[논문 리뷰] Reduced structural connectivity between left auditory thalamus and the motion-sensitive planum temporale in developmental dyslexia

Nadja Tschentscher, Anja Ruisinger외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 11. 28.

Reading and Literacy Development참고 문헌 78인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 확률적 트락토그래피를 사용한 확산 텐서 영상(DTI)을 통해 발달성 난독증에서 왼쪽 청각 배경핵(중부 피질형체, MGB)과 운동 민감성 평면 시간체(mPT) 사이의 구조적 연결성을 조사한다. 연구에서는 난독증 남성에서 연결성이 감소한 것으로 나타났으며, 이는 청각 처리에서 대뇌피질-배경핵 기능 이상을 지지하지만, mPT-MGB 연결성과 빠른 이름 지정 점수 간의 상관관계는 난독증 환자에서는 관찰되지 않았다. 유일하게 유의미한 상관관계는 정상 발달자에서 관찰되었다.

ABSTRACT

Developmental dyslexia is characterized by the inability to acquire typical reading and writing skills. Dyslexia has been frequently linked to cerebral cortex alterations; however recent evidence also points towards sensory thalamus dysfunctions: dyslexics showed reduced responses in the left auditory thalamus (medial geniculate body, MGB) during speech processing in contrast to neurotypical readers. In addition, in the visual modality, dyslexics have reduced structural connectivity between the left visual thalamus (lateral geniculate nucleus, LGN) and V5/MT, a cerebral cortex region involved in visual movement processing. Higher LGN-V5/MT connectivity in dyslexics was associated with the faster rapid naming of letters and numbers (RANln), a measure that is highly correlated with reading proficiency. We here tested two hypotheses that were directly derived from these previous findings. First, we tested the hypothesis that dyslexics have reduced structural connectivity between the left MGB and the auditory motion-sensitive part of the left planum temporale (mPT). Second, we hypothesized that the amount of left mPT-MGB connectivity correlates with dyslexics RANln scores. Using diffusion tensor imaging based probabilistic tracking we show that male adults with developmental dyslexia have reduced structural connectivity between the left MGB and the left mPT, confirming the first hypothesis. Stronger left mPT-MGB connectivity was not associated with faster RANnl scores in dyslexics, but in neurotypical readers. Our findings provide first evidence that reduced cortico-thalamic connectivity in the auditory modality is a feature of developmental dyslexia, and that it may also impact on reading related cognitive abilities in neurotypical readers.

연구 동기 및 목표

• 발달성 난독증 환자가 왼쪽 청각 배경핵(MGB)과 운동 민감성 평면 시간체(mPT) 사이에 감소된 구조적 연결성을 보이는지 조사하기 위해.
• 왼쪽 MGB-mPT 연결성 강도가 독서 숙련도의 주요 예측 요소인 빠른 자동 이름 지정(RANln) 성능과 상관관계가 있는지 검증하기 위해.
• 이전에 보고된 난독증에서의 시각적 모ality를 초월해 청각 영역으로 확장된 감각적 배경핵 기능 이상을 확장하기 위해.
• 청각 경로에서의 대뇌피질-배경핵 연결성이 독서 관련 인지 능력의 개인적 차이를 어떻게 설명하는지 조사하기 위해.
• MGB-mPT 연결성과 RANln 간의 관계가 난독증 환자와 정상 발달자 간에 어떻게 다를지 규명하기 위해.

제안 방법

• 백색질 미세구조와 구조적 연결성을 평가하기 위해 확산 텐서 영상(DTI)을 사용하였다.
• 왼쪽 MGB와 왼쪽 mPT 사이의 구조적 경로를 재구성하기 위해 확률적 트락토그래피를 적용하였다.
• 발달적 및 성별 관련 변동성을 최소화하기 위해 발달성 난독증 환자와 정상 대조군의 남성 성인을 대상으로 하였다.
• 이전 기능적 뇌 영상 데이터를 바탕으로 mPT를 평면 시간체의 운동 민감성 영역으로 정의하였다.
• 연결성 강도를 MGB와 mPT 사이의 재구성된 경로를 따라 평균 부분적 이방성(FA)으로 측정하였다.
• 난독증 환자와 정상 발달자 간의 MGB-mPT 연결성을 비교하고, RANln 성능과의 연관성을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 발달성 난독증 환자에서 왼쪽 청각 배경핵(MGB)과 운동 민감성 평면 시간체(mPT) 사이의 구조적 연결성이 감소하는가?
• RQ2 발달성 난독증 환자에서 왼쪽 MGB-mPT 연결성 강도가 빠른 이름 지정(RANln) 성능과 상관관계가 있는가?
• RQ3 정상 발달자에서 왼쪽 MGB-mPT 연결성 강도가 RANln 성능과 상관관계가 있는가?
• RQ4 난독증 환자와 정상 발달자 간에 MGB-mPT 연결성과 RANln 간의 관계가 다른가?
• RQ5 난독증에서 MGB-mPT 연결성이 감소하는 것은 청각 모ality에서의 발달성 난독증에 대한 대뇌피질-배경핵 모델을 지지하는가?

주요 결과

• 발달성 난독증을 앓는 남성 성인은 정상 발달자에 비해 왼쪽 MGB와 왼쪽 mPT 사이의 구조적 연결성이 유의미하게 감소한 것으로 나타났다.
• 발달성 난독증 환자에서 왼쪽 MGB-mPT 연결성 강도는 RANln 성능과 유의미한 상관관계를 보이지 않았다.
• 반대로, 정상 발달자에서는 더 강한 왼쪽 MGB-mPT 연결성이 더 빠른 RANln 점수와 유의미하게 관련되어 있었다.
• 이 연구는 발달성 난독증에서 청각 경로에서의 대뇌피질-배경핵 연결성 감소에 대한 첫 번째 증거를 제공한다.
• 결과는 MGB-mPT 연결성이 독서 관련 인지 과정, 특히 정상 발달자에서 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다.
• 결과는 배경핵 기능 이상이 시각적 영역을 초월해 청각 감각 처리 경로로까지 확장되어 발달성 난독증에 기여할 수 있음을 지지한다.