Compromised Cerebello-Thalamic White Matter Integrity in Medication-Free Patients with Obsessive-Compulsive Disorder

Abstract

소뇌-시상관은 소뇌와 시상을 연결하는 소뇌의 유일한 원심성 백질 다발로, 강박 장애 환자에서 흔히 손상되었다고 알려진 고위 인지기능에 필수적인 역할을 하는 것으로 알려져 최근 많은 관심을 받고 있다. 기존의 기능적 뇌 영상 연구는 강박 장애 환자에서 소뇌와 시상 사이의 연결이 기능적으로 손상되어 있으며, 이러한 소뇌-시상 회로의 기능 이상이 강박 장애 증상 심각도와 관련이 있다는 것을 보이며 소뇌와 시상 사이의 비정상적인 연결성이 강박 장애의 병태생리와 관련이 있음을 보였다. 그러나 강박 장애 환자의 소뇌-시상 연결성의 기능적 이상에 대한 기저가 될 수 있는 소뇌-시상관 백질 무결성에 대해서는 아직까지 충분한 이해되지 않았다. 따라서, 본 연구는 약물 효과를 배제한 강박 장애 환자에서 소뇌-시상관의 백질 무결성 손상 여부를 규명하는 것을 목표로 한다. 본 연구에는 106명의 약물 효과를 배제한 강박 장애 환자와 나이와 성별, 지능 지수, 손잡이, 교육 년 수가 매칭된 105명의 정상 대조군이 연구에 참여하였으며, 모든 참여자에서 확산 텐서 이미지와 T1 이미지를 수집하였다. 그 후 정확한 해부학적 특징을 반영한 소뇌-시상관을 재구성하기 위해 확률적 트랙토그래피를 적용하였고, 재구성된 양쪽 소뇌-시상관에서 세 가지 확산 지수 (분위 이방성 [FA], 평균 확산성 [MD], 방사형 확산성 [RD])를 측정한 후 강박 장애군과 정상 대조군간 차이가 있는지 알아보기 위해 분산분석을 진행하였다. 분석 결과, 강박 장애 환자들은 정상 대조군과 비교했을 때 우측 소뇌-시상관에서 평균 확산성과 방사형 확산성이 유의하게 증가하였으며, 두 그룹 간 분위 이방성에는 유의한 차이가 없었다. 또한, 강박 장애 환자의 오른쪽 소뇌-시상관의 평균 확산성과 방사형 확산성은 유의하게 오른쪽으로 편측된 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과는 강박 장애 환자의 소뇌-시상 회로의 기능적 이상에 대해 근본적인 구조적 이상이 있음을 보였다. 이러한 연구 결과는 강박 장애 환자의 소뇌-시상 회로의 기능적 손상에 대해 보다 근본적인 구조적 이상이 있음을 나타내며, 더 나아가 우측 소뇌-시상관의 손상된 백질 미세 구조가 강박 장애 환자의 강박 유사 행동 또는 인지 기능 장애와 같은 강박 장애 병태생리의 기초가 될 수 있음을 시사한다.

The cerebello-thalamic tract is the only efferent white matter (WM) bundle of the cerebellum that connects the cerebellum to the thalamus and has recently attracted much attention in obsessive-compulsive disorder (OCD) with its integral role in higher order cognitive functions commonly known to be impaired in OCD patients. Previous neuroimaging studies have shown that the cerebello-thalamic connection is functionally impaired in OCD patients, and that functional abnormalities in the cerebello-thalamic circuit has correlates with OCD symptom severity scores, highlighting the dysconnectivity between the cerebellum and the thalamus is associated with OCD pathophysiology. However, the WM integrity of the cerebello-thalamic tract in OCD, which may underly functional abnormalities of the cerebello-thalamic connection, is not yet sufficiently understood. Therefore, the current study aimed to elucidate whether compromised cerebello-thalamic WM integrity is observed in medication-free OCD patients. This study included 106 medication-free OCD patients and 105 matched healthy controls (HCs). T1-weighted imaging and diffusion tensor imaging was acquired from every participant. To reconstruct the bilateral cerebello-thalamic tract with accurate anatomical characteristics, probabilistic tractography was used in this study. Three diffusion indices (fractional anisotropy, FA; mean diffusivity, MD; radial diffusivity, RD) were measured from the reconstructed bilateral cerebello-thalamic tract and then compared between groups. As a result of analysis, patients with OCD showed significantly increased MD and RD in the right cerebello-thalamic tract compared to HCs, and there was no difference in FA between groups. In addition, MD and RD of the right cerebello-thalamic tract of patients with OCD showed significantly lateralized to the right, and theres no structural asymmetry for FA. Overall, this study revealed compromised WM microstructure of the right cerebello-thalamic tract in patients with OCD, which may indicate the underlying structural abnormalities in the dysfunctional cerebello-thalamic circuit in OCD patients, suggesting that compromised WM microstructure of the right cerebello-thalamic tract may underlie OCD pathophysiology, such as OC-like behavior or cognitive dysfunctions in patients with OCD.