Identificación de patrones dinámicos temporales de las redes cognitivas en estado de reposo en poblaciones con riesgo genético de Enfermedad de Alzheimer

Abstract

RESUMEN: La Enfermedad de Alzheimer (AD) es una enfermedad neurodegenerativa que se caracteriza por alteraciones en la conectividad funcional cerebral, las cuales se asocian con la disfunción cognitiva. El objetivo de este estudio fue investigar las alteraciones en la conectividad funcional a lo largo del continuo de la enfermedad, utilizando datos de resonancia magnética funcional en reposo (rs-fMRI). Se analizó la conectividad funcional dinámica desde un estado preclínico hasta el deterioro cognitivo leve y la enfermedad de Alzheimer, utilizando diferentes atlas funcionales que cubren escalas topológicas locales, meso y globales. Los análisis se enfocaron en diversas medidas topológicas dinámicas local (agrupamiento, eficiencia, centralidad, intercambiabilidad y áreas activadas), meso (comunidad, jerarquía, asortatividad y club rico) y global (pequeño mundo, eficiencia y sincronización). Los resultados revelaron una arquitectura de redes cerebrales que mostraba un cambio no lineal hacia una estructura más aleatoria a medida que progresaba la enfermedad, con una reducción en la eficiencia global a lo largo del tiempo. Estas alteraciones en la conectividad funcional se observaron principalmente en las redes sensoriales y de asociación. En los sujetos sanos portadores de la enfermedad, se evidenciaron cambios tempranos en la integridad de la red sin alteraciones topológicas significativas. En el grupo con deterioro cognitivo leve, se observaron alteraciones en la estructura de la red que afectaban el filtro adecuado de la información, lo que resultaba en déficits de atención selectiva y disminución de la eficiencia en la codificación de la información. En los sujetos con enfermedad de Alzheimer, se presentaron alteraciones en la integración de la información perceptual, así como una pobre eficiencia atencional y déficits en la codificación y consolidación de la información. Las redes funcionales más afectadas involucraban múltiples regiones, incluyendo el lóbulo temporal medial, red visuales, red de atención dorsal y ventral, red de saliencia y red auditiva. Estas regiones también mostraron daño compartido con otras redes, como la red de modo por defecto, red de control ejecutivo, red de red frontal-parietal y red de recompensa. En conclusión, mediante el análisis de la conectividad funcional dinámica, este estudio proporciona una comprensión amplia de los cambios fisiopatológicos a lo largo del continuo de la Enfermedad de Alzheimer. Estos hallazgos destacan la importancia de la evaluación de las redes cerebrales en el diagnóstico y seguimiento de la enfermedad, y pueden contribuir al desarrollo de intervenciones terapéuticas más específicas y efectivas.

ABSTRACT: Alzheimer's Disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by disruptions in brain functional connectivity, which are associated with cognitive dysfunction. The aim of this study was to investigate alterations in functional connectivity across the continuum of the disease using resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) data. Dynamic functional connectivity was analyzed from a preclinical state to mild cognitive impairment and Alzheimer's disease using different functional atlases covering local, meso, and global topological scales. Analyzes focused on various dynamic topological measures local (clustering, efficiency, centrality, interchangeability, and activated areas), meso (community, hierarchy, assortativity, and rich club), and global (small world, efficiency, and synchronization). Results revealed a nonlinear shift in brain network architecture towards a more random structure as the disease progressed, accompanied by a reduction in global efficiency over time. These alterations in functional connectivity were primarily observed in sensory and association networks. In cognitively healthy mutation carrying, early changes in network integrity were evident without significant topological alterations. Mild cognitive impairment showed network disruptions affecting proper information filtering, leading to deficits in selective attention and decreased encoding efficiency. Alzheimer's disease patients exhibited impairments in perceptual information integration, poor attentional efficiency, and deficits in encoding and consolidation of information. The most prominently affected brain networks involved multiple regions, including the medial temporal lobe, visual networks, dorsal and ventral attention networks, salience network, and auditory network. These regions also exhibited shared damage with other networks such as the default mode network, executive control network, frontoparietal network, and reward network. In conclusion, through the analysis of dynamic functional connectivity, this study provides a comprehensive understanding of the pathophysiological changes across the continuum of Alzheimer's disease. These findings emphasize the importance of evaluating brain networks in the diagnosis and monitoring of the disease and may contribute to the development of more specific and effective therapeutic interventions.