Modification of functional connectivity as an early mechanism of impairment in spatial memory in patients with cognitive impairment

Abstract

La Enfermedad de Alzheimer (EA) es el desorden neurodegenerativo más común en la actualidad, causando el deterioro progresivo de redes neuronales, las cuales inducen patrones aberrantes de actividad en los circuitos neuronales y alteraciones de la Conectividad Funcional (CF). Un estado de transición descrito como Deterioro Cognitivo Leve (DCL), presenta deterioro temprano en las habilidades de navegación espacial como reflejo del daño en redes hipocampales ampliamente reportado en pacientes con EA. Nosotros hipotetizamos que la CF de redes de larga distancia en una tarea de navegación espacial actúan como un marcador temprano de deterioro en la EA. Por lo tanto, nosotros suponemos que alteraciones de la CF de larga distancia constituyen parte de los mecanismos tempranos del Deterioro Cognitivo Leve Amnésico (DCLa). Usando el registro de los movimientos oculares y la actividad cerebral con electroencefalograma (EEG), comparamos un grupo control (n=9) con un grupo DCLa (n=9) mientras desarrollaban una tarea de navegación virtual (Virtual Morris Water Maze). Nuestros resultados muestran que a) Hay diferencias significativas en la actividad eléctrica entre grupos reflejada en el análisis de poder espectral y CF como sincronía en bandas de baja frecuencia, b) la navegación espacial del grupo con DCLa es significativamente peor que en el grupo control respecto a una mayor latencia a la plataforma, mayor tasa de error y tiempo de reposo durante la búsqueda de la plataforma, c) la amplitud de los potenciales evocados a la fijación en la región occipital fue significativamente más baja en el grupo con DCLa en relación al grupo control y d) no encontramos diferencias significativas entre grupos respecto a parámetros de conducta ocular (fijaciones y sacadas). Diferencias en nuestros resultados son difíciles de atribuir a procesos de aprendizaje por que requieren del reclutamiento de otras regiones y necesitan mayor tiempo de procesamiento. Sin embargo, estas diferencias podrían ser una señal de dificultades en el procesamiento visual temprano con repercusiones en la activación de las cortezas involucradas en la creación de un mapa cognitivo en la navegación espacial. Podemos concluir que el estudio de la CF podría ayudar a predecir de forma temprana la progresión a la EA.

Alzheimer's disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder, causing progressive deterioration of neuronal networks, which induces aberrant patterns of activity in neuronal circuits and Functional Connectivity (FC) alterations. A transition state described as Mild Cognitive Impairment (MCI), presents earlier deficits in the spatial navigation ability as a reflection of the damaged hippocampal network widely reported in AD patients. We hypothesized that long-range FC of networks in a navigational task acts as an early marker of deterioration in AD. We conjectured that alterations of long-range FC constitute part of the early mechanisms of amnestic MCI (aMCI). Using eye movement tracking and brain activity recordings with electroencephalography (EEG), we compared a control (n=9) and an aMCI (n=9) group while performing a virtual navigation task. We found that a) There was a significant difference in the electrical brain activity between groups reflected in the analysis of spectral power and FC as synchrony in low-frequency bands, b) the spatial navigation of the aMCI group is significantly worse than the control group with respect to a greater latency, a higher error rate and resting time during the search of the platform, c) the amplitude of the fixation evoked potentials in the region of interest (occipital electrodes) was significantly lower in the aMCI than in the control group and d) there were no significant differences between groups regarding parameters of ocular behavior (fixations and saccades). Differences in our results are difficult to attribute to learning processes because they involve more brain regions and more processing time. However, they may be a warning of early visual processing difficulties with repercussions on the activation of the cortices involved in the creation of the cognitive map in spatial navigation. We conclude that FC may help to predict progression to AD.