Τεχνική Μορφοµετρίας Ογκοστοιχείων (VBM, Voxel-Based Morphometry) για ογκοµετρικές αξιολογήσεις στη. µαγνητική τοµογραφία εγκεφάλου ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Τεχνική Μορφοµετρίας Ογκοστοιχείων (VBM, Voxel-Based Morphometry) για ογκοµετρικές αξιολογήσεις στη µαγνητική τοµογραφία εγκεφάλου ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Βλαχόπουλος Βάιος ΑΕΜ: Επιβλέποντες καθηγητές: Στούλος Στυλιανός, αναπληρωτής καθηγητής Σεϊµένης Ιωάννης, καθηγητής ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ,

2 Περιεχόµενα I. Περίληψη...3 II. Abstract...4 III. IV. Ευχαριστίες...5 Εισαγωγή...6 Βιβλιογραφική ανασκόπηση...6 Σκοπός...7 V. Γενικό Μέρος...8 VI. Απεικόνιση Εγκεφάλου με Μαγνητικό Συντονισμό...8 Μορφομετρία Ογκοστοιχείων (Voxel Based Morphometry)...9 Ασθενείς με Νόσο Αλτσχάιμερ (με ή χωρίς καταθλιπτικά συμπτώματα)...10 Ειδικό μέρος...12 Μεθοδολογία...12 Προ-επεξεργασία εικόνων...17 Χωρική κανονικοποίηση...17 Έλεγχος Ευθυγράμμισης...19 Κατάτμηση...20 Εξομάλυνση...24 Στατιστική ανάλυση...29 Συνολικός ενδοκράνιος όγκος...29 Βασικά Μοντέλα...33 Εκτίμηση Στατιστικής Ανάλυσης...34 Αποτελέσματα συζήτηση...36 Συμπεράσματα...39 VII. Βιβλιογραφία

3 I. Περίληψη Η άνοια είναι µια ασθένεια που απαντάται συχνά σε άτοµα µεγάλης κυρίως ηλικίας µε την πιο ευρέως διαδεδοµένη µορφή της, τη νόσο Alzheimer. Πρόσφατες µελέτες έδειξαν ότι εµφανίζονται καταθλιπτικά συµπτώµατα στη νόσο Alzheimer, ενώ ασθενείς που πάσχουν από κατάθλιψη είναι πιθανό να παρουσιάσουν άνοια. Στην παρούσα εργασία, στην προσπάθεια µας να κατανοήσουµε καλύτερα τη σχέση µεταξύ κατάθλιψης και νόσου Alzheimer, επιλέξαµε δυο οµάδες ασθενών: στην οµάδα 1 οι συµµετέχοντες πάσχουν µόνο από τη νόσο Alzheimer και στην οµάδα 2 εκτός από τη νόσο έχουν και συνυπάρχουσα κατάθλιψη. Χρησιµοποιώντας µια νευροαπεικονιστική αναλυτική µέθοδο, τη µέθοδο Μορφοµετρία Ογκοστοιχείων (Voxel-Based Morphometry, VBM), επεξεργαστήκαµε εικόνες που προήλθαν από µετρήσεις στο µαγνητικό τοµογράφο για να εντοπίσουµε ογκοµετρικές διαφορές µεταξύ των δύο οµάδων τόσο σε τοπικό επίπεδο, εξετάζοντας συγκεκριµένες ανατοµικές δοµές του εγκεφάλου, όσο και στο σύνολο του εγκεφάλου. Το αποτέλεσµα των µετρήσεων ήταν η µείωση της φαιάς ουσίας συνολικά. Στους ασθενείς της οµάδας 2 ανιχνεύτηκε µείωση του όγκου της φαιάς ουσίας στο θάλαµο, στην πρόσθια και οπίσθια κεντρική έλικα, στο παράκεντρο λοβίο και στη συµπληρωµατική κινητική περιοχή συγκριτικά µε τους ασθενείς της οµάδας 1. Αντιθέτως, δεν παρατηρήθηκαν µεταβολές του όγκου της φαιάς στην εγκεφαλική νησίδα, στην άνω και µέση µετωπιαία έλικα και µέση ινιακή έλικα. Οι ανωµαλίες της φαιάς ουσίας σε αυτές τις περιοχές σχετίζεται µε το σύνδροµο της ψυχοκινητικής καθυστέρησης που είναι µια συνέπεια της κατάθλιψης. 3

4 II. Abstract Dementia is a disease that can be often found mostly in elderly people by its most widespread form, Alzheimer s disease (AD). Recent studies showed that depressive symptoms occur in AD, while patients with depression are likely to develop dementia. In this paper, trying to understand better the correlation between depression and AD, we chose two groups of patients; in group 1 participants have only AD and in group 2 except from AD they have also coexisting depression. Based on a neuroimaging analysis method, the VBM method (Voxel-Based Morphometry), we worked on images acquired by MRI (Magnetic Resonance Imaging) in order to measure volumetric differences between the two groups locally in the brain, considering specific anatomical brain structures, and totally as well. In patients of group 2, reduction of gray matter volume was located in thalamus, anterior and posterior central gyrus, paracentral lobule and supplementary motor area compared to patients of group 1. However, changes of gray matter s volume did not occur in insula, superior and middle frontal gyrus and middle occipital gyrus. Abnormalities of grey matter in those regions are related to syndrome of psychomotor retardation that is a depression s consequence. 4

5 III. Ευχαριστίες Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερµά και να εκφράσω την ευγνωµοσύνη µου στον κ. Ιωάννη Σεϊµένη, καθηγητή της Ιατρικής Φυσικής στο τµήµα Ιατρικής του ηµοκρίτειου Πανεπιστηµίου Θράκης που µε την πολύτιµη βοήθειά του και το χρόνο που αφιέρωσε κατάφερα να φέρω σε πέρας την πτυχιακή µου εργασία. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή µου, Στυλιανό Στούλο, που ανέλαβε να µε βοηθήσει για τη διεκπεραίωση της εργασίας και την οικογένειά µου και τους φίλους µου για την υποστήριξη που µου προσέφεραν. 5

6 IV. Εισαγωγή Βιβλιογραφική ανασκόπηση Τα τελευταία χρόνια, η ανάπτυξη της µεθόδου Μορφοµετρίας Ογκοστοιχείων (VBM, Voxel- Based Morphometry) έχει αποδειχθεί χρήσιµο εργαλείο στον τοµέα της ιατρικής. Ιδιαίτερα, και σύµφωνα µε έρευνες που έχουν διεξαχθεί, έπαιξε πολύ σηµαντικό ρόλο στη µελέτη της νόσου Alzheimer, κατάθλιψης και σε πολλές νευροεκφυλιστικές ασθένειες, όπως η άνοια και η γνωστική δυσλειτουργία. Μια έρευνα, που διεξήχθη στη Τσίµπα και στο Τόκιο της Ιαπωνίας, µελέτησε τις διαφορές, τοπικά, στην φαιά ουσία του εγκεφάλου ανάµεσα σε δυο οµάδες, µε τη µέθοδο VBM: 17 ασθενείς µε όψιµη έναρξη κατάθλιψης (Late Life Depression, LLD) και 21 ασθενείς που πάσχουν από τη νόσο Alzheimer (χωρίς να εµφανίζουν ιστορικό όψιµης κατάθλιψης) (Alzheimer Disease, AD). Παρατηρήθηκε ατροφία στον πρόσθιο φλοιό του προσαγωγίου και στις δυο οµάδες ενώ στον οπίσθιο φλοιό του προσαγωγίου µόνο στην οµάδα µε AD. Παρατήρησαν ότι ο όγκος της φαιάς ουσίας µειώνεται σηµαντικά στον οπίσθιο φλοιό του προσαγωγίου µόνο στην οµάδα AD. Κατέληξαν στο συµπέρασµα ότι η γνωστική εξασθένηση, ειδικά στους ασθενείς µε AD, συσχετίζεται µε τις αλλαγές στη δοµή του οπίσθιου τµήµατος του προεπιλεγµένου δικτύου λειτουργίας, [Έγκριση από την αναφορά #5]. Επίσης, στην Ντέντζον και στη Σεούλ της Κορέας, επιστήµονες είχαν διερευνήσει εκφυλισµούς στην φαιά και λευκή ουσία του εγκεφάλου ανάµεσα σε 3 οµάδες: 28 ασθενείς µε υποκειµενική διαταραχή µνήµης (το οποίο είναι πιθανόν να οδηγήσει σε άνοια) (Subjective Memory Impairment, SMI), 29 ασθενείς µε ήπια γνωστική εξασθένιση (Mild Cognitive Impairment, MCI) ηλικίας 60 ετών και άνω και 28 υγιή δείγµατα (health controls, HC). Η µέθοδος VBM έδειξε ότι οι ασθενείς της οµάδας SMI εµφάνισαν ατροφία στην περιοχή του βρεγµατικού, µετωπιαίου και κροταφικού λοβού του εγκεφάλου σε σχέση µε τα υγιή δείγµατα ενώ δεν ήταν τόσο έντονη όσο στην οµάδα MCI. Παρατηρήθηκαν εκφυλισµοί στη δοµή της φαιάς και λευκής ουσίας των ασθενών µε υποκειµενική διαταραχή µνήµης, ιδιαίτερα στη λευκή ουσία. Η υποκειµενική διαταραχή µνήµης φαίνεται να είναι ένα από τα πρώτα συµπτώµατα που παρουσιάζει η νόσος Alzheimer µαζί µε νευροεκφυλιστικές αλλαγές και επιπρόσθετους προδιαθεσικούς παράγοντες, [Έγκριση από την αναφορά #8]. Μια ακόµα σηµαντική συµβολή της µεθόδου VBM φαίνεται από την έρευνα που πραγµατοποιήθηκε στο Πεκίνο της Κίνας µε σκοπό την εκτίµηση δυσµορφίας που παρουσιάζει ο όγκος της φαιάς και λευκής ουσίας σε ασθενείς µε νόσο Alzheimer (Alzheimer Disease, AD). Επέλεξαν 13 ασθενείς µε AD και 14 υγιή δείγµατα, αντίστοιχου φύλλου και ηλικίας. Από τα αποτελέσµατα, παρατήρησαν ότι οι ασθενείς µε AD επέδειξαν µείωση στον όγκο της φαιάς ουσίας στον ιππόκαµπο, στην παραϊπποκαµπική και ανώτερη κροταφική έλικα, συγκριτικά µε τα υγιή δείγµατα. Επίσης, παρατηρήθηκε ελάττωση του όγκου της λευκής ουσίας στην παραϊπποκαµπική και ανώτερη κροταφική έλικα στην περιοχή του κροταφικού λοβού στους ασθενείς µε AD, [Έγκριση από την αναφορά #9]. Μια, ακόµα, µελέτη που διεξήχθη στην Κίνα, ασχολήθηκε µε την αλλαγή του όγκου της φαιάς ουσίας του εγκεφάλου ασθενών που πάσχουν από πρώιµη έναρξη κατάθλιψης (Early Onset Depression, EOD) και όψιµη έναρξη κατάθλιψης (Late Onset Depression, LOD) και 6

7 τις διαφορές που µπορεί να υπάρξουν µεταξύ τους. Στην έρευνα συµµετείχαν 147 ασθενείς µε µείζονα καταθλιπτική διαταραχή (Major Depressive Disorder, MDD), ηλικίας 18 µε 45, τους οποίους χώρισαν σε δυο οµάδες: µια οµάδα µε EOD (µε ηλικίες 18-29) και η δεύτερη οµάδα µε LOD (µε ηλικίες 30-44) και 130 υγιή δείγµατα, αντίστοιχου φύλλου και ηλικίας (Healthy Controls, HC). Τα αποτελέσµατα της µεθόδου VBM ήταν τα εξής: οι ασθενείς µε EOD εµφάνισαν ελάττωση του όγκου της φαιάς ουσίας στο σκώληκα ΙΙΙ, στη δεξιά ατρακτοειδή έλικα και στη µεσαία δεξιά κροταφική έλικα και αύξηση του όγκου της φαιάς ουσίας στη δεξιά µεσαία ινιακή έλικα, συγκριτικά µε τα αντίστοιχα υγιή δείγµατα. Εν αντιθέσει, στους ασθενείς µε LOD παρατηρήθηκε µείωση του όγκου της φαιάς ουσίας στο δεξιό ιππόκαµπο και αύξησή της στη µεσαία κροταφική έλικα. Συγκρίνοντας τις δυο οµάδες ασθενών µεταξύ τους, ανακάλυψαν ότι ο όγκος της φαιάς ουσίας ήταν µικρότερος στους ασθενείς µε EOD στο δεξιά οπίσθιο φλοιό του προσαγωγίου, ενώ δεν υπήρχε σηµαντική συσχέτιση µεταξύ αυτού και του βαθµού κατάθλιψης των συµµετεχόντων. Το συµπέρασµα στο οποίο κατέληξαν είναι ότι οι ασθενείς µε LOD και EOD επέδειξαν διαφορετικές αλλαγές στον όγκο της φαιάς ουσίας του εγκεφάλου και ότι πιθανόν να υπάρχει διαφορετικός παθολογικός µηχανισµός ανάλογα µε την ηλικία έναρξης της κατάθλιψης στους ασθενείς [Έγκριση από την αναφορά #6 ]. Επιστήµονες, στη Σεούλ της Κορέας, πραγµατοποίησαν έρευνα µελετώντας ασθενείς που πάσχουν από νόσο Alzheimer και κατάθλιψη και ασθενείς που έχουν µόνο άνοια, συγκρίνοντας τα καταθλιπτικά συµπτώµατα και τον όγκο της φαιάς ουσίας µεταξύ τους. Οι συµµετέχοντες χωρίστηκαν στις εξής 3 οµάδες: 49 ασθενείς µε νόσο Alzheimer (Alzheimer s Disease, AD), 57 µε ήπια γνωστική δυσλειτουργία (Mild Cognitive Impairment, MCI) και 50 υγιή δείγµατα (Healthy Controls, HC). Χρησιµοποιώντας τη µέθοδο VBM παρατήρησαν ότι 17 ασθενείς µε AD και κατάθλιψη εµφάνισαν ελάττωση στον όγκο της φαιάς ουσίας του εγκεφάλου στην περιοχή της αριστερής κάτω έλικας, συγκρινόµενοι µε 32 ασθενείς µε άνοια. Επίσης, η οµάδα MCI, σε σχέση µε τα υγιή δείγµατα, παρουσίασε µείωση του όγκου της φαιάς ουσίας στη δεξιά ιπποκαµπική έλικα. Το συµπέρασµα που προκύπτει από αυτή τη µελέτη είναι ότι τα συµπτώµατα κατάθλιψης ίσως να συνδέονται µε τις αλλαγές στον όγκο του κροταφικού και µετωπιαίου λοβού στους ασθενείς µε νόσο Alzheimer [Έγκριση από την αναφορά #12]. Σκοπός Ο σκοπός της πτυχιακής εργασίας είναι η εφαρµογή της µεθόδου Μορφοµετρίας Ογκοστοιχείων (VBM, Voxel-based Morphometry) σε 2 οµάδες ασθενών: 95 ασθενείς οι οποίοι πάσχουν µόνο από τη νόσο Alzheimer και 41 ασθενείς µε νόσο Alzheimer και συνυπάρχουσα κατάθλιψη. Με τη βοήθεια της µεθοδολογίας αυτής, είναι δυνατόν να εντοπισθούν πιθανές διαφοροποιήσεις στη δοµή των εγκεφαλικών ουσιών µεταξύ των δυο οµάδων, όπως η φαιά ουσία (Grey Matter, GM), η λευκή ουσία (White Matte,WMr) και το εγκεφαλονωτιαίο υγρό (Cerebrospinal Fluid, CSF). Από τα αποτελέσµατα των µετρήσεων µπορούν να διεξαχθούν συµπεράσµατα για τη σχέση µεταξύ των δυο αυτών ασθενειών, καθώς αποτελεί ένα αµφιλεγόµενο ζήτηµα τα τελευταία χρόνια. 7

8 V. Γενικό Μέρος Απεικόνιση Εγκεφάλου µε Μαγνητικό Συντονισµό Εικόνα 1: Μαγνητικός Τοµογράφος Philips Achieva 3.0Τ (χωρίς έγκριση από: MRI.JPG ) Ο εγκέφαλος, όπως είναι ευρέως γνωστό, είναι το πολυπλοκότερο όργανο του ανθρώπινου οργανισµού καθώς αποτελεί το κέντρο του νευρικού συστήµατος. Οι µηχανισµοί του και ο τρόπος λειτουργίας του παρουσιάζουν ιδιαίτερη δυσκολία στην πλήρη κατανόησή του, για το λόγο αυτό έχουν αναπτυχθεί ποικίλες τεχνικές νευροαπεικόνισης, οι οποίες απεικονίζουν τη δοµή και τη λειτουργία του νευρικού συστήµατος. Οι τεχνικές αυτές νευροαπεικόνισης ταξινοµούνται σε δυο ευρείες κατηγορίες: η πρώτη είναι εκείνες που µετρούν την ηλεκτρική δραστηριότητα στον εγκέφαλο, όπως το ηλεκτροεγκεφαλογράφηµα (Electroencephalography, EEG) και το µαγνητοεγκεφαλογράφηµα (Magnetoencephalography, MEG). Η δεύτερη είναι αυτές που µετρούν τις πιθανές αλλαγές στην ροή του αίµατος που συνδέονται µε τη δραστηριότητα του εγκεφάλου, όπως η απεικόνιση µαγνητικού συντονισµού (Magnetic Resonance Imaging, MRI), η τοµογραφία εκποµπής ποζιτρονίων (Positron Emission Tomography, PET) και η φασµατοσκοπία κοντά στην περιοχή του υπερύθρου (Near Infrared Spectroscopy, NIRS). 8

9 Η Απεικόνιση Μαγνητικού Συντονισµού (Magnetic Resonance Imaging, MRI) είναι µια µέθοδος που χρησιµοποιείται στην ακτινολογία και έχει την ικανότητα να απεικονίζει κάποιο συγκεκριµένο εσωτερικό µέρος του οργανισµού. Αποτελεί µια από τις σηµαντικότερες ανακαλύψεις στον τοµέα της ιατρικής, της βιολογίας και των νευροεπιστηµών, καθώς συµβάλλει στη µελέτη και διάγνωση πολλών ασθενειών και νοσηµάτων του νευρικού συστήµατος και ιδιαίτερα αυτών που συνδέονται µε τον εγκέφαλο, όπως νόσος Alzheimer, άνοια. Ένα σηµαντικό χαρακτηριστικό του µαγνητικού τοµογράφου είναι η υψηλή ανάλυση, η οποία φτάνει της τάξης του 1mm. Με τον τρόπο αυτό είναι εφικτό να πραγµατοποιηθούν λεπτοµερείς µετρήσεις, σε βάθος, στις δοµές του εγκεφαλικού φλοιού. ιαχωρίζει µε µεγάλη ευκρίνεια τη φαιά και τη λευκή ουσία µε αποτέλεσµα στις εικόνες να ανιχνεύονται µε ευκολία η µορφή και η δοµή αυτών των εγκεφαλικών ουσιών. Εκτός από την υψηλή ανάλυση, ο µαγνητικός τοµογράφος διακρίνεται και για την χωρική ανάλυση των εικόνων, παρ όλα αυτά υστερεί από τις µεθόδους EEG και MEG στην χρονική ανάλυση των εικόνων. Σε αντίθεση µε τον αξονικό τοµογράφο που απεικονίζει εσωτερικές δοµές του οργανισµού σε δυο διαστάσεις, µε το µαγνητικό συντονισµό η απεικόνιση επιτυγχάνεται στον τρισδιάστατο χώρο. Επίσης, έχει την ικανότητα να απεικονίζει πολλαπλές περιοχές του εγκεφάλου και να διερευνά τη συνδεσιµότητά τους, όταν ο ασθενής δεν εκτελεί µόνο µια συγκεκριµένη εντολή. Ακόµα, απεικονίζει την ίδια ανατοµική περιοχή από διαφορετικές οπτικές γωνίες, µε εικόνες πολλαπλής αντίθεσης. Ένα, επιπλέον, σπουδαίο πλεονέκτηµα του µαγνητικού συντονισµού είναι ότι δεν χρησιµοποιεί ιονίζουσα ακτινοβολία. Με αυτό τον τρόπο, η έκθεση του ανθρώπινου οργανισµού στο µαγνητικό πεδίο που αναπτύσσεται στον τοµογράφο δεν είναι επιβλαβής για την υγεία των ασθενών. Η µη ιονίζουσα ακτινοβολία του µαγνήτη αποτελείται κυρίως από ραδιοκύµατα, που δεν έχουν υψηλή συχνότητα όπως η ακτινοβολία Χ ή γ, εποµένως δεν επιβαρύνουν τον συµµετέχοντα. Τρία σηµαντικά εργαλεία της τεχνικής MRI, που χρησιµοποιούνται για την επεξεργασία και ανάλυση των εικόνων που παρέχονται από τον τοµογράφο, είναι: η µέθοδος DTI (Diffusion Tensor Imaging), η µέθοδος VLSM (Voxel-based Lesion Symptom Mapping) και η µέθοδος VBM (Voxel Based Morphometry). Η απεικονιστική µέθοδος DTI επιτρέπει µια µη επεµβατική απεικόνιση in vivo των αλλαγών της λευκής ουσίας σε µικροδοµικό και λειτουργικό επίπεδο. Η µέθοδος VLSM συνδέει συµπεριφορές των ασθενών µε περιοχές του εγκεφάλου που υπέστην βλάβη. Με τη µέθοδο VBM είναι δυνατόν να ερευνηθούν λεπτοµερείς αλλαγές στην φαιά ουσία του εγκεφάλου. Και οι τρεις νευροαπεικονιστικές µέθοδοι έχουν εφαρµοστεί µε επιτυχία προσφέροντας χρήσιµες πληροφορίες για την αντιµετώπιση διάφορων νευροεκφυλιστικών παθήσεων, όπως η νόσος Alzheimer. Μορφοµετρία Ογκοστοιχείων (Voxel Based Morphometry) Η µέθοδος Μορφοµετρίας Ογκοστοιχείων (VBM, Voxel-Based Morphometry) είναι µια νευροαπεικονιστική αναλυτική µέθοδος η οποία ανιχνεύει και συγκρίνει διαφορές στον όγκο των εγκεφαλικών ουσιών µεταξύ οµάδων σε µια voxel-by-voxel βάση. Το voxel είναι ένα στοιχειώδη κοµµάτι ή σηµείο δεδοµένων σε πλέγµα στον τρισδιάστατο χώρο. Χρησιµοποιεί 9

10 πεδία παραµόρφωσης έτσι ώστε να κανονικοποιήσει τις εικόνες, που λαµβάνονται από τον µαγνητικό τοµογράφο, στον ίδιο στερεοτακτικό χώρο MNI (Montreal Neurological Institute). Ανήκει στην ευρύτερη κατηγορία µεθόδων οι οποίες ασχολούνται µε διαφορές στην τοπική σύνθεση των ιστών του εγκεφάλου αφού εξαλειφθούν µακροσκοπικές διαφορές στη µορφή του. Ένα σηµαντικό στοιχείο της µεθόδου αυτής είναι ότι παρουσιάζει µεγάλη ευαισθησία στον εντοπισµό τοπικών διαφορών µικρής κλίµακας στην φαιά και λευκή ουσία του εγκεφάλου. Αντιθέτως, η µέθοδος DBM (Deformation Based Morphometry) λειτουργεί σε µεγάλη κλίµακα προσδιορίζοντας µόνο τις όποιες σηµαντικές διαφορές µπορεί να υπάρξουν στη παγκόσµια µορφή των εγκεφάλων ανάµεσα σε οµάδες πληθυσµών. Ένα, επίσης, αξιοσηµείωτο πλεονέκτηµα της µεθόδου αυτής είναι το συγκριτικά χαµηλό κόστος της. Τα χαµηλής συχνότητας πεδία παραµόρφωσης που εφαρµόζονται δεν απαιτούν τη δαπάνη µεγάλου ποσού και την καθιστούν µια απλή και προτιµώµενη προσέγγιση από πολλές ερευνητικές µονάδες. Σε αντίθετη περίπτωση, η µέθοδος DBM έχει υψηλό υπολογιστικό κόστος διότι τα πεδία παραµόρφωσης που χρησιµοποιεί διαθέτουν υψηλή ανάλυση. Για την καλύτερη αξιοποίησή της, χρησιµοποιήθηκε το πρόγραµµα SPM12 (Statistical Parametric Mapping), που τρέχει στο Matlab. Αρχικά οι εικόνες που προήλθαν από τη µαγνητική τοµογραφία χρειάζεται να καταγραφούν σε ένα δείγµα, στον ίδιο χώρο. Στη συνέχεια πραγµατοποιείται κατάτµηση του δείγµατος, από όπου εξάγονται εικόνες της φαιάς και λευκής ουσίας, οι οποίες ύστερα πρέπει να εξοµαλυνθούν. Τέλος, εφαρµόζεται η στατιστική ανάλυση, ορίζοντας συγκεκριµένες παραµέτρους όπως η ηλικία και το φύλλο, από την οποία προκύπτουν διαγράµµατα που παρουσιάζουν σηµαντικές διαφορές στην φαιά και λευκή ουσία ανάµεσα στις δυο οµάδες που θα εξετασθούν. Ασθενείς µε Νόσο Αλτσχάιµερ (µε ή χωρίς καταθλιπτικά συµπτώµατα) 10

11 Εικόνα 2: Περιοχές του ανθρώπινου εγκεφάλου (χωρίς έγκριση από: &oq=εγκεφαλος&gs_l=psy-ab.3..0l j psyab e-u3ooqiino#imgrc=vcz6qr22tpyhjm: ) Με την πάροδο των χρόνων εµφανίζονται όλο και περισσότερα κρούσµατα που πάσχουν από τη νόσο Alzheimer (Alzheimer Disease, AD). Η νόσος Alzheimer είναι µια από τις πιο γνωστές µορφές άνοιας και παρατηρείται κυρίως στα άτοµα προχωρηµένης ηλικίας. Ένα από τα πρώτα συµπτώµατα που εµφανίζουν αυτά τα άτοµα είναι η συχνή επανάληψη ερωτήσεων και η δυσκολία να συγκρατήσουν πληροφορίες και γεγονότα που συνέβησαν πρόσφατα. Σε πιο προχωρηµένα επίπεδα, εµφανίζουν αδυναµία στην οµιλία και στη σκέψη, χάνουν τον προσανατολισµό τους στον χώρο, και συγχέουν πρόσωπα µεταξύ τους σε σηµείο να µην τα αναγνωρίζουν, σε περίπτωση µεγάλης επιδείνωσης της νόσου. Πιθανά αίτια που µπορούν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη της νόσου είναι η καταστροφή των νευρώνων του εγκεφάλου που βρίσκονται στον ιππόκαµπο και η συσσώρευση της β-αµυλοειδούς πρωτεΐνης που δηµιουργεί πλάκες στις εγκεφαλικές περιοχές, αν και γενικά οι αιτίες της νόσου Alzheimer δεν είναι πλήρως γνωστές και κατανοητές. Ο ιππόκαµπος αποτελεί ένα από τα δοµικά µέρη του εγκεφάλου και βρίσκεται στο µεταιχµιακό σύστηµα. Επιστήµονες έχουν συσχετίσει τη νόσο Alzheimer µε µεταβολές στον όγκο του ιππόκαµπου, καθώς αυτός συνδέεται άµεσα µε τη µνήµη και την ικανότητα προσανατολισµού στον χώρο. Αποτελέσµατα ερευνών έχουν δείξει ότι ασθενείς που πάσχουν από τη νόσο Alzheimer, εµφανίζουν ατροφία στον ιππόκαµπο όπως επίσης και ελάττωση του όγκου της φαιάς και λευκής ουσίας του εγκεφάλου στην περιοχή του κροταφικού λοβού. Ο κροταφικός λοβός, όπως έχει ανακαλυφθεί από προηγούµενες έρευνες, είναι µια περιοχή του εγκεφάλου, τοποθετηµένος κάτω του µετωπικού και βρεγµατικού λοβού, η οποία επηρεάζεται ιδιαίτερα από την ανάπτυξη της νόσου Alzheimer και την παρουσία κατάθλιψης. Ο λοβός αυτός σχετίζεται µε την ακοή, τη δηµιουργία σαφής µακροπρόθεσµης µνήµης, την κατανόηση της οµιλίας και των σύνθετων εικόνων και την ερµηνεία οπτικών ερεθισµάτων. Σε περίπτωση πρόκλησης βλάβης στον κροταφικό λοβό, εξασθενεί η ικανότητα του ατόµου 11

12 να αναγνωρίζει πρόσωπα και να ταυτοποιεί γνώριµα αντικείµενα. Επιπρόσθετα, οι βλάβες αυτές µπορούν να οδηγήσουν στη δυσκολία κατανόησης των λέξεων, σε οπτικές παραισθήσεις και στην εξασθένιση καινούργιων µνηµών. Όπως αναφέρθηκε και προηγουµένως, ένας προδιαθεσικός παράγοντας εµφάνισης της νόσου είναι η κατάθλιψη. Μελέτες που έχουν γίνει, χρησιµοποιώντας τη µέθοδο της απεικόνισης µαγνητικού συντονισµού, ανακάλυψαν ότι η ελάττωση του όγκου του ιππόκαµπου συνδέεται µε την κατάθλιψη κι ότι υπήρξε µείωση του όγκου εγκεφαλικών περιοχών που επηρεάζονται νωρίς από τη νόσο Alzheimer. Επίσης, ένα από τα ευρήµατα ερευνών ήταν ότι οι ασθενείς, κυρίως άτοµα µεγάλης ηλικίας, που παρουσιάζουν κατάθλιψη είναι πιθανό να εµφανίσουν και νόσο Alzheimer λίγα χρόνια αργότερα. Παρ όλα αυτά είναι αρκετά περίπλοκη η διάγνωσή της διότι τα καταθλιπτικά συµπτώµατα µοιάζουν µε αυτά της άνοιας. Όµως, στα άτοµα που πάσχουν από άνοια, η εµφάνιση της κατάθλιψης είναι πολύ συχνότερη σε σχέση µε τον υπόλοιπο πληθυσµό. Ασθενείς που πάσχουν από τη νόσο Alzheimer εµφανίζουν νοητικά, συµπεριφορικά και ψυχιατρικά συµπτώµατα, ένα από τα οποία είναι και η κατάθλιψη. Εποµένως είναι δύσκολο να οριστεί µια σχέση αιτίου-αποτελέσµατος µεταξύ της κατάθλιψης και της νόσου Alzheimer. VI. Ειδικό µέρος Μεθοδολογία Στην πτυχιακή εργασία αξιοποιήθηκαν τρία προγράµµατα: το RadiAnt DICOM Viewer, Sante DICOM Viewer 9, το mricron και το SPM12. Με τη βοήθεια του πρώτου και του δεύτερου, εξάγεται η συγκεκριµένη ακολουθία εικόνων των εγκεφάλων, που προήλθαν από τη µαγνητική τοµογραφία, µε τη µορφή Dicom (DCM).dcm καθώς επίσης συγκεντρώνουµε στοιχεία και πληροφορίες για τον κάθε ασθενή και την εξέτασή του. Με το SPM12, που τρέχει στο πρόγραµµα Matlab, πραγµατοποιήθηκε η προ-επεξεργασία των εικόνων στον ανατοµικό χώρο έτσι ώστε να εφαρµοστεί η στατιστική ανάλυση, από την οποία θα προκύψουν διαγράµµατα για τις εγκεφαλικές ουσίες. Με το mricron, µπορούµε να δούµε τις εικόνες των εγκεφάλων που είναι στη µορφή NiFti (NII).nii. Ύστερα από την επεξεργασία των εικόνων, για να επιτευχθεί η στατιστική ανάλυση µε τη διεξαγωγή των γραφηµάτων, χρησιµοποιήθηκαν κάποια στοιχεία από τις δυο οµάδες ασθενών που µελετήθηκαν σε αυτήν την εργασία. Οι πληροφορίες αυτές φαίνονται στους παρακάτω πίνακες: ΠΙΝΑΚΑΣ Ι: ηµογραφικά δεδοµένα οµάδας 1 Ασθενή Φύλλο Ηλι Σύστηµα Μαγνήτη Τόπος εξέτασης Ηµεροµηνία Ακολουθία ς κία εξέτασης GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 20/11/2007 BRAVO Signa Siemens TrioTim - Iatropolis 28/11/2012 3D_FL_AX_CYBER Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 1/11/2006 FULL VOLUME Siemens TrioTim - Iatropolis 16/9/2012 t1_fl3d_ax_hires_cyber Siemens TrioTim - Iatropolis 5/11/2013 3D_FL_AX_CYBER GE Medical Systems Signa - Euromedica-Encephalos 11/4/2007 BRAVO 12

13 Siemens Avanto - Iatropolis 5/5/2015 t1_mpr_sag_p2_iso 1,5T Siemens TrioTim - Iatropolis 29/10/2015 t1_mpr_axial_p2_iso Siemens TrioTim - Iatropolis 19/4/2011 t1_fl3d_ax_hires_cyber GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 2/3/2011 BRAVO Signa Siemens TrioTim - Iatropolis 29/3/2012 t1_fl3d_ax_hires_cyber Siemens Skyra - Iatropolis 17/10/2014 t1_fl3d_sag_iso Siemens TrioTim - Iatropolis 21/10/2011 t1_fl3d_ax_hires_cyber Siemens Espree 1,5 Iatropolis 18/10/2013 t1_fl3d_sag T Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 13/11/2006 FULL VOLUME Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 11/9/2009 FULL VOLUME Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 7/1/2008 FULL VOLUME Siemens Skyra - Iatropolis 15/6/2015 t1_fl3d_sag_iso Siemens TrioTim - Iatropolis 30/11/2012 3D_FL_AX_CYBER GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 11/1/2008 BRAVO Signa Siemens TrioTim - Iatropolis 23/10/2012 3D_FL_AX_CYBER Siemens Avanto - Iatropolis 27/9/2011 t1_fl3d_sag_pat2 1,5T Siemens TrioTim - Iatropolis 24/8/2012 t1_fl3d_ax_hires_cyber Siemens TrioTim - Iatropolis 25/9/2013 3D_FL_AX_CYBER Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 9/6/2008 FULL VOLUME Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 2/9/2009 FULL VOLUME GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 24/1/2008 BRAVO Signa Siemens TrioTim - Iatropolis 17/7/2013 3D_FL_AX_CYBER Philips Achieva - Rad Research Unit Univ 28/8/2014 st1w_3d_tfe Athens GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 27/4/2007 3D BRAVO Signa GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 28/12/2009 BRAVO Signa Siemens TrioTim - Iatropolis 29/11/2012 3D_FL_AX_CYBER Siemens TrioTim - Iatropolis 10/5/2012 t1_fl3d_ax_hires_cyber Philips Achieva - Rad Research Unit Univ 9/11/2015 st1w_3d_tfe Athens Philips Achieva - Rad Research Unit Univ 27/6/2014 st1w_3d_tfe Athens Philips Achieva - Rad Research Unit Univ 20/1/2015 st1w_3d_tfe Athens Siemens TrioTim - Iatropolis 2/7/2015 3D_FL_AX_CYBER Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 17/12/2009 FULL VOLUME Discovery MR750 - Bioiatriki Ampelokipon 28/3/2014 Ax FSPGR BRAVO Siemens TrioTim - Iatropolis 5/11/2012 3D_FL_AX_CYBER Siemens TrioTim - Iatropolis 13/11/2012 3D_FL_AX_CYBER GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 31/5/2008 BRAVO Signa Siemens TrioTim - Iatropolis 22/9/2011 t1_fl3d_ax_hires_cyber 13

14 Siemens TrioTim - Iatropolis 24/10/2012 3D_FL_AX_CYBER Siemens TrioTim - Iatropolis 16/11/2010 t1_fl3d_ax_hires_cyber Philips Achieva - Rad Research Unit Univ 23/9/2015 st1w_3d_tfe Athens Philips Achieva - Rad Research Unit Univ 5/5/2015 st1w_3d_tfe Athens Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 28/4/2009 FULL VOLUME Philips Achieva - Rad Research Unit Univ 10/2/2015 st1w_3d_tfe Athens Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 23/1/2008 FULL VOLUME Siemens TrioTim - Iatropolis 14/5/2015 t1_mpr_axial_p2_iso GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 28/6/2013 BRAVO Signa Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 16/6/2009 FULL VOLUME GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 8/1/2007 BRAVO +C Signa GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 18/1/2008 BRAVO Signa Siemens TrioTim - Iatropolis 18/4/2013 3D_FL_AX_CYBER GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 17/5/2012 BRAVO Signa Siemens TrioTim - Iatropolis 22/11/2011 t1_fl3d_ax_hires_cyber Siemens TrioTim - Iatropolis 13/12/2011 t1_fl3d_ax_hires_cyber GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 27/7/2007 BRAVO Signa Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 20/6/2008 FULL VOLUME Siemens TrioTim - Iatropolis 21/1/2013 3D_FL_AX_CYBER Siemens TrioTim - Iatropolis 17/5/2010 t1_fl3d_ax_hires_cyber Philips Achieva - Rad Research Unit Univ 10/3/2015 st1w_3d_tfe Athens Siemens TrioTim - Iatropolis 11/5/2015 t1_mpr_axial_p2_iso Siemens TrioTim - Iatropolis 20/12/2013 3D_FL_AX Siemens TrioTim - Iatropolis 17/7/2013 3D_FL_AX_CYBER GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 16/5/2007 BRAVO Signa Siemens TrioTim - Iatropolis 21/5/2012 t1_fl3d_ax_hires_cyber _FIL_ GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 10/12/2015 BRAVO Signa Siemens TrioTim - Iatropolis 17/4/2013 3D_FL_AX_CYBER Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 16/5/2007 FULL VOLUME GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 10/7/2009 BRAVO +C Signa Siemens TrioTim - Iatropolis 21/4/2015 t1_mpr_sag_p2_iso Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 6/2/2006 FULL VOLUME Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 12/7/2011 FULL VOLUME Siemens Skyra - Iatropolis 17/12/2012 t1_fl3d_sag_iso_volum entary Siemens TrioTim - Iatropolis 3/3/2011 t1_fl3d_ax_hires_cyber GE Medical Sys- Euromedica-Encephalos 9/3/2010 BRAVO 14

15 tems Signa GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 13/6/2009 BRAVO +C Signa GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 24/3/2011 BRAVO Signa Siemens Skyra - Iatropolis 31/1/2013 t1_fl3d_tra Siemens TrioTim - Iatropolis 4/7/2012 t1_fl3d_ax_hires_cyber Siemens TrioTim - Iatropolis D_FL_AX_CYBER Discovery MR750 - Bioiatriki Ampelokipon 22/2/2012 Ax FSPGR BRAVO Siemens TrioTim - Iatropolis 14/2/2013 3D_FL_AX_CYBER GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 20/2/2008 BRAVO Signa Philips Achieva - Rad Research Unit Univ 3/12/2015 st1w_3d_tfe Athens Philips Achieva - Rad Research Unit Univ 28/9/2015 st1w_3d_tfe Athens Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 14/2/2010 FULL VOLUME Siemens TrioTim - Iatropolis 30/9/2013 FL_3D Siemens TrioTim - Iatropolis 5/7/2012 t1_fl3d_ax_hires_cyber Siemens TrioTim - Iatropolis 24/11/2012 3D_FL_AX_CYBER Philips Achieva - Rad Research Unit Univ Athens 17/4/2015 st1w_3d_tfe ΠΙΝΑΚΑΣ ΙΙ: ηµογραφικά δεδοµένα οµάδας 2 Ασθενής Φύλλο Ηλικία Σύστηµα Μαγνήτη Siemens TrioTim Siemens TrioTim Siemens Symphony - 1,5T Philips Achieva Siemens TrioTim Siemens Symphony - 1,5T Philips Achieva Genesis Signa Genesis Signa Siemens Symphony - 1,5T GE Medical Systems Signa Genesis Signa Siemens Sonata Siemens TrioTim Siemens TrioTim - Τόπος εξέτασης Ηµεροµηνία εξέτασης Ακολουθία Iatropolis 21/1/2013 3D_FL_AX_CYBER Iatropolis 5/11/2012 3D_FL_AX_CYBER Iatropolis 24/4/2014 t1_mpr_ns_sag Rad Research Unit Univ 25/2/2015 st1w_3d_tfe Athens Iatropolis 29/12/2010 FL_3D_ORIG Iatropolis 16/10/2014 MPRAGE Rad Research Unit Univ 30/11/2015 st1w_3d_tfe Athens Euromedica-Encephalos 14/2/2007 FULL VOLUME Euromedica-Encephalos 8/4/2010 FULL VOLUME IASO General 27/12/2012 t1_mpr_ns_sag Euromedica-Encephalos 15/5/2009 BRAVO Euromedica-Encephalos 4/11/2008 FULL VOLUME Iatropolis 22/7/2014 t1_mpr_ns_sag Iatropolis 29/11/2012 3D_FL_AX_CYBER Iatropolis 11/6/2013 3D_FL_AX_CYBER 15

16 Siemens TrioTim Iatropolis 28/5/2014 3D_FL_AX_CYBER Siemens TrioTim Iatropolis 9/4/2010 t1_fl3d_ax_hires_cyber Siemens Avanto Iatriko Kentro Athinon 27/9/2010 fl3d_1x1x1_tra_orthog onal Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 12/3/2007 FULL VOLUME Siemens TrioTim Iatropolis 22/11/2010 t1_fl3d_ax_hires_cyber Siemens Avanto Iatriko Kentro Athinon 23/11/2012 fl3d_1x1x1_tra Siemens TrioTim Iatropolis 18/6/2014 3D_FL_AX_CYBER Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 12/9/2008 FULL VOLUME Siemens TrioTim Iatropolis 24/9/2012 3D_FL_AX_CYBER Siemens TrioTim Iatropolis 10/6/2013 3D_FL_AX_CYBER Siemens TrioTim Iatropolis 20/6/2015 t1_mpr_axial_p2_iso Siemens TrioTim Iatropolis 12/11/2012 3D_FL_AX_CYBER Siemens TrioTim Iatropolis 18/6/2013 3D_FL_AX_CYBER Philips Achieva - Rad Research Unit Univ 5/6/2015 st1w_3d_tfe Athens Siemens TrioTim Iatropolis 1/10/2015 t1_mpr_axial_p2_iso Siemens TrioTim Iatropolis 23/5/2012 t1_fl3d_ax_hires_cyber Siemens TrioTim Iatropolis 19/8/2013 FL_3D Siemens Espree Iatropolis 27/9/2013 t1_fl3d_sag 1,5 T Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 8/12/2010 FULL VOLUME Philips Achieva - Rad Research Unit Univ 13/1/2015 st1w_3d_tfe Athens Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 25/1/2008 FULL VOLUME Philips Achieva - Rad Research Unit Univ 25/11/2014 st1w_3d_tfe Athens GE Medical Systems Euromedica-Encephalos 19/10/2009 BRAVO +C Signa Genesis Signa - Euromedica-Encephalos 24/3/2008 FULL VOLUME Siemens TrioTim Iatropolis 15/10/2013 3D_FL_AX_CYBER Philips Achieva - Rad Research Unit Univ Athens 25/7/2014 st1w_3d_tfe Για το πεδίου του φύλλου, η ένδειξη 0 αντιστοιχεί σε γυναίκα, ενώ η ένδειξη 1 αντιστοιχεί σε άνδρα. 16

17 Προ-επεξεργασία εικόνων Χωρική κανονικοποίηση Χρησιµοποιώντας το πρόγραµµα RadiAnt DICOM Viewer, εξάγουµε µε τη µορφή Dicom, την επιθυµητή σειρά εικόνων, που προέκυψαν από το µαγνητικό τοµογράφο, του εγκεφάλου των ασθενών. Εικόνα 3: εικόνα MRI από τον εγκέφαλο δείγµατος Μερικοί από αυτούς τους τύπους ακολουθιών που εξαγάγαµε είναι: BRAVO, Full Volume, 3D_FL_AX_CYBER, t1_mpr_sag_p2_iso. Στη συνέχεια µε το SPM, προχωρήσαµε στην καταχώρηση αυτών των εικόνων στον ίδιο ανατοµικό χώρο (MNI space), µετατρέποντας τα αρχεία Dicom του κάθε ασθενή σε ένα αρχείο NiFti (NII).nii. Σε αυτό το αρχείο, απεικονίζεται ο εγκέφαλος σε τρία επίπεδα: το αξονικό, το οβελιαίο και το στεφανιαίο, όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα: 17

18 Εικόνα 4: αξονικό, οβελιαίο και στεφανιαίο επίπεδο Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για τη µετατροπή των αρχείων είναι η παρακάτω: SPM PET &VBM Dicom import Dicom Files (επιλέγουµε τις εικόνες dicom) Output Directory (επιλέγουµε το φάκελο όπου θα εξαχθεί το NII αρχείο) και µετά πατάµε το Run button: 18

19 Εικόνα 5: Μετατροπή αρχείων DCM σε NII Έλεγχος Ευθυγράµµισης Ύστερα από την µετατροπή σε NII αρχεία, απαιτείται ο έλεγχος της σωστής µορφής των εικόνων. Οι εικόνες αυτές περιέχουν και συνδυάζουν πολλές πληροφορίες προσανατολισµού και για το λόγο αυτό, αυτές οι πληροφορίες πρέπει να είναι όσο το δυνατόν καλύτερα ευθυγραµµισµένες και σωστά ταξινοµηµένες στον χώρο για την καλύτερη επεξεργασία τους από το πρόγραµµα. Τα βήµατα που πραγµατοποιήθηκαν είναι τα εξής: SPM PET & VBM Display (Επιλέγουµε την εικόνα NII ενός εγκεφάλου) Set Origin Reorientation, όπως φαίνεται και παρακάτω: 19

20 Εικόνα 6: Ευθυγράµµιση εικόνας στο SPM Σε αυτό το σηµείο, το πρόγραµµα περιστρέφει και µετατοπίζει καταλλήλως τις πληροφορίες που περιέχει η κάθε εικόνα NII, ώστε να πετύχει την βέλτιστη ευθυγράµµισή της. Σε περίπτωση παράλλειψης αυτού του βήµατος, ο εγκέφαλος που απεικονίζεται στις εικόνες που θα παραχθούν από την επεξεργασία, θα είναι στραµµένος προς τη µια πλευρά ή και αποκοµένος µε συνέπεια να µην προκύψουν σωστά αποτελέσµατα. Κατάτµηση Αυτό είναι ένα από τα σηµαντικότερα βήµατα για την διεξαγωγή της έρευνας. Στο σηµείο αυτό, διαχωρίζουµε τις εγκεφαλικές ουσίες/ιστούς µεταξύ τους, από την αρχική εικόνα του εγκεφάλου, σε ξεχωριστές εικόνες τύπου NII. Οι ιστοί αυτοί που θα προκύψουν από την κατάτµηση είναι πέντε: 20

21 1) Η φαιά ουσία (Grey Matter, GM) Εικόνα 7: Φαιά ουσία δείγµατος 2) Η λευκή ουσία (White Matter, WM) Εικόνα 8: Λευκή ουσία δείγµατος 21

22 3) Το εγκεφαλονωτιαίο υγρό (Cerebrospinal Fluid, CSF) Εικόνα 9: Εγκεφαλονωτιαίο υγρό δείγµατος 4) Το κρανίο Εικόνα 10: Κρανίο δείγµατος 22

23 5) έρµα Εικόνα 11: έρµα δείγµατος Η πορεία της κατάτµησης που ακολουθήσαµε είναι: SPM PET &VBM Segment Volumes (όπου επιλέγουµε το ΝΙΙ αρχείο του εγκεφάλου). Στο Native Tissue επιλέγουµε Native + Dartel Imported για τους 2 πρώτους ιστούς, που αντιπροσωπεύουν την φαιά και λευκή ουσία και Native για τους επόµενους 3. Έτσι προκύπτουν τα εξής 7 ΝΙΙ αρχεία: c1, c2, c3, c4, c5, rc1, rc2, όπου αντιστοιχούν στην φαιά ουσία, λευκή ουσία, εγκεφαλονωτιαίο υγρό, κρανίο και δέρµα. Τα αρχεία rc1 και rc2 θα χρησιµοποιηθούν, στη συνέχεια, από το Dartel καθώς το κύριο ενδιαφέρον της έρευνας είναι ο όγκος της φαιάς και λευκής ουσίας του εγκεφάλου. 23

24 Εικόνα 12: ιαδικασία κατάτµησης στο SPM Εξοµάλυνση Για τη συνέχεια του προγράµµατος, χρησιµοποιούµε το Dartel. Ο σκοπός του Dartel είναι να ευθυγραµµίζει µε ακρίβεια την φαιά ουσία του εγκεφάλου µεταξύ των εικόνων από τους ασθενείς, ενώ ταυτόχρονα εκτελεί την ίδια διεργασία και για τη λευκή ουσία. Αυτό το πετυχαίνει παράγοντας ένα µέσο όρο δεδοµένων (templates) για την κάθε µια, όπου τα δεδοµένα έχουν ευθυγραµµιστεί κατ επανάληψη. 24

25 Εικόνα 13: ιαδικασία δηµιουργίας µέσου δεδοµένων στο Dartel Τα βήµατα για τη δηµιουργία templates είναι: SPM FMRI Batch ανοίγει νέο παράθυρο και µετά: SPM Tools Dartel Tools Run DARTEL (create templates) Images (επιλέγουµε από κάτω new Images). Στη συνέχεια, επιλέγουµε όλα τα αρχεία rc1 για την πρώτη θέση στο Images, που είναι η φαιά ουσία και µετά όλα τα rc2 για τη δεύτερη, που αντιστοιχεί στη λευκή ουσία και µετά πατάµε το Run button. Τα αρχεία που θα προκύψουν είναι: u_rc1 αρχεία (ισάριθµα µε τα rc1 και rc2) και 6 αρχεία templates. 25

26 Εικόνα 14: Μέσος όρος δεδοµένων φαιάς και λευκής ουσίας έπειτα από 3 (πάνω) και 18 (κάτω) επαναλήψεις Κατόπιν, µε τη βοήθεια του Dartel προχωράµε στην εξοµάλυνση των εικόνων. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε είναι η εξής: SPM Tools Dartel Tools Run DARTEL (normalize to MNI space) Στην ένδειξη Dartel Template, επιλέγουµε την τελική εικόνα template, που ονοµάζεται Template_6.nii, η οποία προέκυψε από το προηγούµενο στάδιο. Στην ένδειξη select according to επιλέγουµε many subjects και στη συνέχεια: στο flow fields επιλέγουµε τις u_rc εικόνες και στο images επιλέγουµε τις εικόνες της φαιάς ουσίας (c1.nii), καθώς χρειαζόµαστε µόνο ένα κανάλι. 26

27 Από τη διαδικασία αυτή θα προκύψουν εξοµαλυµένες εικόνες για την φαιά ουσία (smwc1, smoothed images). Επαναλαµβάνοντας την ίδια διαδικασία και επιλέγοντας αντί για τις c1.nii εικόνες, τις c2.nii, τότε θα προκύψουν εξοµαλυµένες εικόνες για τη λευκή υφή (smwc2). Εικόνα 15: Εξοµάλυνση εικόνων στο Dartel Οι επεξεγαρµένες εικόνες οµαλοποιήθηκαν, στον χώρο MNI, µε Γκαουσιανή στα 8mm FWHM. 27

28 Εικόνα 16: Εξοµαλυµένες εικόνες φαιάς και λευκής ουσίας δυο δειγµάτων 28

29 Στατιστική ανάλυση Η στατιστική ανάλυση των επεξεργασµένων εικόνων είναι το πιο σηµαντικό κοµµάτι της έρευνας καθώς θα διεξαχθούν τα διαγράµµατα για τον όγκο της φαιάς και λευκής ουσίας του εγκεφάλου από τις δυο οµάδες. Θα πρέπει να δηµιουργηθεί ένα γενικό γραµµικό µοντέλο (general linear model, GLM) στο οποίο να ερµηνεύονται οι όποιες διαφορές µεταξύ των επεξεργασµένων στοιχείων. Συνολικός ενδοκράνιος όγκος Αρχικά πρέπει να υπολογιστεί ο συνολικός ενδοκρανιακός όγκος (Total Intracranial Volume, TIV) του εγκεφάλου, γι αυτό εκτελούµε την εξής διεργασία στο πρόγραµµα: SPM FMRI Batch ανοίγει νέο παράθυρο και µετά: SPM Util Tissue Volumes και στην ένδειξη segmentation mat-files επιλέγουµε τις αρχικές εικόνες των εγκεφάλων των ασθενών τύπου NII. Στο Matlab, στη συνέχεια, εµφανίζονται οι όγκοι (σε λίτρα, lt) των τριών εγκεφαλικών ουσιών για τον κάθε ασθενή. Το άθροισµα των όγκων αυτών των τριών ουσιών ισούται µε τον συνολικό ενδοκράνιο όγκο. Στους παρακάτω πίνακες φαίνονται τα αποτελέσµατα των µετρήσεων: ΠΙΝΑΚΑΣ ΙΙΙ: Όγκοι εγκεφαλικών ουσιών από την οµάδα 1 (GM: Grey matter, WM: White matter, CSF: Cerebrospinal fluid, TIV: Total Intracranial Volume) Αριθµός GM (lt) WM (lt) CSF (lt) TIV (lt) ασθενή 1 0,4033 0,3336 0,4993 1, ,4834 0,3791 0,475 1, ,5519 0,4119 0,3926 1, ,5011 0,3009 0,4017 1, ,488 0,3854 0,3939 1, ,5755 0,4982 0,3482 1, ,5586 0,4361 0,3434 1, ,5791 0,3753 0,3961 1, ,4845 0,3746 0,4908 1, ,5552 0,4752 0,5151 1, ,5013 0,4036 0,463 1, ,4368 0,5407 0,6051 1, ,5148 0,3479 0,4056 1, ,4732 0,4245 0,5325 1, ,5241 0,434 0,5574 1, ,4812 0,4275 0,4529 1, ,5757 0,4913 0,4013 1, ,5283 0,4329 0,3256 1, ,5061 0,3523 0,5532 1, ,5421 0,4675 0,5891 1, ,3966 0,3618 0,4502 1, ,4266 0,3312 0,5101 1,

30 24 0,5582 0,4242 0,4155 1, ,5198 0,5093 0,5592 1, ,4981 0,3977 0,449 1, ,578 0,4323 0,4867 1, ,4665 0,5075 0,3588 1, ,5341 0,4054 0,3357 1, ,4784 0,4312 0,5476 1, ,44 0,3852 0,3983 1, ,5232 0,3643 0,3561 1, ,4576 0,3438 0,3814 1, ,4057 0,3945 0,596 1, ,4266 0,3661 0,4516 1, ,5128 0,3699 0,5263 1, ,5282 0,2702 0,4583 1, ,3858 0,3539 0,4452 1, ,5643 0,4314 0,4285 1, ,541 0,4524 0,3649 1, ,4554 0,3302 0,4103 1, ,5481 0,3795 0,3304 1, ,5908 0,4293 0,5045 1, ,4891 0,4408 0,4547 1, ,4004 0,3597 0,5741 1, ,4925 0,3829 0,3916 1, ,4281 0,3323 0,5337 1, ,6276 0,4694 0,5004 1, ,5134 0,4278 0,2978 1, ,5023 0,4038 0,5108 1, ,3751 0,5543 0,7161 1, ,5868 0,4695 0,5709 1, ,4885 0,3947 0,4193 1, ,5041 0,3429 0,3669 1, ,3843 0,4976 0,499 1, ,479 0,4467 0,4093 1, ,5365 0,4619 0,4831 1, ,5351 0,3804 0,4342 1, ,4602 0,4648 0,3698 1, ,5821 0,4801 0,4611 1, ,4037 0,3775 0,436 1, ,5129 0,4328 0,4423 1, ,511 0,5016 0,3303 1, ,5405 0,4017 0,4103 1, ,449 0,318 0,4466 1, ,5039 0,396 0,4173 1, ,4479 0,412 0,2508 1, ,5914 0,432 0,2943 1, ,4812 0,528 0,3336 1, ,5224 0,4669 0,3696 1, ,481 0,4079 0,5141 1, ,4688 0,3666 0,4344 1, ,5022 0,4641 0,3643 1, ,4653 0,3721 0,449 1, ,5555 0,3963 0,4183 1, ,4322 0,4601 0,4543 1,

31 77 0,5102 0,4092 0,498 1, ,505 0,4566 0,5343 1, ,4717 0,3659 0,3629 1, ,4965 0,4389 0,561 1, ,4831 0,3909 0,4134 1, ,5159 0,3892 0,6095 1, ,4453 0,3066 0,3205 1, ,4947 0,3561 0,432 1, ,3876 0,3776 0,5032 1, ,539 0,3866 0,5087 1, ,5458 0,3477 0,3862 1, ,4782 0,3799 0,4676 1, ,3764 0,3374 0,4416 1, ,6682 0,4262 0,7765 1, ,3971 0,4342 0,5137 1, ,5814 0,4718 0,4069 1, ,4884 0,4777 0,6571 1, ,4971 0,3219 0,3545 1, ,4739 0,3231 0,4863 1,2833 ΠΙΝΑΚΑΣ ΙV: Όγκοι εγκεφαλικών ουσιών από την οµάδα 2 Αριθµός GM (lt) WM (lt) CSF (lt) TIV (lt) Ασθενή 1 0,4377 0,4104 0,2981 1, ,4914 0,4501 0,3645 1, ,4701 0,3768 0,4741 1, ,4628 0,3564 0,3928 1, ,468 0,3912 0,4907 1, ,4633 0,3822 0,4433 1, ,4459 0,3516 0,4436 1, ,5286 0,3866 0,3274 1, ,4891 0,3792 0,4037 1, ,4354 0,3762 0,4942 1, ,5551 0,4224 0,4099 1, ,4816 0,3544 0,4468 1, ,4484 0,3831 0,4676 1, ,437 0,3954 0,4484 1, ,4892 0,3791 0,2997 1, ,5775 0,5093 0,4262 1, ,5064 0,4123 0,418 1, ,5347 0,4616 0,4569 1, ,5119 0,3934 0,3538 1, ,5996 0,4709 0,4495 1, ,7811 0,4424 0,5228 1, ,5551 0,4539 0,3578 1,

32 23 0,4673 0,4247 0,3881 1, ,5118 0,3479 0,5706 1, ,5229 0,5001 0,4352 1, ,4265 0,2844 0,3978 1, ,6552 0,4983 0,597 1, ,4883 0,398 0,4298 1, ,5101 0,3662 0,3726 1, ,5581 0,3602 0,3748 1, ,5102 0,4092 0,498 1, ,5237 0,551 0,4138 1, ,5114 0,3646 0,3947 1, ,4047 0,3293 0,4303 1, ,5678 0,3118 0,4539 1, ,557 0,452 0,272 1, ,5806 0,4269 0,3764 1, ,4603 0,3849 0,5118 1, ,4058 0,3966 0,3829 1, ,5982 0,4329 0,5244 1, ,5792 0,453 0,427 1,4592 Εικόνα 17: Υπολογισµός όγκου των 3 εγκεφαλικών ουσιών στο SPM 32

33 Έπειτα, στο πρόγραµµα Excel, δηµιουργούµε ένα πίνακα µε την ηλικία, το φύλλο, τους όγκους των τριών εγκεφαλικών ουσιών και το συνολικό ενδοκράνιο όγκο για τον κάθε ένα ασθενή. Βασικά Μοντέλα Σε αυτό το σηµείο προσδιορίζεται ο σχεδιαστικός πίνακας που εξηγεί πως προκλήθηκαν τα επεξεργασµένα δεδοµένα. Τα βήµατα που ακολουθήθηκαν είναι: SPM FMRI Batch ανοίγει νέο παράθυρο και µετά: SPM Stats Factorial Design Specification όπου εµφανίζεται µια λίστα επιλογών: Directory: εδώ επιλέγουµε το φάκελο στον οποίο θα σωθούν τα επόµενα αποτελέσµατα Global calculation: επιλέγουµε την ένδειξη User και στο πεδίο global values που εµφανίζεται µεταφέρουµε τη στήλη του πίνακα από το αρχείο Excel µε τις τιµές του συνολικού ενδοκράνιου όγκου των ασθενών Global normalization: επιλέγουµε την ένδειξη proportional scaling Masking: επιλέγουµε το threshold masking και στη συνέχεια την ένδειξη Absolute. Στην τιµή threshold βάζουµε 0,2. Covariates: αυτό το πεδίο παραµένει όπως είναι, χωρίς να προστεθεί καµία µεταβλητή Design: εδώ επιλέγουµε το Multiple Regression και στη συνέχεια, στην ένδειξη scans διαλέγουµε τις εξοµαλυµένες εικόνες για τη φαιά ουσία (smwc1) του εγκεφάλου των ασθενών. Στην ένδειξη covariates επιλέγουµε δυο φορές το new covariates και στη συνέχεια, στα δυο πεδία που εµφανίζονται, στην ένδειξη Name γράφουµε age για το ένα και sex για το άλλο, στο Vector µεταφέρουµε τις τιµές της ηλικίας και του φύλλου των ασθενών αντίστοιχα και στο Centering επιλέγουµε No centering και για τα δυο πεδία. Και τέλος πατάµε το Run button για να τρέξει το πρόγραµµα. Αυτές οι πληροφορίες θα σωθούν σε ένα αρχείο SPM.mat. 33

34 Εικόνα 18: Factorial Design Specification στο SPM Εκτίµηση Στατιστικής Ανάλυσης Στο κοµµάτι αυτό, πρώτα, επιτυγχάνεται η προσαρµογή του GLM στα δεδοµένα, δηλαδή πρέπει να ταιριάζει κάθε δεδοµένο σε κάθε voxel µε κάποιο γραµµικό συνδυασµό του σχεδιαστικού πίνακα. Στη συνέχεια, υπολογίζεται η οµαλότητα των εικόνων υπολειµµάτων έτσι ώστε να γίνουν διορθώσεις στη µετέπειτα διαδικασία µε τη θεωρία τυχαίου πεδίου (random field theory). Η πορεία που ακολουθήσαµε είναι η εξής: SPM fmri Estimate και κατόπιν εισάγουµε το αρχείο SPM.mat. Θα παραχθούν µια σειρά εικόνων beta όπου η πρώτη δείχνει τη διανοµή της πρώτης στήλης του πίνακα κτλ. και µια εικόνα ResMS, η οποία παρέχει τις τυπικές αποκλίσεις για τον υπολογισµό των t στατιστικών. Το τελικό και πιο σηµαντικό στάδιο της έρευνας είναι η διεξαγωγή των διαγραµµάτων, όπου χαρακτηρίζονται οι παρατηρηθείσες διαφορές στις εγκεφαλικές ουσίες των ασθενών. Πραγµατοποιούµε τα παρακάτω βήµατα: 34

35 SPM fmri Results και εισάγουµε το αρχείο SPM.mat. Στη συνέχεια εµφανίζεται ο πίνακας Contrast Manager, όπου µαρκάρουµε την επιλογή t-contrasts και µετά επιλέγουµε Define new contrasts. Εικόνα 19: SPM Contrast Manager Στο πεδίο name βάζουµε το όνοµα Age (που θεωρείται σαν µεταβλητή) και στο πεδίο contrast ειγάγουµε το: που είναι το διάνυσµα σύγκρισης t. Έπειτα επιλέγουµε OK και µετά Done. Στη συνέχεια το πρόγραµµα µας παραπέµπει σε ένα πίνακα µε τις παρακάτω επιλογές: Apply masking: επιλέγουµε No p-value adjustment to control: επιλέγουµε FWE (family-wise error correction) threshold {p-value}: επιλέγουµε την τιµή 0.05, για περιοχές που θεωρούνται στατιστικά σηµαντικές ύστερα από διορθώσεις για πολλαπλές συγκρίσεις (p<0.05) extend thresholds {voxels}: επιλέγουµε την τιµή 0 Τέλος, το πρόγραµµα εξάγει τα διαγράµµατα για τον όγκο των εγκεφαλικών ουσιών, έχοντας ορίσει τις απαραίτητες µεταβλητές. 35

36 Αποτελέσµατα συζήτηση Ύστερα από την ολοκλήρωση της επεξεργασίας των εικόνων των ασθενών των δυο οµάδων από τη µαγνητική τοµογραφία, παρατίθενται παρακάτω τα διαγράµµατα στα οποία φαίνονται τα αποτελέσµατα. Στην εικόνα 20 δίδονται οι ανατοµικές περιοχές στις οποίες υπάρχει στατιστικά σηµαντική διαφοροποίηση στον όγκο της φαιάς ουσίας µεταξύ των δύο οµάδων. Συγκεκριµένα σε αυτές τις περιοχές αναδεικνύεται µείωση του όγκου για τους ΑD ασθενείς µε συνυπάρχουσα κατάθλιψη. Στην εικόνα 21 δίδονται οι ανατοµικές περιοχές όπου παρατηρήθηκε αύξηση στην κλίµακα GDS (Great Depression Scale) µε την αντίστοιχη µείωση του όγκου της φαιάς ουσίας συνολικά για όλους του ασθενείς µε νόσο Alzheimer. Εικόνα 20: Ανατοµικές περιοχές µείωσης της φαιάς ουσίας στην οµάδα 2 συγκριτικά µε την οµάδα 1 36

37 Εικόνα 21: Ανατοµικές περιοχές αύξηση της κλίµακας GDS και αντίστοιχης µείωσης φαιάς ουσίας συνολικά για τους AD ασθενείς Οι ασθενείς της οµάδας 1 πάσχουν µόνο από τη νόσο Alzheimer, ενώ της οµάδας 2 παρουσιάζουν επιπλέον και κατάθλιψη. Το GDS είναι η κλίµακα γηριατρικής κατάθλιψης. Όπως φαίνεται από τις δυο αυτές εικόνες, παρατηρείται σηµαντική µείωση του όγκου της φαιάς ουσίας σε αρκετές περιοχές του εγκεφάλου στους ασθενείς που έχουν και συνυπάρχουσα κατάθλιψη. Πιο συγκεκριµένα, η φαιά ουσία παρουσιάζεται ιδιαίτερα ελαττωµένη στην περιοχή του µετωπιαίου και κροταφικού λοβού του εγκεφάλου, στην πρόσθια και οπίσθια κεντρική έλικα και ταυτόχρονα παρατηρείται µείωση στην άνω κροταφική έλικα και την έλικα του προσαγωγίου. Οι ίδιες περίπου περιοχές παρουσιάζουν υψηλή συσχέτιση ανάµεσα στην αύξηση του GDS score και στη µείωση του όγκου φαιάς ουσίας όπως απεικονίζεται στην εικόνα 21. Στον παρακάτω πίνακα, σηµειώνονται αναλυτικά οι περιοχές στις οποίες ανιχνεύτηκε µείωση του όγκου της φαιάς ουσίας του εγκεφάλου ανάµεσα στις δύο οµάδες, καθώς επίσης και το ποσοστό αυτής της µείωσης (PVR, Percentage Volume) που όπως υπολογίστηκε στους ασθενείς που πάσχουν από συνυπάρχουσα κατάθλιψη σε σχέση µε αυτούς που πάσχουν µόνο από τη νόσο Alzheimer: 37

38 Πίνακας V: Τιµές PVR% για την κάθε ανατοµική περιοχή εγκεφάλου (µε έγκριση από την αναφορά #22) Ανατοµική Περιοχή PVR % Θάλαµος ( ) 76,73 Θάλαµος (Α) 20,6 Πρόσθια Κεντρική Έλικα ( ) 75,56 Πρόσθια Κεντρική Έλικα (Α) 44,93 Οπίσθια Κεντρική Έλικα ( ) 24,1 Οπίσθια Κεντρική Έλικα (Α) 54,58 Παράκεντρο Λοβίο ( ) 25,45 Παράκεντρο Λοβίο (Α) 67,83 Συµπληρωµατική Κινητική Περιοχή ( ) 21,28 Συµπληρωµατική Κινητική Περιοχή (Α) 11,08 Άνω Μετωπιαία Έλικα ( ) 4,12 Μέση Μετωπιαία Έλικα ( ) 3,99 Μέση Ινιακή Έλικα (Α) 0,96 Εγκεφαλική Νησίδα ( ) 0,87 Εγκεφαλική Νησίδα (Α) 0,37 Μετωπιαία Τροχιακή Έλικα (Α) 1,58 Εγκάρσια Κροταφική Έλικα ( ) 8,83 Σηµ. Οι ενδείξεις και Α δηλώνουν: εξιά και Αριστερά, αντίστοιχα. Όπως προκύπτει κι από τον πίνακα, σηµειώθηκε ιδιαίτερη µείωση του όγκου της φαιάς ουσίας του εγκεφάλου στο θάλαµο ο οποίος βρίσκεται στον κροταφικό λοβό, στις δυο πλευρές της πρόσθιας και της οπίσθιας κεντρικής έλικας του εγκεφάλου, που βρίσκονται µεταξύ µετωπιαίου και βρεγµατικού λοβού, καθώς και στο παράκεντρο λοβίο και τη συµπληρωµατική κινητική περιοχή, στους ασθενείς µε συνυπάρχουσα κατάθλιψη. Αντιθέτως, οι δυο οµάδες δεν παρουσίασαν σηµαντική διαφορά όγκου στις περιοχές της εγκεφαλικής νησίδας, της µέσης ινιακής έλικας και της µετωπιαίας τροχιακής έλικας 38

39 Συμπεράσματα Η έρευνα αυτή που διεξήχθη στην εργασία είναι µια από τις πολλές που έχουν πραγµατοποιηθεί κατά τη διάρκεια των τελευταίων χρόνων, στην προσπάθειά τους να κατανοήσουν τις επιδράσεις που µπορεί να προκαλέσει η νόσος Alzheimer τόσο σε δοµικό όσο και σε λειτουργικό επίπεδο στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Σύµφωνα µε τις έρευνες αυτές, ανακαλύφθηκε ότι οι πάσχοντες από τη νόσο αυτή εµφανίζουν ατροφία στον ιππόκαµπο, στην παραϊπποκαµπική έλικα και στον οπίσθιο φλοιό του προσαγωγίου. Αυτό αποτελεί φυσική απόρια από το γεγονός ότι ο ιππόκαµπος συνδέεται άµεσα µε τη µνήµη και την ικανότητα του ανθρώπου να προσανατολίζεται στον χώρο. Το ενδιαφέρον, όµως, της συγκεκριµένης εργασίας είναι και ο τρόπος επίδρασης της νόσου της κατάθλιψης στον εγκέφαλο καθώς και η υπόθεση ότι σχετίζεται µε έµµεσο ή άµεσο τρόπο µε τη νόσο του Alzheimer. Σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα της έρευνας, οι ασθενείς µε συνυπάρχουσα κατάθλιψη παρουσίασαν σηµαντική µείωση του όγκου της φαιάς ουσίας του εγκεφάλου στον θάλαµο του κροταφικού λοβού και στην πρόσθια και οπίσθια έλικα, που είναι στο πίσω µέρος του µετωπιαίου λοβού, σε σχέση µε τους ασθενείς που πάσχουν µόνο από τη νόσο Alzheimer. Το αποτέλεσµα αυτό έρχεται σε συµφωνία µε µια µελέτη που είχε διεξαχθεί στην οποία βρήκαν ότι ασθενείς µε νόσο Alzheimer και κατάθλιψη εµφάνισαν ελάττωση του όγκου της φαιάς ουσίας στην περιοχή της κάτω αριστερής έλικας συγκριτικά µε ασθενείς µόνο µε άνοια. Επιπρόσθετα, από άλλη έρευνα, που εφαρµόσθηκε σε ασθενείς µε πρώιµη έναρξη κατάθλιψης (EOD, early onset depression) ανακάλυψαν ότι ελαττώθηκε ογκικά η φαιά ουσία στη δεξιά ατρακτοειδή έλικα και στη µεσαία δεξιά κροταφική έλικα. Επίσης, παρατηρήθηκαν ογκικές µεταβολές της φαιάς ουσίας στο παράκεντρο λοβίο και στη συµπληρωµατική κινητική περιοχή, που βρίσκονται στο οπίσθιο µέρος του µετωπιαίου λοβού και στο πρόσθιο µέρος του βρεγµατικού. Αντιθέτως, στην άνω και µεσαία µετωπική έλικα, στην εγκεφαλική νησίδα όπως επίσης και στη µέση ινιακή έλικα δεν παρατηρήθηκαν σηµαντικές διαφορές στον όγκο της φαιάς ουσίας. Με βάση κι άλλα αποτελέσµατα µελετών για την επίδραση της νόσου της κατάθλιψης, επιστήµονες παρατήρησαν συρρίκνωση του φαιάς ουσίας στο πρόσθιο τµήµα του φλοιού του κόλπου και στην περιοχή του θαλάµου. Όπως προκύπτει από τα αποτελέσµατα της έρευνας, µπορούµε να συµπεράνουµε, συγκρίνοντας τις δυο οµάδες που συµµετείχαν, ότι η νόσος της κατάθλιψης επηρέασε τον όγκο της φαιάς ουσίας µόνο σε συγκεκριµένες περιοχές του εγκεφάλου: στην περιοχή του κροταφικού λοβού και στην περιοχή του οπίσθιου τµήµατος του µετωπιαίου λοβού ενώ δεν εµφανίστηκαν σηµαντικές διαφορές στην περιοχή του οπίσθιου φλοιού του εγκεφάλου. Ενώ, λαµβάνοντας υπ όψιν προηγούµενες επιστηµονικές µελέτες, βρέθηκε ότι ασθενείς που πάσχουν από νόσο Alzheimer παρουσίασαν ανωµαλίες της γκρίζας ύλης στον οπίσθιο ινιακό φλοιό του εγκεφάλου, στον ιππόκαµπο καθώς επίσης και στην άνω κροταφική έλικα. Οι περιοχές που επηρεάστηκαν από της δυο νόσους φαίνεται να είναι, εδώ, διαφορετικές. Παρ όλα αυτά πραγµατοποιήθηκαν και έρευνες που έδειξαν το αντίθετο. Ασθενείς µόνο µε άνοια και ασθενείς µε Alzheimer και κατάθλιψη εµφάνισαν µείωση της φαιάς ουσίας στο πρόσθιο φλοιό του κόλπου. Επίσης, βρέθηκε ότι η δοµή της φαιάς ουσίας στην πρόσθια κεντρική νησίδα επηρεάζεται σηµαντικά από τα µεγάλα στάδια κατάθλιψης, ενώ στις µετρήσεις της έρευνας που πραγµατοποιήσαµε φαίνεται να µην επηρεάζεται ιδιαίτερα η ποσότητα της φαιάς στην εγκεφαλική νησίδα, συγκριτικά στις δυο οµάδες. Ακόµη, 39