Analiza uogólnionej interakcji psychofizjologicznej (PPI) łączności związanej z pamięcią u osób z genetycznym ryzykiem choroby Alzheimera

Summary

Ten manuskrypt opisuje, jak przeprowadzić analizę interakcji psychofizjologicznej, aby ujawnić zależne od zadania zmiany funkcjonalnej łączności między wybranym regionem nasiennym a wokselami w innych regionach mózgu. Analiza interakcji psychofizjologicznych jest popularną metodą badania wpływu zadań na łączność mózgową, w odróżnieniu od tradycyjnych efektów aktywacji jednowymiarowej.

Abstract

W neuroobrazowaniu, funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) mierzy sygnał zależny od poziomu natlenienia krwi (BOLD) w mózgu. Stopień korelacji sygnału BOLD w przestrzennie niezależnych obszarach mózgu określa funkcjonalną łączność tych regionów. Podczas zadania poznawczego fMRI analiza interakcji psychofizjologicznej (PPI) może być wykorzystana do zbadania zmian w łączności funkcjonalnej w określonych kontekstach zdefiniowanych przez zadanie poznawcze. Przykładem takiego zadania jest takie, które angażuje system pamięci, prosząc uczestników o nauczenie się par niepowiązanych ze sobą słów (kodowanie) i przypomnienie sobie drugiego słowa w parze, gdy przedstawiono mu pierwsze słowo (odzyskiwanie). W niniejszym badaniu wykorzystaliśmy ten rodzaj zadania pamięci asocjacyjnej i uogólnioną analizę PPI (gPPI), aby porównać zmiany w połączeniach hipokampa u osób starszych, które są nosicielami genetycznego czynnika ryzyka choroby Alzheimera (AD) apolipoproteiny-E epsilon-4 (APOEε4). W szczególności pokazujemy, że funkcjonalna łączność podregionów hipokampa zmienia się podczas kodowania i odzyskiwania, dwóch aktywnych faz zadania pamięci asocjacyjnej. Zależne od kontekstu zmiany w funkcjonalnej łączności hipokampa różniły się istotnie u nosicieli APOEε4 w porównaniu z osobami niebędącymi nosicielami. Analizy PPI umożliwiają zbadanie zmian w łączności funkcjonalnej, odrębnych od jednowymiarowych efektów głównych, oraz porównanie tych zmian między grupami. W związku z tym analiza PPI może ujawnić złożone efekty zadań w określonych kohortach, których tradycyjne metody jednowymiarowe nie uwzględniają. Analizy PPI nie są jednak w stanie określić kierunkowości ani przyczynowości między funkcjonalnie połączonymi regionami. Niemniej jednak analizy PPI dostarczają potężnych środków do generowania konkretnych hipotez dotyczących zależności funkcjonalnych, które można testować za pomocą modeli przyczynowych. Ponieważ mózg jest coraz częściej opisywany w kategoriach połączeń i sieci, PPI jest ważną metodą analizy danych z zadań fMRI, która jest zgodna z obecną koncepcją ludzkiego mózgu.

Introduction

Termin "konektom" został ukuty w 2005 roku, co oznacza zmianę paradygmatu w neurobiologii, która trwa do dziś¹. Mózg jest coraz częściej opisywany w kategoriach sieci funkcjonalnych, połączeń i interakcji między regionami na dużą skalę. Niemniej jednak nakreślenie regionalnej specjalizacji funkcjonalnej i powiązania między aktywnością mierzoną za pomocą fMRI a wymaganiami zadaniowymi są nadal ważnymi i użytecznymi podejściami. W świetle rosnącego zainteresowania konektomomiką, coraz większą popularnością zyskują podejścia oparte na łączności funkcjonalnej do analizy fMRI. Jednym z podejść do pomiaru zmian łączności funkcjonalnej w zależności od....

Protocol

Niniejsze badanie zostało przeprowadzone zgodnie z protokołami UCLA Institutional Review Board (IRB) i zatwierdzone przez UCLA Human Subject Protection Committee. Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę w celu wzięcia udziału w tym badaniu.

1. Wybór uczestnika

1. Uzyskanie zgody IRB na przeprowadzenie badania.
2. Badaj osoby w wieku 55 lat i starsze pod kątem pogorszenia funkcji poznawczych za pomocą standaryzowanej baterii neuropsychologicznej. Uwzględnij testy Inteligencji Ogólnej (Podtesty WAIS-III)¹³, Płynność (Owoce i Warzywa)¹⁴, Uwaga (cyfry do przodu i do tyłu....

Results

Z dwoma różnymi fazami aktywnego zadania (kodowanie i pobieranie) oraz dwoma regionami nasiennymi (przedni i tylny hipokamp) istnieją cztery warunki do raportowania wyników dla każdej grupy. Mapy aktywacji zadań wewnątrzgrupowych (nie pokazane tutaj, patrz Harrison i in., 2016¹²) pokazują, że płat potyliczny, kora słuchowa, duże obszary płata ciemieniowego, czołowe obszary językowe, górny zakręt skroniowy i jądro ogoniaste (bardziej wyraźne podczas pobiera.......

Discussion

Wczesne badania fMRI oparte na zadaniach miały na celu odkrycie statystycznych zależności między określonymi procesami poznawczymi lub wymaganiami a zmianami sygnału BOLD w stosunku do pomiaru podstawowego. To tradycyjne podejście jest przydatne do identyfikacji określonych regionów mózgu, w których aktywność jest modulowana przez zadanie eksperymentalne. W przeciwieństwie do tego, analiza PPI dotyczy głównie modulacji funkcjonalnej łączności lub synchronizacji aktywności, która wynika z procesu poznawczego wywołanego za.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Skaner rezonansu monetycznego 3T	Siemens Medical Solutions	MAGNETOM Trio, A Tim System	Skaner MRI 3T
FSL (biblioteka oprogramowania FMRIB)	Uniwersytet Oksfordzki	w wersji 6.0	Oprogramowanie do funkcjonalnego przetwarzania obrazowania
AFNI (Analiza funkcjonalnego neuroobrazowania)	National Institute of Mental Health, National Institutes of Health	Dowolna wersja po maju 2015	r.Oprogramowanie do funkcjonalnego przetwarzania obrazowania
SPM8 (statystyczne mapowanie parametryczne)	University College of London	SPM8	Oprogramowanie do funkcjonalnego przetwarzania obrazowania Oprogramowanie
Matlab	Mathworks, Inc	Wersja R2012a	Oprogramowanie komputerowe
Oprogramowanie SDS	Applied Biosystems, Inc	7900HT Szybki system PCR	czasie rzeczywistym PCR w czasie rzeczywistym
Testy Taqmana	ThermoFisher Naukowe	specyficzne dla	SNP Genotypowanie SNP