Hostname: page-component-89b8bd64d-46n74 Total loading time: 0 Render date: 2026-05-07T03:31:44.982Z Has data issue: false hasContentIssue false

Is the Hypointensity in Motor Cortex the Hallmark of Amyotrophic Lateral Sclerosis?

Published online by Cambridge University Press:  06 February 2019

Marie Catherine Boll*
Affiliation:
Department of Neurology, Laboratory of Clinical Investigation, Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía MVS, Mexico City, Mexico
Oscar René Marrufo Meléndez
Affiliation:
Department of Neuroimaging, Instituto Nacional de Neurologia y Neurocirugia MVS, Mexico City, Mexico
Camilo Rios
Affiliation:
Department of Neurochemistry, Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía – MVS, Mexico City, Mexico
Jesus Maciel Zenil
Affiliation:
Laboratory of Clinical Investigation, Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía MVS, Mexico City, Mexico
Yara de Alba
Affiliation:
Laboratory of Clinical Investigation, Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía MVS, Mexico City, Mexico
*
Correspondence to: Marie Catherine Boll, Department of Neurology, Laboratory of Clinical Investigation, Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía MVS, Insurgentes Sur 3877, Col. La Fama, C.P. 14269, Mexico City, Mexico. Email: bollneur@gmail.com
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Abstract:

Background: Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a devastating disease that targets motor neurons. Upper motor neurons degeneration is pathologically characterized by brain iron accumulation. Signal attenuation in the shape of a ribbon at the posterior border of the precentral gyrus can be observed on conventional magnetic resonance imaging (MRI) sequences including T2-weighted sequence. Methods: With the aim to know the qualities of this potential marker of ALS, we conducted a prospective study. Patients with definite ALS in the age range of 40–70 years and healthy controls underwent 3T brain MRI using a standardized sequence. A second MRI was performed 18 months later under the same conditions in the patients with ALS. Results: Most of the patients with ALS (91.66%) exhibited a “black ribbon” (BR) with an average area of 79.98 mm3. Signal attenuation discriminated ALS with a mean value of 63.97 arbitrary units (AU) on the left BR (95% CI: 60.67–67.27), a mean value of 59.15 AU (95% CI: 54.78–63.53) on the right BR, and a significant difference with control subjects presenting a mean value of 107.85 AU (p < 0.001). The optimal cut-off point for differentiating patients with ALS from controls (sensitivity, 0.92; specificity, 0.93) was 83 AU. Forced vital capacity and muscle strength in the contralateral upper extremity were significantly correlated with the ribbon intensity in ALS. Patients who underwent a second study exhibited significant changes in the BR related to the rapid evolution of the disease. Conclusions: This marker represents a valuable tool for the selection of candidates and their follow-up in clinical trials.

Résumé:

L’hypo-intensité du cortex moteur est-elle une des caractéristiques de la sclérose latérale amyotrophique? Contexte: La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie dévastatrice qui affecte les neurones moteurs. Sur le plan pathologique, la dégénérescence de ces neurones est caractérisée par une accumulation de fer dans le cerveau. L’affaiblissement du potentiel nerveux lié à cette maladie prend la forme d’un ruban situé à la limite postérieure du gyrus précentral. Un tel symptôme peut être observé au moyen de séquences tirées d’examens d’IRM conventionnelle, ce qui inclut la pondération T2. Méthodes: Nous avons mené une étude prospective avec l’objectif de mieux connaître les propriétés de ce marqueur potentiel de la SLA. Ainsi, des patients clairement atteints de SLA et âgés de 40 à 70 ans, de même que des témoins en bonne santé, ont subi une IRM 3T en vertu d’une séquence conventionnelle. Dix-huit mois plus tard, dans les mêmes conditions, une deuxième IRM a été effectuée dans le cas des patients atteints de SLA. Résultats: La plupart de ces patients, soit 91,66 % d’entre eux, ont donné à voir une forme de « ruban noir » dont la superficie moyenne atteignait 79,98 mm3. L’affaiblissement du potentiel nerveux a aussi permis de distinguer la SLA, la valeur moyenne, en unités arbitraires (UA), étant de 63,97 pour la section gauche du « ruban noir » (IC 95 % : 60,67 - 67,27) et de 59,15 (IC 95 % : 54,78 - 63,53) pour la section droite de ce même ruban. Une différence notable a été observée par rapport aux témoins, ces derniers donnant à voir une valeur moyenne de 107,85 (UA) (p < 0,001). Pour distinguer les patients atteints de SLA et les témoins, nous avons aussi déterminé que la limite optimale d’inclusion se situait à 83 (UA) (sensibilité : 0,92 ; spécificité : 0,93). Tant la capacité vitale forcée (CVF) que la force musculaire du membre supérieur controlatéral se sont révélées fortement corrélées à l’intensité du ruban associé à la SLA. Les patients ayant participé à une deuxième étude ont quant à eux présenté des modifications importantes en ce qui a trait à ce ruban en raison de l’évolution accélérée de leur maladie. Conclusions: Ce marqueur représente donc un outil précieux en vue de la sélection et du suivi de candidats devant participer à des essais cliniques.

Information

Type
Original Article
Copyright
© 2019 The Canadian Journal of Neurological Sciences Inc. 
Figure 0

Figure 1: (A) Inter-rater reproducibility of signal intensity measurements in the region of interest performed by two physicians at separate institutions. Pearson’s coefficient is 0.95 (p < 0.001). (B) Relationship between visual interpretation of the black ribbon rated on a 4-point scale and signal intensity in arbitrary units (r = −0.818, p < 0.001).

Figure 1

Figure 2: (A) Contour detection of the right “black ribbon” (BR) to measure signal attenuation. (B) Receiver operating characteristic curve of signal intensity showing an area under the curve (AUC) of 0.951.

Figure 2

Figure 3: Three-dimensional view of the precentral black ribbon. This reconstruction is very useful to visualize the extent of the ribbon and its somatotopic representation.

Figure 3

Table 1: Clinical characteristics of participants

Figure 4

Figure 4: (A) Relationship between signal intensity in the right black ribbon and muscle strength in the contralateral arm in all subjects. Pearson’s coefficient is 0.578 (p < 0.001). (B) Correlation between signal intensity in the right black ribbon and strength in the left arm in the ALS group. Spearman’ rho is 0.380 (p = 0.020). (C) Relationship between signal intensity in the right black ribbon and forced vital capacity Spearman’ rho is 0.376 (p = 0.026).

Figure 5

Figure 5: Six axial cuts of the brain on T2* at inclusion and 18 months follow-up. On the left: initial measurements in three patients with ALS. On the right side (B,D,F): measurements under the same conditions 18 months later. You can notice the greater attenuation of the signal after the time interval.

Figure 6

Figure 6: Changes in signal intensity after 18 months. (A) Changes are significantly correlated with the deterioration index on the left figure (p = 0.008). (B) Right and left signal intensity measurements in BR at inclusion and after 18 months. A multivariable analysis detected significant changes between the time points (f = 6.96, p = 0.014).