前顕性ハンチントン病遺伝子保有者の初期バイオマーカー: パイロット研究 (BIO-MH)

ハンチントン病 (HD) は、ハンチンチン (HTT) 遺伝子の変異によって引き起こされる常染色体優性の神経変性致死性疾患であり 1、神経障害、精神障害、認知障害を伴います。 この病気は重度の身体的、機能的、社会的障害を引き起こし、患者とその介護者の生活の質に大きな影響を与えます。 現在まで、HD の病態生理学はほとんど知られていない。 大脳基底核の神経変性は、精神神経症状の原因として主な役割を果たしています。 それにもかかわらず、視覚系障害など、この病気の他の症状の発生には皮質の関与が引き起こされています。2 現在までのところ、HD 患者の運動障害および精神障害に対しては対症療法のみが利用可能です。 この研究分野は現在、病気の進行を防ぐための遺伝的神経保護戦略の研究に焦点を当てています。 HD 変異は出生時から存在するため、理想的な治療目標は、病気の症状が現れたらすぐに治療を開始することです。 残念ながら、年齢と発症時の症状は非常に多様であり、主に変異サイズ4に関係していますが、それだけではありません。 前症期から症候期への移行には、他のいくつかの遺伝的および環境的要因が関与していると考えられていますが、これは依然としてほとんど予測できません。5 さらに、症候性 HD の診断は伝統的に、運動症状（舞踏病、ジストニア、運動緩慢、協調運動障害）の発症に基づいています。6 脳の MRI 構造上の微妙な変化、軽度の認知および精神医学的問題が未症状段階であっても存在する可能性があるという証拠がいくつかあり、古典的な運動症状が始まる前に症候期が始まる可能性があることが示唆されています。7 形態学的および機能的 MRI を使用した臨床研究最近、初期の視覚野（視覚連合野、外側後頭葉皮質）の関与が示されており、これにより、MH.8 の発症前および初期症状段階ですでに観察されている視空間機能および視覚知覚障害が説明される可能性があります。 上丘 (SC) は、指向性眼球運動や注意課題の生成における視覚刺激の統合に関与する中脳構造です。9 SC の早期機能不全は、パーキンソン病 (PD) 10 や局所性ジストニアなど、大脳基底核の他の疾患でも示されています。11 この構造は、HD.12 に記載されている視覚障害や眼球性衝動性変化の病因にも初期に関与している可能性があります。 現在まで、HD での視覚刺激に反応した SC の機能状態に関するデータはありません。

HD における歩行とバランスの問題は、病気の症候期によく見られ、異常な不随意運動とともに転倒の大きなリスクとなります。13 これらは病気の初期段階で存在する可能性があり、重症度は軽度です。 現在までのところ、発症前の HD キャリアにおける特定の歩行評価に関するデータは入手できません。 標準的な臨床検査では検出できない、時空間パラメータの変化を引き起こす微妙な歩行の問題は、HD 無症候性遺伝子保有者にも存在する可能性があります。 3D 仮想現実ツールに基づく新しい技術は、発症前の HD 被験者の非常に早期の歩行問題の診断において非常に興味深い可能性があります。

HD では認知の問題も一般的であり、その範囲は、発症前患者の軽度認知障害 14 から進行した疾患の認知症に至るまで多岐にわたります。 認知的および感情的障害は、HD における大脳基底核変性と関連しており、前頭葉および皮質下の辺縁領域に進行的に影響を及ぼします。16 視線追跡データは、注意の向きを示す優れたマーカーであることが知られています。 最近、私たちのチームは、PD が特に SC の機能不全と関連していることを示しました。10,17 同時に、PD 患者は顔や声の感情表現を生み出したり認識したりすることが困難であり、HS よりも否定的な刺激に対する反応性が低くなります。18 PDとHDは同様の大脳基底核ネットワーク機能障害を共有しているため、前頭葉および皮質下辺縁領域の構造的および/または機能的欠陥により、HDの発症時から存在する可能性のある同様の認知的および感情的変化も共有している可能性があります。 これまでのところ、発症前の HD キャリアにおける特定の機能的 MRI (fMRI) プロトコルと相関する感情的行動や見当識反応を調査した研究はありません。

目的:

我々の研究の主な目的は、健常者（HS）と比較して、前顕現HD遺伝子保有者（PMGC）における視覚刺激に応答したSCの機能をfMRIを使用して調査することです。 我々の主な仮説は、疾患の発症前段階におけるSCの機能不全である（疾患の初期バイオマーカーとしてのSCの役割）。

二次的な目標は次のとおりです。

1. 3D 仮想現実装置を使用して PMGC の歩行パラメータを HC と比較して研究し、疾患の前症状段階で歩行パラメータが異常であることを実証する。
2. HCと比較したPMGCの認知/感情行動を調査し、それが疾患の発症前段階で異常であることを実証する。
3. 歩行、神経画像、認知/感情データ、およびさまざまな臨床変数および神経心理学的変数の間の相関関係を研究する。
4. 神経画像、臨床、認知/感情評価の相関分析に基づいて、HD キャリアにおける潜在的な発症前のサブタイプ プロファイルを調査する。

方法論:

私たちの研究は、前向き、単一施設、症例対照のパイロット研究です。 10 人の PMGC と 10 人の年齢 (+/- 5 歳) および性別が一致した HS が含まれます。 主な採用基準は次のとおりです。 1. PMGC の場合: HD 診断は遺伝子検査によって確認されます (HTT 遺伝子の CAG トリプレット ≥36)。統一ハンチントン病評価スケール 19 合計運動スコア (UHDRS-TMS) ≤ 5;年齢は18歳から70歳まで。 2. HC の場合: 通常の神経学的検査。年齢は18歳から70歳まで。 PMGC と HS の両方に対する主な除外基準は次のとおりです。 主要な眼科および精神科の活動性疾患。認知障害 (モントリオール認知評価、MoCA スコア < 25/30)。非神経疾患に関連する歩行の問題。脳MRIの禁忌。

研究デザイン:

研究対象集団の選択と研究への参加 (V0)。 PMGCは、CHUグルノーブル・アルプの遺伝学部門で行われた遺伝子検査後の神経遺伝診察中に、グルノーブル大学病院の運動障害部門で選出されます。 HS は、CNRS 認知科学 Web サイト (http://www.risc.cnrs.fr/) に掲載される広告によって募集されます。 そして、神経内科サービス、UGA に属する研究機関、および HD 患者協会の Web サイト (https://huntington.fr) に掲載されます。 研究に対するインフォームドコンセントには参加者が署名します。 包含基準と除外基準が検証され、運動障害の経験豊富な神経内科医によって神経学的評価が行われます。

眼科訪問（V1） PMGCとHSが眼科検査（視力、眼底、視野の測定）を実施します。 V0 と V1 の間の最大間隔は 1 か月です。

神経心理学的評価 (V2)。 PMGC では、運動障害の経験豊富な神経心理学者によって、次のような完全な神経心理学的評価が行われます。前頭部スコア、ストループ・デリス・カプラン、文字/数字の配列を使用した実行機能の評価（TMTの口頭バージョン）。 b. WAIS IV、コルシブロック、RL/R116、ドアテストを使用した記憶評価。 c. BJLO-15 項目、VOSP、BECS による機器機能の評価。 d. BDI-II、LARS、SHAPS、STAI、UHDRSによる行動評価（心理行動部分）。

機能的 MRI セッション (V3)。 発症前の被験者とHSはfMRIセッションを実行します。 V2 と V3 の間の時間間隔は 2 週間から 2 か月の間に設定されます。 fMRI の取得は、私たちのチームが開発したプロトコルに従って、視覚刺激下で 1 時間実行されます。

歩行評価 (V4)。 PGMC と HS の歩行パラメータは、運動障害ユニットの特別な 3D 機器を使用して 1 時間の訪問中に評価されます。 V3 と V4 の間の時間間隔は 2 週間から 2 か月の間に設定されます。

認知/感情評価 (V5)。 研究対象集団は、2 つの異なる実験セッションを実行します。1 つは感情刺激の自由な探索を含むタスクにアイトラッキングを使用し、もう 1 つは感情と行動傾向に基づくタスクにアイトラッキングと fMRI を組み合わせて使用​​します。 V4 と V5 の間の時間間隔は 2 週間から 2 か月の間に設定されます。

V5 の後、研究は終了します。 神経画像診断の評価 神経画像診断手順には、解剖学的および灌流脳 MRI、および視覚刺激プロトコルを使用した fMRI が含まれます。8 fMRI手順。 MRI 取得は、グルノーブルの IRMaGE MRI 施設で、32 チャンネル SENSE ヘッド コイルを備えた全身 3 テスラ Philips Achieva MRI スキャナーを使用して実行されます。 参加者は、目の前の画面の中央に位置する十字を固定するように指示され、そこに視覚刺激が提示されて眼球運動を制御します。 各機能セッション中に、ASL 6000 アイトラッカーを使用して PRL と眼球運動が監視されます。 注意を維持および制御するために、各参加者は、十字の向きが変わったときにボタンを押すように指示されます。 視覚刺激プロトコルは、4 レベルの輝度コントラスト (1%、3%、5%、9%) と灰色の背景上で 4Hz の周波数で点滅する一連の無彩色のチェッカーボードで構成されます。 各 fMRI 実行は、各コントラストに 1 つずつの視覚刺激の 4 つの 12 秒ブロック (図 1)、および 5 つの 12 秒固視間隔で構成されます。 完全な機能的 MRI セッションは 9 回のスキャン実行で構成され、各輝度コントラスト レベルの 36 個のランダム化されたブロック表示が行われます。 心臓信号は、MRI スキャナーに取り付けられたパルスプレチスモグラフィーユニットを使用して、指先の血行動態パルスに基づいて間接的に記録されます。

MRI シーケンス。 各 MRI セッション中に、機能的、解剖学的、および灌流の測定が実行されます。 機能スキャンの場合、標準的なグラジエントエコープラナーイメージングシーケンスが使用されます。 ＳＣ、外側膝状核（ＬＧＮ）および一次視覚野皮質（Ｖ１）をカバーする２５のスライス（１．５ｍｍ）が取得される。 T1 強調 3D MP-RAGE および FGATIR​​ シーケンスを使用して高解像度の構造画像が取得され、関心領域 (ROI) の手動描写に使用されます (図 2)。 全脳疑似連続動脈スピン標識 (ASL) シーケンスを使用して、脳組織灌流を測定します。

歩行評価

歩行プロトコルの評価は、Social Dreams® エンタープライズによって開発された 3D 専用の機器を使用して実行されます。 この装置は、CE 認可 (www.socialdreams.fr) を取得して、すでに市場で入手可能です。 この技術は、フランスのリヨンにある CHU の高齢者サービスにおいて、アルツハイマー病患者の歩行機能と認知刺激を調査する進行中の臨床研究に適用されています。 データはまだ公開されていません）。 機器には次のものが含まれます。

1. PERCEPTION NEURON3 (PN3、図 3): ボディ マルチセンサーとモーション キャプチャが統合されたスイートで、スペース、照明、環境の制約を受けることなく、あらゆる体の動きをキャプチャできます。 PN3「ボディキット」には以下が含まれます: PN3 ボディセンサー (17); PN3 スペアセンサー (1); PN3 USB トランシーバー (1);ボディストラップ(1セット);充電ドック (3); Axis Studio ライセンス ドングル (1); USB-A - USB-C ケーブル (3); USB-A オス - USB-C メス。 Axis Neuron キャプチャおよび記録ソフトウェア。
2. PICOG3 (図 4): 4K スクリーンと統合オーディオ システムを備えた 3DOF VR ヘッドセット。6 つの自由度を備え、頭と体の両方の動きを追跡し、外部センサーを使用せずに現実的な精度で仮想現実でそれらを再現できます。必須。 このキットには以下も含まれます。TP-LINK TL-WR902AC Router sans fil デュアルバンド Wi-Fi AC (AC430+ N300)。触覚タブレット Lenovo Tab P11 - 11 インチ 2K LCD (プロセッサー Qualcomm Snapdragon 662 8Coeurs、4 Go de RAM、UFS 64 Go、Qualcomm Adreno 610 GPU、Android 10、4G LTE、WiFi+Bluetooth)。 2つのジョイスティック。

歩行の時空間パラメーターは、3 つの異なるセッション (5 分/セッション) 中に評価されます。 各セッションの間には 5 分間の一時停止が行われます。 3 つの異なる 3D シナリオが作成され、歩行難易度 (障害物、方向転換など) が増加し、3 つのセッションごとに PICOG3 ヘッドセットを使用して投影されます。

認知的/感情的評価

1. fMRI セッションは、グルノーブルの IRMaGE MRI 施設で実施されます (神経画像評価を参照)。

   刺激: fMRI タスクには、自然風景のカラー写真を個別に視覚化することが含まれます。 これらの写真は、以下で説明する視線追跡研究用に選択された画像データベースから取得されます。 これらには、2 つの刺激グループに分けられた 60 個のネガティブな刺激、60 個のポジティブな刺激、および 60 個の中性刺激が含まれます。1 つのグループ (gr1High) には、高活性化のネガティブおよびポジティブな感情刺激とニュートラル刺激が含まれ、もう 1 つのグループ (gr2Blow) には、低刺激が含まれます。活性化 ネガティブおよびポジティブな感情的刺激と中立的な刺激。

   刺激は磁石の後ろにあるスクリーンに投影され、参加者は頭部の高周波アンテナに取り付けられた鏡を通してそれを見ることができます。

   実験。 実験は、セットアップ時間、セッション、休憩を含めて最大 1 時間続きます。 各参加者は、2x2 の機能的 MRI スキャンを実行します (合計期間 22 分)。2 つのスキャンは高活性化刺激 (grp1High) で実行され、他の 2 つのスキャンは低活性化刺激 (grp2Blow) で実行されます。 2 種類の刺激 (高活性化と低活性化) のスキャンの順序は、PMGC と HS の間で交互に行われます。 各スキャンは、混合パラダイムに従って、ネガティブ、ポジティブ、ニュートラル価数の自然風景の一連の写真 (各 30 枚) とヌル イベント (トライアルで写真を置き換える注視クロス) を提示します。 各写真は 1 秒間表示され、1500 ミリ秒続く注視の十字が散在します。 各タイプの刺激の 2 つのスキャンは、実行されるタスクの性質 (感情タスクまたは行動傾向タスク) によって区別されます。 感情的なタスクでは、参加者は写真が表示されたらすぐに、各シーンでの感情的な経験をできるだけ早く正確に示さなければなりません。つまり、そのシーンが不快であるか、楽しいか、それとも中立であるかを試行ごとに判断する必要があります。 (感情なし) 対応する応答ボタンを押します。 行動傾向タスクでは、参加者は、写真が表示されたらできるだけ早く、現実にこの状況に巻き込まれた場合にとるであろう行動をできるだけ早く正確に示さなければなりません。つまり、参加者は試行ごとに次のことを決定する必要があります。対応する応答ボタンを押すことで、遠ざかる（回避する）か、近づくか、動かないかを決定します。 各タスクには、3 つのボタンの選択肢に対応する 3 つの応答の選択肢が含まれます。 3 つの感情 (感情タスク) または 3 つの行動傾向 (行動タスク) へのボタンの割り当ては、参加者に事前に示され、参加者間でバランスがとれます。 参加者の応答と応答時間は試行ごとに記録されます。 参加者は、実験で使用したものとは異なるトレーニング トライアルを使用して、事前に各タスクに慣れます。 感情処理に選択的な脳の関心領域は、5 分間の「ローカライザー」スキャンを実行することで、各参加者について機能的に特定されます。 参加者は、ブロック パラダイムの別々のブロックで、負の価数 (切断の現場) と中性価数 (環境、住宅) の自然の風景の写真とスクランブル (場面片のランダムな組み立て) を鑑賞し、2 枚の同一の写真が続いたときを指摘するよう求められます。お互い。 fMRI 取得中 (ローカライザー中を除く) は、眼球計を使用して目の位置と動きが記録されます。 各機能スキャンの前および実験中のキャリブレーション手順は、前の視線追跡実験で説明したものと同じです。 2 つの一連のスキャンの間に、同じ参加者のスキャン間および参加者間の MRI データ (位置合わせ) を正規化するために、4 分間の高解像度解剖学的 MRI が取得されます。 MRI での実験は、視覚系に最適化された 8 分間の灌流画像と 8 分間の拡散イメージング (DTI) を取得することで完了します。 灌流画像により、良好な灌流条件下で BOLD 信号が解釈されることを確認できます。 解剖学的 MRI と DTI の間、参加者は時間を潰すために映画を鑑賞するか、希望に応じて目を閉じることができます。 MRI 撮影の最後に、休憩の後、参加者は、fMRI 研究で使用された写真を含む感情写真 (200 枚) の最終主観評価タスクを最大 20 分間実行します。 このタスクには、各写真の価値、活性化、およびアクションの傾向のレベルを正確に評価することが含まれます。 この評価は、fMRI データの分析を改良し、将来の研究のために新規パーキンソン病患者の標準的な画像データベースを確立するのに役立ちます。

2. アイトラッカー評価: MRI 互換の EyeLink 1000 plus (SR Research) を使用して、MRI セッション中に眼球運動が測定されます。 EyeLink ソフトウェアを使用して、瞳孔の直径、サッカード、および瞬きを定量化します。 同じ装置は、行動制御測定のために MRI の外でも利用できます。

統計分析 研究の主な成果は、HS と比較した PMGC における、視覚刺激に反応した 2 つの皮質下領域、SC、LGN、および V1 における、fMRI (3 テスラ) を使用した BOLD (血中酸素濃度依存) 信号変化の測定です。 。これら 3 つの ROI の BOLD 信号の解析は、両方の半球に対して同時に行われます。 輝度レベル間のボンフェローニ補正が実行されます。 フリードマン テストを使用して、各グループ内の各 ROI の輝度コントラスト変化の影響を分析します。 マン・ホイットニー検定は、各輝度コントラストに対する各 ROI の応答をグループ間で比較するために使用されます。 分散分析 (ANOVA) を使用して、グループおよび関心領域 (SC、LGN、および V1) 内およびグループ間の脳灌流データを評価します。 SC は随意性および反射性の眼球運動の制御にも関与しているため、MRI 研究中に眼球運動を調査します。 各参加者のサッカード数は、眼球運動信号分析から計算されます。 2 つのグループ間の注意課題中に中心十字変化の検出に成功した回数は、マン-ホイットニー検定を使用して分析されます。

サンプルサイズに関して、私たちの以前の研究では、20 人の個人に対して私たちの特定の fMRI パラダイムを使用した場合、その効果サイズは、対象の視覚構造における BOLD 信号変調の堅牢な統計分析を可能にするのに十分であることが実証されました 8。 2 つの研究グループで実行された検出力分析は、関与する被験者の数によって有効な結論を導き出すことができることを示しています (G 検出力 = 0.94)。 すべての統計分析は、ニューロイメージング チーム (IRMAGE 研究プラットフォーム、GIN) によって実行されます。

副次的な結果は次のとおりです。

1. HS と比較した PMGC における 3 つの異なる歩行チャレンジ 3D 視覚シナリオ中の歩行時空間パラメータ (立脚時間、スイング時間、両支持時間、歩幅時間、歩幅、歩幅) の測定。これらのデータの解析は、専用ソフトウェア Axis Neuron と MATLAB® で開発された筋骨格解析ソフトウェア パッケージを使用して実行されます。

2. PMGC と HS の間の行動測定、反応時間、一致反応率の比較。

   視線追跡セッション: 平均初回サッカード指向率と平均初回サッカード潜時は、被験者間変数として母集団 (患者と健康な対照) を使用した反復測定 ANOVA を使用して、活性化レベルとペア タイプに応じて感情価ごとに統計的に分析されます。被験者内変数としての活性化レベル（HIGH と LOW）と刺激価数（ポジティブの NEG、ニュートラルの NEG、ネガティブの POS、ニュートラルの POS、ポジティブの NEU、ネガティブの NEU）。 平均値の比較は、Tukey 事後検定を使用して評価されました。 すべての統計分析について、有意性のしきい値は 0.05 になります。 他の眼球運動パラメータに関しては、2 つのレベルの分析が考慮されます。刺激のペアの提示の合計期間にわたる分析と、期間ごとの分析です。 各参加者および各実験条件 (ペアの種類、刺激の強度) について、考慮されるさまざまなパラメータ (注視時間、各ペアの刺激ごとの眼球運動の速度と分散) の平均値が合計持続時間にわたって計算されます。シーンのペアのプレゼンテーションを分析し、ペアのタイプと刺激の活性化レベルに応じて各感情価（ネガティブ、ポジティブ、ニュートラル）について統計的に分析します。被験者間の変数と活性化として母集団（患者と健康な対照）を使用した反復測定分散分析を使用します。被験者内変数として、レベル（HIGHとLOW）およびペア（ポジティブのNEG、ニュートラルのNEG、ネガティブのPOS、ニュートラルのPOS、ポジティブのNEU、およびネガティブのNEU）に応じた刺激価数。 平均値の比較は、Tukey 事後検定を使用して評価されました。 すべての統計分析について、有意性のしきい値は 0.05 になります。

   fMRI 研究からの視線追跡測定: 最初のサッカードの潜時、各刺激の注視の速度と持続時間など、視線追跡研究 1 と同様のパラメーターが抽出されます。 これらは、被験者間変数として母集団 (患者 vs 対照)、タスク (感情および行動傾向)、活性化レベル (高低)、および刺激の価数 (負の値) を使用した反復測定 ANOVA を使用して統計的に分析されます。 、ポジティブ、ニュートラル）を被験者内変数として使用します。 平均値の比較は、Tukey 事後検定を使用して評価されました。 すべての統計分析について、有意性のしきい値は 0.05 になります。 アイトラッキングデータとfMRIデータの間の相関分析も考慮されます。 視線追跡データにより、まばたきに関連する活性化の神経相関を排除することもできます。

   行動データ: 反応時間 (ms 単位) と「正しい」応答の割合は、参加者のグループ (患者、対照) を被験者内因子およびタスクとして統計的に分析されます (ANOVA、タッキー事後検定)。被験者間の要因としての刺激の価数と活性化レベル。

3. データ相関研究 さまざまな評価 (歩行、神経画像、認知/感情) からのデータは、さまざまな臨床変数 (例: 身体の動きなど) に関連して評価されます。 年齢、運動スコアなど）と相関分析を使用した神経心理学的変数。 神経心理学的スコアと構造的および生理学的バイオマーカーとの相関研究は、発症前のHD被験者の個人プロファイルを識別する新しい方法を特定するのに役立つ可能性があります。
4. 未発症 HD 被験者のサブタイプの推定:

発症前のHDのサブタイプを識別する特徴または特徴の指標を特定するために、取得されたさまざまなデータ（機能的、構造的、有効な接続性、眼球運動データなど）に基づいて、統計的分類方法に基づく他の分析が考慮されます。主題。