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

Podsumowanie

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.

Streszczenie

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.

Wprowadzenie

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....

Protokół

Niniejsze badanie zostało przeprowadzone zgodnie z protokołami Instytucjonalnej Rady Przeglądowej (IRB) UCLA i zatwierdzone przez Komitet Ochrony Podmiotów Ludzkich UCLA. Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę na udział w tym badaniu.

1. Wybór uczestników

1. Uzyskać zgodę IRB na przeprowadzenie badania.
2. Przeprowadzić przesiewowy badanie osób w wieku 55 lat i starszych pod kątem zaburzeń poznawczych, wykorzystując zestandaryzowany zestaw testów neuropsychologicznych. Należy uwzględnić testy inteligencji ogólnej (podtesty WAIS-III)¹³, płynności mowy (owoce i warzywa)¹⁴

Wyniki

Przy dwóch różnych aktywnych fazach zadania (kodowanie i wydobywanie) oraz dwóch regionach ziarnowych (przednia i tylna część hipokampa) istnieją cztery warunki, dla których należy zaraportować wyniki dla każdej grupy. Mapy aktywacji zadania w obrębie grup (nie przedstawiono ich tutaj, patrz Harrison et al., 2016¹²) wykazują, że płat potyliczny, kora słuchowa, rozległe obszary płata ciemieniowego, czołowe ośrodki językowe, górny zakręt skroniowy oraz jądro.......

Dyskusja

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.......

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
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

w