VR-pupillometria kognitiivisen heikentymisen arvioinnissa

Kognitiivinen suorituskyky heikkenee tyypillisesti iän myötä, ja sitä seuraa yleensä huomion ja muistin heikkeneminen. Vaikka tällaiset muutokset voivat olla normaalin ikääntymisen mukaisia, ne voivat myös heijastaa mielialahäiriöitä tai neurodegeneratiivisten sairauksien varhaisia vaiheita (esim. Alzheimerin tauti; AD). Kliinisessä käytännössä neurokognitiivisia testejä käytetään yleisesti erottamaan ikään sopiva muutos patologisesta heikkenemisestä. Koska nämä testit kvantifioivat käyttäytymisen suorituskykyä, ne ovat parempia kognitiivisen heikkenemisen havaitsemisessa, kun mitattavia puutteita ilmenee. Niillä on kuitenkin rajallinen herkkyys hienovaraisiin muutoksiin, jotka voivat edeltää selviä kliinisiä oireita useita vuosia. Ehdotamme siksi yksinkertaista diagnostista lähestymistapaa pupillin laajentumisen mittausten perusteella, joka voi tukea varhaisempaa havaitsemista ja pitkittäistarkkailua, mahdollistaen mahdollisesti varhaisemmat interventiot.

Pupillometria tarjoaa invasiivisen indikaattorin pupillien dynamiikasta, joka liittyy kognitioon relevantteihin viritysjärjestelmiin, mukaan lukien locus coeruleus-noradrenerginen (LC-NA) järjestelmä. LC-NA-toiminta on kytketty pupillin laajentumiseen autonomisten reittien kautta, ja tämä kytkentä on osoitettu eläin- ja ihmistutkimuksissa. Laajojen projektioidensa vuoksi LC-NA-järjestelmä on mukana psykiatrisissa ja neurologisissa tiloissa virityksen säätelyn, stressivasteisuuden, huomion ja muistin roolien kautta. Pupillometriaa Alzheimerin taudissa on usein tutkittu käyttämällä pupillaarisen valon refleksiparadigmoja. Yksinkertaiset valonvälähdysmittaukset voivat kuitenkin olla vähemmän informatiivisia varhaisvaiheen vaurioissa, koska pupillivasteet vaihtelevat kognitiivisen tilan ja tehtävän vaatimusten mukaan eivätkä tarjoa yhtenäistä, tehtävästä riippumatonta LC-liittyvän toiminnan lukemaa. Sen vuoksi pupillivasteiden analysointi kognitiivisten tehtävien aikana ja välittömästi niiden jälkeen voi olla paremmin soveltuva hienovaraisen dysfunktion havaitsemiseen, joka liittyy prodromaalisiin prosesseihin, kun taas valon refleksin muutokset voivat tulla selvemmiksi, kun vaurio on vakiintunut. Aikaisemmassa työssämme havaitsimme, että pupillin halkaisija kasvoi työmuistikuormituksen myötä N-back-tehtävän aikana. Useimmat osallistujat näyttivät odotetun lisäyksen pupillin laajentumisessa tehtävän vaikeuden myötä, kun taas osajoukko näytti huomattavia epätyypillisiä pupillivasteita huolimatta vain vähäisistä eroista standardeissa neurokognitiivisissa mittauksissa. Näiden periaatteiden pohjalta tämä tutkimus käyttää VR-pohjaista arviointia tutkiakseen aikuisia, joilla on varhaisia, epäspesifejä kognitiivisia valituksia. Systemaattisesti tallentamalla pupillien dynamiikkaa kognitiivisten paradigmojen aikana ja jälkeen pyrimme saamaan lukemia LC-NA-järjestelmän toiminnasta, jotka voivat tukea erotusdiagnoosia tilojen välillä, joilla on päällekkäisiä kliinisiä esityksiä (esim. masennukseen liittyvä kognitiivinen heikentyminen vs. varhainen dementia).

Jokaisella käynnillä osallistujille asetetaan VR-lasit koulutetun tutkimushenkilökunnan toimesta, ja he suorittavat VR-pohjaisia arviointeja samanaikaisesti silmänseurannan ja käyttäytymisen suorituskyvyn tallentamisen kanssa. Arvioinnit suoritetaan perustasolla (T0) ja toistetaan 3 kuukauden (T1) ja 6 kuukauden (T2) kuluttua. Jokaisella käynnillä tallennetaan pupillivasteet ja tehtävän suorituskyky pupillaarisen valon refleksiparadigman, lepotilan kiinnityslohkon, työmuistitehtävän (N-back) ja palkitsemistehtävän aikana. Osallistujat suorittavat myös rutiinin neuropsykologisen testauksen, mukaan lukien Montreal Cognitive Assessment (MoCA) ja CERAD-patteri, joka sisältää semanttisen sujuvuuden, Boston Naming Testin, Mini-Mental State Examinationin (MMSE), sanalistan oppimisen, sanalistan viivästyneen muistamisen, sanalistan tunnistamisen, kuvien kopioinnin, kuvien viivästyneen muistamisen, foneemisen sujuvuuden ja Trail Making Testin. Lisäarviointeihin kuuluvat Bayer Activities of Daily Living -asteikko (Bayer-ADL) ja Geriatric Depression Scale (GDS), sekä kyselylomakkeet, jotka arvioivat subjektiivista kognitiivista heikentymistä (FLei) ja lapsuuden vastoinkäymisiä (CTQ). Sosiodemografiset tiedot tallennetaan, mukaan lukien ikä, sukupuoli, koulutus (kouluvuodet) ja ammatti. Verinäytteitä kerätään rutiinilaboratoriomittausten ja veripohjaisten biomarkkerianalyysien (mukaan lukien fosforyloitu tau 217) varten, ja kliinisiä tietoja rutiinihoidosta yhdistetään, kun saatavilla. Joissakin tapauksissa aivo-selkäydinnesteen biomarkkerit rutiinikliinisestä arvioinnista ovat saatavilla ja yhdistetty, mukaan lukien AD-patologiamarkkerit (amyloid-β ja tau-mittaukset).

Pupillometrisiä ja käyttäytymismittauksia verrataan kohorteittain ja arvioidaan pitkittäisesti seurantakäyntien aikana. Mittauksia liitetään myös rutiinin neuropsykologiseen arviointiin, sekä saatavilla oleviin kliinisiin biomarkkereihin (CSF amyloid-β ja tau-mittaukset, veripohjaiset biomarkkerit ja anatomiset neurokuvantojaksot). Aikaisemmat havainnomme viittaavat siihen, että pupillin laajentuminen skaalaa kognitiivisen kuormituksen kanssa ja että tehtävän herättämät pupillivasteet voivat poiketa, vaikka standardit neurokognitiiviset mittaukset näyttävät vain hienovaraisia eroja. Oletamme, että tehtävän herättämät pupillivastekuviot eroavat kohorteittain ja voivat olla herkkiä muutoksille ajan myötä.