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Application of Functional MRI in Parkinson’s Disease and Default Mode Network: Review of the Literature

Published online by Cambridge University Press:  19 May 2025

Zain A. Khan
Affiliation:
Faculty of Kinesiology and Health Studies, University of Regina, Regina, SK, Canada
M. Abdullah Shafiq
Affiliation:
College of Medicine, University of Saskatchewan Regina Campus, Regina, SK, Canada
Jyotpal Singh
Affiliation:
Faculty of Kinesiology and Health Studies, University of Regina, Regina, SK, Canada
Ziaur Rehman
Affiliation:
Department of Medicine, University of Saskatchewan, Regina, SK, Canada
Holly A. Bardutz*
Affiliation:
Faculty of Kinesiology and Health Studies, University of Regina, Regina, SK, Canada
*
Corresponding author: Holly A. Bardutz; Email: Holly.Bardutz@uregina.ca
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Parkinson’s disease (PD) has become the second most prominent neurogenerative disorder relating to aging individuals. PD involves the loss of neurons containing dopamine in the midbrain and leads to a number of motor issues as well as non-motor complications such as cognitive and psychological abnormalities. The default mode network (DMN) is a complex brain network primarily active during rest and serves multiple roles relating to memory, self-referential processing, social cognition and consciousness and awareness. Multiple brain regions are involved in the DMN such as the medial prefrontal cortex (mPFC), the posterior cingulate cortex (PCC), the inferior parietal lobule, the precuneus and the lateral temporal cortex. Normal DMN connectivity is vital to preserving consciousness and self-awareness. Neurological pathologies such as PD disrupt DMN connectivity, leading to complex issues. Functional MRI (fMRI) is a neuroimaging modality used to observe brain activity through measuring blood flow differences as it relates to brain activity. DMN connectivity experiments using fMRI find that individuals with PD exhibit impaired DMN connectivity in specific regions including the PCC, mPFC and the precuneus. Individuals with greater PD motor symptoms have also been found to suffer larger alterations in DMN connections anatomically within the frontal lobe and PCC. While fMRI has been utilized as a tool to explore the relationship between PD patients and DMN connectivity, future research should look to develop a better understanding of the specific mechanisms of action that drive this link between DMN abnormality and PD severity.

Résumé

RÉSUMÉ

Application de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle à la maladie de Parkinson et au réseau du mode par défaut : une revue de la littérature.

La maladie de Parkinson (MP) est devenue le deuxième trouble neuro-dégénératif [GB1] le plus important chez les personnes vieillissantes. La MP sous-tend la perte de neurones contenant de la dopamine dans le mésencéphale et entraîne un certain nombre de problèmes moteurs ainsi que des complications non motrices telles que des anomalies cognitives et psychologiques. Le réseau du mode par défaut (RMD) est un réseau cérébral complexe, principalement actif au repos, qui joue de multiples rôles dans la mémoire, le traitement autoréférentiel, la cognition sociale, la conscience et l’éveil. De nombreux composants cérébraux sont par ailleurs impliqués dans le RMD, tels que le cortex préfrontal médian (CPFM), le cortex cingulaire postérieur (CCP), le lobule pariétal inférieur (LPI), le précuneus et le cortex temporal latéral (CTL). La connectivité normale du RMD est essentielle à la préservation de la conscience et de la conscience de soi. Les pathologies neurologiques telles que la MP perturbent la connectivité du RMD, ce qui entraîne des problèmes complexes. L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est un dispositif de neuro-imagerie utilisé pour observer l’activité cérébrale en mesurant les différences de flux sanguin en relation avec l’activité cérébrale. Les expériences sur la connectivité du RMD réalisées à l’aide de l’IRMf montrent que les personnes atteintes de la MP donnent à voir une altération de la connectivité du RMD dans des régions spécifiques, notamment le CCP, le CPFM et le précuneus. On a également constaté que les personnes présentant les symptômes moteurs les plus marqués de la MP souffraient d’altérations plus importantes des connexions du RMD au niveau anatomique dans le lobe frontal et le CCP. Bien que l’IRMf ait été utilisée comme outil pour explorer la relation entre les patients atteints de la MP et la connectivité du RMD, des recherches futures devraient viser à mieux comprendre les mécanismes d’action spécifiques à l’origine du lien entre les anomalies du RMD et la gravité de la MP.

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Review Article
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© The Author(s), 2025. Published by Cambridge University Press on behalf of Canadian Neurological Sciences Federation
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Table 1. Observing alterations in DMN connectivity using fMRI for PD patients