Regional-based static and dynamic alterations in Alzheimer disease: a longitudinal study.

ABSTRACT

BACKGROUND: Alzheimer disease (AD) leads to cognitive decline and alters functional connectivity (FC) in key brain regions. Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) assesses these changes using static-FC for overall correlation and dynamic-FC for temporal variability. OBJECTIVE: In AD, there is altered FC compared to normal conditions. The present study investigates possible region-specific functional abnormalities occurring longitudinally over 1 year. Our aim is to evaluate the potential usefulness of the static and dynamic approaches in identifying biomarkers of AD progression. METHODS: The study involved 15 AD and 20 healthy participants from the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative 2 (ADNI2) database, tracked over 2 visits within 1 year. Using constrained-independent component analysis, we assessed FC changes across 80-regions of interest in AD over the year, examining both static and dynamic conditions. RESULTS: The average regional FC decreased in AD compared to healthy subjects at baseline and after 1 year. The dynamic condition identifies similarities with a few additional changes in the FC compared to the static condition. In both analyses, the baseline assessment revealed reduced connectivity between the following regions right-middle-occipital and left-superior-occipital, left-hippocampus and right-postcentral, left-lingual and left-fusiform, and precuneus and left-thalamus. Additionally, increased connectivity was found between the left-superior-occipital and precuneus regions. In the 1-year AD assessment, increased connectivity was noted between the right-superior-temporal-pole and right-insular, right-hippocampus and left-caudate, right-middle-occipital and right-superior-temporal-pole, and posterior-cingulate-cortex and middle-temporal-pole regions. CONCLUSION: Significant changes were observed at baseline in the frontal, occipital, and core basal-ganglia regions, progressing towards the temporal lobe and subcortical regions in the following year. After 1 year, we observed the aforementioned region-specific neurological differences in AD, significantly aiding diagnosis and disease tracking.

RESUMO

ANTECEDENTES A doença de Alzheimer (DA) leva ao declínio cognitivo e altera a conectividade funcional (CF) em regiões-chave do cérebro. A ressonância magnética funcional em estado de repouso (rs-fMRI) avalia essas alterações usando CF estática para correlação geral e CF dinâmica para variabilidade temporal. OBJETIVO: Na DA, há CF alterada em relação às condições normais. O presente estudo investiga possíveis anormalidades funcionais específicas da região que ocorrem longitudinalmente ao longo de um ano. Nosso objetivo é avaliar a utilidade potencial das abordagens estáticas e dinâmicas na identificação de biomarcadores da progressão da DA. MéTODOS: O estudo envolveu 15 participantes com DA e 20 participantes saudáveis do banco de dados da Iniciativa de Neuroimagem da Doença de Alzheimer 2 (ADNI2), rastreados em duas visitas no período de um ano. Usando análise de componentes independentes e restritos, avaliamos as mudanças de CF em 80 regiões de interesse na DA ao longo do ano, examinando condições estáticas e dinâmicas. RESULTADOS: A CF regional média diminuiu na DA em comparação com indivíduos saudáveis no início do estudo e após um ano. A condição dinâmica identifica semelhanças com algumas alterações adicionais na CF em comparação com a condição estática. Em ambas as análises, a avaliação inicial revelou conectividade reduzida entre as seguintes regiões occipital médio direito e occipital superior esquerdo, hipocampo esquerdo e pós-central direito, lingual esquerdo e fusiforme esquerdo, e precuneus e tálamo esquerdo. Além disso, foi encontrada maior conectividade entre as regiões occipital superior esquerda e precuneus. Na avaliação de DA de um ano, foi observada conectividade aumentada entre o polo temporal superior direito e o insular direito, o hipocampo direito e o caudado esquerdo, occipital médio direito e o polo temporal superior direito, e regiões posteriores do córtex cingulado e do polo temporal médio. CONCLUSãO: Mudanças significativas foram observadas no início do estudo nas regiões frontal, occipital e dos gânglios basais centrais, progredindo em direção ao lobo temporal e regiões subcorticais no ano seguinte. Após um ano, observamos as diferenças neurológicas específicas da região acima mencionadas na DA, auxiliando significativamente no diagnóstico e no rastreamento da doença.