Microstructural changes in the brain in persons with mild COVID-19

Cover Page

Cite item

Abstract

BACKGROUND: The purpose of which was to investigate, using voxel-based MR morphometry, changes in the volume of brain structures in persons who had undergone a new coronavirus disease.

MATERIALS AND METHODS: 34 patients with mild COVID-19 between 4 months and one year were examined. All study participants were scanned at two time points: before COVID-19 infection and re-imaging after infection. The comparison group consisted of 30 healthy volunteers who did not have COVID-19 and were comparable in terms of sex, age, timing and MRI protocol.

RESULTS: In the main and control groups a significant increase in the volume of individual segments of the large hemisphere cortex, subcortical gray matter, and white matter of the brain was detected. Signs of atrophic process were registered in the cerebellar cortex and left frontal lobe. In the main group there was an increase of cortical volume practically in all cerebral lobes with some emphasis on the posterior parts of the right hemisphere. When analyzing changes of subcortical gray matter in the main group, there was reliable (p ≤ 0.05) increase of its total volume due to left caudate nucleus, pale ball, right amygdala body and ventral diencephalon. Increased volume of white matter of the brain in COVID-19 patients was detected in the left isthmus and rostral part of the right cingulate gyrus, left paracentral lobe, and right precuneus.

CONCLUSION: the cerebellum is affected quite early by SARS-CoV-2, as we recorded atrophic changes in its cortex at 4–12 months. In COVID-19, the microstructural integrity, predominantly of gray matter and other brain segments, is impaired. Increased volume of these structures indicates the duration of the inflammatory process. An increase in the volume of these structures may indicate the duration of the inflammatory process.

About the authors

Larisa V. Lukina

V.M. Bekhterev National Medical Research Center of psychiatry and neurology

Author for correspondence.
Email: larisalu@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8500-7268
SPIN-code: 4693-5577
Scopus Author ID: 16520904200
ResearcherId: ААК-5570-2021

M.D., Ph.D. (Medicine), Senior Researcher; address

Russian Federation, Saint Petersburg

Natalia I Ananieva

V.M. Bekhterev National Medical Research Center of psychiatry and neurology

Email: ananieva_n@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7087-0437
SPIN-code: 2924-5761
Scopus Author ID: 25623015500
ResearcherId: О-8903-2014

M.D., D.Sc. (Medicine), Рrofessor

Russian Federation, Saint Petersburg

Natalia Yu. Safonova

V.M. Bekhterev National Medical Research Center of psychiatry and neurology

Email: astarta@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5847-4936
SPIN-code: 9233-4754
Scopus Author ID: 57208056100
ResearcherId: AAJ-6703-2020

M.D., Ph.D. (Medicine), Senior Researcher

Russian Federation, Saint Petersburg

Yan А. Ershov

V.M. Bekhterev National Medical Research Center of psychiatry and neurology

Email: boarboar123@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2258-2131
SPIN-code: 7404-8401
ResearcherId: CAA-2212-2022

assistant-researcher

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Siddiqui R, Mungroo MR, Khan NA. SARS-CoV-2 invasion of the central nervous: a brief review. Hosp Pract (1995). 2021;49(3): 157–163. doi: 10.1080/21548331.2021.1887677
  2. Lou JJ, Movassaghi M, Gordy D, et al. Neuropathology of COVID-19 (neuro-COVID): clinicopathological update. Free Neuropathol. 2021;2:2. doi: 10.17879/freeneuropathology-2021-2993
  3. Parsons N, Outsikas A, Parish A, et al. Modelling the Anatomic Distribution of Neurologic Events in Patients with COVID-19: A Systematic Review of MRI Findings. AJNR Am J Neuroradiol. 2021;42(7):1190–1195. doi: 10.3174/ajnr.A7113
  4. Guedj E, Million M, Dudouet P, et al. 18F-FDG brain PET hypometabolism in post-SARS-CoV-2 infection: substrate for persistent/delayed disorders? Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2021;48(2):592–595. doi: 10.1007/s00259-020-04973-x
  5. Hafiz R, Gandhi TK, Mishra S, et al. Assessing functional connectivity differences and work-related fatigue in surviving COVID-negative patients. bioRxiv. 2022;2022.02.01.478677. Preprint. doi: 10.1101/2022.02.01.478677
  6. Matschke J, Lütgehetmann M, Hagel C, et al. Neuropathology of patients with COVID-19 in Germany: a post-mortem case series. Lancet Neurol. 2020;19(11):919–929. doi: 10.1016/S1474-4422(20)30308-2
  7. Kirschenbaum D, Imbach LL, Rushing EJ, et al. Intracerebral endotheliitis and microbleeds are neuropathological features of COVID-19. Neuropathol Appl Neurobiol. 2021;47(3):454–459. doi: 10.1111/nan.12677
  8. Al-Dalahmah O, Thakur KT, Nordvig AS, et al. Neuronophagia and microglial nodules in a SARS-CoV-2 patient with cerebellar hemorrhage. Acta Neuropathol Commun. 2020;8(1):147. doi: 10.1186/s40478-020-01024-2
  9. Vidal E, López-Figueroa C, Rodon J, et al. Chronological brain lesions after SARS-CoV-2 infection in hACE2-transgenic mice. Vet Pathol. 2022;59(4):613–626. doi: 10.1177/03009858211066841
  10. Lu Y, Li X, Geng D, et al. Cerebral Micro-Structural Changes in COVID-19 Patients — An MRI-based 3-month Follow-up Study. EClinicalMedicine. 2020;25:100484. doi: 10.1016/j.eclinm.2020.100484
  11. Diedrichsen J, King M, Hernandez-Castillo C, et al. Universal Transform or Multiple Functionality? Understanding the Contribution of the Human Cerebellum across Task Domains. Neuron. 2019;102(5):918–928. doi: 10.1016/j.neuron.2019.04.021
  12. Strick PL, Dum RP, Fiez JA. Cerebellum and nonmotor function. Annu Rev Neurosci. 2009;32:413–434. doi: 10.1146/annurev.neuro.31.060407.125606
  13. Clark SV, Semmel ES, Aleksonis HA, et al. Cerebellar-Subcortical-Cortical Systems as Modulators of Cognitive Functions. Neuropsychol Rev. 2021;31(3):422–446. doi: 10.1007/s11065-020-09465-1
  14. Saab CY, Willis WD. The cerebellum: organization, functions and its role in nociception. Brain Res Brain Res Rev. 2003;42(1):85–95. doi: 10.1016/s0165-0173(03)00151-6
  15. Salmi J, Pallesen KJ, Neuvonen T, et al. Cognitive and motor loops of the human cerebro-cerebellar system. J CognNeurosci. 2010;22(11):2663–2676. doi: 10.1162/jocn.2009.21382
  16. Strick PL, Dum RP, Fiez JA. Cerebellum and nonmotor function. Annu Rev Neurosci. 2009;32:413–434. doi: 10.1146/annurev.neuro.31.060407.125606
  17. Siddiqui R, Mungroo MR, Khan NA. SARS-CoV-2 invasion of the central nervous: a brief review. HospPract. 1995;2021(49):157–163. doi: 10.1080/21548331.2021.1887677
  18. Colombo D, Falasca L, Marchioni L, et al. Neuropathology and inflammatory cell characterization in 10 autoptic COVID-19 brains. Cells. 2021;10(9):2262. doi: 10.3390/cells10092262
  19. Malik P, Patel K, Akrmah M, et al. COVID-19: a disease with a potpourri of histopathologic findings — a literature review and comparison to the closely related SARS and MERS. SN Compr Clin Med. 2021;3(12):2407–2434. doi: 10.1007/s42399-021-01029-5

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Complaints of patients who had a history of COVID-19

Download (140KB)
3. Fig. 2. Reduction of the cerebellar cortex volume

Download (127KB)
4. Fig. 3. Distribution of changes in the cortical gray matter in the main group. Significance of differences in changes in the brain volume: * p ≤ 0.05; ** p ≤ 0.01

Download (205KB)

Copyright (c) 2022 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».