部分的順序づけ集合分析を用いたアミロイド状態と認知の関連付け

Associating Cognition With Amyloid Status Using Partially Ordered Set Analysis.

• Sarah J A Carr
• Judith Jaeger
• Shijia Bian
• Ping He
• Nancy Maserejian
• Wenting Wang
• Paul Maruff
• Ahmed Enayetallah
• Yanming Wang
• Zhengyi Chen
• Alan Lerner
• Curtis Tatsuoka

抄録

脳アミロイドβ陽性の存在は認知障害や認知症と関連しているが、アミロイドβと最も関連している認知の特定の側面があるかどうかは不明である。神経心理学的検査データの分析は、単一の検査では複数の認知機能が必要とされることが多いため、困難を伴う。そのため、あるテストのパフォーマンスを特定の認知機能に結びつけるのは不正確である。我々の目的は、部分順序セットモデル（POSET）を用いて、認知機能が正常者と軽度認知障害者（MCI）からなるサンプル間で脳アミロイドβ陽性とどのように関連しているかを明らかにすることである。 神経心理学的検査データのPOSET分類モデルを用いて、ADNI2とAIBLのデータを用いて詳細な認知プロファイルに分類した。我々は、エピソード記憶、認知柔軟性、言語流暢性、注意力、知覚運動速度の3つのグラデーションを考慮し、アミロイド陽性（yes/no）と年齢（<70歳、70-80歳、81-90歳）で層別化した認知機能のグループ比較を行った。また、人口統計学的変数、4対立遺伝子数に加えて、アミロイド陽性の予測における認知検査の有効性を評価するために、年齢別に層別化したランダムフォレスト法を採用した。 ADNI2では、アミロイドによるエピソード記憶と注意力に70歳未満群と70～80歳群で差が認められた。AIBLでは、70～80歳群でエピソード記憶の差が認められた。両研究とも、81-90歳群では認知的差異は認められなかった。ランダムフォレスト分析は、分類における変数の重要度が年齢に依存することを示している。4つの対立遺伝子数に加えて、エピソード記憶と遅延想起の中間レベルを対象とした認知検査は、両研究で最も重要な変数である。 ADNI2とAIBLサンプルでは、特定の認知能力と脳アミロイドβ陽性との関連は年齢に依存したが、一般的にはエピソード記憶が最も一貫して脳アミロイドβ陽性を予測していた。ランダムフォレスト法とOOBエラー率により、認知検査、4つのジェノタイピング、人口統計学的変数を用いて脳βアミロイドの存在を予測することの実現可能性が立証された。

The presence of brain amyloid-beta positivity is associated with cognitive impairment and dementia, but whether there are specific aspects of cognition that are most linked to amyloid-beta is unclear. Analysis of neuropsychological test data presents challenges since a single test often requires drawing upon multiple cognitive functions to perform well. It can thus be imprecise to link performance on a given test to a specific cognitive function. Our objective was to provide insight into how cognitive functions are associated with brain amyloid-beta positivity among samples consisting of cognitively normal and mild cognitively impaired (MCI) subjects, by using partially ordered set models (POSETs). We used POSET classification models of neuropsychological test data to classify samples to detailed cognitive profiles using ADNI2 and AIBL data. We considered 3 gradations of episodic memory, cognitive flexibility, verbal fluency, attention and perceptual motor speed, and performed group comparisons of cognitive functioning stratified by amyloid positivity (yes/no) and age (<70, 70-80, 81-90 years). We also employed random forest methods stratified by age to assess the effectiveness of cognitive testing in predicting amyloid positivity, in addition to demographic variables, and 4 allele count. In ADNI2, differences in episodic memory and attention by amyloid were found for <70, and 70-80 years groups. In AIBL, episodic memory differences were found in the 70-80 years age group. In both studies, no cognitive differences were found in the 81-90 years group. The random forest analysis indicates that variable importance in classification depends on age. Cognitive testing that targets an intermediate level of episodic memory and delayed recall, in addition to 4 allele count, are the most important variables in both studies. In the ADNI2 and AIBL samples, the associations between specific cognitive abilities and brain amyloid-beta positivity depended on age, but in general episodic memory was most consistently predictive of brain amyloid-beta positivity. Random forest methods and OOB error rates establish the feasibility of predicting the presence of brain beta-amyloid using cognitive testing, 4 genotyping and demographic variables.

Copyright © 2019 Carr, Jaeger, Bian, He, Maserejian, Wang, Maruff, Enayetallah, Wang, Chen, Lerner and Tatsuoka.