Desarrollo e implementación de una herramienta portable para análisis de tareas duales para establecer un biomarcador preclínico de la enfermedad de Alzheimer autosómica dominante por variante genética PSEN1-E280A

Abstract

RESUMEN: La enfermedad de Alzheimer y la identificación de biomarcadores preclínicos no cognitivos es uno de los aspectos clave en la investigación a nivel mundial, en Latinoamérica es aún más importante por la falta de biomarcadores en la práctica clínica. El costo de la doble tarea ha sido propuesto previamente como biomarcador en la enfermedad de Alzheimer. Este trabajo tiene como objetivo explorar y desarrollar tecnologías de bajo costo utilizando cámaras de teléfonos inteligentes, KinectV2 y Sistemas de Medición Inercial de bajo costo para identificar en la ejecución de la doble tarea de marcha y de miembros superiores alteraciones en personas con la Enfermedad de Alzheimer Autosómica Dominante de inicio temprano portadora de PSEN1 - E280A que permitan enfocar estos instrumentos en la fase preclínica y búsqueda de un biomarcador. La ejecución de la tarea motora se graba con la cámara integrada de un teléfono inteligente y la tarea de fluidez verbal con el micrófono integrado en el auricular o con un micrófono externo tipo lavalier. Para determinar el ángulo de flexión del codo en el brazo dominante, se colocan marcadores anatómicos en el acromion (articulación del hombro), el epicóndilo lateral (codo) y la estiloides cubital/radial (muñeca). Tras segmentar los marcadores en el vídeo, se extrae el ángulo de flexión del codo y la dinámica del movimiento del brazo (velocidad angular, amplitud de movimiento, tiempo de elevación de la extremidad, número de flexiones entre otros); de la grabación de audio, se extraen las palabras, números nombrados en la ejecución de la tarea y los cambios de éstas con respecto a la ejecución de la tarea simple respecto a la dual. El ángulo de flexión se validó con softwares comerciales de análisis biomecánico y un goniómetro y las curvas de la dinámica del movimiento del brazo se validaron con OpenPose; además, se exponen alternativas para la evaluación de marcha mediante grabaciones de audio. Se evaluaron 18 controles y 5 personas portadoras de la variante genética, el método de evaluación es ampliamente aplicable, de bajo costo y tiempo, no requiere preparación del paciente y es accesible, ya que no requiere gran disponibilidad de espacio ni instrumentos costosos. La herramienta desarrollada permite diferenciar sanos de enfermos, abre posibilidades para la evaluación en población preclínica y la búsqueda de un biomarcador motor-cognitivo.

ABSTRACT: Alzheimer's disease and the identification of preclinical non-cognitive biomarkers is one of the key aspects in research worldwide, in Latin America it is even more important due to the lack of biomarkers in clinical practice. Dual task cost has been previously proposed as a biomarker in Alzheimer's disease. This work aims to explore and develop low-cost technologies using smartphone cameras, KinectV2 and low-cost Inertial Measurement Systems to identify in the execution of the gait and upper limb dual task alterations in people with Autosomal Dominant Early Onset Alzheimer's Disease carrying PSEN1 - E280A that allow to focus these instruments in the preclinical phase and search for a biomarker. The performance of the motor task is recorded with the integrated camera of a smartphone and the verbal fluency task with the microphone integrated in the headset or with an external lavalier-type microphone. To determine the angle of elbow flexion in the dominant arm, anatomical markers are placed on the acromion (shoulder joint), lateral epicondyle (elbow) and ulnar/radial styloid (wrist). After segmenting the markers in the video, the elbow flexion angle and arm movement dynamics (angular velocity, amplitude of movement, limb elevation time, number of flexions among others) are extracted; from the audio recording, the words, numbers named in the execution of the task and the changes of these with respect to the execution of the simple task with respect to the dual one are extracted. The flexion angle was validated with commercial biomechanical analysis software and a goniometer and the arm movement dynamics curves were validated with OpenPose; in addition, alternatives for gait assessment using audio recordings are presented. Eighteen controls and five carriers of the genetic variant were evaluated. The evaluation method is widely applicable, low cost and time, does not require patient preparation and is accessible, since it does not require large space availability or expensive instruments. The developed tool allows differentiating between healthy and sick people, opens possibilities for the evaluation in preclinical population and the search for a motor-cognitive biomarker.