Alempana olevassa kirjallisuuskatsauksessa (Kirjallisuutta A) on esimerkkejä erilaisten terveydellisten ongelmien, tautien tai oireyhtymien yhteydessä havaituista FA-arvojen laskuista tai muutoksista ylipäätään. Suuntaa antavan käsityksen näiden tutkimusten lukumäärästä ja siitä, kuinka moninaisissa tilanteissa FA-arvojen muutoksia raportoidaan, antaa seuraava esimerkinomainen yhteenveto meta-analyysitutkimuksista koskien aivojen DTI-löydöksiä. Numeroin ilmoitetaan kyseisessä tutkimuksessa mielenkiintohakusanalla löydettyjen DTI-tutkimusten määrä / meta-analyysiin päätyneiden alkuperäistöiden määrä:
Alimpana on erillinen kirjallisuuskatsaus (Kirjallisuutta B) strukturaalista neuroplastisiteettia ja DTI:ä käsittelevistä tutkimuksista.
Kirjallisuutta A:
ADHD-potilaiden DTI-tuloksia käsittelevistä kymmenestä alkuperäistyöstä tehdyssä meta-analyysiartikkelissa raportoitiin ADHD-potilailta pienentyneitä FA-arvoja corpus callosumin spleniumista jatkuen oikeaan cingulumiin ja sagittaaliseen atriatuminin sekä vasemmalle tapetumiin (Chen L ym. Neurosci 2016) «Chen L, Hu X, Ouyang L ym. A systematic review and...»7.
Alkoholille sikiöaikana altistuneilta mitattiin corpus callosumin genussa, corpuksessa ja spleniumissa, vasemmalla cingulumissa, oikealla cortikospinaaliradassa, vasemmalla superior longitudinal fascikuluksessa ja vasemmalla fasciculus uncinatuksessa verrokkeja pienemmät FA-arvot (Paolozza ym. Hum Brain Mapp 2016) «Paolozza A, Treit S, Beaulieu C ym. Diffusion tens...»21.
Anoreksiapotilaiden DTI-julkaisuihin pohjautuvassa systemaattisessa katsausartikkelissa analysoitiin kuuden alkuperäisjulkaisun tuloksia. Näistä viidessä julkaisussa raportoitiin anoreksiapotilaista verrokkiryhmään nähden tilastollisesti pienempiä FA-arvoja siten, että neljässä työssä näitä mitattiin fornixista. Yksittäisissä töissä pienempiä FA-arvoja mitattiin myös fronto-okkipitaalisista ja cingulaarisista radoista, corpus callosumista, vasemman superiorisen longitudinaalisen faskikuluksen parietaalisesta osasta ja thalamusten seuduista (Monzon BM ym. World J Psychiatry 2016) «Martin Monzon B, Hay P, Foroughi N ym. White matte...»22.
Bipolaarihäiriöpotilailla mitattiin corpus callosumin genusta ja bodysta pienempiä FA-arvoja kuin vaikeaa masennusta sairastavilta potilailta tai terveiltä verrokeilta. Itsemurhaa yrittäneillä bipolaarihäiriöpotilailla mitattiin myös corpus callosumin spleniumista pienempiä FA-arvoja. Kuitenkin useita kertoja itsemurhaa yrittäneiltä henkilöiltä mitattiin corpus callosumin spleniumista poikkeavia FA-arvoja riippumatta siitä, oliko heillä bipolaarihäiriötä tai vaikeaa masennusta vai ei (Cyprien F ym. J Affect Disord 2016) «Cyprien F, de Champfleur NM, Deverdun J ym. Corpus...»23.
Depressiota sairastavien, mutta ilman lääkehoitoa olevien potilaiden DTI-tutkimuksia käsittelevien julkaisuiden yhteenveto ja meta-analyysi: robusteja FA-arvojen alenemia todettiin oikealla pikkuaivossa, corpus callosumissa ja molemmin puolin superiorisessa longitudinaalisessa faskikuluksessa (Jiang ym. J Psychiatry Neurosci 2016) «Jiang J, Zhao YJ, Hu XY ym. Microstructural brain ...»2.
Depressiota lievän aivovamman jälkeen sairastavilta mitattiin pienentyneitä FA-arvoja oikealla nucleus accumbensissa, capsula internan etuhaarassa ja superiorisessa longitudinaalisessa fasciculuksessa. Ahdistuneisuuteen lievän aivovamman jälkeen sairastuneilta mitattiin pienentyneitä FA-arvoja vermiksestä. Lievän aivovamman saaneilta, mutta ilman neuropsykiatrisia oireita olevilta henkilöiltä, ei pienentyneitä FA-arvoja mitattu (Alhilali LM ym. Radiology 2015) «Alhilali LM, Delic JA, Gumus S ym. Evaluation of W...»24.
Huntingtonin tautia sairastavilta potilailta, joilla koe-asetelmassa havaittiin sosiaalisen kyvykkyyden huononemiseen viittaavaa, mitattiin pienentyneitä FA-arvoja corpus callosumista, ACC:sta ja muista fronto-mediaalisista alueista, amyglada-insula complexista molemmin puolin, pikkuaivoista ja ponsista (Sprengelmeyer ym. Cortex 2016) «Sprengelmeyer R, Young AW, Baldas EM ym. The neuro...»25.
Lukihäiriöisiltä aikuisilta todettiin pienentyneitä FA-arvoja molemmin puolin frontotemporaalisesti ja vasemmalta temporoparietaalisesti (Steinbrink C ym. Neuropsychologia 2008) «Steinbrink C, Vogt K, Kastrup A ym. The contributi...»26.
Kakkostyypin diabetespotilailta, joilla todettiin lievä kongition heikentyminen, mitattiin pienentyneitä FA-arvoja vasemmalta capsula externasta, oikealta capsula internan etuhaarasta, molemmin puolin corona radiatasta, vasemmalta posteriorisesta thalamisesta radiatasta ja molemmin puolin cingulumista (Xiong Y ym. AJNR 2016) «Xiong Y, Sui Y, Xu Z ym. A Diffusion Tensor Imagin...»27.
Kannabiksen käyttäjillä todettiin kahden vuoden seurannassa FA-arvojen pienentyminen molemmin puolin superiorisesta longitudinaalisesta fascikuluksesta, vasemman superiorisen frontaaligyruksen seudun valkeasta aineesta, vasemmalta kortikospinaaliradasta ja oikealta anteriorisen thalamisen radaston seudusta lateraalisesti corpus callosumin genuun nähden (Becker ym. Dev Cogn Neurosci 2015) «Becker MP, Collins PF, Lim KO ym. Longitudinal cha...»28.
Normaalipaineista hydrokefalusta sairastavien potilaiden DTI-tutkimuksia koskevia alkuperäistöitä löydettiin vuosilta 2010–2015 yhteensä 19 kpl katsausartikkelissa, jonka yhteenvedossa esitettiin suurentuneiden FA-arvojen löydös kortikospinaaliradasta idiopaatista normaalipaineista hydrocephalusta sairastavilla. Jossain alkuperäistyössä raportoitiin myös pienentyneiden FA-arvojen löydös NPH:a sairastavien corpus callosumista (Siasios I ym. Neurosurg Focus 2016) «Siasios I, Kapsalaki EZ, Fountas KN ym. The role o...»29.
Parkinsonin tautia ja Parkinson syndroomia sairastavien potilaiden DTI-tuloksia käsittelevistä 43:a alkuperäistyöstä tehdyssä meta-analyysissä raportoitiin FA-arvojen alenemia Parkinsonin tautia sairastavilla potilailla substantia nigrassa, MSA:ta (multisysteemiatrofia) sairastavilla potilailla mm. ponsissa ja putamenissa. PSP:tä (progressive supranuclear palsy) sairastavilla mitattiin Parkinsonin tautia sairastaviin potilaisiin nähden pienempiä FA-arvoja corpus callosumista (Cochrane CJ, Ebmeier KP. Neurology 2013) «Cochrane CJ, Ebmeier KP. Diffusion tensor imaging ...»6.
Skitsofreniapotilaiden DTI-tuloksia käsittelevistä 22 alkuperäistyöstä tehdyssä meta-analyysissa todettiin skitsofreniapotilailla corpus callosumissa kauttaaltaan alentuneita FA-arvoja (Zhuo C ym. Plos One 2016) «Zhuo C, Liu M, Wang L ym. Diffusion Tensor MR Imag...»5. Skitsofrenian varhaisvaiheen potilaista julkaistuista DTI-tutkimuksista tehdyssä systemaattisessa katsausartikkelissa 469:sta kirjallisuudesta löytyneestä artikkelista 44 päätyi lopulliseen vertailuun; moninaisiksi raportoiduista löydöksistä voidaan todeta, että poikkeavia FA-arvoja havaittiin mm. corpus callosumissa, superiorisessa longitudinaalisessa faskikuluksessa, inferiorisessa longitudinaalisessa faskikuluksessa, fronto-okkipitaalisess faskikuluksessa, CB:ssä ja corona radiatassa. Lisäksi voidaan todeta, että joissain töissä havaittiin korrelaatiota oireiston vaikeusasteen ja FA-arvojen tai lääkehoidon ja FA-arvojen välillä (Samartzis L ym. J Neuroimaging 2014) «Samartzis L, Dima D, Fusar-Poli P ym. White matter...»4.
Tupakoivilta mitattiin hippocampuksista verrokkeja pienempiä FA-arvoja, ja FA-arvoissa oli korrelaatiota koeasetelmassa tehdyssä muistitehtävässä onnistumisessa (Yuce I ym. Eur J Radiol 2016) «Yuce I, Kantarci M, Keles P ym. Diffusion tensor i...»30. Tupakoivilta mitattiin verrokkeihin nähden pienempiä FA-arvoja oikeasta cingulumista, mutta toisaalta vasemmasta cingulumista mitattujen FA-arvojen alenema näytti korreloivan päivittäin poltettujen tupakoiden lukumäärään sekä koeasetelmassa arvioidun nikotiiniriippuvuuden voimakkuuteen (Baeza-Loya S ym. AJAD 2016) «Baeza-Loya S, Velasquez KM, Molfese DL ym. Anterio...»31. Tupakoivia nuoria aikuisia koskevia DTI-tutkimuksia systemaattisesti arvioivassa katsausartikkelissa raportoitiin corpus callosumissa, capsula internassa ja superiorisessa longitudinaalisessa faskikuluksessa verrokkeihin nähden suurempia FA-arvoja (Gogliettino AR ym. Drug Alcohol Depend 2016) «Gogliettino AR, Potenza MN, Yip SW. White matter d...»32.
Kirjallisuutta B:
Taubert M ym. Dynamic properties of human brain structure: Learning-related changes in cortical areas and associated fiber connections. J Neurosci 1 2010;30:11670-7 «Taubert M, Draganski B, Anwander A ym. Dynamic pro...»12
14 koehenkilöä opetteli kuuden viikon aikana yhtenä päivänä viikossa 45 minuutin ajan kokovartalon dynaamista tasapainotehtävää (kallistelevan tasapainoalustan päällä, käsitukea sai käyttää) ja taitojen edistyminen rekisteröitiin; MRI ennen, 1 viikko, 2 viikkoa ja 4 viikkoa sekä 1 viikko setin jälkeen.
Kuudessa viikossa harmaan aineen tilavuus kasvoi vasemmassa SMA:ssa, vasemmassa superiorisessa frontaaligyruksessa (SFG) ja vasemmassa mediaalisessa frontaalisessa gyruksessa (MFG). Harmaa aine väheni oikealla putamenissa, oikealla orbitaalisessa osassa inferiorista frontaalista gyrusta, ja pikkuaivojen lobule VIII:ssa. DTI:ssä mitattiin merkittävät FA-arvojen pienenemät molemmissa aivopuoliskoissa prefrontaalisesti lähellä vasenta SFG:ä ja oikeaa MFG:ä, joissa todettiin harmaan aineen tilavuuden suureneminen. Kahdessa viikossa mitattiin merkittävä harmaan aineen laajeneminen: molemmin puolin SMA, vasen SFG ja oikea MFG sekä vasen supramarginal gyrus (SMG). FA-arvoissa oli merkittävää pienentymistä vasemman prefrontaalikortexin tuntumassa ja oikean M1-alueen tuntumassa. Tuloksien arvioinnissa huomioitiin 14 tasapainoharjoitusta tekemättömän verrokkihenkilön löydökset sekä toisaalta tasapainoryhmän henkilöillä mitatun tasapainotehtävän suorituksessa tapahtunut edistyminen.
Steele CJ ym. Structural correlates of skilled performance on a motor sequence task. Front Hum Neurosci 2012;19:289 «Steele CJ, Scholz J, Douaud G ym. Structural corre...»13
13 koehenkilöä suoritti näköärsykkeen kanssa samanaikaista sormilla naputtamista (finger taps; key-presses). Suoriutuminen mitattiin tarkkuudella (lyhyet ja pitkät painallukset) ja samanaikaisuudella: koehenkilöt oppivat tehtävässä painamaan ja vapauttamaan hiiren painikkeen näköärsykkeen mukaan: harjoituskerrat viiden peräkkäisen päivän kuluessa ja viidentenä päivänä DTI. Koehenkilöillä, jotka pääsivät parhaaseen synkronisaatioon kokeen kuluessa, mitattiin alentuneita FA-arvoja vasemmalta käden motorisen alueen alapuolelta sekä alempaa kortikospinaaliradasta ja tästä temporaalisesti ja parietaalisesti suuntautuen. Oikeasta hemisfääristä mitattiin vastaavista seuduista alentuneita FA-arvoja, mutta löydös ei ollut niin voimakas kuin vasemmalta mitattu.
Elvsåshagen T ym. Widespread changes in white matter microstructure after a day of waking and sleep deprivation. PloS One 2015;10:e0127351 «Elvsåshagen T, Norbom LB, Pedersen PØ ym. Widespre...»14
DTI tehtiin 21 koehenkilölle aamulla, päivän 14 tunnin valveillaolon jälkeen, sekä edelleen 9 tunnin yöllisen valveillaolon jälkeen.
Päivän valveillaolon jälkeen mitattiin laajalti aivoissa suurentuneita FA-arvoja, ja yöllisen valvomisen jälkeen mitattiin laajalti aivoista pienentyneitä FA-arvoja mm. bilateraalisesti frontotemporaalisesta ja parieto-okkipitaalisesta valkeassa aineesta, corpus callosumista, thalamuksesta ja aivorungosta.
Takeuchi H ym. Training of working memory impacts structural connectivity. J Neuroscience 2010;30:3297-303 «Takeuchi H, Sekiguchi A, Taki Y ym. Training of wo...»15
Työmuistin harjoittaminen kahden kuukauden ajan päivittäisellä 25 minuuttia kestävällä tietokoneelle laaditulla ohjelmalla johti FA-arvojen kasvuun inferiorista parietaalisulkusta reunustavissa aivorakenteissa ja corpus callosumin etuosassa.
Mackey AP ym. Experience-dependent plasticity in white matter microstructure: reasoning training alters structural connectivity. Front Neuroanat 2012;6:1-9 «Mackey AP ym. Experience-dependent plasticity in w...»16
23 koehenkilöä valmistautui pääsykokeeseen (Law School Admission Test, LSAT), ja heidän DTI-löydöstä verrattiin kokeeseen osallistumattomiin henkilöihin (ikä- ja IQ-kaltaistetut kontrollit, jotka suunnittelivat menevänsä joskus LSAT:iin). Koehenkilöt tekivät intensiivisiä pääsykokeeseen valmistavia harjoitteita. Oppimista seurattiin. DTI-kuvaus tehtiin koeasetelman alussa ja kolmen kuukauden kuluttua.
DTI:ssä (voxel-wise statistical analysis using TBSS) kolmen kuukauden aikavälillä havaittiin muutosta diffuusioparametreissä: "Radial diffusivity" ja "mean diffusivity" vähenivät frontaali- ja parietaalilohkoissa.
Imfeld A ym. White matter plasticity in the corticospinal tract of musicians: a diffusion tensor imaging study. Neuroimage 2009;1:46:600-7 «Imfeld A, Oechslin MS, Meyer M ym. White matter pl...»17
DTI-kuvaus tehtiin 26 ammattimuusikolle ja 13 verrokille. Muusikoilta mitattiin merkittävästi alhaisempia FA-arvoja molemmin puolin kortikospinaaliradasta verrokkeihin nähden.
Oechslin MS ym. The plasticity of the superior longitudinal fasciculus as a function of musical expertise: a diffusion tensor imaging study. Front Hum Neurosci 2010;8:76 «Oechslin MS, Imfeld A, Loenneker T ym. The plastic...»18
Absoluuttisen sävelkorvan omaavilta muusikoilta mitattiin superiorisen longitudinaalisen fasciculuksen (SLF) alueella päinvastainen FA-arvojen lateralisaatio kuin verrokeilta; oikealla FA-arvot olivat vasemmalta mitattuja suurempia absoluuttisen sävelkorvan muusikoilla, verrokeilla tulokset olivat päinvastaiset. Kun testattiin kuunneltujen nuottien tunnistamista, mitattiin parhaiten nuottien korkeuksia tunnistavilta koehenkilöillä pienempiä FA-arvoja kolmelta eri aivoalueelta. Näistä kaksi edusti sellaisia aivoalueita, joissa tiettävästi tapahtuu kielellistä prosessointia.
Hofstetter S ym. Short term learning induces white matter plasticity in the fornix. J Neurosci 2013;33:12845-50 «Hofstetter S ym. Short term learning induces white...»19
DTI tehtiin koehenkilöille ennen ja jälkeen 2 tuntia kestänyttä tietokonepelaamista. Pelissä ajettiin kilpa-autoa useita kierroksia tarkoituksena oppia kyseinen kilpa-ajorata ja siten päästä nopeampiin kierrosaikoihin. Verrokkiryhmällä kilpa-ajorata vaihtui kokeen aikana, eikä radan oppiminen siten ollut mahdollista.
Kaikilta koehenkilöiltä mitattiin fornixista alentuneita FA-arvoja kokeen loputtua. Kokeen aikana tapahtunut oppimisen edistyminen korreloi suurempiin FA-arvojen alenemisiin.
Sagi ym. Learning in the fast lane: new insights into neuroplasticity. Neuron 2012;73:1195-203 «Sagi Y, Tavor I, Hofstetter S ym. Learning in the ...»20
DTI tehtiin koe-henkilöille ennen ja jälkeen 90 minuutin tehtävää, jossa aluksi tietokonepelissä ajettiin kilpa-autoa useita kierroksia. Tarkoituksena oli oppia kyseinen kilpa-ajorata paremmin ja saavuttaa parempia kierrosaikoja. Tämän jälkeen koe-henkilöt joutuivat asettelemaan heille näytetyt kilpa-ajoradan eri paikoista otetut kuvat oikeaan järjestykseen sekä piirtämään kilpa-ajoradan ääriviivat.
Kokeen loputtua suurentuneita FA-arvoja mitattiin vasemmalta parahippocampaalisesti, oikealta supramarginaalisesta/angulaarisesta kortexista, oikealta superiorisesta temporaaligyruksesta, oikealta amygdalasta ja vasemmalta pulvinaarisesti.