Ранние биомаркеры у носителей гена предманифестной болезни Хантингтона: пилотное исследование (BIO-MH)

Болезнь Хантингтона (БГ) — аутосомно-доминантное нейродегенеративное смертельное заболевание, вызванное мутацией гена хангтингтина (HTT)1 и проявляющееся неврологическими, психиатрическими и когнитивными расстройствами. Заболевание вызывает серьезные физические, функциональные и социальные нарушения, оказывая большое влияние на качество жизни пациентов и лиц, осуществляющих уход за ними. На сегодняшний день патофизиология ГБ остается в значительной степени неизвестной. Нейрональная дегенерация базальных ганглиев играет основную роль в возникновении нервно-психических симптомов. Тем не менее, вовлечение коры головного мозга может быть связано с возникновением других симптомов заболевания, таких как расстройства зрительной системы.2 На сегодняшний день доступно только симптоматическое лечение двигательных и психических проблем у пациентов с ГБ. Область исследований в настоящее время сосредоточена на изучении генетических нейропротекторных стратегий для предотвращения прогрессирования заболевания.3 Идеальной терапевтической целью было бы начать лечение, как только заболевание станет симптоматическим, поскольку мутация HD присутствует с рождения. К сожалению, возраст и симптомы начала заболевания очень различаются, в основном это связано с размером мутации4, но не только. Считается, что несколько других генетических факторов и факторов окружающей среды играют роль в переходе от предсимптоматической стадии к симптоматической, которая остается в значительной степени непредсказуемой.5 Более того, диагноз симптоматической ГБ традиционно ставится на основании появления двигательных симптомов (хорея, дистония, брадикинезия, нарушения координации).6 Есть некоторые свидетельства того, что тонкие структурные изменения МРТ головного мозга, легкие когнитивные и психиатрические проблемы могут присутствовать даже на предсимптоматической стадии, что позволяет предположить, что симптоматическая фаза может начаться до появления классических двигательных симптомов.7 Клинические исследования с использованием морфологической и функциональной МРТ недавно показали раннее вовлечение зрительной коры (область зрительно-ассоциативной, латеральной затылочной коры), что может объяснить зрительно-пространственную функцию и нарушения зрительного восприятия, уже наблюдаемые на предсимптоматической и начальной симптоматической стадии МЗ.8 Верхний бугорок (SC) представляет собой мезэнцефальную структуру, участвующую в интеграции зрительных стимулов, генерации ориентированных глазных саккад и задач на внимание.9 Ранняя дисфункция СК была показана при других заболеваниях базальных ганглиев, таких как болезнь Паркинсона (БП)10 и фокальная дистония.11 Эта структура также может быть рано вовлечена в патогенез зрительных нарушений и глазных саккадических изменений, описанных в HD.12. На сегодняшний день нет данных о функциональном состоянии СК в ответ на зрительные стимулы при ГБ.

Проблемы с походкой и равновесием при БГ часто встречаются на симптоматической стадии заболевания и представляют собой основной риск падений наряду с аномальными непроизвольными движениями.13 Они могут присутствовать на ранней стадии заболевания, при легкой степени тяжести. На сегодняшний день нет данных о конкретной оценке походки у предсимптомных носителей ГБ. Незначительные проблемы с походкой, приводящие к изменению пространственно-временных параметров, не обнаруживаемые при стандартном клиническом обследовании, могут присутствовать даже у бессимптомных носителей гена БГ. Новые технологии, основанные на инструментах 3D-виртуальной реальности, могут представлять большой интерес для диагностики очень ранних проблем с походкой у предсимптомных пациентов с ГБ.

Когнитивные проблемы также часто встречаются при БГ: от легких когнитивных нарушений у субъектов до манифестации заболевания14 до деменции при поздних стадиях заболевания.15 Когнитивные и эмоциональные нарушения связаны с дегенерацией базальных ганглиев при БГ, прогрессивно вовлекая лобные и подкорковые лимбические области.16 Известно, что данные отслеживания движений глаз являются хорошими маркерами ориентации внимания. Недавно наша группа показала, что болезнь Паркинсона связана, в частности, с дисфункцией SC.10,17. В то же время пациенты с БП испытывают трудности с воспроизведением и распознаванием мимики и голосовых выражений эмоций и менее реагируют на негативные стимулы, чем HS.18 Поскольку БП и БГ имеют схожие дисфункции сети базальных ганглиев, они также могут иметь сходные когнитивные и эмоциональные изменения, которые могут присутствовать с самого начала БГ из-за структурных и/или функциональных дефицитов в лобных и подкорковых лимбических областях. На сегодняшний день ни в одном исследовании не изучалось эмоциональное поведение и ориентировочные реакции, коррелирующие со специфическим протоколом функциональной МРТ (фМРТ) у предсимптомных носителей БГ.

Цели:

Основная цель нашего исследования — изучить функцию SC в ответ на зрительную стимуляцию с помощью фМРТ у преманифестных носителей гена HD (PMGC) по сравнению со здоровыми субъектами (HS). Наша основная гипотеза – дисфункция СК на предсимптомной стадии заболевания (роль СК как раннего биомаркера заболевания).

Второстепенными целями будут:

1. Изучить параметры походки с помощью оборудования 3D-виртуальной реальности при ПМГК в сравнении с ХК, чтобы продемонстрировать их аномальность на предсимптомной стадии заболевания.
2. Исследовать когнитивное/эмоциональное поведение при ПМГК по сравнению с ГЦ, чтобы продемонстрировать, что оно является ненормальным на предсимптомной стадии заболевания.
3. Изучить корреляцию между походкой, нейровизуализацией, когнитивными/эмоциональными данными и различными клиническими и нейропсихологическими переменными.
4. Изучить потенциальные профили предсимптомных подтипов у носителей ГБ на основе корреляционного анализа нейровизуализации, клинических, когнитивных/эмоциональных оценок.

Методология:

Наше исследование представляет собой проспективное одноцентровое пилотное исследование «случай-контроль». Будут включены десять PMGC и десять HS по возрасту (+/- 5 лет) и полу. Основными критериями включения будут: 1. Для ПМГК: диагноз HD подтвержден генетическим тестированием (триплеты CAG ≥36 в гене HTT); Общая оценка двигательной активности по унифицированной шкале болезни Хантингтона19 (UHDRS-TMS) ≤ 5; возраст 18-70 лет. 2. При ГЦ: нормальный неврологический осмотр; возраст 18-70 лет. Основными критериями исключения как для ПМГК, так и для ГС будут: серьезные офтальмологические и психиатрические активные заболевания; когнитивные нарушения (Монреальская когнитивная оценка, оценка MoCA <25/30); проблемы с походкой, связанные с неневрологическими состояниями; Противопоказания к МРТ головного мозга.

Дизайн исследования:

Отбор исследуемой популяции и включение в исследование (V0). PMGC будет выбран в отделении двигательных расстройств университетской больницы Гренобля во время нейрогенетической консультации после генетического тестирования, проведенного в Службе генетики CHU Grenoble Alpes. HS будет набран посредством объявлений, опубликованных на веб-сайте когнитивных наук CNRS (http://www.risc.cnrs.fr/), и размещено в Службе неврологии, исследовательских лабораториях, принадлежащих UGA, и на веб-сайте ассоциации пациентов с HD (https://huntington.fr). Информированное согласие на исследование будет подписано участниками. Критерии включения и исключения будут проверены, а неврологическая оценка будет проведена опытным неврологом по двигательным расстройствам.

Визит к офтальмологу (V1). PMGC и HS проведут офтальмологическое обследование (измерение остроты зрения, глазного дна, поля зрения). Максимальный временной интервал между V0 и V1 составит 1 месяц.

Нейропсихологическое обследование (V2). В ПМГК опытный нейропсихолог проведет полную нейропсихологическую оценку двигательных расстройств, включая: a. оценка исполнительных функций с использованием фронтальной шкалы, Струпа Делиса-Каплана, буквенно-цифровой последовательности (устный вариант ТМТ); б. Оценка памяти с использованием WAIS IV, блоков Corsi, RL/R116 и теста Doors; в. Оценка инструментальных функций по приборам БЖЛО-15, ВОСП, БЭКС; д. Поведенческая оценка с помощью BDI-II, LARS, SHAPS, STAI, UHDRS (психо-поведенческая часть).

Сеанс функциональной МРТ (V3). Предсимптомные субъекты и HS проведут сеанс фМРТ. Временной интервал между V2 и V3 будет установлен от 2 недель до 2 месяцев. Сборы фМРТ будут выполняться в течение 1 часа под зрительной стимуляцией в соответствии с протоколом, разработанным нашей командой.

Оценка походки (V4). Параметры походки PGMC и HS будут оцениваться в течение 1-часового визита с использованием специального 3D-оборудования в отделении двигательных расстройств. Временной интервал между V3 и V4 будет установлен от 2 недель до 2 месяцев.

Когнитивная/эмоциональная оценка (V5). Исследуемая группа проведет два разных экспериментальных сеанса: один будет использовать отслеживание глаз для задач, связанных со свободным исследованием эмоциональных стимулов, а другой — с использованием фМРТ в сочетании с отслеживанием глаз для задач, основанных на эмоциональных чувствах и склонности к действию. Временной интервал между V4 и V5 будет установлен от 2 недель до 2 месяцев.

После V5 исследование закончится. Нейровизуализационная оценка. Процедура нейровизуализации включает в себя: анатомическую и перфузионную МРТ головного мозга, а также фМРТ с протоколом визуальной стимуляции.8 Процедура фМРТ. Снимки МРТ будут выполняться в центре МРТ IRMaGE в Гренобле с использованием МРТ-сканера всего тела 3 Tesla Philips Achieva, оснащенного 32-канальной головной катушкой SENSE. Участникам будет предложено зафиксировать перед глазами крест, локализованный в центре экрана, на котором предъявляются зрительные стимулы для управления глазными саккадами. Во время каждого функционального сеанса PRL и движения глаз будут контролироваться с помощью айтрекера ASL 6000. Для поддержания и контроля внимания каждому участнику будет предложено нажать кнопку при изменении ориентации креста. Протокол зрительной стимуляции представляет собой серию ахроматических шахматных досок с четырьмя уровнями яркостного контраста (1%, 3%, 5% и 9%) и мигающих с частотой 4 Гц на сером фоне. Каждый сеанс фМРТ состоит из четырех 12-секундных блоков зрительной стимуляции, по одному для каждого контраста (рис. 1), и пяти 12-секундных интервалов фиксации. Полный функциональный сеанс МРТ состоит из девяти проходов сканирования, что приводит к 36 рандомизированным блок-презентациям каждого уровня яркостного контраста. Сердечный сигнал косвенно регистрируется на основе гемодинамического пульса на кончике пальца с помощью устройства пульсовой плетизмографии, прикрепленного к сканеру МРТ.

Последовательности МРТ. Функциональные, анатомические и перфузионные измерения будут проводиться во время каждого сеанса МРТ. Для функционального сканирования будет использоваться стандартная последовательность планарной визуализации градиентного эха. Будет получено двадцать пять срезов (1,5 мм), покрывающих SC, латеральное коленчатое ядро ​​(LGN) и кору первичной зрительной области (V1). Структурные изображения высокого разрешения будут получены с использованием T1-взвешенных последовательностей 3D MP-RAGE и FGATIR ​​и использованы для ручного разграничения наших областей интереса (ROI) (рис. 2). Последовательность псевдонепрерывной артериальной спиновой маркировки (ASL) всего мозга будет использоваться для измерения перфузии тканей головного мозга.

Оценка походки

Оценка протокола походки будет проводиться с использованием специального 3D-оборудования, разработанного предприятием Social Dreams®. Это оборудование уже доступно на рынке с разрешением CE (www.socialdreams.fr). Он применялся в текущих клинических исследованиях по изучению функции походки и когнитивной стимуляции у пациентов с болезнью Альцгеймера в гериатрической службе CHU Лиона, Франция. Данные еще не опубликованы). Оборудование включает в себя:

1. PERCEPTION NEURON3 (PN3, рис. 3): мультисенсорный комплекс для захвата движений тела, способный фиксировать любое движение тела без ограничений по пространству, освещению или окружающей среде. В комплект кузова PN3 входят: Датчики тела PN3 (17); Запасной датчик PN3 (1); USB-трансивер PN3 (1); Ремни для тела (1 комплект); Зарядные станции (3); Лицензионный ключ Axis Studio (1); кабель USB-A — USB-C (3); USB-A «папа» — USB-C «мама»; Программное обеспечение для захвата и записи Axis Neuron.
2. PICOG3 (рис. 4): гарнитура 3DOF VR с экраном 4K и встроенной аудиосистемой с шестью степенями свободы, способная отслеживать движения головы и тела и воспроизводить их в виртуальной реальности с реалистичной точностью, без внешних датчиков. необходимый. В комплект также входят: TP-LINK TL-WR902AC Router sans fil двухдиапазонный Wi-Fi AC (AC430+ N300); тактильный планшет Lenovo Tab P11 — 11-дюймовый 2K ЖК-дисплей (процессор Qualcomm Snapdragon 662 8Coeurs, 4 ГБ оперативной памяти, UFS 64 Go, графический процессор Qualcomm Adreno 610, Android 10, 4G LTE, WiFi+Bluetooth); два джойстика.

Пространственно-временные параметры походки будут оцениваться в течение трех разных сеансов (5 минут/сеанс). Между каждым сеансом делается пауза в 5 минут. Будут созданы три различных 3D-сценария с возрастающими уровнями сложности походки (препятствия, повороты…) и проецированы с использованием гарнитуры PICOG3 для каждого из трех сеансов.

Когнитивная/эмоциональная оценка

1. Сеанс фМРТ будет проводиться в центре МРТ IRMaGE в Гренобле (см. оценку нейровизуализации).

   Стимулы: Задача фМРТ будет включать индивидуальную визуализацию цветных фотографий природных сцен. Эти фотографии будут взяты из базы данных изображений, выбранной для исследования отслеживания глаз, описанного ниже. Они будут включать 60 негативных стимулов, 60 позитивных стимулов и 60 нейтральных стимулов, разделенных на 2 группы стимулов: одна группа (gr1High) будет включать высокоактивационные негативные и позитивные эмоциональные стимулы и нейтральные стимулы, а другая группа (gr2Blow) будет включать низкоактивные стимулы. активация отрицательных и положительных эмоциональных стимулов и нейтральных стимулов.

   Стимулы будут проецироваться на экран в задней части магнита, который участники смогут просматривать через зеркало, прикрепленное к радиочастотной антенне головы.

   Экспериментирование. Эксперимент продлится максимум 1 час, включая время на подготовку, сеансы и перерывы. Каждый участник выполнит 2x2 функциональных МРТ-сканирования (общая продолжительность 22 минуты): 2 сканирования будут выполнены со стимулами высокой активации (grp1High) и 2 других со стимулами низкой активации (grp2Blow). Порядок сканирования двух типов стимулов (высокая и низкая активация) будет чередоваться между PMGC и HS. Каждое сканирование будет представлять собой последовательность фотографий природных сцен отрицательной, положительной и нейтральной валентности (по 30 каждого) и нулевых событий (фиксационный крест заменяет фотографию в испытании) в соответствии со смешанной парадигмой. Каждая фотография будет предъявляться в течение 1 секунды, перемежающейся крестовой фиксацией длительностью 1500 мс. Два сканирования каждого типа стимула будут различаться по характеру выполняемой задачи: эмоциональная задача или задача по тенденции к действию. В эмоциональном задании участник должен будет как можно быстрее и точнее указать свое эмоциональное переживание по каждой сцене, как только появится фотография, т.е. он должен будет решить для каждого испытания, является ли эта сцена неприятной, приятной или нейтральной. (без эмоций), нажав соответствующую кнопку ответа. В ходе задания на тенденцию действия участник должен будет как можно быстрее и точнее указать, какое действие он предпринял бы, если бы оказался в данной ситуации в реальности, как можно быстрее и точнее, как только появится фотография, т. е. он должен будет решить для каждого испытания, будет ли он удаляться (избегать), приближаться или не двигаться, нажав соответствующую кнопку ответа. Каждая задача будет включать в себя 3 варианта ответа, соответствующие 3 вариантам выбора кнопок. Назначение кнопок 3 эмоциям (эмоциональная задача) или 3 тенденциям действия (задача действия) будет указано участникам заранее и будет уравновешено между участниками. Ответы участников и время ответа будут записываться для каждого испытания. Участники будут заранее ознакомлены с каждым заданием, используя различные тренировочные испытания, отличные от тех, которые использовались в эксперименте. Области мозга, избирательно реагирующие на эмоциональную обработку, будут функционально идентифицированы для каждого участника путем выполнения 5-минутного сканирования «локализатором». Участникам будут просматриваться фотографии и мешанины (случайная сборка фрагментов сцены) природных сцен отрицательной валентности (сцены нанесения увечий) и нейтральной валентности (окружающая среда, дома) в отдельных блоках блочной парадигмы, и им будет предложено указать, когда последуют 2 одинаковые фотографии. друг друга. На протяжении всего процесса фМРТ (кроме локализатора) положения и движения глаз будут записываться с помощью окулометра. Процедура калибровки перед каждым функциональным сканированием и во время эксперимента будет идентична описанной в предыдущем эксперименте по отслеживанию глаз. Между двумя сериями сканирований будет выполнена 4-минутная анатомическая МРТ высокого разрешения для нормализации данных МРТ (регистрации) между сканами одного и того же участника и между участниками. Экспериментальный запуск МРТ будет завершен получением 8-минутного изображения перфузии и 8-минутного диффузионного изображения (DTI), оптимизированного для зрительной системы. Изображение перфузии позволит нам убедиться, что ЖИРНЫЙ сигнал интерпретируется в хороших условиях перфузии. Во время анатомической МРТ и DTI участники будут смотреть фильм, чтобы скоротать время, или могут закрыть глаза, если захотят. По окончании МРТ, после перерыва, участник выполнит заключительную задачу субъективной оценки эмоциональных фотографий (200), включая те, которые использовались в исследовании фМРТ, в течение максимум 20 минут. Задача будет заключаться в точной оценке уровня валентности, активации и тенденции к действию каждой фотографии. Эта оценка поможет уточнить анализ данных фМРТ и создать нормативную базу данных изображений для пациентов с болезнью Паркинсона de novo для будущих исследований.

2. Оценка айтрекера: движения глаз будут измеряться во время сеансов МРТ с использованием МРТ-совместимого устройства EyeLink 1000 plus (SR Research). Диаметр зрачка, саккады и моргания будут количественно оценены с помощью программного обеспечения EyeLink. То же самое оборудование доступно и за пределами МРТ для измерения контроля поведения.

Статистический анализ. Основным результатом исследования является измерение изменений сигнала BOLD (зависит от уровня кислорода в крови) с помощью фМРТ (3 Тесла) в двух подкорковых областях: SC, LGN и V1 в ответ на зрительные стимулы в PMGC по сравнению с HS. . Анализ ЖИРНОГО сигнала для этих трех областей интереса будет проводиться для обоих полушарий вместе. Будет выполнена коррекция Бонферрони между уровнями яркости. Тест Фридмана будет использоваться для анализа влияния изменений яркостного контраста каждой области интереса в каждой группе. Тест Манна-Уитни будет использоваться для сравнения между группами реакции каждой рентабельности инвестиций для каждого яркостного контраста. Дисперсионный анализ (ANOVA) будет использоваться для оценки данных церебральной перфузии внутри и между группами и областями интересов (SC, LGN и V1). Поскольку СК также участвует в контроле произвольных и рефлекторных глазных саккад, мы будем исследовать движения глаз во время МРТ-исследования. Количество саккад для каждого участника будет рассчитано на основе анализа глазодвигательного сигнала. Количество успешных обнаружений изменений центрального креста во время задачи на внимание между двумя группами будет проанализировано с помощью теста Манна-Уитни.

Что касается размера выборки, наше предыдущее исследование показало, что при использовании нашей конкретной парадигмы фМРТ на 20 людях размер эффекта был достаточным, чтобы обеспечить надежный статистический анализ модуляции сигнала BOLD в интересующих зрительных структурах8. Анализ мощности, проведенный в двух исследовательских группах, показывает, что количество участвовавших субъектов позволяет сделать обоснованные выводы (степень G = 0,94). Весь статистический анализ будет выполняться командой нейровизуализации (исследовательская платформа IRMAGE, GIN).

Вторичные результаты:

1. Измерение пространственно-временных параметров походки (время стойки, время поворота, время двойной опоры, время шага, длина шага и длина шага) во время трех различных сложных визуальных 3D-сценариев походки в PMGC по сравнению с HS. Анализ этих данных будет проводиться с использованием специального программного обеспечения Axis Neuron и пакета программного обеспечения для анализа опорно-двигательного аппарата, разработанного в MATLAB®.

2. Сравнение поведенческих показателей, времени реакции и одинаковой скорости ответа между PMGC и HS.

   Сеанс отслеживания глаз: средняя скорость ориентации первой саккады и средняя латентность первой саккады будут статистически проанализированы для каждой эмоциональной валентности в соответствии с уровнем активации и типом пары с использованием дисперсионного анализа повторных измерений с популяцией (пациенты и здоровые контрольные группы) в качестве межсубъектной переменной и уровень активации (ВЫСОКИЙ и НИЗКИЙ) и валентность стимула в соответствии с парами (NEG с положительным, NEG с нейтральным, POS с отрицательным, POS с нейтральным, NEU с положительным и NEU с отрицательным) как внутрисубъектные переменные. Сравнение средних значений оценивалось с использованием апостериорного критерия Тьюки. Для всех статистических анализов порог значимости будет равен 0,05. Что касается остальных глазодвигательных параметров, то будут рассмотрены два уровня анализа: анализ по общей продолжительности предъявления пар стимулов и по периоду времени. Для каждого участника и каждого условия эксперимента (типы пар, интенсивность стимулов) будут рассчитываться средние значения различных рассматриваемых параметров (длительность фиксаций, частота и дисперсия глазных саккад для каждого стимула каждой пары) за общую длительность. представления пар сцен и статистического анализа для каждой эмоциональной валентности (отрицательной, положительной и нейтральной) в зависимости от типа пары и уровня активации стимула с использованием дисперсионного анализа повторных измерений с популяцией (пациенты и здоровые контрольные группы) в качестве межсубъектной переменной и активации уровень (ВЫСОКИЙ и НИЗКИЙ) и валентность стимула в соответствии с парами (NEG с положительным, NEG с нейтральным, POS с отрицательным, POS с нейтральным, NEU с положительным и NEU с отрицательным) в качестве внутрисубъектных переменных. Сравнение средних значений оценивалось с использованием апостериорного критерия Тьюки. Для всех статистических анализов порог значимости будет равен 0,05.

   Измерения отслеживания глаз из исследования фМРТ: будут извлечены параметры, аналогичные исследованию отслеживания глаз 1, такие как латентность первой саккады, а также частота и продолжительность фиксаций для каждого стимула. Они будут проанализированы статистически с использованием повторяющихся измерений ANOVA с популяцией (пациенты по сравнению с контрольной группой) в качестве переменной между субъектами и задачей (эмоциональная тенденция и тенденция к действию), уровнем активации (высокий и низкий) и валентностью стимулов (отрицательная). , положительный, нейтральный) в качестве внутрисубъектных переменных. Сравнение средних значений оценивалось с использованием апостериорного критерия Тьюки. Для всех статистических анализов порог значимости будет равен 0,05. Также будет рассмотрен корреляционный анализ между данными отслеживания глаз и данными фМРТ. Данные отслеживания глаз также позволят нам устранить нейронные корреляты активации, связанные с морганием век.

   Поведенческие данные: время реакции (в мс) и процент «правильных» ответов будут анализироваться статистически (ANOVA, апостериорные тесты Таки) с группой участников (пациенты, контрольная группа) в качестве внутрисубъектного фактора и задачи. валентность и уровень активации стимулов как межсубъектных факторов.

3. Исследование корреляции данных. Данные различных исследований (походка, нейровизуализация, когнитивные/эмоциональные состояния) будут оцениваться по отношению к различным клиническим переменным (например, возраст, двигательные показатели и т. д.) и нейропсихологические переменные с использованием корреляционного анализа. Корреляционное исследование нейропсихологических показателей со структурными и физиологическими биомаркерами может помочь выявить новые способы различения индивидуальных профилей пациентов с предсимптомной ГБ.
4. Оценка подтипов предсимптомных пациентов с ГБ:

Другие анализы, основанные на методах статистической классификации, будут рассматриваться на основе различных полученных данных (функциональных, структурных, эффективных связей, данных глазодвигательной активности и т. д.) с целью выявления характеристик или индексов характеристик, которые различают подтипы предсимптомной ГБ. предметы.