Aivojen toiminnallinen konnektiivisuus ADHD-diagnoosin saaneilla lapsilla lepotilan, videoiden katselun ja virtuaalitodellisuustehtävän aikana
Title: | Aivojen toiminnallinen konnektiivisuus ADHD-diagnoosin saaneilla lapsilla lepotilan, videoiden katselun ja virtuaalitodellisuustehtävän aikana |
Author(s): | Kantonistov, Mikhail |
Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences |
Degree program: | Master 's Programme in Neuroscience |
Specialisation: | Neuroscience |
Language: | Finnish |
Acceptance year: | 2023 |
Abstract: |
Aktiivisuuden ja tarkkaavuuden häiriö eli ADHD on neuropsykiatrinen häiriö, jolle on ominaista tarkkaavuuden puute, ylivilkkaus ja impulsiivisuus. Oireet ilmaantuvat lapsuudessa ja ne voivat hoitamattomina jatkua aikuisuuteen asti haitaten elämänlaatua. Tällä hetkellä lapsen ADHD:n diagnosointi perustuu vanhempien täyttämiin subjektiivisiin kyselyihin ja haastatteluun. Erityisesti arkielämän oireilun aikana ilmenevien aivotoiminnan muutosten havaitseminen voisi tuoda tärkeää lisätietoa diagnostiikan kohdentamiseksi.
Aivojen toimintaa luonnollisen kaltaisten tilanteiden aikana ei ADHD-diagnoosin saaneilla olla juurikaan tutkittu. Sen sijaan lepotilakuvantamista ja yksinkertaisia tehtäviä hyödyntävissä ADHD-tutkimuksissa on havaittu aivotoiminnan muutoksia laajoissa hermoverkostoissa. Näiden hermoverkostojen toimintaa on tehokasta tutkia tarkastelemalla toiminnallista konnektiivisuutta eli eri aivojen osien toiminnan synkronisuutta.
Tässä tutkielmassa tutkittiin toiminnallista magneettikuvausta hyödyntäen ADHD-diagnoosin saaneiden lasten (n=17) ja verrokkien (n=19) eroja koko aivojen toiminnallisessa konnektiivisuudessa arkielämää simuloivan virtuaalitodellisuustehtävän (EPELI), luonnollisen kaltaisten videoiden katselun ja lepotilan aikana. Konnektiivisuusmatriisit muodostettiin NiLearn Toolbox-ohjelmalla Seitzmanin ja kollegojen (2018) 300:n alueen parsellaatiota käyttäen. Koko aivojen konnektiivisuutta tarkasteltiin verkostomallia hyödyntävällä Network-Based Statistics -menetelmällä.
Videoiden katselun aikana ADHD-ryhmällä ilmeni suurentunutta konnektiivisuutta verrokkiryhmään nähden verkostossa, johon kuului useampi liikeaivokuoren alue. Tämä voi viitata näiden alueiden rooliin ADHD:n ylivilkkausoireissa. Samaan verkostoon kuului myös oikea ylempi ohimopoimu, joka on aiemmin yhdistetty impulsiivisuusoireisiin ADHD-diagnoosin saaneilla henkilöillä. Virtuaalitodellisuustehtävän ja lepotilan aikana ryhmien välillä ei havaittu eroja konnektiivisuudessa. Koetilanteiden välillä paljastui kuitenkin eroja useissa verkostoissa, kun konnektiivisuutta verrattiin ryhmien sisällä. Monet näistä verkostoista olivat hyvin laajoja ja sisälsivät aivokuoren alueiden lisäksi useita kuorenalaisia ja pikkuaivoihin kuuluvia rakenteita. Sekä verrokki- että ADHD-ryhmässä havaittiin suurentunutta konnektiivisuutta lepotilassa verrattuna EPELI:iin. Tämä saattoi mahdollisesti johtua osallistujien toiminnan erilaisuudesta tehtäviensuorituksen aikana.
Tämä tutkielma on kirjoittajan tietojen mukaan ensimmäinen, jossa tarkasteltiin ADHD-diagnoosin saaneiden aivojen toiminnallista konnektiivisuutta luonnon kaltaisten ärsykkeiden aikana. Videoiden katselun aikaiset selkeät erot verrokkien ja ADHD-ryhmän välillä ovat lupaavia tulevien luonnon kaltaisia ärsykkeitä hyödyntävien aivotutkimusten kannalta. Tulosten perusteella verkostomallit ovat tehokkaita ADHD:n toiminnallisen konnektiivisuuden tutkimisessa eri olosuhteissa. Virtuaalitehtävän aikaisten toimintojen samankaltaisuuden huomioiminen olisi kuitenkin voinut johtaa suurempien erojen havaitsemiseen.
Attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) is a neuropsychiatric disorder characterized by inattention, hyperactivity and impulsivity. The symptoms appear in childhood and, if left untreated, can continue into adulthood affecting the quality of life. Currently, diagnosing a child's ADHD relies on subjective questionnaires filled out by a parent and an interview. The detection of changes in brain activity especially during everyday activities could bring important information that could help inform the diagnostics of ADHD.
The changes in brain activity in persons diagnosed with ADHD during familiar, everyday events have been studied very little. However, ADHD brain imaging studies done during resting state and simple tasks have found changes in large-scale brain networks. These networks can be studied using functional connectivity approach, where the degree of synchronous activity in different brain regions is used to determine the connection strength between these regions.
In this thesis, using functional magnetic resonance imaging, the differences in the functional connectivity of the whole brain between children diagnosed with ADHD (n=17) and controls (n=19) were investigated during a virtual reality task that simulates everyday life (EPELI), watching natural-like videos, and resting state. Connectivity matrices were generated with the NiLearn Toolbox program using Seitzman and colleagues' (2018) 300-area parcellation. The connectivity of the whole brain was examined using Network-Based Statistics.
During movie watching the ADHD group showed increased connectivity compared to the control group in a network that included several areas of the motor cortex. This may indicate a role for these regions in the hyperactivity symptoms of ADHD. The same network also included the right superior temporal gyrus, which has previously been linked to impulsivity symptoms in individuals diagnosed with ADHD. During the virtual reality task and resting state, no differences in connectivity were observed between the groups. However, differences between the experimental situations were revealed in several networks when the connectivity was compared within the groups. Many of these networks were very extensive and included several subcortical and cerebellar structures in addition to cortical areas. Both the control and ADHD groups showed increased connectivity in the resting state compared to EPELI. This could possibly be due to the differences in the participants' actions during the task performance.
To the best of the author's knowledge, this study is the first to examine the functional connectivity of brains diagnosed with ADHD during naturalistic stimuli. The clear differences between the controls and the ADHD group during movie watching are promising for future naturalistic brain studies. Based on the results, network models are effective in studying the functional connectivity of ADHD under different conditions. However, consideration for similarity of activities during the virtual task could have led to the detection of larger differences.
|
Keyword(s): | ADHD hermoverkostot toiminnallinen konnektiivisuus fMRI NBS VR naturalistinen neurotiede |
Files in this item
Files | Size | Format | View |
---|---|---|---|
Kantonistov_Mikhail_tutkielma_2023.pdf | 8.056Mb |