Published September 1, 2017 | Version v1
Publication Open

Visualizing Hyperactivation in Neurodegeneration Based on Prefrontal Oxygenation: A Comparative Study of Mild Alzheimer's Disease, Mild Cognitive Impairment, and Healthy Controls

Creators

  • 1. University of Kuala Lumpur
  • 2. Universiti Teknologi Petronas
  • 3. Hitachi (Japan)

Description

Background: Cognitive performance is relatively well preserved during early cognitive impairment owing to compensatory mechanisms. Methods: We explored functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) alongside a semantic verbal fluency task (SVFT) to investigate any compensation exhibited by the prefrontal cortex (PFC) in Mild Cognitive Impairment (MCI) and mild Alzheimer's disease (AD). In addition, a group of healthy controls (HC) was studied. A total of 61 volunteers (31 HC, 12 patients with MCI and 18 patients with mild AD) took part in the present study. Results: Although not statistically significant, MCI exhibited a greater mean activation of both the right and left PFC, followed by HC and mild AD. Analysis showed that in the left PFC, the time taken for HC to achieve the activation level was shorter than MCI and mild AD (p = 0.0047 and 0.0498, respectively); in the right PFC, mild AD took a longer time to achieve the activation level than HC and MCI (p = 0.0469 and 0.0335, respectively); in the right PFC, HC, and MCI demonstrated a steeper slope compared to mild AD (p = 0.0432 and 0. 0107, respectively). The results were, however, not significant when corrected by the Bonferroni-Holm method. There was also found to be a moderately positive correlation (R = 0.5886) between the oxygenation levels in the left PFC and a clinical measure [Mini-Mental State Examination (MMSE) score] in MCI subjects uniquely. Discussion: The hyperactivation in MCI coupled with a better SVFT performance may suggest neural compensation, although it is not known to what degree hyperactivation manifests as a potential indicator of compensatory mechanisms. However, hypoactivation plus a poorer SVFT performance in mild AD might indicate an inability to compensate due to the degree of structural impairment. Conclusion: Consistent with the scaffolding theory of aging and cognition, the task-elicited hyperactivation in MCI might reflect the presence of compensatory mechanisms and hypoactivation in mild AD could reflect an inability to compensate. Future studies will investigate the fNIRS parameters with a larger sample size, and their validity as prognostic biomarkers of neurodegeneration.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الخلفية: يتم الحفاظ على الأداء المعرفي بشكل جيد نسبيًا أثناء الضعف المعرفي المبكر بسبب الآليات التعويضية. الطرق: استكشفنا التحليل الطيفي الوظيفي القريب من الأشعة تحت الحمراء (fNIRS) جنبًا إلى جنب مع مهمة الطلاقة اللفظية الدلالية (SVFT) للتحقيق في أي تعويض تظهره قشرة الفص الجبهي (PFC) في الضعف المعرفي الخفيف (MCI) ومرض الزهايمر الخفيف (AD). بالإضافة إلى ذلك، تمت دراسة مجموعة من الضوابط الصحية (HC). شارك في هذه الدراسة ما مجموعه 61 متطوعًا (31 من HC و 12 مريضًا يعانون من MCI و 18 مريضًا يعانون من مرض الزهايمر الخفيف). النتائج: على الرغم من أنها ليست ذات دلالة إحصائية، إلا أن MCI أظهرت متوسط تنشيط أكبر لكل من PFC الأيمن والأيسر، تليها HC و MILD AD. أظهر التحليل أنه في PFC الأيسر، كان الوقت الذي استغرقه HC لتحقيق مستوى التنشيط أقصر من MCI و MILD AD (p = 0.0047 و 0.0498، على التوالي )؛ في PFC الأيمن، استغرق MILD AD وقتًا أطول لتحقيق مستوى التنشيط من HC و MCI (p = 0.0469 و 0.0335، على التوالي )؛ في PFC الأيمن، أظهر HC و MCI انحدارًا أكثر حدة مقارنة بـ MILD AD (p = 0.0432 و 0. 0107، على التوالي). ومع ذلك، لم تكن النتائج مهمة عند تصحيحها بطريقة Bonferroni - Holm. وجد أيضًا أن هناك ارتباطًا إيجابيًا معتدلًا (R = 0.5886) بين مستويات الأوكسجين في PFC الأيسر والمقياس السريري [درجة فحص الحالة العقلية المصغرة (MMSE)] في موضوعات MCI بشكل فريد. مناقشة: قد يشير فرط النشاط في MCI إلى جانب أداء أفضل لـ SVFT إلى تعويض عصبي، على الرغم من أنه من غير المعروف إلى أي درجة يظهر فرط النشاط كمؤشر محتمل للآليات التعويضية. ومع ذلك، قد يشير نقص التنشيط بالإضافة إلى ضعف أداء SVFT في مرض الزهايمر الخفيف إلى عدم القدرة على التعويض بسبب درجة الضعف الهيكلي. الاستنتاج: تماشياً مع نظرية السقالات للشيخوخة والإدراك، قد يعكس فرط التنشيط الناتج عن المهمة في MCI وجود آليات تعويضية ويمكن أن يعكس نقص التنشيط في AD الخفيف عدم القدرة على التعويض. ستبحث الدراسات المستقبلية في معلمات fNIRS بحجم عينة أكبر، وصلاحيتها كمؤشرات حيوية تنبؤية للتنكس العصبي.

Translated Description (French)

Contexte : La performance cognitive est relativement bien préservée au cours des troubles cognitifs précoces en raison des mécanismes compensatoires. Méthodes : Nous avons exploré la spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge (fNIRS) aux côtés d'une tâche de fluidité verbale sémantique (SVFT) pour étudier toute compensation présentée par le cortex préfrontal (PFC) dans les troubles cognitifs légers (MCI) et la maladie d'Alzheimer légère (AD). De plus, un groupe de témoins sains (HC) a été étudié. Au total, 61 volontaires (31 HC, 12 patients atteints de MCI et 18 patients atteints de DA légère) ont participé à la présente étude. Résultats : Bien que non statistiquement significatif, le MCI a montré une plus grande activation moyenne du PFC droit et gauche, suivi du HC et de la MA légère. L'analyse a montré que dans le PFC gauche, le temps nécessaire à HC pour atteindre le niveau d'activation était plus court que MCI et la DA légère (p = 0,0047 et 0,0498, respectivement) ; dans le PFC droit, la DA légère a pris plus de temps pour atteindre le niveau d'activation que HC et MCI (p = 0,0469 et 0,0335, respectivement) ; dans le PFC droit, HC et MCI ont démontré une pente plus raide par rapport à la DA légère (p = 0,0432 et 0,0107, respectivement). Les résultats n'étaient cependant pas significatifs lorsqu'ils étaient corrigés par la méthode Bonferroni-Holm. Il a également été constaté une corrélation modérément positive (R = 0,5886) entre les niveaux d'oxygénation dans la PFC gauche et une mesure clinique [score du Mini-Mental State Examination (MMSE)] chez les sujets atteints de MCI uniquement. Discussion : L'hyperactivation dans MCI couplée à une meilleure performance SVFT peut suggérer une compensation neuronale, bien qu'on ne sache pas dans quelle mesure l'hyperactivation se manifeste comme un indicateur potentiel des mécanismes compensatoires. Cependant, une hypoactivation plus une performance SVFT plus faible dans la MA légère pourrait indiquer une incapacité à compenser en raison du degré de déficience structurelle. Conclusion : Conformément à la théorie de l'échafaudage du vieillissement et de la cognition, l'hyperactivation induite par la tâche dans le MCI pourrait refléter la présence de mécanismes compensatoires et l'hypoactivation dans la MA légère pourrait refléter une incapacité à compenser. De futures études étudieront les paramètres du fNIRS avec une plus grande taille d'échantillon et leur validité en tant que biomarqueurs pronostiques de la neurodégénérescence.

Translated Description (Spanish)

Antecedentes: El rendimiento cognitivo está relativamente bien conservado durante el deterioro cognitivo temprano debido a los mecanismos compensatorios. Métodos: Exploramos la espectroscopia funcional del infrarrojo cercano (fNIRS) junto con una tarea de fluidez verbal semántica (SVFT) para investigar cualquier compensación exhibida por la corteza prefrontal (PFC) en el deterioro cognitivo leve (MCI) y la enfermedad de Alzheimer leve (AD). Además, se estudió un grupo de controles sanos (HC). Un total de 61 voluntarios (31 HC, 12 pacientes con DCL y 18 pacientes con DA leve) participaron en el presente estudio. Resultados: Aunque no es estadísticamente significativo, el DCL mostró una mayor activación media tanto de la PFC derecha como de la izquierda, seguido de HC y AD leve. El análisis mostró que en el PFC izquierdo, el tiempo que tardó HC en alcanzar el nivel de activación fue más corto que MCI y AD leve (p = 0.0047 y 0.0498, respectivamente); en el PFC derecho, AD leve tardó más tiempo en alcanzar el nivel de activación que HC y MCI (p = 0.0469 y 0.0335, respectivamente); en el PFC derecho, HC y MCI demostraron una pendiente más pronunciada en comparación con AD leve (p = 0.0432 y 0. 0107, respectivamente). Sin embargo, los resultados no fueron significativos cuando se corrigieron mediante el método de Bonferroni-Holm. También se encontró una correlación moderadamente positiva (R = 0,5886) entre los niveles de oxigenación en el PFC izquierdo y una medida clínica [puntuación del Mini Examen del Estado Mental (MMSE)] en sujetos con DCL de forma única. Discusión: La hiperactivación en MCI junto con un mejor rendimiento de SVFT puede sugerir una compensación neuronal, aunque no se sabe en qué grado la hiperactivación se manifiesta como un indicador potencial de mecanismos compensatorios. Sin embargo, la hipoactivación más un peor rendimiento de la SVFT en la EA leve podría indicar una incapacidad para compensar debido al grado de deterioro estructural. Conclusión: De acuerdo con la teoría del andamiaje del envejecimiento y la cognición, la hiperactivación provocada por la tarea en el DCL podría reflejar la presencia de mecanismos compensatorios y la hipoactivación en la EA leve podría reflejar una incapacidad para compensar. Los estudios futuros investigarán los parámetros de fNIRS con un tamaño de muestra mayor y su validez como biomarcadores pronósticos de la neurodegeneración.

Files

pdf.pdf

Files (2.0 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:ed6edba3dd138c0cbceb5b7e9396d870
2.0 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تصور فرط النشاط في التنكس العصبي على أساس الأكسجة قبل الجبهية: دراسة مقارنة لمرض الزهايمر الخفيف، والضعف المعرفي الخفيف، والضوابط الصحية
Translated title (French)
Visualizing Hyperactivation in Neurodegeneration Based on Prefrontal Oxygenation : A Comparative Study of Mild Alzheimer' s Disease, Mild Cognitive Impairment, and Healthy Controls
Translated title (Spanish)
Visualización de la hiperactivación en la neurodegeneración basada en la oxigenación prefrontal: un estudio comparativo de la enfermedad de Alzheimer leve, el deterioro cognitivo leve y los controles saludables

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2752970866
DOI
10.3389/fnagi.2017.00287

Is supplement to
https://openalex.org/W3208783905 (Other)
https://openalex.org/W3030732477 (Other)
https://openalex.org/W2938217513 (Other)
https://openalex.org/W2888606631 (Other)
https://openalex.org/W2147858742 (Other)
https://openalex.org/W2140308688 (Other)
https://openalex.org/W2003391295 (Other)
https://openalex.org/W1996703972 (Other)
https://openalex.org/W155520342 (Other)
https://openalex.org/W131911175 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W100111512
  • https://openalex.org/W1206391664
  • https://openalex.org/W1781167147
  • https://openalex.org/W1847168837
  • https://openalex.org/W1963737688
  • https://openalex.org/W1964320082
  • https://openalex.org/W1971154916
  • https://openalex.org/W1972982304
  • https://openalex.org/W1991952617
  • https://openalex.org/W1993571512
  • https://openalex.org/W1993662614
  • https://openalex.org/W1993750289
  • https://openalex.org/W2008854521
  • https://openalex.org/W2010217187
  • https://openalex.org/W2011183205
  • https://openalex.org/W2016459194
  • https://openalex.org/W2028471410
  • https://openalex.org/W2036622325
  • https://openalex.org/W2037528192
  • https://openalex.org/W2039272415
  • https://openalex.org/W2041214052
  • https://openalex.org/W2041987394
  • https://openalex.org/W2043303983
  • https://openalex.org/W2044274231
  • https://openalex.org/W2046104092
  • https://openalex.org/W2047924882
  • https://openalex.org/W2049812766
  • https://openalex.org/W2053145173
  • https://openalex.org/W2053913308
  • https://openalex.org/W2056779720
  • https://openalex.org/W2057888170
  • https://openalex.org/W2057996171
  • https://openalex.org/W2058161128
  • https://openalex.org/W2058163400
  • https://openalex.org/W2061195971
  • https://openalex.org/W2063498363
  • https://openalex.org/W2064009778
  • https://openalex.org/W2064457232
  • https://openalex.org/W2067203120
  • https://openalex.org/W2077047597
  • https://openalex.org/W2078247858
  • https://openalex.org/W2079802880
  • https://openalex.org/W2085684318
  • https://openalex.org/W2092770659
  • https://openalex.org/W2093959915
  • https://openalex.org/W2101511977
  • https://openalex.org/W2101970362
  • https://openalex.org/W2102099746
  • https://openalex.org/W2104214286
  • https://openalex.org/W2105823151
  • https://openalex.org/W2110291356
  • https://openalex.org/W2112287510
  • https://openalex.org/W2112380555
  • https://openalex.org/W2112588301
  • https://openalex.org/W2113002628
  • https://openalex.org/W2114555409
  • https://openalex.org/W2117049078
  • https://openalex.org/W2117800611
  • https://openalex.org/W2120043086
  • https://openalex.org/W2121992182
  • https://openalex.org/W2125956101
  • https://openalex.org/W2127303340
  • https://openalex.org/W2130622075
  • https://openalex.org/W2131180711
  • https://openalex.org/W2132458261
  • https://openalex.org/W2134208847
  • https://openalex.org/W2135048288
  • https://openalex.org/W2137554996
  • https://openalex.org/W2139581313
  • https://openalex.org/W2141271762
  • https://openalex.org/W2141402408
  • https://openalex.org/W2145665817
  • https://openalex.org/W2148080316
  • https://openalex.org/W2160227937
  • https://openalex.org/W2160597466
  • https://openalex.org/W2163201100
  • https://openalex.org/W2166478616
  • https://openalex.org/W2167311298
  • https://openalex.org/W2168963208
  • https://openalex.org/W2169128310
  • https://openalex.org/W2236510047
  • https://openalex.org/W2296786094
  • https://openalex.org/W2322040159
  • https://openalex.org/W2587609387
  • https://openalex.org/W3014251530
  • https://openalex.org/W3037767763
  • https://openalex.org/W4320300862
  • https://openalex.org/W4376849352