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精细前额叶工作记忆网络作为阿尔茨海默病的神经标志物

Refined prefrontal working memory network as a neuromarker for Alzheimer's disease.

作者信息

Kim Eunho, Yu Jin-Woo, Kim Bomin, Lim Sung-Ho, Lee Sang-Ho, Kim Kwangsu, Son Gowoon, Jeon Hyeon-Ae, Moon Cheil, Sakong Joon, Choi Ji-Woong

机构信息

Department of Information and Communication Engineering, DGIST, Daegu 42988, Republic of Korea.

These authors equally contributed to this work.

出版信息

Biomed Opt Express. 2021 Oct 29;12(11):7199-7222. doi: 10.1364/BOE.438926. eCollection 2021 Nov 1.

Abstract

Detecting Alzheimer's disease (AD) is an important step in preventing pathological brain damage. Working memory (WM)-related network modulation can be a pathological feature of AD, but is usually modulated by untargeted cognitive processes and individual variance, resulting in the concealment of this key information. Therefore, in this study, we comprehensively investigated a new neuromarker, named "refined network," in a prefrontal cortex (PFC) that revealed the pathological features of AD. A refined network was acquired by removing unnecessary variance from the WM-related network. By using a functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) device, we evaluated the reliability of the refined network, which was identified from the three groups classified by AD progression: healthy people (N=31), mild cognitive impairment (N=11), and patients with AD (N=18). As a result, we identified edges with significant correlations between cognitive functions and groups in the dorsolateral PFC. Moreover, the refined network achieved a significantly correlating metric with neuropsychological test scores, and a remarkable three-class classification accuracy (95.0%). These results implicate the refined PFC WM-related network as a powerful neuromarker for AD screening.

摘要

检测阿尔茨海默病(AD)是预防病理性脑损伤的重要一步。工作记忆(WM)相关网络调制可能是AD的一个病理特征,但通常会受到非靶向认知过程和个体差异的调制,从而导致这一关键信息被掩盖。因此,在本研究中,我们在前额叶皮层(PFC)全面研究了一种名为“精细网络”的新神经标志物,它揭示了AD的病理特征。精细网络是通过从WM相关网络中去除不必要的差异而获得的。通过使用功能性近红外光谱(fNIRS)设备,我们评估了精细网络的可靠性,该网络是从按AD进展分类的三组人群中识别出来的:健康人(N = 31)、轻度认知障碍(N = 11)和AD患者(N = 18)。结果,我们在背外侧前额叶皮层中识别出了认知功能与组间具有显著相关性的边。此外,精细网络与神经心理学测试分数具有显著的相关性指标,并且具有显著的三类分类准确率(95.0%)。这些结果表明,精细的前额叶皮层WM相关网络是一种用于AD筛查的强大神经标志物。

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