Longitudinal assessment of neural activity in Parkinson’s disease with mild cognitive impairment using task based fMRI

La maladie de Parkinson (PD) a été uniquement considérée pour ses endommagements sur les circuits moteurs dans le cerveau. Il est maintenant considéré comme un trouble multisystèmique, avec aspects multiples non moteurs y compris les dommages intérêts pour les circuits cognitifs. La présence d’un trouble léger de la cognition (TCL) de PD a été liée avec des changements structurels de la matière grise, matière blanche ainsi que des changements fonctionnels du cerveau. En particulier, une activité significativement réduite a été observée dans la boucle corticostriatale ‘cognitive’ chez des patients atteints de PD-TCL vs. PD non-TCL en utilisant IRMf. On sait peu de cours de ces modèles fonctionnels au fil du temps. Dans cette étude, nous présentons un suivi longitudinal de 24 patients de PD non démente qui a subi une enquête neuropsychologique, et ont été séparés en deux groupes - avec et sans TCL (TCL n = 11, non-TCL n = 13) en fonction du niveau 2 des recommandations de la Movement Disrders Society pour le diagnostic de PD-TCL. Ensuite, chaque participant a subi une IRMf en effectuant la tâche de Wisconsin pendant deux sessions, 19 mois d'intervalle. Nos résultats longitudinaux montrent qu'au cours de la planification de période de la tâche, les patients PD non-TCL engageant les ressources normales du cortex mais ils ont activé en plus les zones corticales qui sont liés à la prise de décision tel que cortex médial préfrontal (PFC), lobe pariétal et le PFC supérieure, tandis que les PD-TCL ont échoué pour engager ces zones en temps 2. Le striatum n'était pas engagé pour les deux groupes en temps 1 et pour le groupe TCL en temps 2. En outre, les structures médiales du lobe temporal étaient au fil du temps sous recrutés pour TCL et Non-TCL et étaient positivement corrélés avec les scores de MoCA. Le cortex pariétal, PFC antérieur, PFC supérieure et putamen postérieur étaient négativement corrélés avec les scores de MoCA en fil du temps. Ces résultats révèlent une altération fonctionnelle pour l’axe ganglial-thalamo-corticale au début de PD, ainsi que des niveaux différents de participation corticale pendant une déficience cognitive. Cette différence de recrutement corticale des ressources pourrait refléter longitudinalement des circuits déficients distincts de trouble cognitive légère dans PD. PD was traditionally thought of as purely a movement disorder, now it is considered a multisystem disorder, with multiple non-motor aspects including damages to the cognitive circuits. Mild cognitive impairment (MCI) in PD has been linked with structural gray matter, white matter as well as functional brain changes. Specifically, significantly reduced activity was observed in the ‘cognitive’ corticostriatal loop in patients with PD-MCI vs. PD non-MCI using fMRI. Little is known regarding the course of these functional patterns over time. In this study we present longitudinal follow up of 24 non-demented PD who underwent neuropsychological investigation and were separated in two groups - with and without MCI (MCI n=11, Non-MCI n=13) according to the MDS level 2 recommendation for diagnosis of PD-MCI. Afterwards, each participant underwent an fMRI investigation by performing the Wisconsin Card Sorting Task over two sessions, 19 months apart. Our longitudinal results show that during planning set-shift period of the task, PD Non-MCI patients were engaging the normal cortical resources but they also activated more cortical areas at time 2 that are related to decision-making such as the medial prefrontal cortex (PFC), parietal lobe and the superior PFC, whilst the patients with MCI failed to engage these areas at both time points. The striatum was not engaged for both groups at time 2 and for MCI group at time 1. Furthermore, medial temporal lobe structures (MTLS) were under-recruited overtime for both the MCI and Non-MCI PD patients, and were positively correlated with MoCA scores over time. Parietal cortex, anterior PFC, superior PFC, and posterior putamen were negatively correlated with MoCA scores. These results reveal functional alteration along the basal ganglial-thalamo-cortical axis in early PD, as well as different cortical involvement levels along the course cognitive impairment. This discrepancy in cortical resources recruitment over time might reflect deficient circuitry distinct to cognitive impairment in Parkinson’s disease.

Keyphrases: la maladie de Parkinson, trouble léger de la cognition, IRMF, Parkinson’s disease, fMRI, WCST, mild cognitive impairment