Immediate and Longitudinal Alterations of Functional Networks after Thalamotomy in Essential Tremor

한글 요약

본태성 떨림 치료를 위한 시상절제술이라는 국소 병변에 뇌연결망이 어떻게 즉각 반응하고 이후 재조직되는지를 살핀 연구입니다. MRI 유도 초음파 절제술을 받은 환자의 휴지기 fMRI를 수술 전과 수술 후 여러 시점에서 얻어 그래프 이론 분석을 적용하고, 증상과 연관된 지속적 변화와 증상과 무관한 일시적 변화를 구분했습니다. 수술 후 운동 관련 영역 사이의 평균 연결, 흑질과 외측 담창구 사이의 연결, 시상의 총 연결이 감소했으며 이는 모두 임상 평가 점수와 연관되었습니다. 반면 전뇌 평균 연결성과 반구 간 비대칭은 증상과 무관하게 일시적으로 증가해 전뇌 연결망의 임시적 재구성을 보여주었습니다. 시상절제술이 증상 관련 연결 변화로 운동 연결망을 조절하는 한편 일시적인 원격 기능 저하(diaschisis)를 동반한다는 점을 보여주며, 최소침습 치료와 종단적 연결망 분석을 결합하면 국소 병변의 시간 의존적 효과를 이해할 수 있음을 시사합니다.

Thalamotomy at the ventralis intermedius nucleus has been an effective treatment method for essential tremor, but how the brain network changes immediately responding to this deliberate lesion and then reorganizes afterwards are not clear. Taking advantage of a non-cranium-opening MRI-guided focused ultrasound ablation technique, we investigated functional network changes due to a focal lesion. To classify the diverse time courses of those network changes with respect to symptom-related long-lasting treatment effects and symptom-unrelated transient effects, we applied graph-theoretic analyses to longitudinal resting-state functional magnetic resonance imaging data before and 1 day, 7 days, and 3 months after thalamotomy with essential tremor. We found reduced average connections among the motor-related areas, reduced connectivity between substantia nigra and external globus pallidum and reduced total connection in the thalamus after thalamotomy, which are all associated with clinical rating scales. The average connectivity among whole brain regions and inter-hemispheric network asymmetry show symptom-unrelated transient increases, indicating temporary reconfiguration of the whole brain network. In summary, thalamotomy regulates interactions over the motor network via symptom-related connectivity changes but accompanies transient, symptom-unrelated diaschisis in the global brain network. This study suggests the significance of longitudinal network analysis, combined with minimal-invasive treatment techniques, in understanding time-dependent diaschisis in the brain network due to a focal lesion.