Alpen Ortug, Department of Radiology, Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School Charlestown, MA 02129, United States e-mail: aortug@mgh.harvard.edu

Tractography Analysis of White Matter Pathways Associated with Speech Impairment in Parkinson's Disease                                    

Abstract

Purpose: Parkinson’s disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder affecting multiple systems. Speech disorders, stemming from motor and nonmotor deficits, affect up to 89% of PD patients. This study examines the arcuate fasciculus (AF) and frontal aslant tract (FAT), white matter pathways linked to verbal fluency, which have not been previously assessed in PD.

Methods: We included publicly available high-quality diffusion-weighted images (DWI) acquired with 120 gradient directions (b = 2500 s/mm²) from 27 PD patients (Age: 66 ± 8, 14 M, 13 F) and 26 age-, sex-, and education-matched controls (Age: 64 ± 8, 14 M, 12 F), processed using the Generalized Q-sampling Imaging (GQI) model (DSI Studio software) for white matter pathway reconstruction. The Automatic Fiber Tracking (AutoTrack) option in DSI Studio was used for virtual dissection of the AF and FAT. Diffusion metrics of mean diffusivity (MD), radial diffusivity (RD), axial diffusivity (AD), fractional anisotropy (FA), quantitative anisotropy (QA), and track volume measures were obtained and analyzed.

Results: No significant correlation was observed between quantitative anisotropy and verbal fluency measures across PD and control groups. However, male PD patients exhibited reduced left FAT volume and significantly lower QA in bilateral FAT and left AF. Microstructural changes in the FAT were observed in male PD patients, but no correlation was found between verbal fluency scores and QA.

Conclusion: Our results suggest a more severe impact on the microstructure of the FAT in male PD patients compared to females.

Keywords: diffusion MRI, parkinson's disorder, arcuate fasciculus, frontal aslant tract, speech impairment                         

Parkinson Hastalığında Konuşma Bozukluğu ile İlişkili Beyaz Cevher Yolaklarının Traktografi Analizi

Öz

Amaç: Parkinson hastalığı (PH), birden fazla sistemi etkileyen ilerleyici bir nörodejeneratif hastalıktır. Motor ve motor dışı defisitlerden kaynaklanan konuşma bozuklukları, PH hastalarının %89'unu etkiler. Bu çalışma, daha önce PH hastalarında değerlendirilmemiş, sözel akıcılıkla ilişkili beyaz cevher yolakları olan fasciculus arcuatus (AF) ve frontal aslant tractusunu (FAT) incelemektedir.

Yöntemler: Çalışmamıza, 27 PH (Yaş: 66 ± 8, 14 Erkek, 13 Kadın) ve 26 yaş, cinsiyet ve eğitim düzeyi eşleşmiş sağlıklı kontrole (Yaş: 64 ± 8, 14 Erkek, 12 Kadın) ait, açık erişimli difüzyon-ağırlıklı görüntü (DAG) (120 gradyan yönü, b = 2500 s/mm²) dahil edilmiştir. Beyaz cevher yolaklarının yapılandırılması Generalized Q-sampling Görüntüleme (GQI) modeli kullanılarak elde edilmiştir. AF ve FAT’ın sanal diseksiyonu için DSI Studio otomatik lif takibi (AutoTrack) seçeneği kullanılmıştır. Fraksiyonel anizotropi (FA), ortalama difüzyon (MD), aksiyal difüzyon (AD), radyal difüzyon (RD), kantitatif anizotropi (QA) ve traktus hacmi gibi difüzyon ölçümleri elde edilip analiz edilmiştir.

Bulgular: PH ve kontroller arasında kantitatif anizotropi ile sözel akıcılık ölçümleri arasında anlamlı bir korelasyon gözlemlenmemiştir. Bununla birlikte, erkek PH grubunda sol FAT hacminde azalma ve bilateral FAT ile sol AF'de anlamlı şekilde daha düşük QA değerleri tespit edilmiştir. FAT'taki mikro yapısal değişiklikler erkek PH grubunda gözlemlenmiş, ancak sözel akıcılık puanları ile QA arasında bir korelasyon bulunmamıştır.

Sonuç: Bulgularımız, erkek PH hastalarında FAT mikro yapısal yapısının kadınlara kıyasla daha şiddetli etkilendiğini göstermektedir.

Anahtar kelimeler: difüzyon MRG, Parkinson hastalığı, fasciculus arcuatus, frontal aslant tractusu, konuşma bozukluğu.                      

Dicle Med J  2025; 52 (1): 41-50

Doi: 10.5798/dicletip.1657276