Mikrostrukturelle Analyse des anterioren Cingulum-Bündels mittels Polarized Light Imaging (PLI)

Das Cingulum ist eine Assoziationsfaserbahn der weisen Substanz des menschlichen Gehirns, die den Gyrus cinguli mit dem Hippocampus verbindet. Wegen der Zwischenstellung zwischen Neokortex und limbischem System wird diese Hirnregion als Brucke zwischen Emotionen, Verhalten und Denken diskutiert. Aus diesem Grund ist das Cingulum Gegenstand zahlreicher neuroanatomischer Studien. Neuere Untersuchungen konnten Zusammenhange zwischen Veranderungen des Gyrus cinguli und der Pathogenese neuropsychiatrischer Erkrankungen wie der Schizophrenie und bipolaren Storungen aufzeigen (Wang et al. 2007, Wang et al. 2008). Auch dem anterioren Cingulum wurde diesbezuglich in verschiedenen Arbeiten eine wesentliche Rolle zugeschrieben, sodass wissenschaftliche Erkenntnisse zum Faserverlauf in dieser Hirnregion von hohem klinischem Interesse sind. Auch im Hinblick auf Forschungsprojekte wie dem menschlichen Konnektom, welches neuroarchitektonische Aspekte und neuronale Funktionen integriert, ist die Erhebung neuroanatomischer Daten wissenschaftlich bedeutsam. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Analyse und der detaillierten Darstellung der Faserorientierung im anterioren Cingulum des menschlichen Gehirns mittels Polarized Light Imaging (PLI). Mit dieser Methode kann die Faserorientierung in jedem Voxel eines Dunnschnittpraparates berechnet werden und damit der Verlauf von Fasersystemen und Nervenbahnen hochauflosend dargestellt werden. Die physikalische Grundlage fur dieses Verfahren bilden die doppelbrechenden Eigenschaften der myelinisierten Nervenfasern. Das Polarized Light Imaging ermoglicht somit eine detaillierte Abbildung der Faserorientierung der weisen Substanz im menschlichen Gehirn mit einer Auflosung im Mikrometerbereich. In der vorliegenden Arbeit wurden sechs in formalinhaltiger Losung konservierte menschliche Gehirne in ihre Hemispharen geteilt, die Region des anterioren Gyrus cinguli prapariert und anschliesend seriell geschnitten. Diese 100 Mikrometer starken Schnitte wurden mithilfe einer eigens entwickelten Polarisationsoptik, einer Digitalkamera und eines PCs digitalisiert und archiviert. Durch standardisierte Anordnungen des Polarisationsfilters in der Polarisationsoptik mit und ohne Viertelwellenplatte entstanden 18 Einzelbilder je Hirnschnitt. Aus uber 85.000 Einzeldatensatzen wurden mittels MATLAB-Algorithmus Intensitats-, Neigungs- und Richtungskarten erstellt und schlieslich farbkodierte Faserorientierungskarten (FOM) des anterioren Cingulum berechnet. Fur die genaue anatomische Beschreibung und zum Vergleich der Ergebnisse wurde die topografische Einteilung des anterioren Cingulum in einen supracallosalen, pragenualen und subgenualen Abschnitt gewahlt. In der vorliegenden Arbeit stellt sich der supracallosale Abschnitt des Cingulums im anterioren Bereich als kompaktes Faserbundel dar, welches entlang des Corpus callosum zieht. Im posterioren Anteil sind Faservermischungen mit Strukturen der angrenzenden kortikalen Areale sichtbar. Der pragenuale Abschnitt prasentiert sich als gleichmasiges Faserbundel ohne Faserein- oder Faserausstrahlungen, das von supracallosal um das Genu des Corpus callosum verlauft. In der subgenualen Region sind diffuse Vermischungen der Faserzuge mit Ausstrahlungen vor allem in die orbitofrontale Region und in Richtung des Limen insulae sichtbar. Die Darstellung der neuronalen Strukturen gelingt mit einer Auflosung von 64μm x 64μm x 100μm. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit komplettieren die Erkenntnisse zur Faseranatomie des anterioren Cingulum aus anderen Studien (Devinsky et al. 1995, Palomero-Gallagher et al. 2009, Vogt 2005). Ein wesentlicher Vorteil des PLI liegt in der hohen Auflosung der Faserdarstellung und der Moglichkeit, sowohl sehr kleine neuronale Abschnitte als auch lange Faserzuge abbilden zu konnen. Die Datenerhebung ist nicht in vivo moglich und bedarf gegenuber magnetresonanzbasierten Methoden eines hohen Arbeits- und Zeitaufwandes. Dennoch vermogen die mesodimensionalen Daten, die mittels PLI gewonnen werden, die Lucke zwischen Makro- und Mikroebene zu schliesen. PLI stellt eine unabhangige Methode zur Validierung der Ergebnisse magnetresonanzbasierter Verfahren dar und leistet, auch in Anbetracht der Moglichkeit zur dreidimensionalen Rekonstruktion, einen unverzichtbaren Beitrag zur Erstellung des menschlichen Konnektoms.