About the relevance of the hippocampus in schizophrenia and bipolar disorders - a study based on magnetic resonance imaging

HINTERGRUND: Aufgrund der Symptomatik und der kognitiven Defizite, mit denen bipolare affektive Störungen und Schizophrenie einhergehen, wird eine funktionelle Beteiligung der Hippocampusformation an den Pathomechanismen dieser Erkrankungen angenommen. In Hinblick auf hippokampale Volumenveränderungen finden sich in der Literatur jedoch inhomogene Angaben. Eine mögliche Erklärung dafür ist in heterogenen Patientenkollektiven zu vermuten. Daher ist es notwendig, neben der jeweiligen Diagnose, weitere Variablen als mögliche Einflussfaktoren der Hippocampusvolumina zu untersuchen.METHODIK: Für die Auswertung hochauflösender MRT-Scans kam ein neu entwickeltes Messprotokoll zum Einsatz. Die Hippocampusvolumina sowie das Gesamtvolumen der grauen Substanz von 38 Patienten mit einer Bipolar-I-Störung, 41 Patienten mit der Erstmanifestation einer schizophrenen Psychose und 53 gesunden Kontrollprobanden wurden ermittelt und miteinander verglichen. Die drei Gruppen wurden parallelisiert nach Alter, Geschlecht, Händigkeit und Bildungsdauer. Für alle Patienten sowie für die gesunden Kontrollprobanden wurden Informationen über Krankheitsverlauf, Medikation sowie neuropsychologische Testergebnisse generiert. Anschließend wurde die Korrelation zwischen diesen Informationen, den Testergebnissen und den ermittelten Volumina untersucht.ERGEBNISSE: Das Messprotokoll zeichnete sich durch eine hohe Intra- und Interraterreliabilität aus. Für die Patienten mit einer Bipolar-I-Störung wurde keine signifikante Volumenabweichung der Hippocampi nachgewiesen. Im Rahmen der neuropsychologischen Testung konnte eine schwächere Lernleistung festgestellt werden. Innerhalb der bipolaren Patientengruppe zeigte sich keine Korrelation zwischen Patienteninformationen und Hippocampusvolumina. Das überraschende Fehlen einer Korrelation zwischen Hippocampusvolumina und Einflussfaktoren wie etwa Einnahme von Lithium oder Neuroleptika oder Vorhandensein psychotischer Symptome könnte durch ungenügende Subgruppengrößen b edingt sein. Die Patientengruppe mit einer schizophrenen Erstmanifestation zeigte ein Volumendefizit des linken Hippocampus. Sie erreichte signifikant schwächere Testergebnisse in nahezu allen Bereichen der neuropsychologischen Testung, wobei eine Korrelation zwischen dem linken Hippocampusvolumen und der Lernleistung nachgewiesen wurde. Zudem konnte ein signifikanter Zusammenhang zwischen den Hippocampusvolumina und der Bewertung anhand der Positiv- und Negativ-Syndrom-Skala (PANSS) festgestellt werden.FAZIT: Lediglich für die Patientengruppe mit der Erstmanifestation einer Schizophrenie konnte ein signifikantes Volumendefizit des linken Hippocampus nachgewiesen werden, nicht jedoch für die Bipolar-I-Patienten. Für die Schizophreniepatienten wurde zudem eine Korrelation zwischen Hippocampusvolumina, Lernleistung und Punktwert auf der PANSS nachgewiesen. Diese Ergebnisse weisen auf eine Beteiligung des Hippocampus an der Pathogenese der Schizophrenie hin. Zudem verdeutlichen sie einen Zusammenhang zwischen dem verbalen Gedächtnis und der hippocampalen Integrität bei Patienten mit Schizophrenie. Unsere Resultate legen die Notwendigkeit einheitlicher Patientenkollektive für die Untersuchung hirnmorphologischer Veränderungen nahe. Die fehlende Korrelation zwischen Einflussfaktoren wie etwa Einnahme von Lithium oder Neuroleptika oder Vorhandensein psychotischer Symptome und den Hippocampusvolumina für manisch-depressive Patienten sollten in nachfolgenden Studien, an größeren Probandenkollektiven, weitergehend untersucht werden.BACKGROUND: Bipolar disorders and schizophrenia are accompanied by symptoms and cognitive impairments that suggest a functional participation of the hippocampus in the pathomechanism of these deseases. There is however inhomogeneous evidence about changes in hippocampal volumes. An explanation for this inconsistency may be heterogeneity in patient populations in clinical studies. To account for this, it is necessary to investigate additional variables as potentially influencing factors besides the patient s diagnosis.METHODS: We developed a new measurement report to analyse high-resolution MRI-Scans. We measured the hippocampal volumes and the total volume of grey matter of 38 bipolar-I-disorder patients, 41 first-episode schizophrenia patients and 53 healthy control subjects and compared them with each other. The three groups were matched by age, gender, handedness and years of education. For all patients and control subjects we have information about course of desease, medication and results of neuropsychological tests. We examined the correlation between this information, test scores and volumes.RESULTS: The measurement report was characterised by a high intrarater and interrater reliability. There was no significant volume anomaly of the hippocampi for bipolar-I-disorder patients. In the neuropsychological tests they showed poorer learning efficiency. Within the group of bipolar-I-disorder patients there was no correlation between patient background information and hippocampal volumes. The surprisingly missing correlation between hippocampal volumes and factors such as taking lithium or neuroleptics or existence of psychotic symptoms may be due to insufficient group sizes. For first-episode schizophrenia patients we found a volume deficieny in the left hippocampus. They achieved significantly poorer results in almost all parts of the neuropsychological tests. We found a significant correlation between this volume deficiency and learning efficiency. Furthermore there was a significant correla tion between the hippocampal volumes and the assessment on the basis of the Positive and Negative Syndrome Scale (PANSS).CONCLUSION: Only for first-episode schizophrenia patients we found a significant volume deficiency in left hippocampus but not for bipolar-I-disorder patients. For schizophrenia patients we found a correlation between hippocampal volumes, learning efficiency and the PANSS-score. These results suggest there is some participation of the hippocampus in the pathogenesis of schizophrenia. Beside this our results point to a relationship between verbal memory and hippocampal integrity for schizophrenia patients. Our findings suggest that it is important to control for heterogeneity in patient population in studies of brain-morphological changes. The missing correlation between factors such as taking lithium or neuroleptics or existence of psychotic symptoms and hippocampal volumes for bipolar-I-disorder Patients calls for additional investigation in future studies