Brain imaging and cognitive dysfunctions in Huntington’s disease

Brain imaging and cognitive dysfunctions in Huntington's disease

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J Psychiatry Neurosci 2006;31(1):21-9

Alonso Montoya, MD; Bruce H. Price, MD; Matthew Menear, BSc; Martin Lepage, PhD

Montoya, Menear, Lepage — Brain Imaging Group, Douglas Hospital Research Centre, McGill University, Montréal, Que.; Price — Departments of Neurology, McLean Hospital and Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, Mass.

Abstract

Recent decades have seen tremendous growth in our understanding of the cognitive dysfunctions observed in Huntington’s disease (HD). Advances in neuroimaging have contributed greatly to this growth. We reviewed the role that structural and functional neuroimaging techniques have played in elucidating the cerebral bases of the cognitive deficits associated with HD. We conducted a computerbased search using PubMed and PsycINFO databases to retrieve studies of patients with HD published between 1965 and December 2004 that reported measures on cognitive tasks and used neuroimaging techniques. Structural neuroimaging has provided important evidence of morphological brain changes in HD. Striatal and cortical atrophy are the most common findings, and they correlate with cognitive deficits in attention, working memory and executive functions. Functional studies have also demonstrated correlations between striatal dysfunction and cognitive performance. Striatal hypoperfusion and decreased glucose utilization correlate with executive dysfunction. Hypometabolism also occurs throughout the cerebral cortex and correlates with performance on recognition memory, language and perceptual tests. Measures of presynaptic and postsynaptic dopamine biochemistry have also correlated with measurements of episodic memory, speed of processing and executive functioning. Aided by the results of numerous neuroimaging studies, it is becoming increasingly clear that cognitive deficits in HD involve abnormal connectivity between the basal ganglia and cortical areas. In the future, neuroimaging techniques may shed the most light on the pathophysiology of HD by defining neurodegenerative disease phenotypes as a valuable tool for knowing when patients become “symptomatic,” having been in a gene-positive presymptomatic state, and as a biomarker in following the disease, thereby providing a prospect for improved patient care.

Résumé

Au cours des dernières décennies, notre compréhension des dysfonctionnements cognitifs observés dans les cas de chorée de Huntington (CH) a beaucoup progressé. Les progrès de la neuro-imagerie ont contribué énormément à cette évolution. Nous avons étudié le rôle que les techniques de neuro-imagerie structurelle et fonctionnelle ont joué dans l’explication des bases cérébrales des déficits cognitifs associés à la CH. Nous avons effectué une recherche informatique dans les bases de données PubMed et PsycINFO pour en extraire des études portant sur des patients atteints de CH, qui ont été publiées entre 1965 et décembre 2004 et où l’on a signalé des mesures portant sur des tâches cognitives et utilisé des techniques de neuro-imagerie. La neuro-imagerie structurelle a produit des données importantes sur les changements morphologiques du cerveau provoqués par la CH. Les constatations les plus courantes sont une atrophie des corps striés et du cortex, qui est associée aux déficits cognitifs de l’attention, de la mémoire de travail et des fonctions d’exécution. Des études de fonction ont aussi démontré des liens entre le dysfonctionnement striatal et le rendement cognitif. L’hypoperfusion striatale et la diminution de l’utilisation du glucose sont reliés au dysfonctionnement de l’exécution. Il y a aussi hypométabolisme dans tout le cortex cérébral, ce qui est relié aux résultats de tests de mémoire de reconnaissance, de langue et de perception. On a aussi constaté des liens entre les mesures biochimiques de la dopamine présynaptique et postsynaptique et les mesures de la mémoire épisodique, de la rapidité de traitement et du fonctionnement d’exécution. Compte tenu des résultats de nombreuses études de neuroimagerie, il devient de plus en plus clair que les déficits cognitifs des patients atteints de CH mettent en cause une connectivité anormale entre les noyaux gris centraux et les régions corticales. À l’avenir, les techniques de neuro-imagerie pourront sans doute expliquer le mieux la pathophysiologie de la CH en définissant les phénotypes des maladies neurodégénératives comme outil valable qui aide à savoir quand les patients deviennent « symptomatiques » après avoir été dans un état présymptomatique positif sur le plan génétique, et comme marqueur biologique permettant de suivre la maladie, ce qui permet d’envisager une amélioration du soin des patients.


Medical subject headings: brain imaging; cognition; functional neuroimaging; Huntington disease; structural neuroimaging.

Submitted June 6, 2005; Revised Sept. 28, 2005; Accepted Sept. 29, 2005

Correspondence to: Dr. Martin Lepage, Brain Imaging Group, Douglas Hospital Research Centre, 6875 LaSalle Blvd., Montréal QC H4H 1R3; martin.lepage@mcgill.ca