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Parkinson Patienten sind im Gegensatz zu gesunden Probanden in der kognitiven Verarbeitung zeitlicher Parameter, im Sinne einer Diskriminierungsfähigkeit für zeitliche Fehler innerhalb der Musikwahrnehmung beeinträchtigt. Dies betrifft lediglich die Zeiterkennung in höheren Intervallbereichen (> 600ms) und ist am ehesten durch Fluktuationen der Aufmerksamkeit, des Gedächtnisses, aber auch im Vergleich zu anderen Studien durch methodische Ansätze zu erklären. Durch die Koppelung des Audiostimulus an klare Rhythmusstrukturen weist diese Studie jedoch darauf hin, dass Überschneidungen zu anderen neuronalen Netzwerken existieren, die zur Kompensationsstrategie rekrutiert und nutzbar gemacht werden können. Dazu gehören etwa die Verarbeitung zeitlicher (Cerebellum) und musikperzeptiver Leistungen, wie etwa die Verarbeitung musikalischer Syntax (BA 6, 22, 44). Etwaige Wahrnehmungsdefizite können durch Mechanismen musiksyntaktischer Verarbeitung kompensiert werden, da zeitliche und syntaktische Strukturen in der Musik auf ihre Kongruenz hin abgeglichen und somit multineuronal mediiert werden (Paradigma der Zeit-Syntax-Kongruenz in der Musikwahrnehmung). Weiterhin sind vermutlich top-down-bottom-up-Prozesse als multimodale Interaktionen an diesem Kompensationsmechanismus beteiligt. Außerdem ist festzuhalten, dass das Krankheitsstadium nicht zwangsläufig mit einem stärkeren Wahrnehmungsdefizit für zeitliche Strukturen einhergehen muss, obwohl – wenn auch noch tolerabel – mit Progression der Erkrankung dieses Kompensationsmodell über Prinzipien der Gestaltwahrnehmung zusammenbricht und es hier zu schlechteren perzeptiven Leistungen kommen kann.
Die Ergebnisse der OFF-Testungen und jener unter DBS-Therapie lassen weiterhin aufgrund der kleinen Stichprobe keine klare Aussage zu und machen weitere Untersuchungen notwendig. Das physiologische Alter korreliert außerdem mit der sensorischen Leistung, die allerdings starken, individuellen Unterschieden ausgesetzt ist und von multifaktoriellen Voraussetzungen abhängt. Auch zeigt die Studie, dass Menschen mit einem hohen Musikverständnis und einer musikalischen Ausbildung ein feineres Diskriminierungsvermögen in der zeitlichen Verarbeitung besitzen, welches v.a. im zeitlich niedrigen Intervallbereich (< 500ms) evident wird.
Objective: Perception of time as well as rhythm in musical structures rely on complex brain mechanisms and require an extended network of multiple neural sources. They are therefore sensitive to impairment. Several psychophysical studies have shown that patients with Parkinson's disease (PD) have deficits in perceiving time and rhythms due to a malfunction of the basal ganglia (BG) network.
Method: In this study we investigated the time perception of PD patients during music perception by assessing their just noticeable difference (JND) in the time perception of a complex musical Gestalt. We applied a temporal discrimination task using a short melody with a clear beat-based rhythm. Among the subjects, 26 patients under L-Dopa administration and 21 age-matched controls had to detect an artificially delayed time interval in the range between 80 and 300 ms in the middle of the musical period. We analyzed the data by (a) calculating the detection threshold directly, (b) by extrapolating the JNDs, (c) relating it to musical expertise.
Results: Patients differed from controls in the detection of time-intervals between 220 and 300 ms (*p = 0.0200, n = 47). Furthermore, this deficit depended on the severity of the disease (*p = 0.0452; n = 47). Surprisingly, PD patients did not show any deficit of their JND compared to healthy controls, although the results showed a trend (*p = 0.0565, n = 40). Furthermore, no significant difference of the JND was found according to the severity of the disease. Additionally, musically trained persons seemed to have lower thresholds in detecting deviations in time and syntactic structures of music (*p = 0.0343, n = 39).
Conclusion: As an explanation of these results, we would like to propose the hypothesis of a time-syntax-congruency in music perception suggesting that processing of time and rhythm is a Gestalt process and that cortical areas involved in processing of musical syntax may compensate for impaired BG circuits that are responsible for time processing and rhythm perception. This mechanism may emerge more strongly as the deficits in time processing and rhythm perception progress. Furthermore, we presume that top-down-bottom-up-processes interfere additionally and interact in this context of compensation.
Voluntary movements induce postural perturbations which are counteracted by anticipatory postural adjustments (APAs). These actions are known to build up long fixation chains toward available support points (inter-limb APAs), so as to grant whole body equilibrium. Moreover, recent studies highlighted that APAs also build-up short fixation chains, within the same limb where a distal segment is moved (intra-limb APAs), aimed at stabilizing the proximal segments. The neural structures generating intra-limb APAs still need investigations; the present study aims to compare focal movement kinematics and intra-limb APA latencies and pattern between healthy subjects and parkinsonian patients, assuming the latter as a model of basal ganglia dysfunction. Intra-limb APAs that stabilize the arm when the index-finger is briskly flexed were recorded in 13 parkinsonian patients and in 10 age-matched healthy subjects. Index-finger movement was smaller in parkinsonian patients vs. healthy subjects (p = 0.01) and more delayed with respect to the onset of the prime mover flexor digitorum superficialis (FDS, p < 0.0001). In agreement with the literature, in all healthy subjects the FDS activation was preceded by an inhibitory intra-limb APA in biceps brachii (BB) and anterior deltoid (AD), and almost simultaneous to an excitatory intra-limb APA in triceps brachii (TB). In parkinsonian patients, no significant differences were found for TB and AD intra-limb APA timings, however only four patients showed an inhibitory intra-limb APA in BB, while other four did not show any BB intra-limb APAs and five actually developed a BB excitation. The frequency of occurrence of normal sign, lacking, and inverted BB APAs was different in healthy vs. parkinsonian participants (p = 0.0016). The observed alterations in index-finger kinematics and intra-limb APA pattern in parkinsonian patients suggest that basal ganglia, in addition to shaping the focal movement, may also contribute to intra-limb APA control.
Die Alzheimer Demenz und der Morbus Parkinson als häufigste neurodegenerative Erkrankungen führen zu schwerer Behinderung, zu Pflegebedürftigkeit und meist über Komplikationen zum Tod. Ihr langer Verlauf stellt für Betroffene, Angehörige sowie für das Gesundheitssystem eine enorme Belastung dar. Da die Ätiologie der Alzheimer Demenz und des Morbus Parkinson sowie der meisten neurodegenerativen Krankheiten im Einzelnen nicht bekannt sind und phänotypische Überschneidungen auftreten, sind die Möglichkeiten der eindeutigen Diagnosestellung häufig eingeschränkt oder erst postmortal möglich. Um eine Therapie bei Auftreten der ersten klinischen Symptome zu beginnen oder eine Voraussage der Erkrankungen zu ermöglichen, ist eine sensitive und validierte Frühdiagnostik nötig. Ziel der vorliegenden Arbeit war deshalb, auf der Genebene potentielle pathogenetische Verbindungen, mögliche diagnostische Markerproteine sowie Zusammenhänge zum zeitlichen Verlauf beider Krankheiten zu identifizieren. Dafür wurde mit der Real-Time Polymerasekettenreaktion die Expression von 44 Genen anhand von post mortem Gehirngewebe von Patienten mit Alzheimer Demenz, Morbus Parkionson im Vergleich zu Gesunden aus den vier Hirnregionen Hippocampus, Gyrus frontalis medialis, Gyrus temporalis medialis und Kleinhirn untersucht. Im Resultat zeigen die Gene mit einer statistisch signifikant veränderten Expression, z. B. Glutamattransporter, olfaktorische Rezeptoren oder vakuoläre Sortierungsproteine, bei beiden Erkrankungen gehäuft gleichsinnige Änderungen. Anhand dieser Ergebnisse ist eine kausale Verknüpfung des veränderten Genmetabolismus mit der ablaufenden Neurodegeneration zu vermuten. Zusätzlich wird die Hypothese gemeinsamer pathogenetischer Mechanismen beider Erkrankungen untermauert. Zusammenhänge der Genexpression zum zeitlichen Verlauf der Erkrankungen werden nur vereinzelt belegt, bekräftigten dann aber die Annahme einer Assoziation zu den degenerativen Prozessen. Die Identifizierung eines spezifischen Biomarkers für eine der beiden Erkrankungen war ein Ziel der vorliegenden Arbeit. Aufgrund seiner Expressionsänderung im Hippocampus bei Patienten mit Alzheimer Demenz könnte das BACE1-Gen (Beta site APP cleaving enzyme 1), das dort eine signifikante Expressionsabnahme zeigt, als solcher für dieses Patientenkollektiv diskutiert werden. Die häufig in dieser Arbeit im Hippocampus detektierten, signifikanten Expressionsänderungen, weisen zudem auf eine besondere Affektion dieser Hirnregion bei der Alzheimer Demenz als auch beim Morbus Parkinson hin. Des Weiteren werden in der vorliegenden Arbeit im Kleinhirn, einer Hirnregion, in der bei beiden Erkrankungen scheinbar kaum oder keine pathologischen Prozesse ablaufen, gehäuft und dann ähnliche Änderungen der Genexpression gemessen, die für eine Beteiligung des Kleinhirns bei beiden Krankheiten sprechen, deren Bedeutung bislang unklar ist.
The mechanisms of mechanical energy recovery during gait have been thoroughly investigated in healthy subjects, but never described in patients with Parkinson disease (PD). The aim of this study was to investigate whether such mechanisms are preserved in PD patients despite an altered pattern of locomotion. We consecutively enrolled 23 PD patients (mean age 64±9 years) with bilateral symptoms (H&Y ≥II) if able to walk unassisted in medication-off condition (overnight suspension of all dopaminergic drugs). Ten healthy subjects (mean age 62±3 years) walked both at their ‘preferred’ and ‘slow’ speeds, to match the whole range of PD velocities. Kinematic data were recorded by means of an optoelectronic motion analyzer. For each stride we computed spatio-temporal parameters, time-course and range of motion (ROM) of hip, knee and ankle joint angles. We also measured kinetic (Wk), potential (W\(_{p}\)), total (W\(_{totCM}\)) energy variations and the energy recovery index (ER). Along with PD progression, we found a significant correlation of W\(_{totCM}\) and W\(_{p}\) with knee ROM and in particular with knee extension in terminal stance phase. W\(_{k}\) and ER were instead mainly related to gait velocity. In PD subjects, the reduction of knee ROM significantly diminished both W\(_{p}\) and W\(_{totCM}\). Rehabilitation treatments should possibly integrate passive and active mobilization of knee to prevent a reduction of gait-related energetic components.
We investigated in vivo brain nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) distribution in cognitively intact subjects with Parkinson's disease (PD) at an early stage of the disease. Fourteen patients and 13 healthy subjects were imaged with single photon emission computed tomography and the radiotracer 5-[(123)I]iodo-3-[2(S)-2-azetidinylmethoxy]pyridine ([(123)I]5IA). Patients were selected according to several criteria, including short duration of motor signs (<7 years) and normal scores at an extensive neuropsychological evaluation. In PD patients, nAChR density was significantly higher in the putamen, the insular cortex and the supplementary motor area and lower in the caudate nucleus, the orbitofrontal cortex, and the middle temporal gyrus. Disease duration positively correlated with nAChR density in the putamen ipsilateral (ρ = 0.56, p < 0.05) but not contralateral (ρ = 0.49, p = 0.07) to the clinically most affected hemibody. We observed, for the first time in vivo, higher nAChR density in brain regions of the motor and limbic basal ganglia circuits of subjects with PD. Our findings support the notion of an up-regulated cholinergic activity at the striatal and possibly cortical level in cognitively intact PD patients at an early stage of disease.
Monoamine oxidase inhibitors (MAO-I) belong to the earliest drugs tried in Parkinson's disease (PD). They have been used with or without levodopa (L-DOPA). Non-selective MAO-I due to their side-effect/adverse reaction profile, like tranylcypromine have limited use in the treatment of depression in PD, while selective, reversible MAO-A inhibitors are recommended due to their easier clinical handling. For the treatment of akinesia and motor fluctuations selective irreversible MAO-B inhibitors selegiline and rasagiline are recommended. They are safe and well tolerated at the recommended daily doses. Their main differences are related to (1) metabolism, (2) interaction with CYP-enzymes and (3) quantitative properties at the molecular biological/genetic level. Rasagiline is more potent in clinical practise and has a hypothesis driven more favourable side effect/adverse reaction profile due to its metabolism to aminoindan. Both selegiline and rasagiline have a neuroprotective and neurorestaurative potential. A head-to head clinical trial would be of utmost interest from both the clinical outcome and a hypothesis-driven point of view. Selegiline is available as tablet and melting tablet for PD and as transdermal selegiline for depression, while rasagiline is marketed as tablet for PD. In general, the clinical use of MAO-I nowadays is underestimated. There should be more efforts to evaluate their clinical potency as antidepressants and antidementive drugs in addition to the final proof of their disease-modifying potential. In line with this are recent innovative developments of MAO-I plus inhibition of acetylcholine esterase for Alzheimer's disease as well as combined MAO-I and iron chelation for PD.