文摘
在帕金森病认知障碍是一种常见的致残症状。与运动症状不同,机制认知功能障碍在帕金森病(PD)仍不清楚,可能涉及多个病理生理过程。静息状态功能磁共振成像(rs-fMRI)是一个快速发展的研究领域,及其在帕金森病认知障碍中的应用正在迅速增长。在这篇综述中,我们总结rs-fMRI研究认知功能在PD和讨论rs-fMRI的强大潜力。rs-fMRI能帮助揭示认知症状的病理生理学在PD,促进PD患者认知障碍的早期识别,区分从路易体痴呆和帕金森病痴呆,并监督和指导治疗帕金森病认知障碍。特别是,正在进行的和未来的纵向研究的能力将增强rs-fMRI预测帕金森病痴呆。结合正电子发射断层扫描等形式,rs-fMRI可以给我们更多的信息在帕金森病认知障碍的潜在机制。
1。介绍
帕金森病(PD)是最常见的神经退行性疾病之一。传统上,它已经被视为运动障碍特征的运动症状,如动作迟缓、震颤、休息和刚度。到目前为止,众所周知,认知障碍是一种常见的nonmotor PD患者的症状,即使在早期阶段或运动症状出现之前1]。此外,约40%的PD患者患有帕金森病痴呆(PDD)在横断面研究[2]。在纵向研究中,83%的PD患者患上痴呆20年的随访期间(3]。尽管在帕金森病认知障碍造成的沉重的负担,我们仍缺乏有效的治疗PD的认知症状。虽然乙酰胆碱酯酶抑制剂能提供适度的帮助,发展认知能力下降是不可避免的4]。
帕金森病的运动症状的潜在机制是枯竭的黑质多巴胺能细胞(5]。相比之下,在帕金森病认知障碍的病理生理基础仍不确定。中断frontal-subcortical电路由于多巴胺能神经元损伤和广泛的沉积α-核蛋白,β淀粉样蛋白,τ蛋白可能发挥作用(6,7]。各种神经递质包括多巴胺、乙酰胆碱、血清素和去甲肾上腺素(7]。更好的理解认知障碍的病理生理学在PD可以促进早期识别和干预认知症状改善。
功能磁共振成像(fMRI)测量blood-oxygen-level依赖(粗体显示)信号在大脑中,这是由氧合血红蛋白和还原血红蛋白的数量,反映了神经元的活动。静息状态功能磁共振成像(rs-fMRI)估计受试者醒时大脑的信号没有执行任何特定任务(8]。MRI是广泛装备医院和研究机构;rs-fMRI容易执行,一个优秀的安全性比其他成像技术如计算机断层扫描(CT)、正电子发射断层扫描(PET)和单光子发射计算机断层扫描(SPECT)。因此,应用rs-fMRI神经和精神疾病的迅速增加在最近的二十年。有很多方法可以分析rs-fMRI数据,包括低频波动的振幅(ALFF)和地区同质性(ReHo),反映当地个别地区的活动或体素,以及seed-based功能连通性(FC),独立分量分析(ICA),有效连接,机器学习和图像基于理论分析,测量不同区域的连通性特征(8,9]。rs-fMRI已经应用于研究电机的病理生理学和nonmotor PD症状,帮助早期的鉴别诊断,预测疾病进展,并指导治疗。在这次审查中,我们总结rs-fMRI研究的最新发展在帕金森病认知障碍。
2。发现使用rs-fMRI在帕金森病认知障碍的病理生理学
2.1。rs-fMRI研究PD患者轻度认知障碍(MCI)或痴呆
认知活动依赖于不同大脑区域的协调。已经建立了几个网络rs-fMRI:默认模式网络(静),视觉网络,感觉运动网络,执行控制网络,frontoparietal网络(10]。rs-fMRI有助于改善我们的理解在帕金森病认知障碍的机制。峡谷等人执行seed-based分析在PD rs-fMRI没有MCI患者和健康对照组。与控制相比,PD患者无认知障碍增加了FC在多个地区,而PD-MCI患者减少俱乐部主要是在静息。增加FC在PD患者认知障碍可能是代偿机制前PD-MCI [11]。侯等人进行了一项研究drug-naive PD患者和没有MCI和发现FC减少PD组。此外,与PD患者相比无认知障碍,PD-MCI患者显著降低FC在静息和中间的额叶和颞脑回中间;在静息,PD-MCI患者减少FC前颞叶和额下回。FC PD组的改变与注意力有关/工作记忆和记忆功能(12]。陈等人研究了FC麸皮的后扣带皮层和其他地区之间在PD患者和没有MCI。他们发现减少FC后扣带皮层和右颞回和增加FC后扣带皮层和多个脑区之间无认知障碍的PD患者与健康对照组相比,降低了FC后扣带皮层和几个方面包括双边前额叶皮层、左侧parietal-occipital结,右颞回PD-MCI患者与PD患者相比无认知障碍。后扣带皮层的FC与其他大脑区域与MoCA MMSE分数PD患者(13]。巴乔等人进行ICA和seed-based rs-fMRI分析PD患者认知障碍,PD-MCI患者和健康对照组。他们发现PD-MCI患者减少背关注网络之间的连接和frontoinsular地区,这个改变是与关注/执行功能有关。静息显示增加连接与内侧和外侧occipito-parietal地区PD-MCI病人,这是与视觉空间的/ visuoperceptual能力差14]。在另一项研究中,巴乔et al .,图基于理论的分析表明,PD-MCI患者减少远程连接和本地集群的互联性包括更高的措施,增加small-worldness和模块化。当地的互联性与视觉空间的/ visuoperceptual和PD患者的记忆功能15]。Peraza等人相比内部和互联网络PD患者和没有MCI的变化,发现PD-MCI患者intranetwork障碍的关注,执行功能,和运动控制网络与PD患者正常的认知功能,以及互联网络变化的视觉感知的三个上述网络(16]。Amboni等人评估大脑网络使用ICA分析PD患者和没有MCI。PD组表现出静连接受损,而PD-MCI组显示FC frontoparietal网络受损。此外,减少前额叶皮层连接与记忆,视觉空间的,执行功能(17]。心等人相比的FC PD-MCI短和更长的汽车症状前患者认知障碍使用seed-based分析,发现这两组显示减少FC在静息的不同特征。他们的研究结果暗示,这两种类型可能有不同的机制和可能有助于预测认知能力下降在未来的研究18]。洛佩斯等人研究了PD患者的脑网络特性不同程度的认知功能使用图论和网络统计数据。他们表明,功能性组织依法降低程度的认知障碍,和PD患者认知障碍降低了FC在基底神经节,腹侧前额叶、顶叶、颞叶与枕叶皮层(19]。上面的研究证实了在PD普遍受损的认知领域,行政、注意力、视觉空间的函数,和内存(7),并发现了受损的大脑区域。
2.2。rs-fMRI研究PD患者认知障碍
rs-fMRI是一个敏感的影像学特征,可以揭示功能障碍cognition-related PD患者的大脑区域只有细微的认知变化,甚至没有认知症状。这个属性使rs-fMRI有前途的工具的早期识别PDD的高危患者。Lucas-Jimenez等人用seed-based FC分析和显示减少nondemented PD患者的静息FC,这FC变化是与较低的语言和视觉记忆和视觉能力PD (20.]。Manza等人也用seed-based方法探讨纹状体FC在PD患者中,结果表明,强FC背尾状和吻侧前扣带皮层与认知功能障碍(特别是记忆和视觉空间的功能)(21]。Muller-Oehring利用一个seed-based rs-fMRI任务功能磁共振成像和显示更强的putamen-medial顶叶pallidum-occipital FC比控制与执行功能和运动症状(22]。Tessitore等人评估认知的大脑FC未受损伤的PD患者使用ICA分析,发现降低FC在静息和FC的变化与记忆,视觉空间的,和关注/执行功能(23]。Madhyastha等人显示受损的大脑网络动态连通性静止无认知障碍的PD患者使用因子分析重叠的滑动窗口,和背的因素关注网络和frontoparietal任务控制网络与病人的相关性能在关注考试24]。罗等人进行了图形drug-naive PD患者且基于理论的分析,发现PD患者中断网络组织在全球、节点,正如水平。中心节点和连接强度减少主要在temporal-occipital和感觉运动区域。此外,改变了全球网络属性与认知功能有关(25]。在一群rigidity-dominant drug-naive无认知障碍的PD患者使用seed-based方法,侯等人发现了一个降低静息FC(尤其是后静息和增加FC在PD患者,前静和FC前和腹侧部分的增加与霍普金斯语言学习test-revised分数负相关(26]。在三年的纵向研究的老Dubbelink et al .,多元探索线性优化分解为独立成分分析显示普遍减少PD患者的FC与控制。3年后,FC的PD患者进一步下降,和FC变化最突出的后部分大脑。FC随时间变化与全球认知功能的改变,以及感知、实践和空间跨度部分的得分(27]。值得注意的是有些病人在他们的研究中患有老年痴呆症,和PD患者的认知能力不如控制在基线7]。在一项由黄et al .,左PD患者发作在基于反馈的联想学习的表现比右边出现PD患者和控制。在左边出现PD患者,与ReHo相关认知功能受损是在正确的背吻侧硬膜(28]。这些研究表明rs-fMRI大脑是一个敏感的工具检测网络异常PD患者没有明显的认知障碍,和一些运动症状特征隐含在帕金森病认知障碍风险更高。
3所示。与其他方法结合rs-fMRI
直到现在,各种方法已经应用于研究神经障碍,并各有其优势和劣势。PET和SPECT使用不同的无线配体可以显示异常的大脑中神经递质和沉积聚合蛋白等α-核蛋白,β淀粉样蛋白,τ蛋白在神经系统疾病(29日]。脑电图具有很高的时间分辨率。CSF实验室检查可以发现罪魁祸首蛋白和神经退化的程度30.]。结合rs-fMRI和其他形式可以深化我们对认知功能障碍的病理生理学在PD的理解。Madhyastha等人使用“网络内核分析”在PD患者的相关性,发现普遍的改变网络内核PD患者,和网络干扰的程度降低脑脊液α-核蛋白和淀粉样蛋白-β42的水平。此外,增加相关的脑岛静与注意力的恶化是相关联的函数。因此,这两个α-核蛋白和淀粉样蛋白-β42可能发挥作用在扰乱cognitive-related大脑区域(30.]。列别捷夫等人基于理论的rs-fMRI图表分析相结合123年I-FP-CIT SPECT成像。在他们的研究中,执行功能与背frontoparietal皮质处理和感官的参与,以及纹状体多巴胺转运体有约束力的比率。内存性能与prefrontolimbic处理而不是与黑多巴胺功能。他们的研究证实,不同于执行功能障碍,引起的PD的记忆缺陷不是多巴胺不足(31日]。在未来的研究中,集成更多的CSF实验室检查、脑电图/功能磁共振成像和PET成像利用更多的无线配体包括其他发射机(胆碱能、血清素激活的norepinephrinergic系统,等等)和蛋白质(如异常α-核蛋白,β淀粉样蛋白和τ蛋白)和实验室检查使用其他体液可以促进我们认识帕金森病认知障碍的潜在机制。
4所示。rs-fMRI作为诊断工具
到目前为止,大部分的rs-fMRI研究PD招收少量的病人。然而,我们可以获得初步结论一致的网络中断PD和认知功能障碍的关系。我们仍然需要更多的证据在临床实践中应用rs-fMRI作为诊断工具。abo血型等人用支持向量机方法区分PD患者和没有MCI的准确性达80%,和所选的连接边缘与内存和执行功能的PD患者(32]。Peraza等人相比,大脑网络之间路易体痴呆患者和PDD使用seed-based分析。他们的研究结果暗示可能会有细微的差别在注意力和motor-related网络这两个障碍33]。Borroni等人执行rs-fMRI PD患者,使用ReHo PDD,下文。PD和PDD患者减少ReHo在额叶区域,而下文亦降低了患者ReHo后地区(34]。未来的研究进入大样本临床诊断应用PD铺平了道路。
5。预测在帕金森病认知障碍
疾病修饰治疗目标α-核蛋白,β淀粉样蛋白,τ蛋白正在积极调查,希望在不久的将来在临床实践中。PD患者的早期识别高风险为潜在的疾病修饰治疗痴呆是至关重要的。据我们所知,大多数的研究对认知功能使用rs-fMRI PD的横断面。只有两个研究探索认知障碍和脑网络的发展变化的一个纵向的设计。然而,他们只登记数量很少的病人和有一个短时间的随访(1和3年,职责。)21,27]。正在进行的前瞻性研究,如帕金森氏症进展标记倡议(PPMI)将有助于回答这个问题PDD预测。
6。评估和协助干预
rs-fMRI已经应用于评估的影响左旋多巴在PD认知和认知康复。Simioni等人测试的影响左旋多巴对大脑认知功能网络和使用seed-based和ICA分析。左旋多巴增加尾之间的静息状态的FC和右顶叶皮层(在frontoparietal注意力网络),这与改善工作记忆有关性能的影响(35]。Diez-Cirarda采用seed-based rs-fMRI分析PD认知康复治疗的随机对照试验,表明增加FC左颞叶低劣和两国之间的背外侧前额叶皮层康复组比对照组。此外,增加的FC与执行功能在治疗组(36]。18个月之后,他们进行了随访检查发现的15个病人康复组和保存康复对大脑认知功能和FC的影响甚至在18个月(37]。Cerasa等人也使用rs-fMRI评估认知康复的影响。他们采用ICA和SPM和显示改善注意力/执行功能与注意力和中央执行神经网络(38]。还有其他研究评估不同干预措施的效果在休息大脑网络,但与认知功能的关系研究(39- - - - - -45]。在未来,rs-fMRI可以扮演更重要的角色在评估治疗效果以及指导神经调节治疗。
总之,rs-fMRI可能是一个有用的工具的潜在机制的探索认知功能障碍在PD和可以帮助诊断帕金森病认知障碍和协助治疗。更多的纵向研究使用rs-fMRI和rs-fMRI与其他形式的结合是必要的。
的利益冲突
作者声明没有所有相关的利益冲突。
作者的贡献
Kai李和温家宝苏同样贡献了这项工作。