Cognitive Deficits and Structural Brain Changes Associated with Dementia and Visual Hallucinations in Parkinson's Disease

Cognitive impairment of different degrees and hallucinations are common complications of chronic Parkinsons disease (PD). The pathogenesis, pathophysiology, and relationship between cognitive deficits and presence of hallucinations are not fully understood but both impact severely on overall disability and quality of life of PD patients . Cognitive impairment and dementia are the most frequently reported risk factors for visual hallucinations (VH) in PD. Similarly, most studies have found a greater prevalence of psychosis in demented versus non-demented patients with PD. However, although the relationship between VH and cognitive dysfunction is well established, it seems that the emergence of visual hallucinations is not caused directly by the presence of general cognitive impairment because not all PD patients with dementia experienced VH and association studies reported several risk factors for the development of this symptom supporting a multicausal nature of this phenomenon. The data presented in this dissertation intend to give some clues towards a better understanding of the cerebral basis and neuropsychological deficits associated with dementia and visual hallucinations in Parkinsons disease patients. The general aims of this thesis were: 1)To study in vivo structural brain changes associated with dementia and visual hallucinations in Parkinsons disease patients. 2)To cognitively characterize a group of non-demented PD patients with VH in a cross-sectional and longitudinal study. For this purpose, we carried out five studies examining cognitive functions and structural brain characteristics in PD patients using neuropsychological and MRI methods. The first and the second investigations evaluated a sample of PD patients with and without dementia. The three last studies were carried out with non-demented PD patients with and without visual hallucinations. The results showed that the the pattern of cerebral atrophy found in demented PD and PD patients with VH extends well beyond the frontostriatal circuits traditionally described to be reponsible for cognitive symptoms in PD. We found grey matter atrophic changes affecting temporal and occipital regions in demented PD patients and in nondemented hallucinating PD patients. These findings stress the importance of the posterior cortical structures in the presence of cognitive impairment and VH in PD patients. We also observed a close relationship between the presence of hallucinations and progressive neuropsychological impairment. The cognitive impairments in hallucinating PD patients were observed in complex visual functions (visuoperceptive-visuospatial skills and visual memory) as well as semantic processing (such as interpretation of perceptual information). This neuropsychological pattern is in agreement with the atrophic changes found in our MRI study. The gray matter volume reductions involved not only secondary visual association areas but also tertiary areas implicated in the integration of semantic information. "RESUMEN EN CASTELLANO: La enfermedad de Parkinson (EP) es un trastorno neurodegenerativo que se caracteriza por sintomas motores y no motores. Entre los sintomas no motores, la presencia de deterioro cognitivo y de sintomas psicoticos, concretamente alucinaciones se situan entre las complicaciones mas prevalentes. Ambas complicaciones tienen un gran impacto en el grado de incapacidad que sufre el paciente y por ende en su calidad de vida. La presencia de deterioro cognitivo y demencia se han identificado como los factores de riesgo mas frecuentemente asociados con el desarrollo de alucinaciones visuales (AV) en la EP. Asimismo, la mayoria de estudios han encontrado una mayor prevalencia de psicosis en pacientes con EP dementes respecto a los no dementes. Sin embargo, aunque la relacion entre AV y disfuncion cognitiva esta bien establecida, parece que la emergencia de AV no esta causada directamente por la presencia de deterioro cognitivo pues no todos los pacientes con demencia experimentan AV y estudios de asociacion apoyan una naturaleza multifactorial del fenomeno. El proposito general de esta tesis era lograr un mejor entendimiento de la base cerebral y de los deficits neuropsicologicos asociados a la presencia de demencia y AV en la EP. Los objetivos generales de los estudios que conformaron esta tesis fueron los siguientes: 1) Estudio de los cambios estructurales cerebrales asociados a la presencia de demencia y alucinaciones visuales en la enfermedad de Parkinson. 2) Caracterizacion cognitiva a traves de un estudio transversal y de seguimiento a un grupo de pacientes con EP no dementes los cuales presentaban historia de alucinaciones visuales complejas. Para llevar a cabo estos objetivos fueron disenados cinco estudios los que examinaron funciones cognitivas y caracteristicas cerebrales estructurales en pacientes con EP utilizando para ello tests neuropsicologicos estandarizados y diferentes tecnicas de resonancia magnetica estructural. El primer y el segundo estudio evaluaron una muestra de pacientes con EP con y sin demencia. Los tres siguientes estudios fueron llevados a cabo en un grupo de pacientes con EP no dementes los cuales presentaban historia de AV complejas. Los resultados mostraron que el patron de cambios estructurales cerebrales en pacientes con EP y demencia se extendia mas alla de los circuitos fronto-estriatales descritos clasicamente como responsables de los deficits cognitivos de la EP. Fueron hallados cambios atroficos afectando a la corteza cerebral temporal y occipital en los pacientes con EP y demencia y en los pacientes con EP no dementes con historia de AV. Esos hallazgos enfatizan la importancia de las estructuras corticales posteriores en la explicacion de la presencia de deterioro cognitivo y alucinaciones visuales en la EP. Ademas fue observada una estrecha relacion entre presencia de alucinaciones visuales y deterioro cognitivo progresivo. El deterioro cognitivo en los pacientes con alucinaciones visuales fue observado en funciones visuales complejas y de procesamiento semantico (interpretacion perceptual de la informacion). Este patron neuropsicologico estaria de acuerdo con nuestros hallazgos de resonancia magnetica estructural en los cuales se evidenciaron cambios cerebrales de tipo atrofico en areas visuales secundarias y areas terciarias implicadas estas ultimas en la integracion de la informacion semantica. "