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Title: Neuroimaging and executive function in dyskinetic cerebral palsy
Author: Laporta Hoyos, Olga
Director/Tutor: Pueyo Benito, Roser
Keywords: Neurologia
Paràlisi cerebral
Cognició
Diagnòstic per la imatge
Deficiència mental
Neurology
Cerebral palsy
Cognition
Diagnostic imaging
Mental deficiency
Issue Date: 8-Oct-2018
Publisher: Universitat de Barcelona
Abstract: [spa] INTRODUCCIÓN: La parálisis cerebral es una de las causas más frecuentes de discapacidad física en niños y supone una condición que persiste a lo largo de la vida (Krageloh-Mann & Cans, 2009). Concretamente, la prevalencia media mundial es de aproximadamente de 2 por cada 1000 nacidos vivos (Stavsky et al., 2017). El término parálisis cerebral incluye un grupo de trastornos permanentes del movimiento y / o postura y de la función motora debido a una afectación en el cerebro en desarrollado o inmaduro que pueden ir acompañados por diferentes comorbilidades (Rosenbaum et al., 2007; Surveillance of Cerebral Palsy in Europe, 2000). La parálisis cerebral es una condición heterogénea tanto en cuanto a etiología como en el tipo y gravedad de la afectación motriz. En este sentido, se considera útil categorizar a los individuos con parálisis cerebral en grupos para proporcionar un mayor nivel de detalle sobre las características y necesidades específicas de las diferentes personas (Surveillance of Cerebral Palsy in Europe, 2007). Los esquemas de clasificación tradicionales se han centrado principalmente en agrupar los casos según la distribución de las extremidades afectadas y el tipo predominante de tono o anormalidad del movimiento, lo que da lugar a tres grandes grupos de parálisis cerebral: el espástico, el discinetico y el atáxico (Platt, Krageloh‐Mann, & Cans, 2009). La presente tesis doctoral se centra en el estudio del segundo tipo más frecuente, la parálisis cerebral discinètica, que se caracteriza por movimientos involuntarios, descontrolados, recurrentes y, ocasionalmente, estereotipados. La resonancia magnética ha aumentado nuestra comprensión de la parálisis cerebral (Vandborg et al., 2015), pero mientras que la mayoría de los estudios se centran en la parálisis cerebral espástica, los estudios de neuroimagen centrados en la parálisis cerebral discinética son aun escasos. Tanto los procesos cognitivos globales como específicos pueden verse afectados en la parálisis cerebral y casi el 50% de la población de parálisis cerebral presenta un cociente intelectual por debajo de 70 (Novak, Hines, Goldsmith, & Barclay, 2012). La consideración de las funciones cognitivas es uno de los aspectos centrales en el estudio de la parálisis cerebral (Schiariti, Selb, Cieza, & O’Donnell, 2015) siendo la función ejecutiva de particular interés debido a su papel clave en la adquisición efectiva de nuevas habilidades, conocimiento y la aplicación de estas conocimiento en el día a día (Anderson & Ylvisaker, 2009). La asociacione entre la calidad de vida y la función ejecutiva se ha descrito en la población general y en otras condiciones neurológicas y psiquiátrica distintas a la parálisis cerebral (Barf, Post, Verhoef, Gooskens, & Prevo, 2010; Davis, 2010; Pattanayak, Sagar, & Mehta, 2012; Ritsner, 2007; Sherman, Slick, & Eyrl, 2006). Existe acuerdo en que la parálisis cerebral discinética presenta mayor gravedad motriz que otros tipos parálisis cerebral (Himmelmann et al., 2009). Sin embargo, existen pocos estudios que comparen las capacidades cognitivas entre este tipo de parálisis cerebral y otros subtipos y, de hecho, la mayoría de ellos no controla los resultados por el nivel de gravedad motriz. Ningún estudio hasta la fecha se ha enfocado específicamente en estudiar la función ejecutiva ni su asociación con las características de la estructura cerebral en este subtipo de parálisis cerebral. Las lesiones de los ganglios basales y el tálamo son especialmente frecuentes en personas con parálisis cerebral discinética (Bax, Tydeman, & Flodmark, 2006; Himmelmann, Ahlin, Jacobsson, Cans, & Thorsen, 2011) y dado que los circuitos fronto-estriatales juegan un papel crucial en el funcionamiento ejecutivo para las personas con un desarrollo normal (Bottcher, 2010; Krause et al., 2012), seria esperable encontrar este correlato anátomo-funcional en la parálisis cerebral discinética. Sin embargo, muy pocos trabajos han estudiado la relación entre la estructura cerebral y el funcionamiento ejecutivo en esta población. De hecho, no existe ningún estudio que analice esta relación en las personas con parálisis cerebral discinética (Weierink, Vermeulen, & Boyd, 2013). OBJETIVOS: El objetivo general de la tesis fue caracterizar el funcionamiento ejecutivo y el funcionamiento intelectual general y sus bases biológicas en imagen de resonancia magnética estructural convencional y de difusion en la parálisis cerebral discinética. Específicamente, en la presente tesis se formularon cuatro objetivos que han sido abordados mediante la realización de cuatro estudios. Primero, analizar el impacto de la función ejecutiva en la calidad de vida en personas con parálisis cerebral discinética (Estudio 1). El segundo objetivo fue identificar el perfil de funcionamiento ejecutivo e intelectual en las personas con parálisis cerebral discinética (Estudio 2). Tercero, identificar las alteraciones de la estructura cerebral en participantes con parálisis cerebral discinética (Estudio 3 y Estudio 4). Cuarto, investigar el correlato neural del funcionamiento ejecutivo e intelectual general en participantes con parálisis cerebral discinética (Estudio 3 y Estudio 4). RESULTADOS: En consecuencia, los principales hallazgos de los estudios son los siguientes. 1) Uno de los componentes de las funciones ejecutivas, la flexibilidad cognitiva, es un predictor importante de la calidad de vida en personas con parálisis cerebral discinética. 2) Las personas con parálisis cerebral discinética presentan dificultades tanto en el rendimiento intelectual general como en el funcionamiento ejecutivo. Sin embargo, las habilidades de planificación parecen ser similares a las de los controles con desarrollo normativo. Además, las personas con parálisis cerebral discinética muestran un mejor funcionamiento intelectual y ejecutivo que las personas con parálisis cerebral espástica, lo que indica una tendencia general hacia un mejor rendimiento cognitivo en lugar de un déficit disejecutivo específico. 3) Existen lesiones observables en la substancia blanca y gris, así como una reducción de la integridad de la substancia blanca en la parálisis cerebral discinética. Concretamente, las lesiones en el tálamo lateral posterior y en el lóbulo frontal son los más comunes en nuestra muestra de personas con parálisis cerebral discinética. Además, la pérdida en la integridad de la sustancia blanca en la parálisis cerebral discinética predomina en regiones posteriores subyacentes, principalmente en la corteza parietal. 4) El funcionamiento intelectual general está relacionado con la integridad de la substancia blanca en varias regiones cortico-corticales y cortico-subcorticales y con lesiones cerebrales observables principalmente del tálamo posterior. Las funciones ejecutivas se relacionaron con la microestructura de la sustancia blanca en regiones que contienen las vías fronto-corticales y cortico-subcorticales posteriores, así como con las lesiones cerebrales observables especialmente en el lóbulo parietal y de cuerpo calloso medio y posterior. Contrariamente a nuestra hipótesis, no se identificaron relaciones significativas entre la función ejecutiva y las vías fronto-estriatales. REFRENCIAS: Anderson, V., & Ylvisaker, M. (2009). Executive function and the frontal lobes: Themes for child development, brain insult and rehabilitation. Developmental Neurorehabilitation, 12(August), 253–254. https://doi.org/10.3109/17518420903086899 Barf, H. A., Post, M. W. M., Verhoef, M., Gooskens, R. H. J. M., & Prevo, A. J. H. (2010). Is cognitive functioning associated with subjective quality of life in young adults with spina bifida and hydrocephalus? Journal of Rehabilitation Medicine, 42(1), 56–9. https://doi.org/10.2340/16501977-0481 Bax, M., Tydeman, C., & Flodmark, O. (2006). Clinical and MRI correlates of cerebral palsy: the European Cerebral Palsy Study. Jama, 296(13), 1602–8. https://doi.org/10.1001/jama.296.13.1602 Bottcher, L. (2010). 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[eng] Magnetic resonance imaging has increased our understanding of cerebral palsy [1] but most studies have focused on spastic cerebral palsy, whilst neuroimaging studies of dyskinetic cerebral palsy remain scarce. Global and specific cognitive processes may be affected in cerebral palsy, with almost 50% of the cerebral palsy population having an intellectual quotient below 70 [2]. Cognitive functions are considered one of the essential “Core Sets” in cerebral palsy [3], executive function being of particular interest because of its key role in the effective acquisition of new skills, knowledge, and the application of this knowledge in life [4]. Associations between quality of life and executive function have been described in the general population, in psychiatric conditions, and in neurological conditions other than cerebral palsy [5–9]. It is agreed that dyskinetic cerebral palsy is associated with poorer motor outcomes than other cerebral palsy types [10] but very few studies compare cognitive abilities in dyskinetic cerebral palsy with those of other cerebral palsy subtypes, particularly in groups with similar levels of motor ability. No study to date has specifically focused on executive function nor its association with brain magnetic resonance imaging characteristics in this cerebral palsy subtype. Basal ganglia and thalamus lesions are frequently described in people with dyskinetic cerebral palsy [11, 12] and fronto-striatal circuitry play a crucial role on executive functioning for typically developing people [13, 14]. However, there is a paucity of brain imaging studies focussing on executive functioning, with no studies including participants with dyskinetic cerebral palsy [15]. The overall aim of the thesis was to characterize executive functioning and general intellectual functioning and its biological bases in dyskinetic cerebral palsy, as measured by diffusion and structural magnetic resonance imaging. Specifically, the current thesis formulated the following four aims, which were accomplished through four studies. First, to analyse the impact of executive function on quality of life in people with dyskinetic cerebral palsy (Study 1). Second, to map executive and intellectual functioning in people with dyskinetic cerebral palsy (Study 2). Third, to identify brain structure alterations in participants with dyskinetic cerebral palsy (Study 3 and Study 4). Fourth, to investigate the neural correlate of executive and general intellectual functioning in participants with dyskinetic cerebral palsy (Study 3 and Study 4). The main findings of the studies are the following. (1) An executive function domain, cognitive flexibility, is an important driver of quality of life in people with dyskinetic cerebral palsy. (2) People with dyskinetic cerebral palsy present difficulties in both general intellectual and executive functioning but goal setting abilities are close to those in typically developing controls. Additionally, people with dyskinetic cerebral palsy display better intellectual and executive functioning than people with spastic cerebral palsy, indicating a general tendency towards a better cognitive level rather than a specific dysexecutive deficit. (3) Observable white and grey matter lesions as well as white matter integrity are involved in dyskinetic cerebral palsy. Specifically, posterior lateral thalamus and the frontal lobe lesions are the most common in our sample of people with dyskinetic cerebral palsy. In this sample, the loss in the integrity of the white matter predominantly appears outside of the frontal lobe, mainly in the parietal cortex. (4) General intellectual functioning is related to white matter integrity in several cortico-cortical and cortico-subcortical regions and with observable brain lesions particularly in the posterior thalamus. Executive functions were related with white matter microstructure in regions containing fronto-cortical and posterior cortico-subcortical pathways and with observable brain lesions particularly in the parietal lobe and the middle and posterior corpus callosum. Unexpectedly, neither in terms of white matter microstructure nor in terms of observable lesions, was there a significant relationship between executive function and the fronto-striatal pathways. References 1. Vandborg, P. K., Hansen, B. M., Greisen, G., Mathiasen, R., Kasper, F., & Ebbesen, F. (2015). Follow-up of extreme neonatal hyperbilirubinaemia in 5- to 10-year-old children: A Danish population-based study. Developmental Medicine and Child Neurology, 57(4), 378–384. 2. Novak, I., Hines, M., Goldsmith, S., & Barclay, R. (2012). Clinical prognostic messages from a systematic review on cerebral palsy. Pediatrics. DOI:10.1542/peds.2012-0924 3. Schiariti, V., Selb, M., Cieza, A., & O’Donnell, M. (2015). International Classification of Functioning, Disability and Health Core Sets for children and youth with cerebral palsy: A consensus meeting. Developmental Medicine and Child Neurology. DOI:10.1111/dmcn.12551 4. Anderson, V., & Ylvisaker, M. (2009). Executive function and the frontal lobes: Themes for child development, brain insult and rehabilitation. Developmental neurorehabilitation. DOI:10.3109/17518420903086899 5. Barf, H. A., Post, M. W. M., Verhoef, M., Gooskens, R. H. J. M., & Prevo, A. J. H. (2010). Is cognitive functioning associated with subjective quality of life in young adults with spina bifida and hydrocephalus? Journal of rehabilitation medicine. DOI:10.2340/16501977-0481 6. Davis, J. (2010). The independent contribution of executive functions to health related quality of life in older women. BMC Geriatrics. DOI: 10.1186/1471-2318-10- 16. 7. Pattanayak, R. D., Sagar, R., & Mehta, M. (2012). Neuropsychological performance in euthymic Indian patients with bipolar disorder type I: Correlation between quality of life and global functioning. Psychiatry and clinical neurosciences, 66(7), 553–563. 8. Ritsner, M. S. (2007). Predicting quality of life impairment in chronic schizophrenia from cognitive variables. Quality of Life Research, 16(6), 929–937. 9. Sherman, E., Slick, D., & Eyrl, K. (2006). Executive dysfunction is a significant predictor of poor quality of life in children with epilepsy. Epilepsia. DOI:10.1111/j.1528-1167.2006.00816.x 10. Himmelmann, K., McManus, V., Hagberg, G., Uvebrant, P., Krageloh-Mann, I., & Cans, C. (2009). Dyskinetic cerebral palsy in Europe: trends in prevalence and severity. Archives of Disease in Childhood, 94(12), 921–926. 11. Bax, M., Tydeman, C., & Flodmark, O. (2006). Clinical and MRI correlates of cerebral palsy: the European Cerebral Palsy Study. JAMA, 296(13), 1602–1608. 12. Himmelmann, K., Ahlin, K., Jacobsson, B., Cans, C., & Thorsen, P. (2011). Risk factors for cerebral palsy in children born at term. Acta Obstetricia et Gynecologica Scandinavica, 90(10), 1070–1081. 13. Krause, M., Mahant, N., Kotschet, K., Fung, V. S., Vagg, D., Wong, C. H., & Morris, J. G. L. (2012). Dysexecutive behaviour following deep brain lesions – A different type of disconnection syndrome? Cortex, 48(1), 97–119. 14. Bottcher, L. (2010). Children with spastic cerebral palsy, their cognitive functioning, and social participation: a review. Child neuropsychology: A journal on normal and abnormal development in childhood and adolescence, 16(3), 209–228. 15. Weierink, L., Vermeulen, R. J., & Boyd, R. N. (2013). Brain structure and executive functions in children with cerebral palsy: A systematic review. Research in Developmental Disabilities, 34(5), 1678–1688.
URI: http://hdl.handle.net/2445/134898
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