Background e scopi: I disturbi neurocognitivi vengono diagnosticati innanzitutto sulla base dell'evidenza clinica di deterioramento cognitivo. Un importante aspetto del quadro clinico nei pazienti con demenza e con deterioramento cognitivo lieve (mild cognitive impairment, MCI) è rappresentato da disturbi del linguaggio. Esso prevede un processo molto complesso che coinvolge diversi domini cognitivi, come la comprensione, la memoria e le funzioni esecutive. La Functional Near-infrared Spectroscopy (fNIRS) è una tecnica non invasiva di imaging adatta per il monitoraggio a lungo termine delle attività corticali. Lo scopo di questo studio è se la fNIRS possa essere uno strumento utile per analizzare differenze nella risposta emodinamica associata al linguaggio, in particolare fra soggetti sani di controllo e pazienti con disturbo neurocognitivo. Metodi: Sono stati studiati 44 pazienti affetti da demenza, 16 soggetti con MCI (MCI) e 30 soggetti sani. A tutti i partecipanti è stato chiesto di svolgere un task di fluenza verbale. Durante l’esecuzione del task sono state monitorate in continuo le variazioni emodibamiche corrispondenti all’area fronto-temporale utilizzando una tecnica fNIRS con montaggio a 14 canali, 7 per emisfero. Risultati: i pazienti con demenza hanno presentato, come atteso, una performance ai VFT peggiore rispetto sia ai soggetti con MCI (p ≤ 0.001) che ai soggetti sani di controllo (p < 0.001). I dati della fNIRS hanno evidenziato l’occorrenza di variazioni emodinamiche indotte dalla funzione verbale in corrispondenza dell’area di Broca. In condizioni basali, non è stata riscontrata alcuna differenza nei livelli di ossiemoglobina [O2Hb] fra i 3 gruppi di soggetti studiati. Nel corso del VFT, è stato osservato nel gruppo di pazienti con MCI un maggior incremento percentuale dei livelli di O2Hb rispetto ai soggetti sani di controllo (P=0.003) e tendenzialmente anche rispetto al gruppo dei dementi, benchè il dato non abbia raggiunto la significatività statistica (P=0.06). Considerando l’andamento all’interno dei gruppi, la differenza nei livelli medi di O2Hb fra la fase del compito verbale e la condizione basale (resting state) è risultata essere significativa nel gruppo dei soggetti normali di controllo (p=0.002), e quasi significativa nel gruppo MCI (p=0.07). Per contro, nessuna differenza è stata osservata nel gruppo dei pazienti con demenza (p=0.27). Conclusioni: L’analisi fNIRS associata ad una prova di fluenza verbale ha evidenziato risposte emodinamiche differenti fra pazienti MCI e soggetti di controllo. La fNIRS è una recente metodica in via di sviluppo, e sono attualmente in corso applicazioni anche alla patologia neurocognitiva. I dati ottenuti in questo studio suggeriscono che la combinazione di compiti di tipo verbale con la fNIRS possa rappresentare una tecnica promettente, si concerto con la clinica, nel distinguere pazienti con MCI o demenza da soggetti normali. Sono necessari studi su popolazioni più ampie per confermare i dati ottenuti in questo studio.
Background and purposes: Neurocognitive disorders are diagnosed on the basis of clinical evidence of cognitive impairment. Language defects are an important clinical aspect in patients with dementia and mild cognitive impairment (MCI). Speech process is complex, since it involves several cognitive domains: comprehension, thinking, memory and executive functions. Functional Near-infrared Spectroscopy (fNIRS) is a non-invasive imaging technique which it is suitable for long-term monitoring of cortical activities. The aim of this study was to ascertain whether it is possible to evaluate differences in language-associated hemodynamic responses between healthy controls and patients with cognitive impairment using fNIRS. Method: We investigated 44 subjects with dementia, 16 subjects with MCI and 30 healthy subjects. All participants were asked to perform verbal fluency tasks (VFTs), while hemodynamic changes in their fronto-temporal areas were measured by a 14-channel fNIRS, 7-channels on each hemisphere. Results: Patients with dementia showed a worse performance in VFTs compared to both healthy controls (p<0.001) and MCI patients (p≤0.001). The data obtained with fNIRS showed a multiplicity of language-activated hemodynamic changes in Broca’s area. In basal conditions, no significant difference was found in oxyhaemoglobin [O2Hb] levels beweeen the 3 groups of subjects. During the VFTs, a higher percent increase in mean O2Hb levels was detected in the MCI group compared to the healthy group (P=0.003) as well as the dementia group, although in the latter case the trend was nonsignificant (P=0.06). Considering the findings within groups, the differences in mean O2Hb levels between the task period and the resting state were found to be significant in healthy controls (p=0.002), and near-significant in the MCI group (p=0.07), while no change was observed in the dementia group (p=0.27). Conclusion: The fNIRS analysis on VFTs showed a different hemodynamic response between patients with MCI and healthy controls. fNIRS is a novel technique currently applied to the study of cognitive impairment, and these data suggest that VFTs combined with fNIRS may be a promising tool to help screening demented patients from MCI and healthy subjects. Further research in wider populations of patients is needed to confirm these findings.
Language performance and cerebral hemodynamic changes in neurocognitive disorders: a functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) study
HU, WENXING
2019/2020
Abstract
Background e scopi: I disturbi neurocognitivi vengono diagnosticati innanzitutto sulla base dell'evidenza clinica di deterioramento cognitivo. Un importante aspetto del quadro clinico nei pazienti con demenza e con deterioramento cognitivo lieve (mild cognitive impairment, MCI) è rappresentato da disturbi del linguaggio. Esso prevede un processo molto complesso che coinvolge diversi domini cognitivi, come la comprensione, la memoria e le funzioni esecutive. La Functional Near-infrared Spectroscopy (fNIRS) è una tecnica non invasiva di imaging adatta per il monitoraggio a lungo termine delle attività corticali. Lo scopo di questo studio è se la fNIRS possa essere uno strumento utile per analizzare differenze nella risposta emodinamica associata al linguaggio, in particolare fra soggetti sani di controllo e pazienti con disturbo neurocognitivo. Metodi: Sono stati studiati 44 pazienti affetti da demenza, 16 soggetti con MCI (MCI) e 30 soggetti sani. A tutti i partecipanti è stato chiesto di svolgere un task di fluenza verbale. Durante l’esecuzione del task sono state monitorate in continuo le variazioni emodibamiche corrispondenti all’area fronto-temporale utilizzando una tecnica fNIRS con montaggio a 14 canali, 7 per emisfero. Risultati: i pazienti con demenza hanno presentato, come atteso, una performance ai VFT peggiore rispetto sia ai soggetti con MCI (p ≤ 0.001) che ai soggetti sani di controllo (p < 0.001). I dati della fNIRS hanno evidenziato l’occorrenza di variazioni emodinamiche indotte dalla funzione verbale in corrispondenza dell’area di Broca. In condizioni basali, non è stata riscontrata alcuna differenza nei livelli di ossiemoglobina [O2Hb] fra i 3 gruppi di soggetti studiati. Nel corso del VFT, è stato osservato nel gruppo di pazienti con MCI un maggior incremento percentuale dei livelli di O2Hb rispetto ai soggetti sani di controllo (P=0.003) e tendenzialmente anche rispetto al gruppo dei dementi, benchè il dato non abbia raggiunto la significatività statistica (P=0.06). Considerando l’andamento all’interno dei gruppi, la differenza nei livelli medi di O2Hb fra la fase del compito verbale e la condizione basale (resting state) è risultata essere significativa nel gruppo dei soggetti normali di controllo (p=0.002), e quasi significativa nel gruppo MCI (p=0.07). Per contro, nessuna differenza è stata osservata nel gruppo dei pazienti con demenza (p=0.27). Conclusioni: L’analisi fNIRS associata ad una prova di fluenza verbale ha evidenziato risposte emodinamiche differenti fra pazienti MCI e soggetti di controllo. La fNIRS è una recente metodica in via di sviluppo, e sono attualmente in corso applicazioni anche alla patologia neurocognitiva. I dati ottenuti in questo studio suggeriscono che la combinazione di compiti di tipo verbale con la fNIRS possa rappresentare una tecnica promettente, si concerto con la clinica, nel distinguere pazienti con MCI o demenza da soggetti normali. Sono necessari studi su popolazioni più ampie per confermare i dati ottenuti in questo studio.È consentito all'utente scaricare e condividere i documenti disponibili a testo pieno in UNITESI UNIPV nel rispetto della licenza Creative Commons del tipo CC BY NC ND.
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https://hdl.handle.net/20.500.14239/12230