脑电图微状态检测帕金森病早期认知损伤
摘要
帕金森病相关认知障碍的管理需要早期诊断。由于脑电图具有可及性和毫秒级时间分辨率等优势，已被广泛研究。然而，迄今为止，它仅能检测到轻度至重度的认知损伤阶段。
在这项研究中，我们探索了脑电图微状态分析作为一种检测早期认知损伤的方法。研究纳入了三组帕金森病患者：认知正常组、有轻微精神迟缓（前轻度认知障碍）组以及轻度认知障碍组。所有受试者均接受了高密度、闭眼、静息态脑电图记录。从信号中提取微状态参数，并在各组间进行比较。
在所有患者中识别出了一种四状态构型（标记为A、B、C和D），解释了82%的信号变异性。与认知正常组相比，前轻度认知障碍组和轻度认知障碍组的微状态A的持续时间和时间覆盖率均显著更大。此外，前轻度认知障碍组的微状态D的时间覆盖率高于轻度认知障碍组。
迄今为止，脑电图微状态分析主要用于探索潜在的生理机制。我们的研究结果表明，它也可能产生适合作为生物标志物的可测量指标，具有潜在的临床应用价值。下一步是在尚无明显客观认知缺陷（在全面神经心理学评估中）但存在主观认知下降的帕金森病患者中验证这种方法。
引言
在过去二十年中，脑电图已成为研究帕金森病认知缺陷背后神经动力学的有前景工具。尽管帕金森病主要影响运动功能，但其相关的认知障碍已成为一个重大关切。认知损伤通常始于轻微的精神迟缓或主观认知下降或两者兼有，并可能通过影响一个或多个领域的轻度认知障碍阶段进展为痴呆。目前，尽管存在一些方法，但关于主观认知下降和精神迟缓的测量尚无共识。然而，准确检测这一早期阶段具有挑战性，因为它可能实现更早期的干预和更有效的预防策略。在这方面，研究已经识别出区分其中一些认知状态的不同电生理模式。这些研究主要集中在事件相关电位、通过频谱分析或功能连接性测量计算的定量脑电图标记。然而，这些方法均未能可靠地识别认知损伤的早期阶段，特别是轻度认知障碍之前的阶段，即本文所称的前轻度认知障碍阶段。
微状态分析可用于从脑电图信号中提取更多特征。这种方法同时考虑所有电极的信号，不受其频率影响，以定义功能性大脑状态。全局大脑电活动可以用全局场功率来描述，它代表每个时刻大脑上电场的强度，能够检测大脑活动的快速变化。这些全局场功率的局部最大值指示了场强最强和地形信噪比最高的时刻。相应地，这些最大值处的电场构型被认为是大脑的离散全局状态，信号的演变被视为这些状态的序列。一个状态在短时间内（通常为60-120毫秒）保持稳定，并以有组织的方式随时间演变。
因此，微状态分析包括通过估计全局场功率最大值处的电场地形图来确定这些微状态，并使用不同参数描述其时间动态，包括持续时间、出现频率和时间覆盖率。持续时间定义为给定微状态每次出现时保持稳定的平均时间（以毫秒计）。出现频率反映了微状态的出现频率，时间覆盖率（也称为贡献）反映了给定微状态活跃的时间比例。
在这种建模方法中，大部分信号方差可以用很少的几个状态来概括。大多数在静息态脑电图上使用此方法的研究报告了四种标准微状态，标记为A、B、C和D，它们解释了大部分全局地形方差。这些微状态被认为反映了不同类型的心理过程，并构成了自发性认知活动的基础。据报道，它们与静息时观察到的血氧水平依赖信号波动直接相关，两者都反映了任务无关的心理操作。Britz等人（2010）使用同步脑电图/功能磁共振成像记录证明，脑电图微状态是功能磁共振成像信号的电生理特征，并且由于其亚秒级时间分辨率，特别适合研究与心理过程相关的静息态网络动态。
尽管微状态在探索大脑动态方面具有潜力，但相对较少的研究调查了帕金森病中的微状态，特别是作为帕金森病相关认知损伤的标志物。在最近的一篇综述中，作者强调了这种方法的相关性，特别是在区分轻度认知障碍患者与认知正常患者方面。在本研究中，我们旨在进一步探索这种技术，以识别能够检测帕金森病相关认知损伤早期阶段的微状态特征，这些阶段主要特征是精神迟缓，在神经心理学评估指出显著缺陷之前。
方法
研究人群和数据
本研究使用的数据来自之前的一项横断面研究，该研究在法国里尔和荷兰马斯特里赫特的两个运动障碍中心招募了患者。获得了当地机构审查委员会的批准。患者接受了全面的神经心理学评估，包括Mattis痴呆评定量表……
结果
研究人群和数据
在分组匹配后，本研究使用了23名帕金森病认知正常患者、30名帕金森病前轻度认知障碍患者和34名帕金森病轻度认知障碍患者的数据。表1总结了他们主要的人口学和临床特征，包括他们的整体认知和特定领域评估得分。
微状态地形图
使用4个微状态时，各组平均解释的信号变异性为82% ± 3，使用5个微状态时为82.5% ± 2，使用6个微状态时为83.5% ± 2。考虑到添加的地图带来的改进有限……
讨论
主要结果
在这项研究中，我们调查了脑电图微状态提供帕金森病认知损伤早期标志物的潜力，特别关注以精神迟缓为主要特征且特别难以检测的前轻度认知障碍阶段。我们发现，脑电图微状态的一些时间特征可以区分前轻度认知障碍患者与认知完整患者以及轻度认知障碍患者。微状态A的持续时间显著更长，并且其……
结论
总之，脑电图微状态分析迄今已被探索用于理解某些生理机制。在我们的研究中，微状态分析能够区分认知正常的帕金森病患者和仅有轻微精神迟缓的患者。因此，微状态分析在区分这些组别方面被证明比其他脑电图分析更敏感，这可能表明这是一个潜在的生物标志物，可能在临床环境中发挥作用。下一步是……
CRediT作者贡献声明
Nacim Betrouni: 撰写 – 原稿, 方法论, 调查, 正式分析, 数据管理, 概念化。Philippe Derambure: 撰写 – 审阅与编辑, 资源。Luc Defebvre: 撰写 – 审阅与编辑, 资源。Albert FG. Leentjens: 撰写 – 审阅与编辑, 资金获取。Arnaud Delval: 撰写 – 审阅与编辑, 验证, 方法论, 调查。Kathy Dujardin: 撰写 – 审阅与编辑, 监督, 资源, 项目管理, 资金获取。
财务披露
无。
利益冲突声明
作者声明，他们与本研究报告不存在任何利益冲突。
致谢
本研究得到了迈克尔·J·福克斯帕金森病研究基金会资助。
参考文献
（共34篇参考文献）
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