Zastosowanie analizy przyczynowości Grangera ukierunkowanego związku funkcjonalnego w chorobie Alzheimera i łagodnych zaburzeniach poznawczych

Podsumowanie

Na podstawie obrazowania funkcjonalnego rezonansu magnetycznego w stanie spoczynku z analizą przyczynowości Granger, zbadaliśmy zmiany w ukierunkowanej funkcjonalnej łączności między tylną korą obręczy a całym mózgiem u pacjentów z chorobą Alzheimera (AD), pacjentów z łagodnymi zaburzeniami poznawczymi (MCI) i zdrowych osób z grupy kontrolnej.

Streszczenie

Upośledzona łączność funkcjonalna w sieci trybu domyślnego (DMN) może być zaangażowana w postęp choroby Alzheimera (AD). Kora obręczy tylnej (PCC) jest potencjalnym markerem obrazowym do monitorowania postępu choroby Alzheimera. Poprzednie badania nie koncentrowały się na funkcjonalnej łączności między PCC a węzłami w regionach poza DMN, ale nasze badanie jest próbą zbadania tych przeoczonych połączeń funkcjonalnych. Do zbierania danych wykorzystaliśmy funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) oraz analizę przyczynowości Grangera (GCA). fMRI zapewnia nieinwazyjną metodę badania dynamicznych interakcji między różnymi obszarami mózgu. GCA to test hipotezy statystycznej służący do określenia, czy jeden szereg czasowy jest przydatny w prognozowaniu innego. Mówiąc prościej, ocenia się to poprzez porównanie "Znane wszystkie informacje w ostatniej chwili, rozkład prawdopodobieństwa X w tym czasie" i "Znane wszystkie informacje w ostatniej chwili z wyjątkiem Y, rozkład prawdopodobieństwa X w tym czasie", aby określić, czy istnieje związek przyczynowy między Y i X. Definicja ta opiera się na pełnym źródle informacji i stacjonarnej sekwencji chronologicznej. Głównym krokiem tej analizy jest użycie X i Y do ustalenia równania regresji i narysowania związku przyczynowego za pomocą hipotetycznego testu. Ponieważ GCA może mierzyć skutki przyczynowe, wykorzystaliśmy go do zbadania anizotropii łączności funkcjonalnej i zbadania funkcji koncentratora PCC. W tym przypadku przebadaliśmy 116 uczestników pod kątem skanowania MRI, a po wstępnym przetworzeniu danych uzyskanych z neuroobrazowania, użyliśmy GCA do wyprowadzenia związku przyczynowego każdego węzła. Na koniec doszliśmy do wniosku, że ukierunkowany związek znacznie różni się między grupami z łagodnymi zaburzeniami poznawczymi (MCI) i AD, zarówno od PCC do całego mózgu, jak i od całego mózgu do PCC.

Wprowadzenie

AD to choroba zwyrodnieniowa ośrodkowego układu nerwowego, którą można zdiagnozować za pomocą histopatologii, elektrofizjologii i neuroobrazowania¹. DMN związany z pamięcią jest istotnym systemem oddziałujących na siebie obszarów mózgu związanych z chorobą Alzheimera, a jego nieprawidłowa funkcja jest charakterystyczna dla AD^2,3. PCC jest ważnym regionem tradycyjnej sieci domyślnej w stanie spoczynku i odgrywa kluczową rolę w pamięci epizodycznej, uwadze przestrzennej, samoocenie i innych funkcjach poznawczych^4,5,

Protokół

To badanie zostało zatwierdzone przez Komisję Etyki Szpitala Ludowego Prowincji Zhejiang. Każdy uczestnik podpisał pisemną świadomą zgodę.

1. Klasyfikacja i kontrola próbek

1. Diagnoza i podział 116 pacjentów na grupy z AD i MCI.
   UWAGA: Do identyfikacji i klasyfikacji MCI należy skorzystać z kryteriów diagnostycznych National Institute of Neurological and Communicative Disorders and Stroke and Stroke z 2011 r. oraz kryteriów diagnostycznych Stowarzyszenia Choroby Alzheimera i Zaburzeń Pokrewnych (NINCDS-ADRDA) oraz kryteriów Mini-Mental State Examination (MMSE), które są szczegółowo opisane w Yu i wsp.

Wyniki

Informacje demograficzne

Tabela 1 przedstawia charakterystykę badanych. Wszyscy uczestnicy posiadali wykształcenie co najmniej podstawowe. Wiek, płeć oraz poziom wykształcenia były zbliżone w trzech grupach (P >0.05), natomiast wyniki w skali MMSE różniły się istotnie (p <0.01).

Kierunkowa funkcjonalna łączność mózgu

Dyskusja

W niniejszym raporcie przedstawiono proces porównywania ukierunkowanych połączeń funkcjonalnych od PCC do całego mózgu i od całego mózgu do PCC między AD, MCI i grupami kontrolnymi. Co więcej, kluczowym krokiem w tym procesie jest klasyfikacja i badanie przesiewowe próbki przed eksperymentem. W związku z tym kryteria klasyfikacji i kwalifikacji mają kluczowe znaczenie, ponieważ ich błędne wyniki mogą mieć wpływ na dokładność wyników. Zgodnie z wykazem w protokole zastosowaliśmy kryteria diagnostyczne NINCDS-ADRDA z 2011 .......

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
116 pacjentów	Ludowy Szpital Prowincji Zhejiang s szpital	-	To badanie zostało zatwierdzone przez komisję etyczną Ludowego Inspektoratu Prowincji Zhejiang s szpital. Każdy uczestnik podpisał pisemny formularz świadomej zgody.
Skaner MRI Siemens Trio 3.0 T	Siemens, Erlangen, Niemcy	20571	Wyposażony w AudioComfort, który redukuje hałas akustyczny do 90%; Zapewnia wysoką wydajność przy niskim poziomie hałasu; Ultra lekka cewka; Unikalny projekt sekwencji MRI; Obsługuje do 400 funtów bez ograniczeń.
RESTplus	Hangzhou Normal University, Hangzhou, Zhejiang, Chiny	20160122	RESTplus wyewoluował z REST (Resting-State fMRI Data Analysis Toolkit), wygodnego zestawu narzędzi do obliczania łączności funkcjonalnej (FC), jednorodności regionalnej (ReHo), amplitudy fluktuacji niskiej częstotliwości (ALFF), frakcyjnego ALFF (fALFF), przyczynowości Gragnera, centralności stopnia, łączności homotopowej lustrzanej woksela (VMHC) i wykonywania analiz statystycznych.
DPARSF	Hangzhou Normal University, Hangzhou, Zhejiang, Chiny	130615	Data Processing Assistant for Resting-State fMRI (DPARSF) to wygodna wtyczka do DPABI, która jest oparta na SPM. Wystarczy ułożyć pliki DICOM i kliknąć kilka przycisków, aby ustawić parametry, DPARSF poda wszystkie wstępnie przetworzone dane, łączność funkcjonalną, ReHo, ALFF / fALFF, centralność stopnia, wyniki łączności homotopowej w lustrze wokseli (VMHC).
SPSS	SPSS Inc., Chicago, IL,		USA-SPSS oferuje szczegółowe opcje analizy, które pozwalają dokładniej przyjrzeć się danym i dostrzec trendy, których być może nie zauważyłeś.