Análisis de conectividad estructural cerebral en demencia frontotemporal, a partir de imágenes de resonancia de difusión

• Autores: Luis Enríquez Acosta, Pablo Reyes, Andrea del Pilar Rueda
• Localización: Revista Ingeniería Biomédica, ISSN-e 1909-9762, ISSN 1909-9991, Vol. 13, Nº. 25, 2019, págs. 35-51
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Análise da conectividade estrutural cerebral na demência frontotemporal, utilizando ressonância de difusão
  • Cerebral structural connectivity analysis in frontotemporal dementia using diffusion resonance imaging
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• Resumen
  • español

    La progresión de los déficits cognitivos en la demencia frontotemporal (DFT) se acompaña de deterioro de la sustancia blanca. El impacto de la pérdida neuronal en la conectividad de la red estructural en la DFT y sus variantes aún no se comprende de manera rigurosa. Se evaluó el potencial del análisis de conectividad estructural cerebral, a partir de imágenes de difusión (dMRI), en la identificación de alteraciones producidas por la DFT y sus variantes, y la relevancia para su diferenciación.

    Un total de 137 estudios de dMRI divididos en: 20 pacientes con demencia semántica (DS), 20 con afasia progresiva primaria (APP), 52 con variante comportamental (bvDFT) y 45 controles fueron investigados. La conectividad estructural se estimó para todo el cerebro. Se emplearon dos tipos de análisis: medidas topológicas por teoría de grafos y network-based statistic. La organización topológica en las 3 variantes se vio significativamente alterada respecto de los controles, en las medidas de fuerza de conexión, longitud de camino y eficiencia global. La bvDFT se caracterizó por una alteración preferencial interhemisférica centrada en la región frontal del lóbulo izquierdo. En la APP se detectaron pequeñas alteraciones en el giro frontal inferior.

    Mientras que los pacientes con DS mostraron una mayor extensión de redes alteradas, con desconexiones en el lóbulo temporal de ambos hemisferios. Las alteraciones globales de las redes estructurales sugieren un cambio en la eficiencia de intercambio de información, además de que la localización de dichos cambios se puede asociar con el progreso neuropatológico de la DFT.

  • English

    The progression of cognitive deficits in frontotemporal dementia (FTD) is accompanied by white matter deterioration. However, the impact of neuronal loss on the connectivity of the structural network in the FTD and its variants is not well understood yet. This study aimed to evaluate the potential of structural brain connectivity, in the identification of alterations and changes produced by the FTD and its variants, and the relevance of these measures for its differentiation. A total of 137 studies of dMRI divided as follows: 20 patients with semantic dementia (SD), 20 with progressive primary aphasia (PPA), 52 with behavioral variant (bvFDT) and 45 controls were part of the study. The structural connectivity derived from dMRI was estimated for the whole brain. Two types of analysis were executed: topological measures by graph theory and network-based statistic.

    Global topological organization in the 3 variants of FTD was significantly altered compared to controls, as seen in measures like connection strength, path length and global efficiency. The bvFTD was characterized by a preferential interhemispheric alteration focused on the frontal region of the left hemisphere. In the PPA a few alterations were detected in the inferior frontal gyrus.

    While patients with SD showed a greater extension of altered networks, due to high disconnections in the temporal lobe in both hemispheres. The global alterations of the structural networks suggest a change in the efficiency of information exchange between brain regions. Likewise, the location of these changes can be related with the neuropathological progress of the FTD.

  • português

    A progressão dos déficits cognitivos na demência frontotemporal (DFT) é acompanhada pela deterioração da substância branca. O impacto da perda neuronal na conectividade da rede estrutural na DFT e suas variantes ainda não é rigorosamente compreendido. O potencial da análise da conectividade estrutural cerebral foi avaliado, a partir de imagens de difusão (dMRI), na identificação de alterações produzidas pelo DFT e suas variantes, e a relevância para sua diferenciação. Foram estudados 137 estudos de dMRI divididos em: 20 pacientes com demência semântica (SD), 20 com afasia progressiva primária (APP), 52 com variante comportamental (bvDFT) e 45 controles. A conectividade estrutural foi estimada para todo o cérebro. Dois tipos de análise foram utilizados: medidas topológicas pela teoria dos grafos e estatística baseada em rede. A organização topológica nas três variantes foi significativamente alterada em relação aos controles, nas medidas de força da conexão, comprimento do caminho e eficiência geral. O bvDFT foi caracterizado por uma alteração inter-hemisférica preferencial centrada na região frontal do lobo esquerdo. Na APP, pequenas alterações foram detectadas no giro frontal inferior. Enquanto os pacientes com SD apresentaram maior extensão de redes alteradas, com desconexões no lobo temporal de ambos os hemisférios. As alterações globais das redes estruturais sugerem uma alteração na eficiência da troca de informações, além do fato de que a localização dessas alterações pode estar associada ao progresso neuropatológico da DFT.