Magnetresonanztomographie stellt für die Detektion von zerebralen und spinalen Läsionen bei der Multiplen Sklerose die sensitivste bildgebende Methode dar und ist ein Instrument, die räumliche und zeitliche Dissemination der Erkrankung abbilden zu können. Die Spezifität des Verfahrens ist aber gering und die Applikation von MR-Kontrastmittel bei der Diagnostik zwingend notwendig. Bei der suszeptibilitätsgewichteten Magnetresonanzbildgebung (SWI) handelt sich um ein MR-Verfahren, das Schwankungen der magnetischen Suszeptibilität in der Gradientenechosequenz nutzt, um einen Bildkontrast zu erzeugen. Dadurch ist es möglich, hochaufgelöst und sensitiv Magnetfeldinhomogenitäten zu detektieren. In der vorliegenden prospektiven Studie wurden im Zeitraum von 2010 bis 2013 MRT-Untersuchungen unter Einschluss der suszeptibilitätsgewichteten Bildgebung in einem Kollektiv von 41 Patienten (33 weiblich, 8 männlich;; Durchschnittsalter 40 Jahre) mit gesicherter Multipler Sklerose und einem Vergleichskollektiv von 43 Patienten (28 weiblich, 15 männlich;; Durchschnittsalter 45 Jahre), bei denen weder bildgebend noch klinisch Hinweise auf eine Multiple Sklerose vorlagen, durchgeführt. Die Untersuchung wurde mit einem 1,5-Tesla-Magnetresonanz- tomographen realisiert. Das besondere wissenschaftliche Interesse galt dabei der „normal erscheinenden weißen Substanz“ (NAWM) und den zerebralen Läsionen. In der FLAIR-Sequenz wurden die MS-Läsionen und ROIs detektiert und markiert. Anschließend erfolgte die Übertragung in gleicher Schichthöhe auf die SWI-, T1w- und ADC-Sequenz. Zur Differenzierung von akuten und chronischen Läsionen erfolgte im Untersuchungsablauf die intravenöse Gabe von Gadolinium-DTPA- Kontrastmittel. Schon längere Zeit werden im wissenschaftlichen Diskurs krankheitsspezifische Veränderungen in der NAWM vor Auftreten der MS-Läsionen vermutet. Die Sensitivität der FLAIR-Sequenz ist aber scheinbar unzureichend. Mit der SWI- Bildgebung konnten statistisch signifikante SI-Unterschiede zwischen Referenz- und MS-Gruppe in der NAWM herausgearbeitet werden. Nach Kontrastmittelgabe wurden dabei keine Veränderungen der Signalintensität der NAWM in den beiden Gruppen festgestellt, was gegen die Hypothese einer primären Schrankenstörung in der Pathogenese der Erkrankung spricht. Insgesamt wurden 669 Läsionen identifiziert. Es folgte eine Differenzierung in 11 KM-aufnehmende (ACM-) Läsionen, 546 nicht KM-aufnehmende (NACM-) Läsionen und 112 „black holes“ (BLH). Eine gezielte Auswertung der Phasen- und Magnitudenbilder wurde nicht durchgeführt. Besonders in den KM-anreichernden Läsionen (ACM) sind bereits vor der KM-Gabe statistisch erhöhte Signalintensitäten in der SWI-Sequenz nachweisbar. Dies könnte theoretisch für den Nachweis akuter Läsionen, ohne dass eine KM-Gabe notwendig ist, genutzt werden. Doch ist die Anzahl dieser Läsionen in der Untersuchung zu gering, um verlässliche Aussagen diesbezüglich machen zu können. Dafür sind weitere Studien notwendig. Zusammenfassend betrachtet handelt es sich bei der SWI um ein hoch sensitives bildgebendes Verfahren, welches eine ausgezeichnete Differenzierung von ZNS- Läsionen ermöglicht und Veränderungen der NAWM bei der Enzephalomyelitis disseminata nachweisen kann. Es stellt somit eine sinnvolle Ergänzung zur konventionellen MS-Diagnostik dar und ist ein innovatives bildgebendes In-vivo- Verfahren zur weiteren Erforschung der Multiplen Sklerose.

Die Hyperaktivität der HHN-Achse ist bei der Multiplen Sklerose umfassend untersucht und mehrfach bestätigt; der genaue Pathomechanismus bleibt jedoch ungeklärt. Das serotonerge System ist eng mit der HHN-Achse verbunden und besitzt die Eigenschaft, die HHN-Achse herabzuregulieren. Daraus ergab sich im Umkehrschluss, dass die HHN-Achsen-Hyperaktivierung bei Patienten mit Multipler Sklerose im Zusammenhang mit einer reduzierten serotonergen Verfügbarkeit stehen könnte. Um die HHN-Achse und das serotonerge System zu untersuchen, schlossen wir 17 Patienten mit Multipler Sklerose und 13 gesunde Kontrollpersonen ein. Die HHN-Achse wurde mittels des Dex-CRH-Tests untersucht und die zentrale Verfügbarkeit des präsynaptischen Serotonintransporters mittels einer [11C]DASB-PET in 31 Hirnregionen gemessen. Die Patientengruppe hatte insgesamt höhere Kortisolwerte, dementsprechend erniedrigt war die ACTH-Kortisol-Ratio, so dass wir das Vorliegen einer HHN-Achsen-Hyperaktivität bestätigen konnten. Am ausgeprägtesten waren die Unterschiede in der Gruppe der primär chronisch progredienten MS. Eine signifikant reduzierte Verfügbarkeit des Serotonintransporters fand sich im Hypothalamus, den Raphe-Kernen, limbischen Strukturen, dem linken Temporallappen und Thalamus, auch hier war die Gruppe der PPMS am stärksten betroffen. Zusätzlich erhobene Fragebögen hinsichtlich Depression, Fatigue und Lebensqualität (BDI, WEIMuS, WEIMuS 1, WEIMuS 2, EuroQol, EuroQolScale und VAS) zeigten durchgängig signifikant unterschiedliche Ergebnisse bei den Patienten im Vergleich zur Kontrollgruppe. Zusammenfassend, konnten wir darstellen, dass die HHN-Achsen-Aktivierung bei der Multiplen Sklerose in enger Verbindung mit der serotonergen Aktivität steht, eine direkte Korrelation fand sich jedoch nicht. Dennoch kann davon ausgegangen werden, dass die serotonergen Neurone durch ihre enge anatomische Verbindung zu einer negativen Modulation der HHN-Achse beitragen. Der Einsatz von SSRI könnte therapeutisches Potential bieten, indem die herabregulierte serotonerge Aktivität sowie HHN-Achse wieder normalisiert werden könnten.:Inhaltsverzeichnis I Abkürzungsverzeichnis III 1. Einleitung 1 1.1 Einführung in die Fragestellung 1 1.2 Multiple Sklerose 1 1.2.1 Definition, Epidemiologie, Ätiologie und Pathogenese 1 1.2.2 Diagnosekriterien, Verlaufsformen, Klinik und Therapie 6 1.2.3 Fatigue und Multiple Sklerose 9 1.3 Die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse 10 1.4 Das serotonerge System und die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse 13 1.5 Aufgabenstellung 16 2. Materialien und Methoden 17 2.1 Durchführung 17 2.2 Einschlusskriterien 17 2.3 Ausschlusskriterien 18 2.4 Allgemeiner Ablauf 19 2.5 Dexamethason-CRH-Test 19 2.6 Positronen-Emissions-Tomographie 20 2.7 Magnetresonanztomographie 22 2.8 Genotypisierung 22 2.9 Fragebögen zu Depression, Fatigue und Lebensqualität 22 2.9.1 Beck-Depressions-Inventar 22 2.9.2 Würzburger Erschöpfungsinventar bei Multipler Sklerose 23 2.9.3 Europäischer Lebensqualitäts-Fragebogen 23 2.10 Statistische Datenanalyse 24 I 3. Ergebnisse 25 3.1 Klinische und demographische Daten 25 3.2 Dexamethason-CRH-Test 27 3.3 Verfügbarkeit des Serotonintransporters 29 (mittlere Distribution Volume Ratios) 3.4 Lateralität des Serotonintransporters 32 3.5 Beziehung der neuroendokrinen Funktion zur Serotonintransporter-Verfügbarkeit 33 3.6 Fatigue und Depression 34 4. Diskussion 35 4.1 Dexamethason-CRH-Test und Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse 35 4.2 Das serotonerge System 37 4.3 Fatigue 41 4.4 Lateralität 42 4.5 Methodenkritik 44 4.6 Therapeutischer Ausblick 45 5. Zusammenfassung der Arbeit 48 6. Literaturverzeichnis 50 7. Thematisch assoziierte Publikation als Zweitautorin 69 8. Anlagen 79 8.1 Fragebögen 79 8.2 Selbständigkeitserklärung 87 8.3 Lebenslauf 88 8.4 Danksagung 90 II 3. Ergebnisse 25 3.1 Klinische und demographische Daten 25 3.2 Dexamethason-CRH-Test 27 3.3 Verfügbarkeit des Serotonintransporters 29 (mittlere Distribution Volume Ratios) 3.4 Lateralität des Serotonintransporters 32 3.5 Beziehung der neuroendokrinen Funktion zur Serotonintransporter-Verfügbarkeit 33 3.6 Fatigue und Depression 34 4. Diskussion 35 4.1 Dexamethason-CRH-Test und Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse 35 4.2 Das serotonerge System 37 4.3 Fatigue 41 4.4 Lateralität 42 4.5 Methodenkritik 44 4.6 Therapeutischer Ausblick 45 5. Zusammenfassung der Arbeit 48 6. Literaturverzeichnis 50 7. Thematisch assoziierte Publikation als Zweitautorin 69 8. Anlagen 79 8.1 Fragebögen 79 8.2 Selbständigkeitserklärung 87 8.3 Lebenslauf 88 8.4 Danksagung

Der Verlauf der Multiplen Sklerose ist heterogener Natur; die Fähigkeit zu einem intakten adaptiven motorischen Lernen und einer intakten Konsolidierung könnten einen milden Krankheitsverlauf begünstigen. In der vorliegenden Arbeit wurden das adaptive motorische Lernen und seine Konsolidierung bei MS-Patienten im Vergleich zu neurologisch gesunden Kontrollprobanden untersucht; außerdem wurde das Verhältnis dieser Formen des Lernens zu klinischen und apparativen Parametern des Krankheitsprogresses untersucht. Dazu führten 20 MS-Patienten und 20 Kontrollprobanden eine visuoadaptive Lernaufgabe durch. Hierzu sollten mittels Computerbildschirm und Computermaus geradlinige Zielbewegungen zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt wechselnder Lokalisation durchgeführt werden, wobei in einem Rotationsmodus eine externe Ablenkung der Zielbewegung im Uhrzeigersinn eingeführt wurde, welche auszugleichen war. Die Übungssitzung wurde nach 24 Stunden und nach 72 Stunden wiederholt. Analysiert wurden die Richtungsfehler der Zielbewegungen, die Adaptationsrate an die Ablenkung und die Retention der erlernten Adaptation bis zur Folgesitzung. Motorische Einschränkung wurde durch den EDSS-Score und den 9-Loch-Stecktest quantifiziert, zentralnervöse Läsionslast wurde mittels cMRT und MEP ermittelt. Die Adaptation und Lernfähigkeit innerhalb einer Übungssitzung waren in der Patienten- und der Kontrollgruppe vergleichbar; jedoch zeigte sich eine signifikant verminderte Retentionsrate in der Patientengruppe an den Folgeuntersuchungstagen im Vergleich zur Kontrollgruppe. In den Korrelationsanalysen und Subgruppenvergleichen innerhalb der Patientengruppe nach Stratifizierung aufgrund von EDSS-Score, 9-Lochstecktest und zentralnervöser Läsionslast im MRT konnte kein eindeutiger Zusammenhang zwischen klinischer Beeinträchtigung bzw. zentralnervöser Läsionslast auf der einen Seite und Adaptation bzw. Konsolidierung auf der anderen Seite identifiziert werden. Jedoch zeigte sich in der Patientengruppe für den ersten Nachuntersuchungstag eine signifikant höhere Retentionsrate in der Subgruppe mit geringerer Leistung im 9-Lochsteck-Test. Insgesamt deuten die vorliegenden Daten auf eine erhaltene Fähigkeit zu adaptivem motorischen Lernen und somit auf eine erhaltene rasch einsetzende Neuroplastizität bei leicht bis mittelgradig betroffenen MS-Patienten hin; jedoch sprechen die Daten für eine eingeschränkte Konsolidierungsfähigkeit. Zentralnervöse Läsionslast scheint Motoradaptation und Konsolidierung nicht zu verhindern. Das genaue Verhältnis der Motoradapation und Konsolidierung zum klinischen Funktionserhalt konnte nicht genauer aufgeklärt werden. Um die genaue Beziehung zwischen Motoradaptation und Konsolidierung und klinischer Beeinträchtigung bzw. ZNS-Läsionen zu eruieren, bedarf es weiterer Studien. / Multiple Sclerosis is a heterogenous disease. The intact ability of motor adaptation and consolidation could contribute to a favorable clinical course of the disease. We aimed to evaluate the adaptive motor learning and its consolidation in people with multiple sclerosis compared to neurologically healthy individuals. Further we analyzed its relationship to clinical and paraclinical parameters of disease course. Therefore 20 people with MS and 20 healthy individuals performed a visuoadaptive motor task. Participants sat in front of a computer screen and performed straight movements from a central starting point towards targets of varying positions with a computer mouse. Later a perturbation was introduced rotating the movement 30° clockwise. The aim was to compensate for the perturbation. The training session was repeated after 24 hours and after 72 hours. We measured the directional error, the rate of adaptation to the perturbation and the rate of retention on the following sessions. Motor impairments were estimated by the EDSS-Score and the 9-Hole-Peg-Test, CNS lesions were evaluated with cranial MRI and MEP. The adaptive learning within the training sessions was comparable in the MS group and the control group. However, the retention rate after 24 hours and after 72 hours was significantly lower in the MS group compared to the control group. The correlation analyses and the subgroup analyses after stratifying the MS group by EDSS-Score, 9-Hole-Peg-Test and CNS lesion load showed no consistent relation between motor adaptation and consolidation on the one hand and clinical impairments and CNS lesion load on the other hand. However, the retention rate after 24 hours was significantly higher in the MS-subgroup with more impaired hand function measured by the 9-Hole-Peg-Test. Our data indicate a preserved motor adaptation and therefore a preserved rapid-onset plasticity in people with MS with mild to moderate disease course. However, the data suggest an impaired consolidation in people with MS. CNS lesions seem not to prevent adaptive learning and consolidation. The exact relationship between motor learning and consolidation on the one hand and preservation of motor function on the other hand could not be unraveled. There are more studies needed to evaluate the relationship between motor adaptation/consolidation and clinical impairment and CNS lesion load.

This study investigates the suitability of beta-2-microglobulin (β2-microglobulin), lactate and angiotensin-converting enzyme (ACE) as biomarkers, given the good availability of these parameters in routine diagnostics but lack of data in this regard. For this purpose, 6,310 CSF samples obtained at the Neurological Clinic of the University Hospital of Würzburg were analyzed. Closer analysis was carried out of 276 cases with non-inflammatory neurological diseases (NIND; control group) and 438 MS cases not taking an immunotherapy treatment (study group). In the MS cases, the form of progression of the disease and the disease activity (clinical relapses, progression index) were recorded. A clear correlation could be seen between age and CSF levels of β2-microglobulin, lactate and ACE in both the MS and control groups, whereby a correction was required for the subsequent comparison studies; this could also at least partly explain the contradictory data obtained in other studies to date. The MS cases showed elevated β2-microglobulin and lactate levels and decreased ACE levels in CSF compared to the controls. In both groups, there was a positive correlation between β2-microglobulin and ACE levels. In the separate analysis of the forms of progression of MS, cases with clinically-isolated syndrome (CIS) and relapsing-remitting MS (RRMS) revealed elevated β2-microglobulin levels, whilst cases with secondary-progressive or primary-progressive MS (SPMS or PPMS) did not. Lactate levels were only increased in cases of CIS. Cases with a relapsing course showed reduced ACE levels. The disease activity could not reliably be mapped by the parameters. Lactate levels tended to be elevated during a relapse, but this result was no longer significant after correction. Lactate levels also showed a positive correlation with the progression index. Our findings in this study provide evidence that the examined analysis parameters cannot be used in isolation to assess progression, disease activity and duration of disease. However, the significant differences between relapsing and chronic-progressive courses support the hypothesis of different underlying mechanisms of pathogenesis, and could serve as a starting basis for further studies. / In der vorliegenden Arbeit wurde die Eignung der im Rahmen der Routinediagnostik verfügbaren, aber unzu¬reichend charakterisierten Analyten Beta-2-Mikroglobulin (β2-Mikroglobulin), Laktat und Angiotensin-Converting Enzyme (ACE) als Biomarker untersucht. Dazu wurden 6.310 an der Neurologischen Klinik des Universitätsklinikums Würzburg gewonnene Liquorproben analysiert. Näher analysiert wurden 276 Fälle mit nicht entzünd¬lichen neurologischen Erkrankungen (NIND; Kontrollgruppe) und 438 nicht immuntherapeutisch behandelte MS-Fälle (Untersuchugsgruppe). Bei den MS-Fällen wurde die Verlaufs¬form und Krankheitsaktivität (klinische Schübe, Progressionsindex) dokumentiert. Es zeigte sich eine deutliche Altersabhängigkeit der Liquorspiegel von β2-Mikroglobulin, Laktat und ACE in der MS- und Kontrollgruppe, was für die sich anschließenden weiteren Vergleichsuntersuchungen eine Korrektur erforderte und zumindest teilweise die wider¬sprüchliche Datenlage bisheriger Studien erklären könnte. MS-Fälle zeigten im Liquor im Vergleich zu Kontrollen erhöhte β2-Mikroglobulin- und Laktat- sowie er¬niedrigte ACE-Spiegel. In beiden Gruppen korrelierten die β2-Mikroglobulin- und ACE-Spiegel positiv miteinander. Bei der getrennten Analyse der MS-Verlaufsformen zeigten Fälle mit klinisch isoliertem Syndrom (CIS) und schubförmig remittierender MS (RRMS) erhöhte β2-Mikroglobulin-Spiegel, Fälle mit sekundär bzw. primär pro¬gredienter MS (SPMS bzw. PPMS) dagegen nicht. Die Laktat-Spiegel waren lediglich bei CIS-Fällen erhöht. Fälle mit schubförmigen Verläufen zeigten reduzierte ACE-Spiegel. Die Krankheitsaktivität wurde durch die Parameter nicht zuverlässig abgebildet. Die Laktat-Spiegel waren tendenziell bei einem Schub erhöht, das Ergebnis war nach Korrektur aber nicht mehr signifikant. Die Laktat-Spiegel korrelierten zudem positiv mit dem Progressionsindex. Die vorliegenden Befunde belegen, dass die untersuchten Analyten alleine nicht in der Lage sind, die Verlaufsform, Krankheitsaktivität und -dauer zu beurteilen. Die deutlichen Unterschiede zwischen schubförmigen und chronisch progredienten Verläufen unterstützen jedoch die Hypothese unterschiedlicher zugrundeliegender Pathomechanismen und könnten als Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen dienen.

Die Rehabilitation von Gangstörungen bei Patienten mit MS und Schlaganfall erfolgt häufig mithilfe eines konventionellen Laufbandtrainings. Einige Studien haben bereits gezeigt, dass durch eine Erweiterung dieses Trainings um eine virtuelle Realität die Motivation der Patienten gesteigert und die Therapieergebnisse verbessert werden können. In der vorliegenden Studie wurde eine immersive VR-Anwendung (unter Verwendung eines HMD) für die Gangrehabilitation von Patienten evaluiert. Hierbei wurden ihre Anwendbarkeit und Akzeptanz geprüft sowie ihre Kurzzeiteffekte mit einer semi-immersiven Präsentation (unter Verwendung eines Monitors) und mit einem konventionellen Laufbandtraining ohne VR verglichen. Der Fokus lag insbesondere auf der Untersuchung der Anwendbarkeit beider Systeme und der Auswirkungen auf die Laufgeschwindigkeit und Motivation der Benutzer. Im Rahmen einer Studie mit Innersubjekt-Design nahmen zunächst 36 gesunde Teilnehmer und anschließend 14 Patienten mit MS oder Schlaganfall an drei experimentellen Bedingungen (VR über HMD, VR über Monitor, Laufbandtraining ohne VR) teil. Sowohl in der Studie mit gesunden Teilnehmern als auch in der Patientenstudie zeigte sich in der HMD-Bedingung eine höhere Laufgeschwindigkeit als beim Laufbandtraining ohne VR und in der Monitor-Bedingung. Die gesunden Studienteilnehmer berichteten über eine höhere Motivation nach der HMD-Bedingung als nach den anderen Bedingungen. Es traten in beiden Gruppen keine Nebenwirkungen im Sinne einer Simulator Sickness auf und es wurden auch keine Erhöhungen der Herzfrequenzen nach den VR-Bedingungen detektiert. Die Bewertungen des Präsenzerlebens waren in beiden Gruppen in der HMD-Bedingung höher als in der Monitor-Bedingung. Beide VR-Bedingungen erhielten hohe Bewertungen für die Benutzerfreundlichkeit. Die meisten der gesunden Teilnehmer (89 %) und Patienten (71 %) präferierten das HMD-basierte Laufbandtraining unter den drei Trainingsformen und die meisten Patienten könnten sich vorstellen, es häufiger zu nutzen. Mit der vorliegenden Studie wurde eine strukturierte Evaluation der Anwendbarkeit eines immersiven VR-Systems für die Gangrehabilitation geprüft und dieses erstmals in den direkten Vergleich zu einem semi-immersiven System und einem konventionellen Training ohne VR gesetzt. Die Studie bestätigte die Praktikabilität der Kombination eines Laufbandtrainings mit immersiver VR. Aufgrund ihrer hohen Benutzerfreundlichkeit und der geringen Nebenwirkungen scheint diese Trainingsform besonders für Patienten geeignet zu sein, um deren Trainingsmotivation und Trainingserfolge, wie z. B. die Laufgeschwindigkeit, zu steigern. Da immersive VR-Systeme allerdings nach wie vor spezifische technische Installationsprozeduren erfordern, sollte für die spezifische klinische Anwendung eine Kosten-Nutzen-Bewertung erfolgen. / Rehabilitation of gait disorders in patients with MS and stroke is often done with the help of conventional treadmill training. Some studies have already shown that extending this training with virtual reality can increase patient motivation and improve therapy outcomes. In the present study, an immersive VR application (using an HMD) was evaluated for gait rehabilitation of patients. Here, its applicability and acceptability were tested, and its short-term effects were compared with a semi-immersive presentation (using a monitor) and with conventional treadmill training without VR. In particular, the focus was on investigating the applicability of both systems and the effects on user walking speed and motivation. In a study using a within-subjects design, first 36 healthy participants and then 14 patients with MS or stroke participated in three experimental conditions (VR via HMD, VR via monitor, treadmill training without VR). In both the healthy participant study and the patient study, the HMD condition showed a higher walking speed than the treadmill training without VR and the monitor condition. The healthy study participants reported higher motivation after the HMD condition than after the other conditions. No side effects in terms of simulator sickness occurred in either group, and no increases in heart rates were detected after the VR conditions. Presence experience ratings were higher in both groups in the HMD condition than in the monitor condition. Both VR conditions received high ratings for usability. Most of the healthy participants (89%) and patients (71%) preferred the HMD-based treadmill training among the three training modalities, and most patients could imagine using it more often. The present study tested a structured evaluation of the applicability of an immersive VR system for gait rehabilitation and, for the first time, compared it directly with a semi-immersive system and conventional training without VR. The study confirmed the practicability of combining treadmill training with immersive VR. Due to its high usability and low side effects, this form of training seems to be particularly suitable for patients to increase their training motivation and training success, such as walking speed. However, immersive VR systems still require specific technical installation procedures, so a cost-benefit assessment should be performed for the specific clinical application.

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.