22 de junio 2022
Abstract:
Alzheimer’s Disease (AD) shows both complex alterations of functional dependencies between brain regions and a decreased ability to perform Visual Short-Term Memory Binding (VSTMB) tasks. Recent advances in network neuroscience toward understanding the complexity of hierarchical brain function here enables us to establish a link between these two phenomena. Here, we study data on two types of dementia at Mild Cognitive Impairment (MCI) stage—familial AD patients (E280A mutation of the presenilin-1 gene) and elderly MCI patients at high risk of sporadic AD, both with age-matched controls. We analyzed Electroencephalogram (EEG) signals recorded during the performance of Visual Short-Term Memory (VSTM) tasks by these participants. Functional connectivity was computed using the phase-lag index in Alpha and Beta; and network analysis was employed using network indices of hierarchical spread (degree variance) and complexity. Hierarchical characteristics of EEG functional connectivity networks revealed abnormal patterns in familial MCI VSTMB function and sporadic MCI VSTMB function. The middle-aged familial MCI binding network displayed a larger degree variance in lower Beta compared to healthy controls (p = 0.0051, Cohen’s d = 1.0124), while the elderly sporadic MCI binding network displayed greater hierarchical complexity in Alpha (p = 0.0140, Cohen’s d = 1.1627). Characteristics in healthy aging were not shown to differ. These results indicate that activity in MCI exhibits cross-frequency network reorganization characterized by increased heterogeneity of node roles in the functional hierarchy. Aging itself is not found to cause VSTM functional hierarchy differences.
Traducción
Jerarquías funcionales anormales de las redes de EEG en la enfermedad de Alzheimer prodrómica familiar y esporádica durante la unión de la memoria visual a corto plazo
La enfermedad de Alzheimer (EA) muestra alteraciones complejas de las dependencias funcionales entre las regiones del cerebro y una disminución de la capacidad para realizar tareas de enlace de memoria visual a corto plazo (VSTMB). Los avances recientes en la neurociencia de redes para comprender la complejidad de la función cerebral jerárquica aquí nos permiten establecer un vínculo entre estos dos fenómenos. Aquí, estudiamos datos sobre dos tipos de demencia en la etapa de Deterioro cognitivo leve (DCL): pacientes con EA familiar (mutación E280A del gen de presenilina-1) y pacientes mayores con DCL con alto riesgo de EA esporádica, ambos con controles de la misma edad. Analizamos las señales de electroencefalograma (EEG) registradas durante la realización de tareas de memoria visual a corto plazo (VSTM) por parte de estos participantes. La conectividad funcional se calculó utilizando el índice de retraso de fase en Alfa y Beta; y se empleó el análisis de red utilizando índices de red de dispersión jerárquica (variación de grado) y complejidad. Las características jerárquicas de las redes de conectividad funcional EEG revelaron patrones anormales en la función MCI VSTMB familiar y la función MCI VSTMB esporádica. La red de unión de MCI familiar de mediana edad mostró un mayor grado de variación en Beta inferior en comparación con los controles sanos (p = 0,0051, d de Cohen = 1,0124), mientras que la red de unión de MCI esporádica de edad avanzada mostró una mayor complejidad jerárquica en Alfa (p = 0,0140, d de Cohen). d = 1,1627). No se demostró que las características en el envejecimiento saludable difieran. Estos resultados indican que la actividad en MCI exhibe una reorganización de la red de frecuencia cruzada caracterizada por una mayor heterogeneidad de los roles de los nodos en la jerarquía funcional. No se encuentra que el envejecimiento en sí cause diferencias en la jerarquía funcional de VSTM.