GABA levels relate to BOLD signal in Neurofibromatosis Type 1

Abstract

A neurofibromatose Tipo 1 (NF1) é uma doença autossómica dominante na qual os níveis de ácido gama-aminobutírico (GABA) estão reduzidos em várias regiões cerebrais e cujas manifestações clínicas incluem alterações da motricidade. Este estudo investiga, pela primeira vez, a relação entre os níveis de GABA do córtex motor primário (M1) dominante e a atividade funcional de ambos os M1s e do cerebelo durante uma tarefa motora na NF1. Vinte e um participantes com NF1 e vinte controlos executaram movimentos síncronos e assíncronos com os dedos indicadores a ritmos crescentes (1 Hz, 3 Hz e 5 Hz). Os níveis de GABA foram medidos no M1 dominante por espetroscopia de ressonância magnética (MRS) e a atividade funcional de ambos os M1s e do cerebelo foi avaliada por ressonância magnética funcional (fMRI). Depois, investigámos a existência de uma correlação entre os níveis de GABA e a atividade fMRI em cada grupo. Este estudo mostrou que o sinal dependente do nível de oxigenação sanguínea (BOLD) é significativamente mais elevado no grupo NF1 do que no grupo controlo em ambos os M1s e no cerebelo. No movimento assíncrono, os níveis de GABA correlacionaram-se positivamente com a atividade fMRI em ambos os M1s dos doentes com NF1. Essa relação ocorreu sobretudo nos ritmos de tapping mais elevados e não foi observada no grupo controlo. Para além disso, os níveis BOLD do M1 não-dominante espelharam os do M1 dominante no grupo NF1. Em conclusão, alterações neuroquímicas e/ou funcionais no M1 e no cerebelo poderão ser a causa da diminuição das capacidades motoras observadas na NF1, devendo, por isso, ser objeto de estudos adicionais no futuro.

Neurofibromatosis Type 1 (NF1) is a common autosomal dominant disorder with reduced gamma-aminobutyric acid (GABA) levels in several brain regions and whose clinical manifestations include motor deficits. This study investigates for the first time the relation between GABA levels of the dominant primary motor cortex (M1) and the functional activity of both M1s and the cerebellum during a motor task in NF1. Twenty-one NF1 subjects and twenty controls executed a finger-tapping task with synchronous and asynchronous movements at increasing rhythms (1 Hz, 3 Hz, and 5 Hz). GABA levels were measured in the dominant M1 using magnetic resonance spectroscopy (MRS) and the functional activity of both M1s and cerebellum was evaluated using functional magnetic resonance imaging (fMRI). We then investigated the existence of a correlation between GABA levels and fMRI activity in each group. This study showed blood-oxygen-level-dependent (BOLD) signal to be significantly higher in the NF1 group compared to the control group in both M1s and the cerebellum. At asynchronous tapping, GABA levels of the dominant M1 positively correlated with the fMRI activity in both M1s of NF1 patients. That was mainly verified at the highest rhythms of tapping and it was not observed in the control group. In addition, the non-dominant M1 BOLD levels mirrored the dominant M1 in the NF1 group. In conclusion, neurochemical and activity changes in the M1 and the cerebellum may underlie the motor deficits observed in NF1 patients, which should be further addressed in future studies.