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筋緊張性ジストロフィー1型における脳波に基づく機能的脳ネットワークの特性化
Characterization of EEG-based functional brain networks in myotonic dystrophy type 1.
PMID: 32590320 DOI: 10.1016/j.clinph.2020.05.014.
抄録
目的:
常染色体優性の多系統慢性進行性疾患である筋緊張性ジストロフィー1型（DM1）では、認知障害は機能的な脳ネットワークの乱れに起因している可能性がある。我々は、DM1型患者と対照群の安静時脳波（EEG）記録のネットワーク解析を用いて、大規模な脳機能ネットワークにおけるネットワーク組織の変化と認知障害との相関を調べることを目的とした。
OBJECTIVE: In the autosomal dominant, multisystem, chronic progressive disease myotonic dystrophy type 1 (DM1), cognitive deficits may originate from disrupted functional brain networks. We aimed to use network analysis of resting-state electro-encephalography (EEG) recordings of patients with DM1 and matched unaffected controls to investigate changes in network organization in large-scale functional brain networks and correlations with cognitive deficits.
方法:
この横断的研究では、遺伝的にDM1が確認された成人患者28人と、年齢、性別、学歴をマッチさせた対照者26人を対象に、安静時脳波および神経心理学的評価を行った。我々は位相差指数（PLI）を計算し、脳波周波数に依存した脳領域間の機能的接続性を明らかにした。機能的な脳ネットワークは、グラフ理論の概念を適用して特徴づけ、グループ間の比較を行った。ネットワークトポロジーは最小スパニングツリー（MST）を用いて評価した。ネットワーク指標と神経心理学的検査との相関関係を評価したところ、グループ間で統計的に有意な差が認められた。
METHODS: In this cross-sectional study, 28 adult patients with genetically confirmed DM1 and 26 age-, sex- and education-matched unaffected controls underwent resting-state EEG and neuropsychological assessment. We calculated the Phase Lag Index (PLI) to determine EEG frequency-dependent functional connectivity between brain regions. Functional brain networks were characterized by applying concepts from graph theory and compared between-groups. Network topology was evaluated using the minimum spanning tree (MST). We evaluated correlations between network metrics and neuropsychological tests that showed statistically significant between-group differences.
結果:
全脳中央値PLIとして推定された機能的接続性は、健常対照群と比較して、DM1患者ではシータ帯で高く（0.141 [0.050] 対 0.125 [0.018]、p=0.029）、アルファ帯で低く（0.154 [0.048] 対 0.182 [0.073]、p=0.038）なっていた。DM1患者の機能的MSTネットワークは、デルタ（p=0.009）、シータ（p=0.009）、アルファ下限（p=0.036）、アルファ上限（p=0.008）のバンドで健常対照群と有意に異なっていた。局所的なMSTネットワークの評価では、シータバンドでは大域的な集積度が高く、アルファバンドでは大域的な集積度が低い傾向が見られた。DM1患者は、影響を受けていない対照群と比較して、注意力、運動機能、実行機能、および視覚空間記憶のテストでより悪い成績を示した。視覚空間記憶は、上部α帯域のグローバル中央値PLIと相関していた。
RESULTS: Functional connectivity estimated as whole-brain median PLI for DM1 patients versus healthy controls was higher in theta band (0.141 [0.050] versus 0.125 [0.018], p = 0.029), and lower in the upper alpha band (0.154 [0.048] versus 0.182 [0.073], p = 0.038), respectively. Functional MST-constructed networks in DM1 patients were significantly dissimilar from healthy controls in the delta, (p = 0.009); theta, (p = 0.009); lower alpha, (p = 0.036); and upper alpha, (p = 0.008) bands. In evaluation of local MST network measures, trends toward networks with higher global integration in the theta band and lower global integration in the upper alpha band were observed. Compared to unaffected controls, DM1 patients performed worse on tests of attention, motor function, executive function and visuospatial memory. Visuospatial memory correlated with the global median PLI in the upper alpha band; the Stroop interference test correlated with betweenness centrality in this band.
結論:
本研究は、脳波ベースのネットワークを用いてモデル化されたDM1の脳の変化が、機能的なネットワーク組織の乱れをもたらすという仮説を支持するものである。今後の研究により、臨床的な脳関連DM1症状との関係が解明される可能性がある。
CONCLUSION: This study supports the hypothesis that brain changes in DM1 give rise to disrupted functional network organization, as modelled with EEG-based networks. Further study may help unravel the relations with clinical brain-related DM1 symptoms.
意義:
脳波ネットワーク解析は、DM1型に関連する脳の表現型の理解に役立つ可能性を秘めている。
SIGNIFICANCE: EEG network analysis has potential to help understand brain related DM1 phenotypes.
資金調達:
本研究は、欧州共同体の第7次フレームワークプログラム（FP7/2007-2013）の助成契約第305697号（OPTIMISTIC）およびマリーゴールド財団の支援を受けて行われた。
FUNDING: This work was supported by the European Community's Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) under grant agreement n° 305697 (OPTIMISTIC) and the Marigold Foundation.
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