01

研究背景

視覺(jué)空間能力下降和記憶力衰退被認(rèn)為是阿爾茨海默病 (AD) 的癥狀，可以在早期階段通過(guò)臨床測(cè)試進(jìn)行評(píng)估。但是，單個(gè)測(cè)試中的表現(xiàn)通常不能診斷 AD。功能性神經(jīng)成像，例如功能性近紅外光譜 (fNIRS)，可以在生態(tài)環(huán)境中的這些測(cè)試中使用，以支持診斷。神經(jīng)影像學(xué)不應(yīng)改變?cè)试S自由醫(yī)患互動(dòng)的臨床實(shí)踐。然而，標(biāo)準(zhǔn)功能神經(jīng)影像分析所必需的塊設(shè)計(jì)范式需要測(cè)試適應(yīng)。新的信號(hào)分析程序（例如，信號(hào)復(fù)雜性評(píng)估）可能有助于在不改變實(shí)驗(yàn)條件的情況下建立大腦信號(hào)差異。此研究評(píng)估了在視覺(jué)空間和短期記憶能力的三個(gè)測(cè)試（時(shí)鐘繪圖測(cè)試、數(shù)字跨度測(cè)試、Corsi 塊敲擊測(cè)試）中早期 AD 和健康對(duì)照的額葉皮層的 fNIRS 復(fù)雜性（通過(guò)樣本熵度量）。
 

02

研究方法
 

2.1、實(shí)驗(yàn)被試

研究共有22名有效被試，其中AD患者11人（女性4人，平均年齡72.2歲），健康對(duì)照組 11人（女性3人，平均年齡67.5歲）。
 

2.2、實(shí)驗(yàn)材料

視覺(jué)刺激包含圖片刺激。
 

2.3、實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)任務(wù)包括時(shí)鐘繪制測(cè)試 (CDT)、數(shù)位跨度測(cè)試 (DST)、Corsi敲擊測(cè)試 (CBBT)，測(cè)試之間有休息時(shí)間。CDT 包括向患者展示一張 A4 大小的空白紙，并要求畫(huà)一個(gè)帶有代表時(shí)鐘的數(shù)字的圓圈。最后，患者被要求在特定時(shí)間繪制時(shí)鐘指針。DST中要求患者以 1 秒的速度重復(fù)由檢查員口頭呈現(xiàn)的一系列長(zhǎng)度增加（從兩個(gè)開(kāi)始）的數(shù)字。如果參與者無(wú)法重復(fù)該序列，則披露另一個(gè)相同長(zhǎng)度的序列。當(dāng)參與者無(wú)法準(zhǔn)確重復(fù)相同長(zhǎng)度的兩個(gè)系列時(shí)，測(cè)試停止。在 CBTT 中，醫(yī)生連續(xù)敲擊位于木板上的越來(lái)越多的立方體（從兩個(gè)開(kāi)始）（圖 1a），其順序必須被患者記住。用食指以每秒 1 個(gè)立方體的速度觸摸立方體。參與者必須在醫(yī)生之后立即以相同的順序點(diǎn)擊立方體序列。

圖1. 實(shí)驗(yàn)任務(wù)流程。

2.4 數(shù)據(jù)采集和處理

實(shí)驗(yàn)采用商業(yè)頻域近紅外光譜儀（Imagent，ISS Inc.，Champaign，Illinois）。該儀器由 32 個(gè)激光二極管光源、16 個(gè)發(fā)射 690 nm 的光和 16 個(gè) 830 nm 的光以及 4 個(gè)光電倍增管 (PMT) 組成。光調(diào)制頻率為 110 MHz，而 PMT 調(diào)制頻率為 110.005 MHz。在測(cè)試期間對(duì)源采用了時(shí)間復(fù)用（開(kāi)關(guān)模式：16；采樣頻率：10 Hz）。紅外燈光纖位于額葉和前額葉區(qū)域。適用于 NIRS 的 EEG 頭盔放置探測(cè)器和源的分布見(jiàn)圖1a。將所有被試的channel分布在MNI空間顯示見(jiàn)圖2。

圖2. 探測(cè)器channel在MNI空間內(nèi)的分布。

03

研究結(jié)果

總體上，CDT階段AD和健康對(duì)照組顯示出了顯著差別。單獨(dú)channel的統(tǒng)計(jì)比較地圖如圖3所示。樣本熵 (SampEn)和多尺度熵 (MSE)作為復(fù)雜性的度量。CDT和DST采用SampEn，CBTT采用MSE。

圖3. 不同任務(wù)階段的不同channel的統(tǒng)計(jì)比較地圖。

04

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

基于通道的fNIRS復(fù)雜性分析揭示了AD 誘導(dǎo)的 BA 9,10 和 46 中方向不均勻的變化。基于多元線性回歸的 fNIRS 任務(wù)相關(guān)復(fù)雜性的多變量分析提供了對(duì) AD 的良好特異性和敏感性。將該結(jié)果與在三個(gè)測(cè)試 (CDT) 之一中預(yù)測(cè) AD 的測(cè)試性能進(jìn)行比較。這些發(fā)現(xiàn)雖然是初步的，但似乎證實(shí)了 AD 可能導(dǎo)致腦電活動(dòng)和神經(jīng)血管耦合失調(diào)的假設(shè)，這種失調(diào)可能比明顯的行為障礙更早出現(xiàn)。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了 fNIRS 和復(fù)雜性指標(biāo)支持早期 AD 診斷的能力。

Perpetuini, D., Chiarelli, A.M., Cardone, D., Filippini, C., Bucco, R., Zito, M. and Merla, A., 2019. Complexity of frontal cortex fNIRS can support Alzheimer disease diagnosis in memory and visuo-spatial tests. Entropy, 21(1), pp.1-13.

DOI: 10.3390/e21010026