Visual cortical atrophy in retinitis pigmentosa patients with partially preserved vision: a voxel-based morphometry study

Abstract

Retinitis Pigmentosa is a group of hereditary retinal dystrophy disorders associated with progressive visual field loss. In the typical form, retinal degeneration starting at photoreceptors rods in the mid-periphery of the retina causes peripheral visual field defects. Twenty-seven patients and forty healthy controls were examined to determine whether progressive peripheral vision loss in Retinitis Pigmentosa patients with partially preserved vision leads to structural cortical changes. Retinal thickness and retinal nerve fiber layer (RNFL) thickness were assessed with optical coherence tomography (OCT). T1 high-resolution brain anatomical magnetic resonance images from each subject were obtained on a 3-T scanner and processed using SPM8. A whole brain voxel-wise statistical comparison of grey matter volume between the two groups was performed using two different contrasts (controls > patients and patients > controls). Significant statistical difference was found for retinal thickness (P < 0.05), but not for RNFL thickness (p > 0.05) between groups. Grey matter atrophy was observed in the left pericalcarine cortex, cuneus gyrus, posterior cingulate gyrus, right pericalcarine cortex and lingual gyrus (p < 0.001, uncorrected for multiple comparisons, at the whole brain level) of Retinitis Pigmentosa patients. Further analysis with a family-wise error (FWE) correction for multiple comparisons revealed grey matter atrophy in the left pericalcarine cortex, cuneus gyrus and lingual gyrus (p < 0.05). Grey matter hypertrophy was not observed. While the retinal thinning observed is consistent with photoreceptor degeneration, no evidence of structural alteration of RNFL was found. The locations of the grey matter atrophy in visual primary and association cortices are coincident with the profile of peripheral visual field deficit seen in Retinitis Pigmentosa. The cortical atrophy registered is likely to be a result of disuse-driven neuronal atrophy and/or transneuronal degeneration of the visual pathway. These findings may have clinical implications for disease management. A Retinopatia Pigmentar é um grupo de distúrbios hereditários de distrofia da retina associado a perda progressiva de campo visual. Na forma típica, a degeneração da retina que se inicia pelos fotoreceptores bastonetes na médio-periferia da retina causa defeitos periféricos de campo visual. Vinte e sete doentes e quarenta controlos saudáveis foram examinados para determinar se a perda progressiva de visão periférica nos doentes com Retinopatia Pigmentar com visão parcialmente preservada conduz a alterações estruturais corticais. As espessuras da retina e da camada de fibras nervosas da retina (CFNR) foram avaliadas com tomografia de coerência óptica (TCO). As imagens cerebrais anatómicas de ressonância magnética de cada participante foram obtidas num scanner 3-T utilizando a sequência T1 de alta resolução e processadas usando o SPM8. Foi realizada uma comparação estatística voxel-a-voxel do volume de matéria cinzenta entre os dois grupos, examinando todo o cérebro, usando dois contrastes simétricos (controlos > doentes e doentes > controlos). Foi encontrada uma diferença estatística significativa para a espessura da retina entre os grupos (p < 0.05) , mas não para a espessura da CFNR (p > 0.05). Na análise exploratória inicial, foi observada atrofia de matéria cinzenta no córtex pericalcarino esquerdo, giro cúneos, giro cingulado posterior, córtex pericalcarino direito e giro lingual (p < 0.001, com correção apenas para clusters de 100 vóxeis) dos doentes com Retinopatia Pigmentar. Uma análise confirmatória subsequente com correção para comparações múltiplas “family-wise error” (FWE) demonstrou atrofia de matéria cinzenta no córtex pericalcarino esquerdo, giro cúneos e giro lingual (p < 0.05). Não foi observada hipertrofia de matéria cinzenta. Enquanto que a redução da espessura da retina observada é consistente com a degeneração de fotoreceptores, não foi encontrada evidência de alteração estrutural da CFNR. A localização das áreas de atrofia de matéria cinzenta nos córtex visuais primário e de associação coincidem com o perfil de défice periférico de campo visual observado na Retinopatia Pigmentar. A atrofia cortical observada é provavelmente um resultado de atrofia neuronal induzida pelo desuso e/ou degeneração transneuronal da via visual. Estes achados podem ter implicações clínicas no controlo da patologia.