RU2794185C2 - Method for determining a patient's response to neuropharmacological intervention, system and machine readable medium for its implementation. - Google Patents

Method for determining a patient's response to neuropharmacological intervention, system and machine readable medium for its implementation. Download PDF

Info

Publication number
RU2794185C2
RU2794185C2 RU2021109083A RU2021109083A RU2794185C2 RU 2794185 C2 RU2794185 C2 RU 2794185C2 RU 2021109083 A RU2021109083 A RU 2021109083A RU 2021109083 A RU2021109083 A RU 2021109083A RU 2794185 C2 RU2794185 C2 RU 2794185C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
correlations
correlation matrix
structural
density
groups
Prior art date
Application number
RU2021109083A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021109083A (en
Inventor
Клод Мишель Вишик
Бьерн Олаф ШЕЛТЕР
Линда СОММЕРЛЕЙД
Весна ВУКСАНОВИК
Роджер Тодд СТАФФ
Кевин ОЛЛЕН
Сьюзанна Мэри МОРСОН
Лип Дзин ТИ
Original Assignee
Гентинг Торкс Дайэгностик Сентр Сдн Бхд
Filing date
Publication date
Application filed by Гентинг Торкс Дайэгностик Сентр Сдн Бхд filed Critical Гентинг Торкс Дайэгностик Сентр Сдн Бхд
Publication of RU2021109083A publication Critical patent/RU2021109083A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2794185C2 publication Critical patent/RU2794185C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: group of inventions relates to a method for determining a patient's response to neuropharmacological intervention, a system and a machine-readable medium for its implementation. First structural neurological data are obtained from a patient population before a neuropharmacological intervention. Moreover, these first structural neurological data characterize the physical structure of a plurality of cortical areas. The physical structure is the cortex thickness (CT) and/or bark surface area (SA). The first correlation matrix is created based on the first structural neurological data by assigning a set of structural nodes corresponding to the cortical areas and determining pairwise correlations between structural nodes based at least in part on the corresponding data of the first structural neurological data. Second structural neurological data are obtained from the said patient population after the neuropharmacological intervention. Moreover, these second structural neurological data characterize the said physical structure of a plurality of cortical areas. The second correlation matrix is created based on the second structural neurological data by determining pairwise correlations between structural nodes based at least in part on the corresponding data of the second structural neurological data. EFFECT: group of inventions allows to determine the responses of the tauopathic patient population to neuropharmacological intervention in the form of a drug product with a symptomatic or disease-modifying effect.
20 cl, 45 dwg, 12 tbl

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к применению сетевых способов в исследовании нейродегенеративных заболеваний.The present invention relates to the use of network methods in the study of neurodegenerative diseases.

Уровень техникиState of the art

Модели человеческого мозга как сложной сети взаимосвязанных субъединиц улучшили понимание нормальной организации мозга и сделали возможным устранение функциональных изменений при неврологических расстройствах. Эти субъединицы составляют так называемые модули мозга, т. е. группы областей, которые имеют высокую плотность связей внутри них, и с более низкой плотностью связей между группами. Было высказано предположение, что модульная организация мозга лежит в основе эффективной интеграции между пространственно разделенными нервными процессами, которые поддерживают различные когнитивные и поведенческие функции. Изменения в мозговых сетях могут помочь в идентификации пациентов с болезнью Альцгеймера (AD) и поведенческим вариантом лобно-височной деменции (bvFTD).Models of the human brain as a complex network of interconnected subunits have improved our understanding of the normal organization of the brain and made it possible to eliminate functional changes in neurological disorders. These subunits make up the so-called modules of the brain, i.e., groups of areas that have a high density of connections within them, and with a lower density of connections between groups. It has been proposed that the modular organization of the brain underlies the efficient integration between spatially separated neural processes that support various cognitive and behavioral functions. Alterations in brain networks may help identify patients with Alzheimer's disease (AD) and a behavioral variant of frontotemporal dementia (bvFTD).

Например, изменения в регионарных объемах были выявлены у пациентов с шизофренией через изучение структурных сетей в состоянии здоровья и болезни, где была проверена попарная корреляция кортикального регионарного объема или толщины по данным in vivo измерений Т1-взвешенных магнитно-резонансных изображений (МРТ). Этот подход продемонстрировал клиническую значимость, выявив изменения регионарных объемов у пациентов с шизофренией. Однако объемные измерения, которые представляют собой произведение толщины коры (CT) и площади поверхности (SA), могут искажать лежащие в основе различия. Например, рассмотрение изменений толщины коркового слоя может дать представление о том, как болезнь изменяет размер, плотность и расположение клеток в корковых слоях. С другой стороны, изменения площади поверхности могут предоставить информацию о нарушении функциональной интеграции между группами нервных пучков в больном мозге.For example, changes in regional volumes have been identified in patients with schizophrenia through a study of structural networks in health and disease, where pairwise correlation of cortical regional volume or thickness was tested from in vivo T1-weighted magnetic resonance imaging (MRI) measurements. This approach has demonstrated clinical relevance by identifying changes in regional volumes in patients with schizophrenia. However, volumetric measurements, which are the product of bark thickness (CT) and surface area (SA), can confound the underlying differences. For example, looking at changes in cortical thickness can provide insight into how disease changes the size, density, and arrangement of cells in cortical layers. On the other hand, changes in surface area can provide information about impaired functional integration between groups of nerve bundles in a diseased brain.

Ранее, для отслеживания эффекта нейрофармакологического вмешательства использовали объем всего мозга или долей мозга. Однако это относительно грубый уровень анализа.Previously, the volume of the entire brain or lobes of the brain was used to monitor the effect of neuropharmacological intervention. However, this is a relatively crude level of analysis.

В качестве еще одного примера использования сетей для понимания мозга, как обсуждается в WO 2017/118733 (полное содержимое которого включено в настоящий документ по этой ссылке), данные ЭЭГ, собранные у пациента, могут использоваться для определения интенсивности и направленности электрического потока в головном мозге.As another example of using networks to understand the brain, as discussed in WO 2017/118733 (whose full content is incorporated herein by this link), EEG data collected from a patient can be used to determine the intensity and direction of electrical flow in the brain .

Стендовый доклад, озаглавленный «Organisation of cortical thickness networks in Alzheimer’s disease and behavioural variant frontotemporal dementia across brain lobes» был представлен Vuksanovic et al. на 6th Cambridge Neuroscience Symposium, Neural Networks in Health and Disease September 7-8 2017.A poster presentation entitled "Organization of cortical thickness networks in Alzheimer's disease and behavioral variant frontotemporal dementia across brain lobes" was presented by Vuksanovic et al. at the 6th Cambridge Neuroscience Symposium, Neural Networks in Health and Disease September 7-8 2017.

Другой стендовый доклад, озаглавленный «Divergent changes in structural correlation networks in Alzheimer's disease and behavioural variant frontotemporal dementia» был представлен Vuksanovic et al. на ARUK Conference 2018, 20-21 March, London, UK.Another poster presentation entitled "Divergent changes in structural correlation networks in Alzheimer's disease and behavioral variant frontotemporal dementia" was presented by Vuksanovic et al. at ARUK Conference 2018, 20-21 March, London, UK.

Презентация, озаглавленная «Modular organisation of cortical thickness and surface area structural correlation networks in Alzheimer’s disease (AD) and behavioural variant frontotemporal dementia (bvFTD)» была дана Vuksanovic, V, на 10th SINAPSE Annual Scientific Meeting 25 June 2018 Edinburgh.A presentation entitled "Modular organization of cortical thickness and surface area structural correlation networks in Alzheimer's disease (AD) and behavioral variant frontotemporal dementia (bvFTD)" was given by Vuksanovic, V, at the 10th SINAPSE Annual Scientific Meeting 25 June 2018 Edinburgh.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В первом аспекте, в изобретении представлен способ определения ответа пациента на нейрофармакологическое вмешательство, включающий стадии:In a first aspect, the invention provides a method for determining a patient's response to a neuropharmacological intervention, comprising the steps of:

получения структурных неврологических данных от множества пациентов до нейрофармакологического вмешательства, где указанные структурные неврологические данные характеризуют физическую структуру множества корковых областей;obtaining structural neurological data from a plurality of patients prior to a neuropharmacological intervention, wherein said structural neurological data characterizes the physical structure of a plurality of cortical regions;

создания первой матрицы корреляции на основе структурных неврологических данных посредствомcreating the first correlation matrix based on structural neurological data through

назначения множества структурных узлов, соответствующих корковым областям мозга; иassigning a plurality of structural nodes corresponding to the cortical areas of the brain; And

определения попарных корреляций между парами структурных узлов на основе, по меньшей мере частично, соответствующих данных структурных неврологических данных;determining pairwise correlations between pairs of structural nodes based at least in part on corresponding structural neurological data;

получения дополнительных структурных неврологических данных от упомянутого множества пациентов после нейрофармакологического вмешательства, где указанные дополнительные структурные неврологические данные характеризуют физическую структуру множества корковых областей; иobtaining additional structural neurological data from said plurality of patients after the neuropharmacological intervention, wherein said additional structural neurological data characterize the physical structure of a plurality of cortical regions; And

создания второй матрицы корреляции на основе дополнительных структурных неврологических данных посредством:creating a second correlation matrix based on additional structural neurological data by:

определения попарных корреляций между парами структурных узлов на основе, по меньшей мере частично, соответствующих данных дополнительных структурных неврологических данных;determining pairwise correlations between pairs of structural nodes based at least in part on corresponding data from additional structural neurological data;

причем способ включает:wherein the method includes:

сравнение первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции, и тем самым, определение ответа пациента на нейрофармакологическое вмешательство.comparing the first correlation matrix and the second correlation matrix, and thereby determining the patient's response to the neuropharmacological intervention.

Далее будут изложены дополнительные признаки изобретения. Они применимы по отдельности или в любой комбинации с любым аспектом изобретения.Further features of the invention will now be set forth. They are applicable singly or in any combination with any aspect of the invention.

Под матрицей корреляции подразумевают создание структурной корреляционной сети, которая затем может быть представлена матрицей.Correlation matrix means the creation of a structural correlation network, which can then be represented by a matrix.

В одном варианте осуществления, ответ пациента может быть в контексте клинического испытания, например, для оценки эффективности фармацевтического препарата при лечении нейрокогнитивного заболевания. Таким образом, группа пациентов (множество пациентов) может быть лечебной группой, у которой было диагностировано заболевание, или может быть контрольной («нормальной») группой. В конечном итоге эффективность фармацевтического препарата может быть оценена полностью или частично на основании ответа группы пациентов, определенного в соответствии с настоящим изобретением, необязательно по сравнению с группой сравнения, которая не получала вмешательство.In one embodiment, the patient's response may be in the context of a clinical trial, for example, to evaluate the efficacy of a pharmaceutical in the treatment of a neurocognitive disease. Thus, the patient group (multiple patients) may be a treatment group that has been diagnosed with a disease, or may be a control ("normal") group. Ultimately, the efficacy of a pharmaceutical product can be assessed in whole or in part based on the response of a group of patients determined in accordance with the present invention, optionally compared to a comparison group that did not receive the intervention.

Измеренной или полученной физической структурой может быть толщина коры и/или площадь поверхности. Значения толщины коры и/или площади поверхности могут быть усредненными значениями, полученными на основе структурных неврологических данных. Структурированные неврологические данные могут быть получены из данных магнитно-резонансной томографии (МРТ) или данных компьютерной томографии для каждого пациента. Структурные неврологические данные и дополнительные структурные неврологические данные получают в разные моменты времени. Как обсуждается здесь, структурные неврологические данные могут быть получены с помощью магнитно-резонансной томографии, компьютерной томографии или позитронно-эмиссионной томографии для каждого пациента. Эти методы сами по себе хорошо известны специалистам в данной области техники - см., например, Mangrum, Wells, et al. Duke Review of MRI Principles: Case Review Series E-book. Elsevier Health Sciences, 2018 и «Standardized low-resolution electromagnetic tomography (sLORETA): technical details» Methods Find Exp. Clin. Pharmacol. 2002:24 Suppl. D:5-12; Pascual-Marqui RD и т.д.The measured or derived physical structure may be bark thickness and/or surface area. The values for cortical thickness and/or surface area may be averaged values derived from structural neurological data. Structured neurological data can be obtained from magnetic resonance imaging (MRI) or computed tomography data for each patient. Structural neurological data and additional structural neurological data are obtained at different time points. As discussed here, structural neurological data can be obtained using magnetic resonance imaging, computed tomography or positron emission tomography for each patient. These methods per se are well known to those skilled in the art - see, for example, Mangrum, Wells, et al. Duke Review of MRI Principles: Case Review Series E-book. Elsevier Health Sciences, 2018 and "Standardized low-resolution electromagnetic tomography (sLORETA): technical details" Methods Find Exp. Clin. Pharmacol. 2002:24 Suppl. D:5-12; Pascual-Marqui RD etc.

Количество корковых областей может составлять по меньшей мере 60, или по меньшей мере 65. Например, 68. Корковыми областями, например, могут быть такие, которые представлены в Desikan-Killiany Atlas (Desikan et al. 2006).The number of cortical regions may be at least 60, or at least 65. For example, 68. Cortical regions, for example, may be those presented in the Desikan-Killiany Atlas (Desikan et al. 2006).

P-значение может быть определено для каждой парной корреляции по множеству субъектов, и может быть сравнено с уровнем значимости, при этом только p-значения меньше уровня значимости используют для создания соответствующих матриц корреляции. При определении парной корреляции между парами структурных узлов, соответствующие значения каждого структурного узла могут сравниваться с эталонным значением и определяться их ковариация. Уровень значимости может обозначаться как альфа («α»).A p-value may be determined for each pairwise correlation across a plurality of subjects, and may be compared to a significance level, with only p-values less than the significance level being used to generate the respective correlation matrices. When determining pairwise correlation between pairs of structure nodes, the respective values of each structure node can be compared with a reference value and their covariance determined. The level of significance may be referred to as alpha ("α").

Сравнение первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции может включать сравнение количества и/или плотности обратных корреляций в первой матрице корреляции с количеством и/или плотностью обратных корреляций во второй матрице корреляции. При сравнении могут быть идентифицированы группы структурных узлов, соответствующие одной и той же доле, и сравнение, проведенное между первой и второй матрицами корреляции, может использовать одну и ту же долю.Comparing the first correlation matrix and the second correlation matrix may include comparing the number and/or density of inverse correlations in the first correlation matrix with the number and/or density of inverse correlations in the second correlation matrix. In the comparison, node groups corresponding to the same proportion can be identified, and a comparison made between the first and second correlation matrices can use the same proportion.

Назначение множества структурных узлов, соответствующих корковым областям мозга, может дополнительно включать определение групп, которые содержат структурные узлы, соответствующие гомологичным или не гомологичным долям. Сравнение первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции может включать сравнение количества и/или плотности корреляций между различными группами структурных узлов. Другими словами, сравнение первой и второй матриц корреляции может включать сравнение корреляций между парами структурных узлов, которые не являются гомологичными.The assignment of a plurality of structural nodes corresponding to cortical regions of the brain may further include the definition of groups that contain structural nodes corresponding to homologous or non-homologous lobes. Comparing the first correlation matrix and the second correlation matrix may include comparing the number and/or density of correlations between different groups of structural nodes. In other words, comparing the first and second correlation matrices may include comparing correlations between pairs of structural nodes that are not homologous.

В некоторых примерах, сравнение первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции может включать сравнение количества и/или плотности корреляций между группами структурных узлов, расположенных, соответственно, в лобной доле (передние узлы) и теменной и затылочной долях (задние узлы). Было обнаружено, что в примерах эффективных нейрофармакологических вмешательств количество и/или плотность обратных корреляций между передними и задними узлами уменьшается. Так как обратные корреляции предположительно указаны как определение компенсаторной связи, при которой атрофия в одном узле связана с гипертрофией в функционально связанном узле, должно быть понятно, что уменьшение количества и/или плотности обратных корреляций указывает на уменьшение количества компенсаторных связей.In some examples, comparing the first correlation matrix and the second correlation matrix may include comparing the number and/or density of correlations between groups of structural nodes located, respectively, in the frontal lobe (anterior nodes) and the parietal and occipital lobes (posterior nodes). It has been found that in examples of effective neuropharmacological interventions, the number and/or density of inverse correlations between anterior and posterior nodes is reduced. Since inverse correlations are presumably specified as a definition of a compensatory relationship, in which atrophy in one node is associated with hypertrophy in a functionally related node, it should be understood that a decrease in the number and/or density of inverse correlations indicates a decrease in the number of compensatory connections.

Обычно нейрокогнитивным заболеванием или когнитивным расстройством является нейродегенеративное расстройство, вызывающее деменцию, например таупатию.Typically, the neurocognitive disease or cognitive disorder is a neurodegenerative disorder that causes dementia, such as tauopathy.

У пациентов может быть диагностировано нейрокогнитивное заболевание, например, болезнь Альцгеймера или поведенческий вариант лобно-височной деменции. Заболеванием может быть болезнь Альцгеймера умеренной или средней степени тяжести. Заболеванием может быть умеренное когнитивное нарушение. Однако открытия авторов настоящего изобретения, описанные здесь, применимы также к другим нейрокогнитивным заболеваниям.Patients may be diagnosed with a neurocognitive disease, such as Alzheimer's disease or a behavioral variant of frontotemporal dementia. The disease may be moderate or moderate Alzheimer's disease. The disease may be a mild cognitive impairment. However, the discoveries of the authors of the present invention described here are also applicable to other neurocognitive diseases.

Критерии диагностики и лечения таупатий и других нейрокогнитивных заболеваний известны в данной области техники и обсуждаются, например, в WO2018/019823 и цитируемых там ссылках.Criteria for the diagnosis and treatment of taupathies and other neurocognitive diseases are known in the art and are discussed, for example, in WO2018/019823 and the references cited there.

Заболеванием может быть поведенческий вариант лобно-височной деменции (bvFTD). Критерии диагностики и лечение bvFTD обсуждаются, например, в WO 2018/041739 и цитируемых там ссылках.The disease may be a behavioral variant of frontotemporal dementia (bvFTD). Criteria for diagnosis and treatment of bvFTD are discussed, for example, in WO 2018/041739 and the references cited there.

Как объясняется здесь, топология нарушения структурной сети отличается при этих двух болезненных состояниях (AD и bvFTD), и оба они отличаются от нормального старения. Отклонения от нормы носят глобальный характер и не ограничиваются лобно-височной и височно-теменной долями, соответственно, при bvFTD и AD, и указывают на увеличение как силы глобальной корреляции, так и, в частности, не гомологичных междолевых межнейронных связей, определяемых обратными корреляциями.As explained here, the topology of structural network disruption is different in these two disease states (AD and bvFTD), and both are different from normal aging. Abnormalities are global in nature and are not limited to the frontotemporal and temporoparietal lobes, respectively, in bvFTD and AD, and indicate an increase in both the strength of the global correlation and, in particular, non-homologous interlobar interneuronal connections determined by inverse correlations.

Эти изменения кажутся адаптивными по своему характеру, отражая скоординированное увеличение толщины коры и площади поверхности, которое компенсирует соответствующие нарушения в функционально связанных узлах. Эффекты были более выражены в сети толщины коры при bvFTD и в сети области поверхности при AD.These changes appear to be adaptive in nature, reflecting a coordinated increase in cortical thickness and surface area that compensates for corresponding disturbances in functionally related nodes. The effects were more pronounced in the cortical thickness network in bvFTD and in the surface area network in AD.

Авторы изобретения заметили, что важным изменением, отличающим обе формы деменции от контрольной группы нормальных пожилых людей, является появление значительных сетей обратной корреляции, связывающих передние и задние области мозга, которые могут иметь отношение к функциональной адаптации или компенсации ухудшений, вызванных патологией. В частности, обратные корреляции указываются для обозначения образования компенсаторных связей, где атрофия в одном узле связана с гипертрофией в функционально связанном узле, и следует понимать, что уменьшение количества и/или плотности обратных корреляций указывает на уменьшение количества компенсаторных связей.The inventors observed that an important change that distinguishes both forms of dementia from the control group of normal elderly people is the emergence of significant inverse correlation networks linking the anterior and posterior regions of the brain, which may be related to functional adaptation or compensation for impairments caused by pathology. In particular, inverse correlations are indicated to indicate the formation of compensatory connections, where atrophy in one node is associated with hypertrophy in a functionally connected node, and it should be understood that a decrease in the number and/or density of inverse correlations indicates a decrease in the number of compensatory connections.

Таким образом, если нейрофармакологическое вмешательство окажется эффективным, ожидается, что сетевая организация вернется к тому, что наблюдается у нормальной (не имеющей заболевание) сравниваемой популяции. Если заболевание лечится на достаточно ранней стадии, сетевая организация может быть возвращена к практически полному эквиваленту нормальному контролю. Таким образом, этот способ обеспечивает объективные средства отличия модифицирующих болезнь средств лечения от симптоматических средств лечения: симптоматические средства лечения подчеркивают аномальную архитектуру сети и действительно могут подчеркнуть риск передачи (например) прионоподобных болезненных процессов в здоровые области мозга. Наоборот, лекарственные препараты, модифицирующие заболевание, действуют в противоположном направлении, снижая потребность в компенсаторном вкладе из относительно менее пораженных областей мозга за счет нормализации функции в областях, затронутых патологией.Thus, if the neuropharmacological intervention proves effective, networking is expected to return to that observed in the normal (disease-free) comparison population. If the disease is treated at a sufficiently early stage, networking can be reverted to an almost complete equivalent of normal control. Thus, this method provides an objective means of distinguishing disease-modifying therapies from symptomatic therapies: symptomatic therapies highlight abnormal network architecture and may indeed highlight the risk of transmission of (eg) prion-like disease processes to healthy areas of the brain. Conversely, disease-modifying drugs act in the opposite direction, reducing the need for compensatory input from relatively less affected areas of the brain by normalizing function in areas affected by pathology.

В свете настоящего внимания должно быть понятно, что анализ структурной или сетевой организации имеет особую полезность для обеспечения большей мощности в клинических испытаниях, тем самым позволяя использовать меньшее количество субъектов и более короткое время лечения. В частности, при таких заболеваниях, как умеренная AD, умеренные когнитивные нарушения и пред-умеренные когнитивные нарушения и т. д., конечные точки клинических испытаний (когнитивных и функциональных) могут быть относительно нечувствительными и поэтому требуют большого количества субъектов и/или более длительных периодов времени (см. WO2009/060191).In light of the present focus, it should be understood that analysis of structural or network organization is of particular utility in providing greater power in clinical trials, thereby allowing the use of fewer subjects and shorter treatment times. In particular, in diseases such as mild AD, mild cognitive impairment and pre-moderate cognitive impairment, etc., clinical trial endpoints (cognitive and functional) may be relatively insensitive and therefore require a large number of subjects and/or longer time periods (see WO2009/060191).

Таким образом, обычно, нейрофармакологическим вмешательством будет фармацевтическое вмешательство.Thus, typically, a neuropharmacological intervention will be a pharmaceutical intervention.

Нейрофармакологическим вмешательством может быть симптоматическое лечение. Такие соединения включают ингибиторы ацетилхолинэстеразы (AChEls) - они включают такрин, донепезил, ривастигмин и галантамин. Другим симптоматическим лечением является мемантин. Эти способы лечения описаны в WO2018/041739.Neuropharmacological intervention may be symptomatic treatment. Such compounds include acetylcholinesterase inhibitors (AChEls) - these include tacrine, donepezil, rivastigmine and galantamine. Another symptomatic treatment is memantine. These treatments are described in WO2018/041739.

Как объяснялось выше, изобретатели обнаружили увеличение компенсаторных сетей (количества и/или плотности не гомологичных обратных корреляций, присутствующих в группах пациентов, которые получали такое лечение).As explained above, the inventors found an increase in compensatory networks (number and/or density of non-homologous inverse correlations present in patient groups that received such treatment).

Нейрофармакологическим вмешательством может быть скорее фармацевтический препарат, модифицирующий заболевание, а не симптоматический. Эти средства лечения можно различать, например, в зависимости от того, что происходит, когда пациент прекращает активное лечение. Симптоматические агенты отсрочивают симптомы заболевания, не влияя на основной процесс заболевания, и не изменяют (или, по меньшей мере, не улучшают) скорость долгосрочного ухудшения после начального периода лечения. Если, после отмены, пациент возвращается туда, где он был бы без лечения, лечение считается симптоматическим (Cummings, J. L. (2006) Challenges to demonstrating disease-modifying effects in Alzheimer’s disease clinical trials. Alzheimer’s and Dementia, 2:263-271).The neuropharmacological intervention may be a disease-modifying pharmaceutical rather than symptomatic. These treatments can be distinguished, for example, depending on what happens when the patient stops active treatment. Symptomatic agents delay the symptoms of the disease without interfering with the underlying disease process and do not alter (or at least do not improve) the rate of long-term deterioration after the initial period of treatment. If, after withdrawal, the patient returns to where he would have been without treatment, treatment is considered symptomatic (Cummings, J. L. (2006) Challenges to demonstrating disease-modifying effects in Alzheimer's disease clinical trials. Alzheimer's and Dementia, 2:263-271).

Например, средством лечения, модифицирующим заболевание, может быть ингибитор патологической агрегации белка, такой как соединение 3,7-диаминофенотиазина (DAPTZ). Такие соединения описаны в WO2018/041739, WO2007/110627 и WO2012/107706. В последнем описан лейко-метилтиониний бис(гидрометансульфонат), также известный как мезилат лейко-метилтиониния (LMTM; название USAN: мезилат гидрометилтионина).For example, a disease-modifying treatment may be an inhibitor of abnormal protein aggregation, such as a 3,7-diaminophenothiazine compound (DAPTZ). Such compounds are described in WO2018/041739, WO2007/110627 and WO2012/107706. The latter describes leuco-methylthioninium bis(hydromethanesulfonate), also known as leuco-methylthioninium mesylate (LMTM; USAN name: hydromethylthionine mesylate).

Figure 00000001
Figure 00000001

Содержимое всех таких публикаций WO в отношении определяемых ими соединений DAPTZ специально включено по этой перекрестной ссылке.The contents of all such WO publications with respect to the DAPTZ compounds they define are specifically incorporated by this cross-reference.

Было показано, что лечение с помощью LMTM снижает компенсаторные сетевые корреляции (особенно не гомологичные, положительные и обратные корреляции).Treatment with LMTM has been shown to reduce compensatory network correlations (especially non-homologous, positive and inverse correlations).

Нейрофармакологическим вмешательством может быть фармацевтический препарат, модифицирующий заболевание, и его эффективность может быть установлена путем уменьшения количества и/или плотности корреляций между передними и задними областями мозга первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции.The neuropharmacological intervention may be a disease-modifying pharmaceutical and its effectiveness may be determined by reducing the number and/or density of correlations between the anterior and posterior brain regions of the first correlation matrix and the second correlation matrix.

Таким образом, можно сделать вывод, что в примерах эффективного нейрофармакологического вмешательства (например, средства лечения, модифицирующего заболевание) количество и/или плотность обратных корреляций между передними и задними узлами уменьшается.Thus, it can be concluded that in examples of an effective neuropharmacological intervention (eg, a disease-modifying treatment), the number and/or density of inverse correlations between anterior and posterior nodes is reduced.

Изобретение также может быть использовано для идентификации функциональной адаптации или компенсации ухудшений, вызванных патологией, в популяции пациентов, например, для исследования «когнитивного резерва». Изобретение может использоваться в сочетании с традиционными диагностическими или прогностическими мерами. Эти меры включают Шкалу оценки болезни Альцгеймера - когнитивную подшкалу (ADAS-Cog), National Institute of Neurological and Communicative Disorders - Alzheimer’s Disease and Related Disorders Association (NINCDS-ADRDA), Диагностическое и статистическое руководство по психическим расстройствам, 4-е издание (DSMIV) и Шкалу оценки клинической деменции (CDR).The invention can also be used to identify functional adaptation or compensation for impairments caused by pathology in a population of patients, for example, to study "cognitive reserve". The invention may be used in conjunction with conventional diagnostic or prognostic measures. These measures include the Alzheimer's Disease Rating Scale - Cognitive Subscale (ADAS-Cog), National Institute of Neurological and Communicative Disorders - Alzheimer's Disease and Related Disorders Association (NINCDS-ADRDA), Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 4th edition (DSMIV ) and the Clinical Dementia Rating Scale (CDR).

Как объяснялось выше, способ определения ответа пациента на нейрофармакологическое вмешательство может, в свою очередь, использоваться для оценки различных когорт пациентов в клинических испытаниях нейрофармакологического вмешательства. Например, способ может быть для определения эффективности нейрофармакологического вмешательства в группе пациентов. Способ может использоваться для определения группы пациентов в соответствии с их ответом (например, с точки зрения определенных корреляций/обратных корреляций). Группа пациентов может быть идентифицирована в связи с предыдущим использованием нейрофармакологического вмешательства у них и, необязательно, выбрана для дальнейшего лечения, соответствующего ответу пациента.As explained above, the method for determining patient response to neuropharmacological intervention can, in turn, be used to evaluate different cohorts of patients in clinical trials of neuropharmacological intervention. For example, the method may be to determine the effectiveness of a neuropharmacological intervention in a group of patients. The method can be used to define a group of patients according to their response (eg, in terms of certain correlations/inverse correlations). A group of patients can be identified in relation to their previous use of a neuropharmacological intervention and optionally selected for further treatment according to the patient's response.

******

Во втором аспекте, в изобретении представлен способ определения вероятности развития у пациента одного или нескольких неврологических расстройств, включающий следующие стадии:In a second aspect, the invention provides a method for determining the likelihood of a patient developing one or more neurological disorders, comprising the following steps:

получение данных, характеризующих электрическую активность в головном мозге пациента;obtaining data characterizing the electrical activity in the patient's brain;

создание сети, основанной, по меньшей мере частично, на полученных данных, где указанная сеть содержит множество узлов и направленных соединений между узлами, где сеть характеризует поток электрической активности в головном мозге пациента;creating a network based at least in part on the received data, where the specified network contains a plurality of nodes and directional connections between nodes, where the network characterizes the flow of electrical activity in the patient's brain;

вычисление для каждого узла разности в количестве и/или силе соединений в узел и количестве и/или силе соединений из узла; иcalculating for each node a difference in the number and/or strength of connections into the node and the number and/or strength of connections out of the node; And

определение, с использованием вычисленных разностей, вероятности развития у пациента одного или нескольких неврологических расстройств.determining, using the calculated differences, the likelihood of the patient developing one or more neurological disorders.

Авторы изобретения показали, что даже довольно краткий анализ с использованием (например) ЭЭГ головного мозга может быть использован для потенциальной идентификации пациентов, предрасположенных к одному или нескольким нейрокогнитивным заболеваниям (например, AD). В частности, такие индивидуумы (пациенты или субъекты, термины используются взаимозаменяемо) могут иметь относительно большое количество «акцепторов», или акцепторов, которые относительно сильны, в задних долях, и относительно большое количество «доноров» или доноров, которые относительно сильны, в височных и/или лобных долях. У явно нормальных или продромальных субъектов, в предпочтительных вариантах осуществления, способ может быть более чувствительным, чем обычно используемые психометрические меры для определения такого риска.The inventors have shown that even a fairly brief analysis using (eg) brain EEG can be used to potentially identify patients predisposed to one or more neurocognitive diseases (eg, AD). In particular, such individuals (patients or subjects, the terms are used interchangeably) may have a relatively large number of "acceptors" or acceptors that are relatively strong in the posterior lobes and a relatively large number of "donors" or donors that are relatively strong in the temporal lobe. and/or frontal lobes. In apparently normal or prodromal subjects, in preferred embodiments, the method may be more sensitive than commonly used psychometric measures to determine such risk.

******

Далее будут изложены необязательные особенности изобретения. Они применимы по отдельности или в любой комбинации с любым аспектом изобретения.In the following, optional features of the invention will be set forth. They are applicable singly or in any combination with any aspect of the invention.

Вероятность развития у пациента одного или нескольких неврологических расстройств может быть обозначена как предрасположенность пациента к одному или нескольким неврологическим расстройствам. Способ может включать в себя стадию определения состояния для каждого узла, где узел определяется либо как акцептор, либо как донор на основе вычисленной разности.The likelihood of a patient developing one or more neurological disorders can be referred to as the patient's predisposition to one or more neurological disorders. The method may include the step of determining a state for each node, where the node is determined to be either an acceptor or a donor based on the calculated difference.

Сетью может быть сеть с перенормируемой частной направленной когерентностью. Любая из стадий способа может выполняться в автономном режиме, то есть не вживую на пациенте. Например, получение данных может проводиться через прием по сети данных, которые были ранее записаны от пациента.The network may be a network with renormalizable partial directional coherence. Any of the steps of the method can be performed offline, that is, not live on the patient. For example, the acquisition of data may be through network reception of data that has been previously recorded from the patient.

Данные, указывающие на электрическую активность в головном мозге, могут быть данными электроэнцефалографии. Данные электроэнцефалографии могут быть данными электроэнцефалографии β-диапазона (ритма). Данные, указывающие на электрическую активность в головном мозге, также могут быть данными магнитоэнцефалографии или данными функциональной магнитно-резонансной томографии.Data indicating electrical activity in the brain may be electroencephalography data. The electroencephalography data may be β-band (rhythm) electroencephalography data. Data indicative of electrical activity in the brain may also be magnetoencephalography data or functional magnetic resonance imaging data.

Определение предрасположенности пациента может быть выполнено с использованием классификатора с машинным обучением. Например, модели Маркова, методов опорных векторов, случайного леса или нейронных сетей.Determination of a patient's predisposition can be performed using a machine learning classifier. For example, Markov models, support vector machines, random forest or neural networks.

Способ может включать в себя стадию получения тепловой карты на основе, по меньшей мере частично, состояний узлов, где указанная тепловая карта указывает местоположение и/или интенсивность узлов, определенных как акцепторы, и узлов, определенные как доноры, в головном мозге пациента. Такое представление определенных узлов может помочь (например, эргономически) в определении предрасположенности пациента.The method may include the step of obtaining a heat map based at least in part on node states, where said heat map indicates the location and/or intensity of nodes identified as acceptors and nodes identified as donors in the patient's brain. This presentation of certain nodes can help (eg ergonomically) in determining the predisposition of the patient.

При определении предрасположенности пациента может быть проведено сравнение количества и/или интенсивности доноров в теменных и/или затылочных долях и количество и/или интенсивность акцепторов в лобных и/или височных долях. Экспериментально было замечено, что пациенты, предрасположенные к одному или нескольким нейродегенеративным заболеваниям (и особенно болезни Альцгеймера), имеют относительно высокую интенсивность акцепторов в задних долях и относительно высокую интенсивность доноров в височных и/или лобных долях.In determining a patient's predisposition, a comparison can be made between the number and/or intensity of donors in the parietal and/or occipital lobes and the number and/or intensity of acceptors in the frontal and/or temporal lobes. Experimentally, it has been observed that patients predisposed to one or more neurodegenerative diseases (and especially Alzheimer's disease) have relatively high acceptor intensities in the posterior lobes and relatively high donor intensities in the temporal and/or frontal lobes.

Способ может дополнительно включать стадию вывода, с использованием состояний узлов, показателя степени лево-правой асимметрии в расположении и/или интенсивности узлов в головном мозге, соответствующих акцепторам и донорам.The method may further include the step of inferring, using node states, a measure of the degree of left-right asymmetry in the location and/or intensity of nodes in the brain corresponding to acceptors and donors.

Неврологическим расстройством может быть нейрокогнитивное заболевание, которым может быть болезнь Альцгеймера.The neurological disorder may be a neurocognitive disease, which may be Alzheimer's disease.

Предрасположенность пациента к одному или нескольким неврологическим расстройствам может быть определена путем сравнения количества и/или интенсивности узлов, определяемых как акцепторы, в задней доле, с предопределенным значением, и/или сравнения количества и/или интенсивности узлов, определенных как доноры, в височных и/или лобных долях с предопределенным значением. У пациента может быть определен высокий риск предрасположенности, если количество и/или интенсивность узлов, определенных как акцепторы, в задней доле, превышает предопределенное значение, и/или если количество и/или интенсивность узлов, определенных как доноры, в височных и/или лобных долях превышают предопределенное значение (например, основанное на «контрольном» субъекте или субъектах, у которых установлен низкий риск, или эталонных данных (например, исторических эталонных данных), полученных от них). Другими словами, и в более общем смысле, определение предрасположенности может быть основано на том, имеет ли пациент большее количество и/или более сильные доноры и/или акцепторы в одной области головного мозга по сравнению с другой областью головного мозга. Например, если имеется большее количество и/или более сильные доноры в височных и/или лобных долях, чем ожидалось, и/или если пациент имеет большее количество и/или более сильные акцепторы в задней доле, чем ожидалось на основе данных от контрольных субъектов, пациент может быть определен имеющий риск нейродегенеративного расстройства. Такие данные от контрольных субъектов могут быть получены путем длительного мониторинга после базовой оценки.A patient's susceptibility to one or more neurological disorders can be determined by comparing the number and/or intensity of acceptor-determined nodes in the posterior lobe with a predetermined value, and/or comparing the number and/or intensity of donor-determined nodes in the temporal and /or frontal lobes with a predefined value. A patient may be at high risk of predisposition if the number and/or intensity of nodes identified as acceptors in the posterior lobe exceeds a predetermined value, and/or if the number and/or intensity of nodes identified as donors in the temporal and/or frontal proportions exceed a predetermined value (eg, based on the "control" subject or subjects identified as low risk, or reference data (eg, historical reference data) obtained from them). In other words, and more generally, the determination of predisposition may be based on whether the patient has more and/or stronger donors and/or acceptors in one area of the brain compared to another area of the brain. For example, if there are more and/or stronger donors in the temporal and/or frontal lobes than expected, and/or if the patient has more and/or stronger acceptors in the posterior lobe than expected based on data from control subjects, the patient may be identified as at risk for a neurodegenerative disorder. Such data from control subjects can be obtained by long-term monitoring after the baseline assessment.

Авторы изобретения также наблюдали, что симптоматическое средство (средства) лечения увеличивает(ют) активность, исходящую из лобной доли, по сравнению с группой, не принимавшей лекарственные препараты.The inventors also observed that the symptomatic treatment(s) increased(s) activity emanating from the frontal lobe compared to the non-drug group.

Способ изобретения в соответствии с этим аспектом может использоваться для оценки, тестирования или классификации предрасположенности субъекта к одному или нескольким неврологическим расстройствам с любой целью. Например, оценку или другой результат теста можно использовать для классификации психического состояния или заболевания субъекта в соответствии с заранее определенными критериями.The method of the invention in accordance with this aspect can be used to assess, test or classify a subject's predisposition to one or more neurological disorders for any purpose. For example, a score or other test result may be used to classify a subject's mental state or illness according to predetermined criteria.

Субъектом может быть любой человек. В одном варианте осуществления, субъект предположительно может иметь нейрокогнитивное заболевание или расстройство, например, нейродегенеративное или сосудистое заболевание, как описано в настоящем документе, или, может быть субъектом, не идентифицированным как находящийся в группе риска.Any person can be a subject. In one embodiment, the subject may be suspected of having a neurocognitive disease or disorder, such as a neurodegenerative or vascular disease, as described herein, or may be a subject not identified as being at risk.

В одном варианте осуществления, способ предназначен для ранней диагностики или прогнозирования когнитивного ухудшения, например нейрокогнитивного заболевания, у субъекта.In one embodiment, the method is for early diagnosis or prediction of cognitive impairment, such as neurocognitive disease, in a subject.

Заболеванием может быть болезнь Альцгеймера от легкой до умеренной степени.The disease may be mild to moderate Alzheimer's disease.

Заболеванием может быть умеренное когнитивное ухудшение.The disease may be mild cognitive impairment.

Однако открытия авторов настоящего изобретения, описанные в настоящем документе, применимы также к другим нейрокогнитивным заболеваниям. Например, заболеванием может быть другое слабоумие, например сосудистая деменция.However, the discoveries of the authors of the present invention, described in this document, are also applicable to other neurocognitive diseases. For example, the disease may be another dementia, such as vascular dementia.

Этот способ необязательно может быть использован для информирования о дальнейших диагностических стадиях или вмешательствах для субъекта - например, на основе других способов визуализации или инвазивных или неинвазивных оценок биомаркеров, где такие способы известны как таковые в данной области техники.This method can optionally be used to inform further diagnostic steps or interventions for the subject - for example, based on other imaging modalities or invasive or non-invasive biomarker assessments, where such methods are known per se in the art.

В некоторых вариантах осуществления, способ может быть предназначен для определения риска нейрокогнитивного расстройства у субъекта. Необязательно, указанный риск может быть дополнительно вычислен с использованием дополнительных факторов, например, возраста, факторов образа жизни и других измеряемых физических или умственных критериев. Указанный риск может быть классифицирован как «высокий» или «низкий» или может быть представлен в виде шкалы или спектра.In some embodiments, the method may be designed to determine a subject's risk of neurocognitive impairment. Optionally, said risk may be further calculated using additional factors such as age, lifestyle factors, and other measurable physical or mental criteria. This risk may be classified as "high" or "low" or may be presented as a scale or spectrum.

******

Из настоящего описания будет очевидно, что в дополнение к оценке вероятности развития одного или нескольких неврологических расстройств, та же методология может быть использована для оценки эффективности средства лечения, модифицирующего заболевание, для снижения указанного риска и/или лечения указанного заболевания, т.е. для оценки эффективности фармацевтического препарата для профилактики или лечения заболевания или расстройства. Это необязательно может быть в контексте клинического испытания, как описано в настоящем документе, например, по сравнению с плацебо, или другим нормальным контролем.From the present description, it will be apparent that in addition to assessing the likelihood of developing one or more neurological disorders, the same methodology can be used to evaluate the effectiveness of a disease-modifying treatment in reducing said risk and/or treating said disease, i. to evaluate the efficacy of a pharmaceutical product in the prevention or treatment of a disease or disorder. This may optionally be in the context of a clinical trial as described herein, eg compared to a placebo, or other normal control.

В частности, настоящее описание указывает, что способы по изобретению (например, основанные на технологии ЭЭГ) могут обеспечить мощные и чувствительные показатели воздействия заболевания на субъекта. Это открывает возможность продемонстрировать эффективность средства лечения, модифицирующего заболевание, в меньших группах субъектов (например, менее или равных 200, 150, 100 или 50 в группах лечения и сравнения) и в течение более короткого интервала (например, менее или равного 6, 5, 4 или 3 месяцам) и на более ранних стадиях заболевания или менее тяжелом заболевании (например, продромальной AD, MCI или даже пре-MCI), чем это возможно с использованием доступных в настоящее время способов.In particular, the present disclosure indicates that the methods of the invention (eg, based on EEG technology) can provide powerful and sensitive indicators of the impact of a disease on a subject. This opens up the possibility of demonstrating the efficacy of a disease-modifying treatment in smaller groups of subjects (e.g., less than or equal to 200, 150, 100, or 50 in the treatment and comparison groups) and over a shorter interval (e.g., less than or equal to 6, 5, 4 or 3 months) and at earlier disease stages or less severe disease (eg, prodromal AD, MCI, or even pre-MCI) than is possible using currently available methods.

Таким образом, как обсуждалось выше, способ может использоваться с разными когортами пациентов в клинических испытаниях нейрофармакологического вмешательства, например, группой пациентов (множеством пациентов) может быть группа лечения, у которой было диагностировано заболевание (например, заболевание на ранней стадии), леченная предполагаемым средством лечения, модифицирующим заболевание, по сравнению с группой, получавшей плацебо.Thus, as discussed above, the method can be used with different cohorts of patients in clinical trials of neuropharmacological intervention, for example, a patient group (multiple patients) can be a treatment group that has been diagnosed with a disease (e.g., an early stage disease) treated with a putative agent. disease-modifying treatment compared with the placebo group.

Таким образом, в одном дополнительном аспекте, стадии способа второго аспекта используют для определения статуса или тяжести заболевания у пациента, а не для определения вероятности развития у пациента одного или нескольких неврологических расстройств. Этот статус, в свою очередь, можно отслеживать в рамках клинического ведения или клинического исследования.Thus, in one additional aspect, the method steps of the second aspect are used to determine the status or severity of a disease in a patient, rather than to determine whether the patient is likely to develop one or more neurological disorders. This status, in turn, can be tracked through clinical management or a clinical trial.

Таким образом, в еще одном аспекте изобретения представлен способ определения ответа пациента на нейрофармакологическое вмешательство против неврологического расстройства, включающий стадии, предшествующие нейрофармакологическому вмешательству:Thus, in another aspect of the invention, a method is provided for determining a patient's response to a neuropharmacological intervention against a neurological disorder, comprising the steps preceding the neuropharmacological intervention:

(а) получения данных, характеризующих электрическую активность в головном мозге пациента;(a) obtaining data characterizing the electrical activity in the patient's brain;

(b) создания сети, основанной, по меньшей мере частично, на полученных данных, где указанная сеть содержит множество узлов и направленных соединений между узлами, где эта сеть характеризует поток электрической активности в головном мозге пациента;(b) creating a network based at least in part on the received data, where the specified network contains a plurality of nodes and directional connections between nodes, where this network characterizes the flow of electrical activity in the patient's brain;

(c) вычисления для каждого узла разности в количестве и/или силе соединений в узел и количестве и/или силе соединений из узла; и(c) calculating for each node the difference in the number and/or strength of connections into the node and the number and/or strength of connections out of the node; And

(d) определения, с использованием вычисленных разностей, статуса пациента в отношении неврологического расстройства;(d) determining, using the calculated differences, the patient's status with respect to a neurological disorder;

(e) повторения стадий (a) - (d) после нейрофармакологического вмешательства для определения дальнейшего статуса пациента в отношении неврологического расстройства; и(e) repeating steps (a) to (d) after the neuropharmacological intervention to determine the patient's further status with respect to the neurological disorder; And

(f) определения на основе указанного первого статуса и указанного второго статуса (например, путем их сравнения) ответа пациента на нейрофармакологическое вмешательство. (f) determining, based on said first status and said second status (eg, by comparing them), the patient's response to the neuropharmacological intervention.

Необязательно стадии (e) и (f) повторяют, и последующие статусы применяют для определения ответа пациента с течением времени.Optionally, steps (e) and (f) are repeated and subsequent statuses are used to determine the patient's response over time.

Таким образом, эти способы второго и дополнительных аспектов (и соответствующие системы, обсуждаемые ниже) могут использоваться как для клинических испытаний, так и для клинического ведения. С точки зрения клинического ведения, высокая степень уверенности (например, 70%, 80%, 90% или 95% вероятности) в том, что электрическая активность в головном мозге пациента (например, по данным ЭЭГ) является ненормальной у «нормального» человека (то есть в настоящее время не диагностированного) может быть веским показанием для немедленного начала медикаментозного лечения деменции. ЭЭГ также можно использовать с интервалами, например, через 1, 2, 3, 4, 5 или 6 месяцев, чтобы контролировать ответ на лечение. И, наоборот, за человеком с более низкой вероятностью аномальной ЭЭГ (например, 30%, 40%, 50%, 55% или 60%) можно более внимательно наблюдать с интервалом в месяц, раз в два месяца или три месяца. Дальнейшие тесты другими способами, подходящими для расстройства, которые известны в данной области техники (например, оценка биомаркеров на основе амилоида, тау-ПЭТ или CSF), необязательно могут применяться в сочетании с данным способом.Thus, these methods of the second and additional aspects (and the corresponding systems discussed below) can be used for both clinical trials and clinical management. From a clinical management perspective, a high degree of certainty (e.g., 70%, 80%, 90%, or 95% chance) that electrical activity in a patient's brain (e.g., as measured by EEG) is abnormal in a "normal" individual ( i.e. currently undiagnosed) may be a strong indication for the immediate initiation of medical treatment for dementia. An EEG can also be used at intervals, such as 1, 2, 3, 4, 5, or 6 months, to monitor response to treatment. Conversely, a person with a lower probability of having an abnormal EEG (eg, 30%, 40%, 50%, 55%, or 60%) can be observed more closely at monthly, bimonthly, or three-monthly intervals. Further tests by other methods appropriate to the disorder that are known in the art (eg, biomarker assessment based on amyloid, tau-PET, or CSF) may optionally be used in conjunction with this method.

Необязательные особенности по отношению к способам второго аспекта применяются, с внесением необходимых изменений, и к этому аспекту.The optional features with respect to the methods of the second aspect apply, mutatis mutandis, to this aspect as well.

В третьем аспекте в изобретении представлена система для определения ответа пациента на нейрофармакологическое вмешательство, включающая:In a third aspect, the invention provides a system for determining a patient's response to a neuropharmacological intervention, comprising:

средство сбора данных, сконфигурированное для получения структурных неврологических данных от множества пациентов до нейрофармакологического вмешательства, где указанные структурные неврологические данные характеризуют физическую структуру множества корковых областей;data collection means configured to acquire structural neurological data from a plurality of patients prior to neuropharmacological intervention, wherein said structural neurological data characterizes the physical structure of a plurality of cortical regions;

средство создания матриц корреляции, сконфигурированное для создания первой матрицы корреляции на основе структурных неврологических данных через:a correlation matrix generator configured to generate a first correlation matrix based on structural neurological data via:

назначение множества структурных узлов, соответствующих корковым областям головного мозга; иthe assignment of a plurality of structural nodes corresponding to the cortical regions of the brain; And

определение попарных корреляций между парами структурных узлов на основе, по меньшей мере частично, соответствующих данных структурных неврологических данных;determining pairwise correlations between pairs of structural nodes based at least in part on the respective structural neurological data;

где средство сбора данных также сконфигурировано для получения дополнительных структурных неврологических данных от упомянутого множества пациентов после нейрофармакологического вмешательства, где указанные дополнительные структурные неврологические данные характеризуют физическую структуру множества корковых областей; иwhere the data collection means is also configured to obtain additional structural neurological data from the mentioned plurality of patients after neuropharmacological intervention, where these additional structural neurological data characterize the physical structure of the plurality of cortical regions; And

средство создания матрицы корреляции также сконфигурировано для создания второй матрицы корреляции на основе дополнительных структурных неврологических данных через:the correlation matrix generator is also configured to generate a second correlation matrix based on additional structural neurological data via:

определение попарных корреляций между парами структурных узлов на основе, по меньшей мере частично, соответствующих данных дополнительных структурных неврологических данных;determining pairwise correlations between pairs of structural nodes based at least in part on corresponding data from additional structural neurological data;

где система дополнительно включает либо:where the system further includes either:

средство отображения для представления первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции; либоdisplay means for representing the first correlation matrix and the second correlation matrix; or

средство сравнения для сравнения первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции и, таким образом, определения ответа пациента на нейрофармакологическое вмешательство.a comparison means for comparing the first correlation matrix and the second correlation matrix and thereby determining the patient's response to the neuropharmacological intervention.

Далее будут изложены необязательные особенности изобретения. Они применимы по отдельности или в любой комбинации с любым аспектом изобретения.In the following, optional features of the invention will be set forth. They are applicable singly or in any combination with any aspect of the invention.

Под матрицей корреляции может подразумеваться создание структурной корреляционной сети, которая затем может быть представлена матрицей.The correlation matrix may mean the creation of a structural correlation network, which can then be represented by a matrix.

Измеренной или полученной физической структурой может быть толщина коры и/или площадь поверхности. Значения толщины коры и/или площади поверхности могут быть усредненными значениями, полученными на основе структурных неврологических данных. Структурированные неврологические данные могут быть получены из данных магнитно-резонансной томографии (МРТ) или данных компьютерной томографии для каждого пациента. Структурные неврологические данные и дополнительные структурные неврологические данные получают в разные моменты времени. Как обсуждается здесь, структурные неврологические данные могут быть получены с помощью магнитно-резонансной томографии, компьютерной томографии или позитронно-эмиссионной томографии для каждого пациента. Эти методы сами по себе хорошо известны специалистам в данной области техники - см., например, Mangrum, Wells, et al. Duke Review of MRI Principles: Case Review Series E-book. Elsevier Health Sciences, 2018 и «Standardized low-resolution electromagnetic tomography (sLORETA): technical details» Methods Find Exp. Clin. Pharmacol. 2002:24 Suppl. D:5-12; Pascual-Marqui RD и т.д.The measured or derived physical structure may be bark thickness and/or surface area. The values for cortical thickness and/or surface area may be averaged values derived from structural neurological data. Structured neurological data can be obtained from magnetic resonance imaging (MRI) or computed tomography data for each patient. Structural neurological data and additional structural neurological data are obtained at different time points. As discussed here, structural neurological data can be obtained using magnetic resonance imaging, computed tomography or positron emission tomography for each patient. These methods per se are well known to those skilled in the art - see, for example, Mangrum, Wells, et al. Duke Review of MRI Principles: Case Review Series E-book. Elsevier Health Sciences, 2018 and "Standardized low-resolution electromagnetic tomography (sLORETA): technical details" Methods Find Exp. Clin. Pharmacol. 2002:24 Suppl. D:5-12; Pascual-Marqui RD etc.

Количество корковых областей может составлять по меньшей мере 60, или по меньшей мере 65. Например, 68. Корковыми областями, например, могут быть такие, которые представлены в Desikan-Killiany Atlas (Desikan et al. 2006).The number of cortical regions may be at least 60, or at least 65. For example, 68. Cortical regions, for example, may be those presented in the Desikan-Killiany Atlas (Desikan et al. 2006).

Средство отображения может обеспечивать отображение каждой из первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции на дисплее, при этом значениям корреляции в каждой матрице корреляции дается цвет, соответствующий относительной амплитуде или силе корреляции.The display means may display each of the first correlation matrix and the second correlation matrix on a display, wherein the correlation values in each correlation matrix are given a color corresponding to the relative amplitude or strength of the correlation.

Средство проверки может быть сконфигурировано для определения p-значения для каждой парной корреляции и сравнения p-значения для каждой парной корреляции, и может сравнивать p-значение с уровнем значимости, средство генерирования матрицы корреляции может быть сконфигурировано на использование только p-значений ниже скорректированного уровня значимости при создании матрицы корреляции. Уровень значимости может обозначаться как альфа («α»).The checker can be configured to determine the p-value for each pairwise correlation and compare the p-value for each pairwise correlation, and can compare the p-value with a significance level, the correlation matrix generator can be configured to use only p-values below the adjusted level significance when creating a correlation matrix. The level of significance may be referred to as alpha ("α").

Средство сравнения может быть сконфигурировано для сравнения количества и/или плотности обратных корреляций в первой матрице корреляции с количеством и/или плотностью обратных корреляций во второй матрице корреляции. При сравнении могут быть идентифицированы группы структурных узлов, соответствующие одной и той же доле, и сравнение, проведенное между первой и второй матрицами корреляции, может использовать одну и ту же долю.The comparator may be configured to compare the number and/or density of inverse correlations in the first correlation matrix with the number and/or density of inverse correlations in the second correlation matrix. In the comparison, node groups corresponding to the same proportion can be identified, and a comparison made between the first and second correlation matrices can use the same proportion.

Назначение множества структурных узлов, соответствующих корковым областям мозга, может дополнительно включать определение групп, которые содержат структурные узлы, соответствующие гомологичным или не гомологичным долям. Средство сравнения может быть сконфигурировано для сравнения первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции путем сравнения количества и/или плотности корреляций между различными группами структурных узлов. Другими словами, сравнение первой и второй матриц корреляции может включать в себя сравнение пар структурных узлов, которые не являются гомологичными.The assignment of a plurality of structural nodes corresponding to cortical regions of the brain may further include the definition of groups that contain structural nodes corresponding to homologous or non-homologous lobes. The comparator may be configured to compare the first correlation matrix and the second correlation matrix by comparing the number and/or density of correlations between different groups of structural nodes. In other words, comparing the first and second correlation matrices may include comparing pairs of structural nodes that are not homologous.

Средство сравнения может быть сконфигурировано для сравнения первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции путем сравнения количества и/или плотности корреляций между группами структурных узлов, расположенных соответственно в лобной доле (передние узлы) и теменной и затылочной долях (задние узлы). Было обнаружено, что в примерах эффективного нейрофармакологического вмешательства количество и/или плотность обратных корреляций между передними и задними узлами уменьшается. Так как обратные корреляции предположительно указаны как определение компенсаторной связи, при которой атрофия в одном узле связана с гипертрофией в функционально связанном узле, должно быть понятно, что уменьшение количества и/или плотности обратных корреляций указывает на уменьшение количества компенсаторных связей.The comparator may be configured to compare the first correlation matrix and the second correlation matrix by comparing the number and/or density of correlations between groups of structural nodes located respectively in the frontal lobe (anterior nodes) and the parietal and occipital lobes (posterior nodes). It has been found that in examples of effective neuropharmacological intervention, the number and/or density of inverse correlations between anterior and posterior nodes is reduced. Since inverse correlations are presumably specified as a definition of a compensatory relationship, in which atrophy in one node is associated with hypertrophy in a functionally related node, it should be understood that a decrease in the number and/or density of inverse correlations indicates a decrease in the number of compensatory connections.

В одном варианте осуществления ответ пациента может быть в контексте клинического испытания, например, для оценки эффективности фармацевтического препарата при нейрокогнитивном заболевании. Таким образом, группой пациентов (множество пациентов) может быть терапевтическая группа, у которой было диагностировано заболевание, или, возможно, контрольная («нормальная») группа. В конечном итоге эффективность фармацевтического препарата может быть оценена полностью или частично на основании ответа группы пациентов, определенного в соответствии с настоящим изобретением.In one embodiment, the patient's response may be in the context of a clinical trial, for example, to evaluate the effectiveness of a pharmaceutical drug in neurocognitive disease. Thus, the patient group (multiple patients) may be a therapeutic group that has been diagnosed with a disease, or possibly a control ("normal") group. Ultimately, the effectiveness of a pharmaceutical preparation can be assessed in whole or in part based on the response of a group of patients, determined in accordance with the present invention.

Как объяснено в связи с первым аспектом, нейрокогнитивным заболеванием обычно является нейродегенеративное расстройство, вызывающее деменцию, например таупатия.As explained in connection with the first aspect, a neurocognitive disease is usually a neurodegenerative disorder causing dementia, such as tauopathy.

У пациентов может быть диагностировано нейрокогнитивное заболевание, например болезнь Альцгеймера или поведенческий вариант лобно-височной деменции. Заболеванием может быть легкая или умеренная болезнь Альцгеймера. Заболеванием может быть умеренное когнитивное нарушение.Patients may be diagnosed with a neurocognitive disease, such as Alzheimer's disease or a behavioral variant of frontotemporal dementia. The disease may be mild or moderate Alzheimer's disease. The disease may be a mild cognitive impairment.

Критерии диагностики и лечения таупатий и этих нарушений обсуждаются, например, в WO2018/019823 и цитируемых там ссылках.Criteria for the diagnosis and treatment of taupathies and these disorders are discussed, for example, in WO2018/019823 and the references cited there.

Заболеванием может быть поведенческий вариант лобно-височной деменции (bvFTD). Критерии диагностики и лечение bvFTD обсуждаются, например, в WO 2018/041739 и цитируемых там ссылках.The disease may be a behavioral variant of frontotemporal dementia (bvFTD). Criteria for diagnosis and treatment of bvFTD are discussed, for example, in WO 2018/041739 and the references cited there.

Как объясняется здесь, топология нарушения структурной сети отличается при этих двух болезненных состояниях (AD и bvFTD), и оба они отличаются от нормального старения. Эти изменения кажутся адаптивными по своему характеру, отражая скоординированное увеличение толщины коры и площади поверхности, которое компенсирует соответствующие нарушения в функционально связанных узлах.As explained here, the topology of structural network disruption is different in these two disease states (AD and bvFTD), and both are different from normal aging. These changes appear to be adaptive in nature, reflecting a coordinated increase in cortical thickness and surface area that compensates for corresponding disturbances in functionally related nodes.

Таким образом, если нейрофармакологическое вмешательство является эффективным, ожидается, что сетевая организация вернется в нормальное состояние. Если заболевание лечится на достаточно ранней стадии, сетевая организация может быть приведена в норму, что указывает на остановку или обращение болезненного состояния. Таким образом, система обеспечивает объективные средства различения средств лечения, модифицирующих заболевание, от симптоматических средств лечения, как описано выше.Thus, if the neuropharmacological intervention is effective, the networking is expected to return to normal. If the disease is treated at a sufficiently early stage, networking can be brought back to normal, indicating a halt or reversal of the disease state. Thus, the system provides an objective means of distinguishing disease-modifying therapies from symptomatic treatments, as described above.

Обычно нейрофармакологическим вмешательством является фармацевтическое вмешательство.Typically, the neuropharmacological intervention is a pharmaceutical intervention.

Нейрофармакологическое вмешательство может быть симптоматическим лечением, как описано выше.Neuropharmacological intervention may be symptomatic treatment as described above.

Например, средством лечения, модифицирующим заболевание, может быть ингибитор патологической агрегации белков, такой как соединение 3,7-диаминофенотиазина (DAPTZ), как описано выше.For example, a disease-modifying treatment may be an inhibitor of abnormal protein aggregation, such as a 3,7-diaminophenothiazine compound (DAPTZ), as described above.

В четвертом аспекте, в изобретении представлена система для определения предрасположенности пациента к одному или нескольким неврологическим расстройствам, где система включает:In a fourth aspect, the invention provides a system for determining a patient's predisposition to one or more neurological disorders, wherein the system includes:

средство сбора данных, сконфигурированное для получения данных, характеризующих электрическую активность в головном мозге пациента;data collection means configured to obtain data indicative of electrical activity in the patient's brain;

средство создания сети, сконфигурированное для создания сети на основе, по меньшей мере частично, полученных данных, где указанная сеть содержит множество узлов и направленных соединений между узлами, где сеть характеризует поток электрической активности в головном мозге пациента;network building means configured to create a network based at least in part on the received data, where said network comprises a plurality of nodes and directional connections between nodes, where the network characterizes the flow of electrical activity in the patient's brain;

средство вычисления разности, сконфигурированное для вычисления для каждого узла разности между количеством и/или силой соединений в узел и количеством и/или силой соединений из узла; и либо:difference calculation means configured to calculate, for each node, a difference between the number and/or strength of connections into the node and the number and/or strength of connections out of the node; and either:

средство отображения, сконфигурированное для отображения представления вычисленных разностей; либоa display means configured to display a representation of the calculated differences; or

средство определения, сконфигурированное для определения с использованием вычисленных разностей предрасположенности пациента к одному или нескольким неврологическим расстройствам.determining means configured to determine, using the calculated differences, the patient's susceptibility to one or more neurological disorders.

Как описано выше в отношении второго аспекта, изобретатели показали, что даже довольно краткий анализ с использованием (например) ЭЭГ мозга может быть использован для потенциальной идентификации пациентов, которые подвержены одному или нескольким нейрокогнитивным заболеваниям (например, AD).As described above with respect to the second aspect, the inventors have shown that even a fairly brief analysis using (eg) brain EEG can be used to potentially identify patients who are susceptible to one or more neurocognitive diseases (eg, AD).

Система может использоваться как для клинических испытаний, так и для клинического ведения.The system can be used for both clinical trials and clinical management.

Таким образом, в дополнительном аспекте представлена система, как описано выше, для определения ответа пациента на нейрофармакологическое вмешательство против неврологического расстройства. В этом аспекте, система средств определения может быть сконфигурирована для определения, используя вычисленные разности, статуса пациента в отношении неврологического расстройства.Thus, in a further aspect, a system is provided, as described above, for determining a patient's response to a neuropharmacological intervention against a neurological disorder. In this aspect, the determination means system may be configured to determine, using the calculated differences, the patient's status with respect to a neurological disorder.

Система может использоваться для определения дальнейшего статуса пациента после нейрофармакологического вмешательства и, необязательно, сконфигурирована для определения, на основе первого и одного или нескольких последующих статусов, ответа пациента на нейрофармакологическое вмешательство, как описано выше в отношении соответствующего способа.The system can be used to determine the patient's further status after neuropharmacological intervention and is optionally configured to determine, based on the first and one or more subsequent statuses, the patient's response to neuropharmacological intervention, as described above in relation to the corresponding method.

Далее будут изложены другие дополнительные особенности изобретения. Они применимы по отдельности или в любой комбинации с любым аспектом изобретения.Other additional features of the invention will now be set forth. They are applicable singly or in any combination with any aspect of the invention.

Система может включать в себя средство определения состояния, сконфигурированное для определения узла либо как акцептор, либо как донор на основе вычисленной разности.The system may include a state determiner configured to determine a node as either an acceptor or a donor based on the computed difference.

Система может включать в себя средство определения статуса, сконфигурированное для определения узла либо как акцептора, либо как донора на основе вычисленной разности.The system may include a status determiner configured to determine a node as either an acceptor or a donor based on the calculated difference.

Сетью может быть сеть с перенормируемой частной направленной когерентностью. Любая из стадий способа может выполняться в автономном режиме, то есть не вживую на пациенте. Например, получение данных может проводиться через прием по сети данных, которые были ранее записаны от пациента.The network may be a network with renormalizable partial directional coherence. Any of the steps of the method can be performed offline, that is, not live on the patient. For example, the acquisition of data may be through network reception of data that has been previously recorded from the patient.

Данные, указывающие на электрическую активность в головном мозге, могут быть данными электроэнцефалографии. Данные электроэнцефалографии могут быть данными электроэнцефалографии β-диапазона. Данные, указывающие на электрическую активность в головном мозге, также могут быть данными магнитоэнцефалографии или данными функциональной магнитно-резонансной томографии.Data indicating electrical activity in the brain may be electroencephalography data. The electroencephalographic data may be β-band electroencephalographic data. Data indicative of electrical activity in the brain may also be magnetoencephalography data or functional magnetic resonance imaging data.

Средство определения может быть сконфигурировано для применения классификатора с машинным обучением. Например, модели Маркова, методов опорных векторов, случайного леса или нейронных сетей.The determiner may be configured to apply a machine learning classifier. For example, Markov models, support vector machines, random forest or neural networks.

Средства отображения могут быть сконфигурированы для представления тепловой карты, указывающей местоположение и/или интенсивность узлов, определенных как акцепторы, и узлов, определенные как доноры, в головном мозге. Такое представление определенных узлов может помочь (например, эргономически) в определении предрасположенности пациента.The display means may be configured to present a heat map indicating the location and/or intensity of nodes identified as acceptors and nodes identified as donors in the brain. This presentation of certain nodes can help (eg ergonomically) in determining the predisposition of the patient.

Средство определения может сравнивать количество и/или интенсивность доноров в теменных и/или затылочных долях и количество и/или интенсивность акцепторов в лобных и/или височных долях. Экспериментально было замечено, что пациенты, предрасположенные к одному или нескольким нейродегенеративным заболеваниям (и особенно болезни Альцгеймера), имеют относительно высокое количество и/или интенсивность акцепторов в задних долях и относительно высокое количество и/или интенсивность доноров в височных и/или лобных долях.The determination means may compare the number and/or intensity of donors in the parietal and/or occipital lobes and the number and/or intensity of acceptors in the frontal and/or temporal lobes. It has been observed experimentally that patients predisposed to one or more neurodegenerative diseases (and especially Alzheimer's disease) have a relatively high number and/or intensity of acceptors in the posterior lobes and a relatively high number and/or intensity of donors in the temporal and/or frontal lobes.

Система может дополнительно содержать средство создания карты асимметрии, сконфигурированное для вывода, используя состояния узлов, показателястепени лево-правой асимметрии в расположении и/или плотности узлов в головном мозге, соответствующих акцепторам и донорам.The system may further comprise an asymmetry mapper configured to output, using the node states, an indicator of the degree of left-right asymmetry in the location and/or density of nodes in the brain corresponding to acceptors and donors.

Неврологическим расстройством может быть нейрокогнитивное заболевание, которое необязательно является болезнью Альцгеймера.The neurological disorder may be a neurocognitive disease, which is not necessarily Alzheimer's disease.

Средство определения может сравнивать количество и/или интенсивность узлов, определенных как акцепторы в задней доле, с предопределенным значением, и/или сравнивать количество и/или интенсивность узлов, определенных как доноры, в височных и/или лобных долях, с предопределенным значением. Средство определения может определять пациента, как имеющего высокий риск предрасположенности, если количество и/или интенсивность узлов, определенных как акцепторы в задней доле превышает предопределенное значение и/или если количество и/или интенсивность узлов, определенных как доноры, в височных и/или лобных долях превышает предопределенное значение. Другими словами, и в более общем плане, определение предрасположенности может быть основано на том, имеет ли пациент большее количество и/или более сильные доноры и/или акцепторы в одной области головного мозга по сравнению с другой областью головного мозга. Например, если имеется большее количество и/или более сильные доноры в височных и/или лобных долях, чем ожидалось, и/или если у пациента большее количество и/или более сильные акцепторы в задней доле, чем ожидалось, тогда пациент может быть определен как имеющий риск нейродегенеративного расстройства.The determining means may compare the number and/or intensity of nodes identified as acceptors in the posterior lobe with a predetermined value, and/or compare the number and/or intensity of nodes identified as donors in the temporal and/or frontal lobes with a predetermined value. The determining means may determine the patient as having a high risk of predisposition if the number and/or intensity of nodes identified as acceptors in the posterior lobe exceeds a predetermined value and/or if the number and/or intensity of nodes identified as donors in the temporal and/or frontal fractions exceeds a predefined value. In other words, and more generally, the determination of predisposition may be based on whether the patient has more and/or stronger donors and/or acceptors in one region of the brain compared to another region of the brain. For example, if there are more and/or stronger donors in the temporal and/or frontal lobes than expected, and/or if the patient has more and/or stronger acceptors in the posterior lobe than expected, then the patient may be defined as at risk for a neurodegenerative disorder.

Авторы изобретения также наблюдали, что симптоматическое лечение увеличивает активность, исходящую из лобной доли, по сравнению с группой, не принимающей лекарственные препараты.The inventors also observed that the symptomatic treatment increased activity emanating from the frontal lobe compared to the non-drug group.

Система по настоящему изобретению в соответствии с этим аспектом может использоваться для оценки, тестирования или классификации предрасположенности субъекта к одному или нескольким неврологическим расстройствам с любой целью. Например, оценку или другой результат теста можно использовать для классификации психического состояния или болезненного состояния субъекта в соответствии с предопределенными критериями.The system of the present invention in accordance with this aspect can be used to assess, test or classify a subject's predisposition to one or more neurological disorders for any purpose. For example, a score or other test result may be used to classify a subject's mental state or disease state according to predetermined criteria.

Субъектом может быть любой человек. В одном варианте осуществления, субъектом может быть предположительно страдающий нейрокогнитивным заболеванием или расстройством, например, нейродегенеративным или сосудистым заболеванием, как описано в настоящем документе, или, возможно, заболеванием, не относящимся к группе риска.Any person can be a subject. In one embodiment, the subject may be suspected of suffering from a neurocognitive disease or disorder, such as a neurodegenerative or vascular disease as described herein, or possibly a disease that is not at risk.

В одном варианте осуществления, система предназначена для ранней диагностики или прогнозирования когнитивного ухудшения, например нейрокогнитивного заболевания, у субъекта, как описано выше.In one embodiment, the system is for early diagnosis or prediction of cognitive impairment, such as neurocognitive disease, in a subject, as described above.

Система может дополнительно использоваться для информирования о дальнейших диагностических стадиях или вмешательствах для субъекта - например, на основе других систем для визуализации или инвазивных или неинвазивных оценок биомаркеров, где такие системы известны как таковые в данной области техники.The system can additionally be used to inform further diagnostic steps or interventions for the subject - for example, based on other systems for imaging or invasive or non-invasive biomarker assessments, where such systems are known as such in the art.

В некоторых вариантах осуществления, система может быть предназначена для определения риска нейрокогнитивного расстройства у субъекта. Необязательно, указанный риск может быть дополнительно вычислен с использованием дополнительных факторов, например возраста, факторов образа жизни и других измеряемых физических или умственных критериев. Указанный риск может быть классифицирован как «высокий» или «низкий» или может быть представлен в виде шкалы или спектра.In some embodiments, the system may be designed to determine a subject's risk of neurocognitive impairment. Optionally, said risk may be further calculated using additional factors such as age, lifestyle factors, and other measurable physical or mental criteria. This risk may be classified as "high" or "low" or may be presented as a scale or spectrum.

Как и способы, описанные в настоящем документе, система может использоваться в контексте клинических испытаний для оценки эффективности нейрофармакологического вмешательства. Система может использоваться для демонстрации эффективности средства лечения, модифицирующего заболевание, например LMTM, у относительно небольшого числа субъектов (например, 50) в течение относительно короткого промежутка времени (например, 6 месяцев) и на ранних стадиях заболевания (например, при умеренном когнитивном ухудшении или возможном пред-умеренном когнитивном нарушении).Like the methods described herein, the system can be used in the context of clinical trials to evaluate the effectiveness of a neuropharmacological intervention. The system can be used to demonstrate the effectiveness of a disease-modifying treatment, such as LMTM, in a relatively small number of subjects (eg, 50) over a relatively short period of time (eg, 6 months) and in the early stages of disease (eg, mild cognitive impairment or possible pre-moderate cognitive impairment).

Дополнительные аспекты настоящего изобретения представляют: компьютерную программу, содержащую исполняемый код, который при исполнении на компьютере заставляет компьютер выполнять способ первого или второго аспекта; машиночитаемый носитель, хранящий компьютерную программу, содержащую код, который при исполнении на компьютере заставляет компьютер выполнять способ первого или второго аспекта; и компьютерную систему, запрограммированную для выполнения способа первого или второго аспекта. Например, может быть представлена компьютерная система, включающая в себя: один или несколько процессоров, сконфигурированных для: выполнения способа первого или второго аспекта. Таким образом, система соответствует способу первого или второго аспекта. Система может дополнительно включать: машиночитаемую носитель или носители, оперативно подключенные к процессорам, при этом носитель или носители хранят выполняемые компьютером инструкции, соответствующие способу первого или второго аспектов.Additional aspects of the present invention are: a computer program comprising executable code that, when executed on a computer, causes the computer to perform the method of the first or second aspect; a computer-readable medium storing a computer program containing code that, when executed on the computer, causes the computer to perform the method of the first or second aspect; and a computer system programmed to perform the method of the first or second aspect. For example, a computer system may be represented including: one or more processors configured to: execute the method of the first or second aspect. The system thus corresponds to the method of the first or second aspect. The system may further include: a computer-readable medium or media operatively connected to the processors, wherein the medium or media stores computer-executable instructions in accordance with the method of the first or second aspects.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Варианты осуществления изобретения теперь будут описаны посредством примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:Embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:

На фигуре 1 показан пример Desikan-Killiany brain Atlas;Figure 1 shows an example of a Desikan-Killiany brain Atlas;

На фигуре 2 показан пример матрицы корреляции площади поверхности коры с попарными корреляциями, сгруппированным по долям, для группы субъектов, у которых диагностирован поведенческий вариант лобно-височной деменции;Figure 2 shows an example cortical surface area correlation matrix with pairwise correlations, grouped by lobes, for a group of subjects diagnosed with a behavioral variant of frontotemporal dementia;

На фигурах 3A - 3C показаны, соответственно, основанные на группах сети корреляции толщины коры, изображенные как попарные матрицы корреляции для: (i) группы субъектов HE, (ii) группы субъектов bvFTD и (iii) группы субъектов AD;Figures 3A-3C show, respectively, group-based cortical thickness correlation networks depicted as pairwise correlation matrices for: (i) the HE subject group, (ii) the bvFTD subject group, and (iii) the AD subject group;

На фигурах 4A - 4C показаны, соответственно, основанные на группах сети корреляции площади поверхности, изображенные как попарные матрицы корреляции для: (i) группы субъектов HE, (ii) группы субъектов bvFTD и (iii) группы субъектов AD;Figures 4A-4C show, respectively, group-based surface area correlation networks depicted as pairwise correlation matrices for: (i) the HE subject group, (ii) the bvFTD subject group, and (iii) the AD subject group;

На фигуре 5 показаны графики средней силы ребра сети корреляции толщины коры, усредненной для долей головного мозга, и сравненной между группами HE, bvFTD и AD, где верхний график показывает сети положительных корреляций и нижний график показывает сети обратных корреляций;Figure 5 shows plots of mean edge strength of cortical thickness correlation network averaged across cerebral lobes and compared between HE, bvFTD and AD groups, where the top plot shows networks of positive correlations and the bottom plot shows networks of inverse correlations;

На фигуре 6 показаны графики средней силы ребра сети корреляции площади поверхности, усредненной для долей головного мозга, и сравненной между группами HE, bvFTD и AD, где левый график показывает сети обратных корреляций и правый график показывает сети положительных корреляций;Figure 6 shows plots of mean edge strength of surface area correlation network averaged over brain lobes and compared between HE, bvFTD and AD groups, where the left plot shows networks of inverse correlations and the right plot shows networks of positive correlations;

На фигуре 7 показаны графики степеней узлов сети корреляции толщины коры, усредненной для долей головного мозга, и сравненной между группами HE, bvFTD и AD, где верхний график показывает сети положительных корреляций и нижний график показывает сети обратных корреляций;Figure 7 shows graphs of network node degrees of cortical thickness correlation averaged across the lobes and compared between the HE, bvFTD and AD groups, where the top graph shows networks of positive correlations and the bottom graph shows networks of inverse correlations;

На фигуре 8 показаны графики индексов междолевого участия узлов сети корреляции толщины коры, усредненной для долей головного мозга, и сравненной между группами HE, bvFTD и AD на предмет положительных корреляций;Figure 8 shows graphs of indices of interlobar participation of nodes in the network of correlation of cortical thickness, averaged over the lobes of the brain, and compared between groups HE, bvFTD and AD for positive correlations;

На фигуре 9 показаны графики степеней узлов сети корреляции площади поверхности, усредненной для долей головного мозга, и сравненной между группами HE, bvFTD и AD, где верхний график показывает сети положительных корреляций и нижний график показывает сети обратных корреляций;Figure 9 shows plots of network node degrees of surface area correlation averaged over brain lobes and compared between HE, bvFTD and AD groups, where the top plot shows networks of positive correlations and the bottom plot shows networks of inverse correlations;

На фигуре 10 показаны графики индексов междолевого участия узлов сети корреляции площади поверхности, усредненной для долей головного мозга, и сравненной между группами HE, bvFTD и AD, где верхний график показывает сети положительных корреляций и нижний график показывает сети обратных корреляций;Figure 10 shows graphs of interlobar node involvement indexes of surface area correlation averaged across brain lobes and compared between HE, bvFTD and AD groups, where the top graph shows networks of positive correlations and the bottom graph shows networks of inverse correlations;

На фигуре 11 показана визуализация в пространстве головного мозга ядер в сети толщины коры для, на верхнем графике, положительно коррелированных узлов и на нижнем графике, обратно коррелированных узлов для групп HE, bvFTD и AD;Figure 11 shows brainspace visualization of nuclei in the cortical thickness network for, in the upper plot, positively correlated nodes and, in the lower plot, inversely correlated nodes for the HE, bvFTD, and AD groups;

На фигуре 12 показана визуализация в пространстве головного мозга ядер в сети площади поверхности для, на верхнем графике, положительно коррелированных узлов и на нижнем графике, обратно коррелированных узлов для групп HE, bvFTD и AD;Figure 12 shows the brain space visualization of the nuclei in the surface area network for, in the upper plot, positively correlated nodes and, in the lower plot, inversely correlated nodes for the HE, bvFTD, and AD groups;

На фигуре 13 показана визуализация в пространстве головного мозга взаимодействия между положительными сетями толщины коры и площади поверхности коры для групп HE, bvFTD и AD;Figure 13 shows a brainspace visualization of the interaction between the positive networks of cortical thickness and cortical surface area for the HE, bvFTD, and AD groups;

На фигуре 14 показывает гистограммы сохраненных краев в сетях корреляции толщины коры (три верхних графика) и площади поверхности (три нижних графика);Figure 14 shows histograms of preserved edges in cortical thickness (upper three plots) and surface area (lower three plots) correlation networks;

На фигуре 15 представлен график, показывающий распределение индекса модулярности (Q) в регионарных сетях корреляции толщины коры, созданных на 100 массивах суррогатных данных;Figure 15 is a graph showing the distribution of the modularity index (Q) in regional cortical thickness correlation networks generated from 100 surrogate datasets;

На фигуре 16 показаны бинаризованные матрицы корреляции сети толщины коры (три верхних чертежа) и площади поверхности (три нижних чертежа) для групп HE, bvFTD и AD, белый цвет означает значимые положительные корреляции, и черный означает значимые обратные корреляции;Figure 16 shows binarized network correlation matrices for bark thickness (upper three panels) and surface area (lower three panels) for the HE, bvFTD, and AD groups, white indicates significant positive correlations and black indicates significant inverse correlations;

На фигурах 17A - 17D показаны матрицы корреляции на исходном уровне (т. е. на неделе 01) согласно статусу лечения симптоматическими лекарственными средствами для AD (ингибиторами холинэстеразы и/или мемантином) где ach0 показывает отсутствие лечения, и ach1, показывает наличие такого лечения;Figures 17A-17D show correlation matrices at baseline (i.e. week 01) according to treatment status with symptomatic drugs for AD (cholinesterase inhibitors and/or memantine) where ach0 indicates no treatment and ach1 indicates the presence of such treatment;

На фигурах 18A - 18D показаны графики степеней узлов не гомологичных междолевых корреляций при исходных степенях узлов в соответствии со статусом лечения симптоматическими лекарственными средствами для AD (ингибиторами ацетилхолинэстеразы и/или мемантином);Figures 18A-18D show plots of nodal rates of non-homologous interlobar correlations at baseline nodal rates according to treatment status with symptomatic drugs for AD (acetylcholinesterase inhibitors and/or memantine);

На фигурах 19A и 19B показаны временно разделенные матрицы корреляции толщины коры на исходном уровне (неделя 01) и через 65 недель (неделя 65) у пациентов, получавших 8 мг/день LMTM в сочетании с симптоматическим лечением;Figures 19A and 19B show time-separated cortical thickness correlation matrices at baseline (week 01) and after 65 weeks (week 65) in patients treated with 8 mg/day LMTM in combination with symptomatic treatment;

На фигурах 20A - 20D показаны графики положительных и обратных не гомологичных междолевых степеней корреляции узлов в толщине коры (CT) и площади поверхности (SA) на исходном уровне и через 65 недель у пациентов, получавших 8 мг/день LMTM в сочетании с симптоматическим лечением;Figures 20A-20D show plots of positive and inverse non-homologous interlobar nodal correlations in cortical thickness (CT) and surface area (SA) at baseline and after 65 weeks in patients treated with 8 mg/day LMTM in combination with symptomatic treatment;

На фигурах 21A и 21B показаны временно разделенные матрицы корреляции толщины коры на исходном уровне (неделя 01) и через 65 недель (неделя 65) у пациентов, получающих 8 мг/день LMTM в качестве монотерапии (т.е. не в комбинации с симптоматическим лечением AD);Figures 21A and 21B show time-separated cortical thickness correlation matrices at baseline (week 01) and after 65 weeks (week 65) in patients receiving 8 mg/day LMTM as monotherapy (i.e. not in combination with symptomatic treatment AD);

На фигурах 22A и 22B показаны графики не гомологичных междолевых степеней узлов для сети корреляции толщины коры на исходном уровне и через 65 недель у пациентов, получавших 8 мг/день LMTM в комбинации в качестве монотерапии (т.е. не в комбинации с симптоматическим лечением AD);Figures 22A and 22B show plots of non-homologous interlobar nodal grades for the cortical thickness correlation network at baseline and 65 weeks later in patients treated with 8 mg/day LMTM in combination as monotherapy (i.e., not in combination with symptomatic AD treatment). );

На фигурах 23A и 23B показаны временно разделенные матрицы корреляции площади поверхности на исходном уровне (неделя 01) и через 65 недель (неделя 65) у пациентов, получающих 8 мг/день LMTM в качестве монотерапии (т.е. не в комбинации с симптоматическим лечением AD);Figures 23A and 23B show time-separated surface area correlation matrices at baseline (week 01) and after 65 weeks (week 65) in patients receiving 8 mg/day LMTM as monotherapy (i.e., not in combination with symptomatic treatment). AD);

На фигурах 24A и 24B показаны графики не гомологичных междолевых степеней узлов для сети корреляции площади поверхности на исходном уровне и через 65 недель у пациентов, получающих 8 мг/день LMTM в комбинации в качестве монотерапии (т.е. не в комбинации с симптоматическим лечением AD);Figures 24A and 24B show plots of non-homologous interlobar nodal rates for the surface area correlation network at baseline and at 65 weeks in patients receiving 8 mg/day LMTM in combination as monotherapy (i.e., not in combination with symptomatic AD treatment). );

На фигурах 25A - 25D показаны временно разделенные матрицы корреляции толщины коры как для AD (клиническая оценка деменции 0,5, 1 и 2) на исходном уровне и после 65 недель лечения LMTM 8 мг/день в качестве монотерапии, так и для контрольной группы пожилых людей (HE), чтобы показать нормализацию матрицы после лечения;Figures 25A-25D show time-separated cortical thickness correlation matrices for both AD (clinical dementia score 0.5, 1 and 2) at baseline and after 65 weeks of treatment with LMTM 8 mg/day as monotherapy and for an elderly control group. humans (HE) to show matrix normalization after treatment;

На фигурах 26A - 26D показаны временно разделенные матрицы корреляции площади поверхности как для AD (клиническая оценка деменции 0,5, 1 и 2) на исходном уровне и после 65 недель лечения LMTM 8 мг/день в качестве монотерапии, так и для контрольной группы пожилых людей (HE), чтобы показать нормализацию матрицы после лечения;Figures 26A - 26D show time-separated surface area correlation matrices for both AD (dementia clinical score 0.5, 1 and 2) at baseline and after 65 weeks of treatment with LMTM 8 mg/day as monotherapy and for an elderly control group. humans (HE) to show matrix normalization after treatment;

На фигурах 27A - 27D показаны временно разделенные матрицы корреляции толщины коры как для AD (клиническая оценка деменции 0,5) на исходном уровне и после 65 недель лечения LMTM 8 мг/день в качестве монотерапии, так и для контрольной группы пожилых людей (HE), чтобы показать нормализацию матрицы после лечения;Figures 27A - 27D show time-separated cortical thickness correlation matrices for both AD (clinical dementia score 0.5) at baseline and after 65 weeks of treatment with LMTM 8 mg/day as monotherapy and for a control group of elderly (HE) to show matrix normalization after treatment;

На фигурах 28A - 28D показаны временно разделенные матрицы корреляции площади поверхности как для AD (клиническая оценка деменции 0,5) на исходном уровне и после 65 недель лечения LMTM 8 мг/день в качестве монотерапии, так и для контрольной группы пожилых людей (HE), чтобы показать нормализацию матрицы после лечения;Figures 28A - 28D show time-separated surface area correlation matrices for both AD (clinical dementia score 0.5) at baseline and after 65 weeks of treatment with LMTM 8 mg/day alone, and for a control group of elderly (HE) to show matrix normalization after treatment;

На фигуре 29 показан пример данных электроэнцефалографии в состоянии покоя;Figure 29 shows an example of electroencephalography data at rest;

На фигуре 30 показан пример направленной сети, полученной из данных электроэнцефалографии;Figure 30 shows an example of a directed network derived from electroencephalography data;

На фигуре 31 схематично показано определение состояния узла как разности между входящим потоком электрической активности и исходящим потоком электрической активности;Figure 31 schematically shows the definition of the state of the node as the difference between the incoming flow of electrical activity and the outgoing flow of electrical activity;

На фигуре 32 показана тепловая карта расположения чистых акцепторов (желтый/красный) и чистых доноров (синий) в головном мозге группы субъектов;Figure 32 shows a heat map of the location of net acceptors (yellow/red) and net donors (blue) in the brain of a group of subjects;

На фигуре 33 показана тепловая карта, показывающая асимметрию в распределении доноров и акцепторов между левой и правой сторонами тепловой карты на Фигуре 32;Figure 33 is a heat map showing the asymmetry in the distribution of donors and acceptors between the left and right sides of the heat map in Figure 32;

На фигуре 34 показана тепловая карта расположения доноров и акцепторов в головном мозге группы субъектов, у которых диагностирована болезнь Альцгеймера;Figure 34 shows a heat map of the location of donors and acceptors in the brain of a group of subjects diagnosed with Alzheimer's disease;

На фигуре 35 показана тепловая карта расположения доноров и акцепторов в головном мозге группы субъектов, у которых не была диагностирована болезнь Альцгеймера (т.е. парных добровольцев);Figure 35 shows a heat map of the location of donors and acceptors in the brain of a group of subjects who have not been diagnosed with Alzheimer's disease (ie paired volunteers);

На фигуре 36 показана тепловая карта расположения доноров и акцепторов в головном мозге субъекта, у которого не была диагностирована болезнь Альцгеймера (то есть парного добровольца);Figure 36 shows a heat map of the location of donors and acceptors in the brain of a subject who has not been diagnosed with Alzheimer's disease (ie, a paired volunteer);

На фигуре 37 показана тепловая карта расположения доноров и акцепторов в головном мозге субъекта, у которого диагностирована болезнь Альцгеймера;Figure 37 shows a heat map of the location of donors and acceptors in the brain of a subject diagnosed with Alzheimer's disease;

На фигуре 38 показана тепловая карта расположения доноров и акцепторов в головном мозге группы субъектов, которые, как установлено, подвержены риску деменции или когнитивного ухудшения, например, из-за болезни Альцгеймера;Figure 38 shows a heatmap of the location of donors and acceptors in the brain of a group of subjects found to be at risk for dementia or cognitive impairment, for example due to Alzheimer's disease;

На фигуре 39 показана тепловая карта расположения доноров и акцепторов в головном мозге группы субъектов, у которых установлено, что они не подвержены риску болезни Альцгеймера;Figure 39 shows a heat map of the location of donors and acceptors in the brain of a group of subjects found not to be at risk for Alzheimer's disease;

На фигуре 40 представлен график типа «ящик с усами», на котором сравниваются доноры и акцепторы в сетях ЭЭГ из лобных и задних областей мозга на групповом уровне у субъектов с риском AD и не подверженных риску AD;Figure 40 is a box and whisker plot comparing donors and acceptors in EEG networks from frontal and posterior brain regions at the group level in subjects at risk for AD and not at risk for AD;

На фигуре 41 показано сравнение матриц корреляции толщины коры для группы AD, показывающее увеличение силы и количества значимых обратных не гомологичных междолевых корреляций (слева), и тепловая карта расположения доноров и акцепторов в головном мозге группы субъекты, которым был поставлен диагноз AD, показывающая соответствие между увеличением компенсаторных структурных обратных негомологичных корреляций в толщине коры, направленных на задние области мозга, и увеличением силы и количества входящих соединений с задними областями мозга в качестве акцептора, показанного анализом когерентности rPDC ЭЭГ в состоянии покоя;Figure 41 shows a comparison of cortical thickness correlation matrices for the AD group, showing the increase in strength and number of significant inverse non-homologous interlobar correlations (left), and a heat map of the location of donors and acceptors in the brain of a group of subjects diagnosed with AD, showing the correspondence between an increase in compensatory structural inverse non-homologous correlations in the thickness of the cortex directed to the posterior regions of the brain, and an increase in the strength and number of incoming connections with the posterior regions of the brain as an acceptor, shown by analysis of EEG rPDC coherence at rest;

На фигуре 42 показано сравнение между матрицей корреляции площади поверхности для группы HE и тепловая карта расположения доноров и акцепторов в головном мозге группы здоровых пожилых субъектов, показывающее соответствие между относительным отсутствием компенсаторных структурных обратных негомологичных корреляций в толщине коры, направленных на задние области мозга, и снижением силы и количества входящих соединений с задними областями мозга в качестве акцептора, показанного анализом когерентности rPDC ЭЭГ в состоянии покоя;Figure 42 shows a comparison between the surface area correlation matrix for the HE group and a heat map of the location of donors and acceptors in the brain of a group of healthy elderly subjects, showing the correspondence between the relative absence of compensatory structural inverse non-homologous correlations in the thickness of the cortex directed to the posterior regions of the brain, and a decrease the strength and number of incoming connections to the posterior brain regions as an acceptor, as shown by resting-state rPDC EEG coherence analysis;

На фигуре 43 представлен график типа «ящик с усами», показывающий количественную дифференциацию умеренной AD от контрольной группы пожилых людей;Figure 43 is a box and whisker plot showing the quantitative differentiation of moderate AD from a control group of older adults;

На фигуре 44 показаны три тепловые карты, сравнивающие пациентов с AD, принимающих и не принимающих лекарственные средства, и парных добровольцев на групповом уровне; иFigure 44 shows three heat maps comparing drug- and non-drug AD patients and paired volunteers at the group level; And

На фигуре 45 представлен график типа «ящик с усами» сети на групповом уровне, сравнивающий пациентов с AD, принимающих и не принимающих лекарственные средства, и парных добровольцев.Figure 45 is a box-and-whisker plot of the network at the group level comparing drug- and non-drug AD patients and paired volunteers.

Подробное описание и дополнительные необязательные особенностиDetailed description and additional optional features

Далее аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения будут обсуждаться со ссылкой на прилагаемые фигуры. Дополнительные аспекты и варианты осуществления будут очевидны специалистам в данной области техники. Все документы, упомянутые в этом тексте, включены в настоящий документ в качестве ссылки.Further aspects and embodiments of the present invention will be discussed with reference to the accompanying figures. Additional aspects and embodiments will be apparent to those skilled in the art. All documents mentioned in this text are incorporated herein by reference.

На фигуре 1 приведен пример Desikan-Killiany brain Atlas. Desikan-Killiany brain Atlas делит кору головного мозга человека на сканах МРТ на области, представляющие интерес, на основе мозговых извилин. Хотя на фигуре показаны 18 областей, полный Desikan-Killiany brain Atlas делит кору головного мозга человека на 68 областей, представляющих интерес.Figure 1 shows an example of a Desikan-Killiany brain Atlas. The Desikan-Killiany brain Atlas divides the human cortex on MRI scans into regions of interest based on cerebral convolutions. Although the figure shows 18 regions, the complete Desikan-Killiany brain Atlas divides the human cerebral cortex into 68 regions of interest.

Субъекты, обсуждаемые в настоящем документе, участвовали в трех глобальных клинических испытаниях Фазы 3, которые к настоящему времени завершены. Два из клинических испытаний проводили для AD от легкой до умеренной степени (Gauthier et al., 2016; Wilcock et al., 2018) и третье было из большого исследования bvFTD (Feldman et al., 2016). Сравнимые данные были доступны от хорошо охарактеризованных здоровых пожилых (HE) субъектов, участвующих в бессрочном продольном исследовании Aberdeen 1936 Birth Cohort (ABC36) (Murray et al., 2011). Всего в примерах, обсуждаемых здесь, участвовало 628 субъектов, из которых 213 в каждой из групп деменции и 202 здоровых пожилых субъекта. Пациентам с bvFTD был поставлен диагноз в соответствии с International Consensus Criteria for bvFTD легкой степени тяжести по Краткой шкале оценки психического статуса (MMSE) от 20 до 30 включительно. Пациентам с AD был поставлен диагноз согласно критериям National Institute of Aging and the Alzheimer’s Association, от легкой до умеренной степени согласно оценке по MMSE 14-26 (включительно) и общей оценки по Шкале оценки клинической деменции (CDR) 1 или 2. Они были отобраны из соответствующей более крупной группы (N=1132), чтобы соответствовать количеству участников в группе bvFTD. Здоровые субъекты пожилого возраста (HE) были отобраны из хорошо охарактеризованной Aberdeen 1936 Birth Cohort.The subjects discussed in this paper have participated in three phase 3 global clinical trials that have been completed to date. Two of the trials were for mild to moderate AD (Gauthier et al., 2016; Wilcock et al., 2018) and the third was from a large bvFTD study (Feldman et al., 2016). Comparable data were available from well-characterized healthy elderly (HE) subjects participating in the Aberdeen 1936 Birth Cohort (ABC36) indefinite longitudinal study (Murray et al., 2011). A total of 628 subjects were involved in the examples discussed here, of which 213 were in each of the dementia groups and 202 healthy elderly subjects. Patients with bvFTD were diagnosed according to the International Consensus Criteria for mild bvFTD on the Mini Mental Status Assessment (MMSE) score of 20 to 30 inclusive. Patients with AD were diagnosed according to the criteria of the National Institute of Aging and the Alzheimer's Association, mild to moderate according to an MMSE score of 14-26 (inclusive) and an overall Clinical Dementia Rating Scale (CDR) score of 1 or 2. They were selected from the corresponding larger group (N=1132) to match the number of participants in the bvFTD group. Healthy elderly (HE) subjects were selected from the well-characterized Aberdeen 1936 Birth Cohort.

Массивы данных визуализации из многостороннего источника, используемые для создания матриц корреляции, обсуждаемых ниже, были стандартными T1-взвешенными изображениями МРТ, полученными с использованием эквивалентных 3DT1 последовательностей, определенных производителем. Данные, полученные от пациентов в испытании, были объединены, чтобы можно было провести общие групповые сравнения. Последовательные сканеры были ограничены напряженностью поля 1,5 Т и 3 Т (30%) от трех производителей (Philips, GE и Siemens). Все изображения МРТ в когорте ABC36 были получены с использованием одного и того же сканера 3T (Philips). Изображения были обработаны с использованием автоматизированного технологического конвейера, реализованного способом, известным как таковой. В дополнение к объемным способам обработки изображений, конвейер производит поверхностные регионарные измерения морфологии коры, такие как толщина, локальная кривизна или площадь поверхности. Примером автоматизированных конвейеров обработки, подходящих для вышеуказанных способов, является FreeSurfer v5.3.0, доступный от Athinoula A. Martinos Centre for Biomedical Imaging at Massachusetts General Hospital. The imaging datasets from a multilateral source used to create the correlation matrices discussed below were standard T1-weighted MRI images acquired using manufacturer-specified 3DT1 equivalent sequences. Data from patients in the trial were pooled to allow for overall group comparisons. Serial scanners were limited to field strengths of 1.5 T and 3 T (30%) from three manufacturers (Philips, GE and Siemens). All MRI images in the ABC36 cohort were acquired using the same 3T scanner (Philips). The images were processed using an automated process pipeline implemented in a manner known per se. In addition to volumetric imaging modalities, the pipeline produces surface regional measurements of cortical morphology such as thickness, local curvature, or surface area. An example of automated processing pipelines suitable for the above methods is FreeSurfer v5.3.0 available from Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging at Massachusetts General Hospital.

Площадь поверхности вычисляют на основе массивов данных визуализации с использованием треугольной мозаичной диаграммы границы раздела серого/белого вещества и границы белого вещества/спинномозговой жидкости (называемой пиальной поверхностью). Толщину коры вычисляют как среднее расстояние от поверхности белого вещества до ближайшей точки на пиальной поверхности и от этой точки обратно до ближайшей точки на поверхности белого вещества. Схему дробления, известную как таковая, применяют для определения толщины коры и площади поверхности 68 корковых областей из обоих полушарий на основе Desikan-Killiany Atlas. Список областей и их распределение по долям приведены в Таблице A.1 в Приложении A.The surface area is calculated from the imaging datasets using a triangular tiling diagram of the grey/white matter interface and the white matter/cerebrospinal fluid interface (referred to as the pial surface). The thickness of the cortex is calculated as the average distance from the surface of the white matter to the nearest point on the pial surface and from this point back to the nearest point on the surface of the white matter. The granulation scheme, known per se, is used to determine the cortical thickness and surface area of 68 cortical regions from both hemispheres based on the Desikan-Killiany Atlas. The list of regions and their distribution by shares is given in Table A.1 in Appendix A.

На фигуре 2 показана матрица корреляции площади поверхности коры для группы субъектов, у которых диагностирована bvFTD. Каждый элемент матрицы представляет силу корреляции («силу ребра») между 68 парами площадей поверхности коры из Desikan-Killiany Atlas. Столбец интенсивности справа показывает корреляцию/силу ребра. Шестьдесят восемь областей поверхности коры (сетевых узлов) расположены в порядке их принадлежности к лобной, височной, теменной и затылочной долям. Отдельные области долей заключены в квадраты и расположены по порядку сверху-вниз/слева-направо: лобная, височная, теменная и затылочная. Фактически, матрица корреляции представляет сеть, сконструированную из частичных корреляций между 68 парами толщины коры. На фигурах 3A - 3C показаны матрицы корреляции площади поверхности коры для, соответственно, здоровых пожилых субъектов, субъектов с поведенческим вариантом лобно-височной деменции и болезнью Альцгеймера. Заметные различия можно увидеть между здоровыми пожилыми субъектами и субъектами с bvFTD и с AD. Примечательно, что корреляция внутри долей значительно увеличилась у субъектов с bvFTD и AD. Кроме того, количество обратных корреляций увеличилось между не гомологичными узлами. Как можно видеть, HE-субъекты имеют разреженные корреляции, и в основном это положительные корреляции между гомологичными долями. В то же время, как bvFTD, так и AD имеют значительно увеличенное количество узлов, связанных положительными и обратными корреляциями, по сравнению с группой HE. Увеличение количества корреляций при обеих формах деменции может происходить между одними и теми же долями (гомологичные, в основном положительные) или между разными долями (не гомологичные, в основном отрицательные). Как правило, обратные междолевые не гомологичные корреляции в высшей степени аномальны. Кроме того, можно видеть, что bvFTD, в частности, связана с более высокой плотностью обратных не гомологичных корреляций в толщине коры.Figure 2 shows a cortical surface area correlation matrix for a group of subjects diagnosed with bvFTD. Each element of the matrix represents the strength of the correlation ("edge strength") between the 68 pairs of cortical surface areas from the Desikan-Killiany Atlas. The intensity column on the right shows the correlation/strength of the edge. Sixty-eight areas of the cortical surface (network nodes) are arranged in the order of their belonging to the frontal, temporal, parietal, and occipital lobes. Separate areas of the lobes are enclosed in squares and arranged in order from top to bottom / left to right: frontal, temporal, parietal and occipital. In fact, the correlation matrix is a network constructed from partial correlations between 68 pairs of cortical thicknesses. Figures 3A-3C show cortical surface area correlation matrices for, respectively, healthy elderly subjects, subjects with a behavioral variant of frontotemporal dementia, and Alzheimer's disease. Marked differences can be seen between healthy elderly subjects and subjects with bvFTD and AD. Notably, intra-lobal correlation increased significantly in subjects with bvFTD and AD. In addition, the number of inverse correlations increased between non-homologous nodes. As can be seen, HE subjects have sparse correlations, and mostly positive correlations between homologous lobes. At the same time, both bvFTD and AD have a significantly increased number of nodes associated with positive and inverse correlations compared to the HE group. An increase in the number of correlations in both forms of dementia can occur between the same shares (homologous, mostly positive) or between different shares (not homologous, mostly negative). As a rule, inverse interlobar non-homologous correlations are highly anomalous. Furthermore, it can be seen that bvFTD in particular is associated with a higher density of inverse non-homologous correlations across the cortical thickness.

На фигурах 4A - 4C показаны матрицы корреляции площади поверхности, соответственно, для здоровых пожилых субъектов, субъектов с поведенческим вариантом лобно-височной деменции и с болезнью Альцгеймера. Заметные различия можно увидеть между здоровыми пожилыми субъектами и субъектами с bvFTD и AD. Кроме того, следует отметить, что AD особенно связана с более высокой плотностью обратных не гомологичных корреляций в площади поверхности.Figures 4A-4C show surface area correlation matrices, respectively, for healthy elderly subjects, subjects with a behavioral variant of frontotemporal dementia, and subjects with Alzheimer's disease. Marked differences can be seen between healthy elderly subjects and subjects with bvFTD and AD. In addition, it should be noted that AD is particularly associated with a higher density of inverse non-homologous correlations in surface area.

На этих фигурах нулевые записи соответствуют несущественным корреляциям. Было обнаружено, что значимые сетевые корреляции имели как положительные, так и отрицательные значения (см. фигуры 14 и 16 для иллюстрации). Из-за количества значимых обратных корреляций и очевидного увеличения силы корреляции сетей при bvFTD и AD по сравнению с группой HE, подсети значимых положительных и обратных корреляций рассматривают отдельно. Учитывая очевидные различия в структуре сети долей в зависимости от диагностической группы, была предпринята попытка определить, можно ли количественно оценить эти различия.In these figures, zero entries correspond to non-significant correlations. Significant network correlations were found to be both positive and negative (see Figures 14 and 16 for illustration). Because of the number of significant inverse correlations and the apparent increase in network correlation strength in bvFTD and AD compared to the HE group, subnets of significant positive and inverse correlations are considered separately. Given the apparent differences in the structure of the proportion network depending on the diagnostic group, an attempt was made to determine whether these differences can be quantified.

Сети, представленные на этих фигурах в виде матриц корреляции, могут быть построены путем корреляции либо площади поверхности, либо толщины коры у всех субъектов в пределах определенной диагностической категории (т.е. HE, bvFTD и AD). Корковая область (как определена в Desikan-Killiany brain Atlas) представляет собой узел, и попарная корреляция между узлами, представляющая ребро графа или связь/соединение, была построена коррелируя либо SA, либо CT для всех участников в каждой диагностической категории. Каждая матрица корреляции была вычислена на основе S x N матрицы, содержащей N регионарных CT/SA значений от S субъектов в каждой группе. Таким образом, получают шесть N x N (например, 68×68) матриц корреляции (одну CT или SA структурную матрицу корреляции для каждой исследуемой группы). Элемент e ij матрицы является значением частичной корреляции между областью i и j (i, j=1, 2 … N) (т.е. между векторами x i и x j , которые содержат регионарные измерения от субъектов в каждой группе). Частичные корреляции вычисляют как линейные, коэффициенты корреляции Пирсона между парами x i и x j после первого удаления эффектов всех других областей m ≠ i, j и последующей корректировки обоих x i и x j для контролирующих переменных (хранящихся в отдельной матрице S x C, где C представляет количество контролирующих переменных). Это означает, что до анализа корреляции проводят линейную регрессию для каждого x i для удаления эффекта возраста, пола и средней CT (средней толщины коры всех областей) или общей площади поверхности (суммы всех площадей поверхности). Самокорреляции (представленные основной матрицей измерений диагональной сети) были вычислены на нижней треугольной части матрицы. Частичная корреляция, e ij (т.е. вес ребра) может быть вычислен согласно следующим общим уравнениям:The networks, represented in these figures as correlation matrices, can be constructed by correlating either surface area or cortical thickness across all subjects within a particular diagnostic category (ie, HE, bvFTD, and AD). A cortical region (as defined in the Desikan-Killiany brain Atlas) is a node, and a pairwise correlation between nodes, representing a graph edge or connection/connection, was constructed by correlating either SA or CT for all participants in each diagnostic category. Each correlation matrix was calculated based on an S x N matrix containing N regional CT/SA values from S subjects in each group. Thus, six N x N (eg, 68×68) correlation matrices are obtained (one CT or SA structural correlation matrix for each study group). Matrix element e ij is the partial correlation value between region i and j ( i, j =1, 2 ... N) (ie, between vectors x i and x j , which contain regional measurements from subjects in each group). Partial correlations are calculated as linear Pearson correlation coefficients between pairs x i and x j after first removing the effects of all other areas m ≠ i, j and then adjusting both x i and x j for the control variables (stored in a separate matrix S x C, where C represents the number of control variables). This means that prior to correlation analysis, a linear regression is performed for each x i to remove the effect of age, sex, and mean CT (mean cortical thickness of all areas) or total surface area (sum of all surface areas). Self-correlations (represented by the main matrix of measurements of the diagonal network) were calculated on the lower triangular part of the matrix. The partial correlation, e ij (i.e. edge weight) can be calculated according to the following general equations:

Figure 00000002
Figure 00000002

Где х i ; j означает матрицу переменных, и x c означает любое подмножество обуславливающих переменных. Чтобы достичь этой общей формы частичной корреляции, процесс начинается с i, j, c=1, 2, 3: Where x i ; j means a matrix of variables, and x c means any subset of the condition variables. To achieve this general form of partial correlation, the process starts with i, j, c =1, 2, 3:

Figure 00000003
Figure 00000003

Следовательно, для любого подмножества с обуславливающих переменных:Therefore, for any subset with conditional variables:

Figure 00000004
.
Figure 00000004
.

В некоторых примерах, чтобы убедиться, что сеть сохранила только статистически значимые корреляции, вычисленные коэффициенты корреляции были скорректированы для нескольких тестов с использованием процедуры Средней доли ложных отклонений гипотезы (FDR), изложенной в Storey, 2002. Процедура FDR проверяет каждое вычисленное p-значение (из расчета парной корреляции) относительно скорректированного уровня значимости, в этом примере α=0,05, и принимает только p-значения меньше чем скорректированный уровень значимости как действительно значимые. Те парные корреляции, которые не прошли тест FDR, могут быть установлены равными нулю; в противном случае все не нулевые корреляции, как положительные, так и отрицательные, были сохранены (см. фигуру 14, более подробно описанную ниже).In some examples, to ensure that the network retained only statistically significant correlations, the calculated correlation coefficients were adjusted for several tests using the Hypothesis Mean False Reject Rate (FDR) procedure outlined in Storey, 2002. The FDR procedure examines each calculated p-value ( from the pairwise correlation calculation) relative to the adjusted significance level, in this example α=0.05, and accepts only p-values less than the adjusted significance level as truly significant. Those pairwise correlations that fail the FDR test can be set to zero; otherwise, all non-zero correlations, both positive and negative, were retained (see Figure 14, described in more detail below).

Таким образом, можно построить матрицу корреляции 68 × 68 для CT или SA в каждой клинической группе, которая представляет собой сеть структурных корреляций для любой из площади поверхности или толщины коры. Матричный элемент количественно измеряет силу корреляции между корковыми областями либо для толщины коры, либо для площади поверхности, и сам по себе не представляет собой действительное физическое соединение. В контексте сетевого анализа структурных корреляций при нейродегенеративных расстройствах считается, что такие корреляции подразумевают либо взаимосвязь ко-атрофии (если она положительная), либо обратную взаимосвязь атрофии/гипертрофии (если отрицательная) между областями мозга.Thus, it is possible to construct a 68 × 68 correlation matrix for CT or SA in each clinical group, which is a network of structural correlations for either surface area or cortical thickness. The matrix element quantifies the strength of correlation between cortical regions for either cortical thickness or surface area, and does not by itself represent a valid physical connection. In the context of network analysis of structural correlations in neurodegenerative disorders, such correlations are thought to imply either a co-atrophy relationship (if positive) or an inverse atrophy/hypertrophy relationship (if negative) between brain regions.

Что касается сетей и/или матриц структурных корреляций, созданных с использованием вышеуказанных способов, полезно использовать следующие показатели для сравнения свойств структурных сетей для трех клинических групп: силу ребра, степень узла, z-оценку степени узла внутри модуля и индекс участия. Сила ребра и степень узла представляют два основных атрибута сети; они соответственно количественно определяют силу корреляции между узлами и количество парных корреляций для каждого узла. Чтобы оценить, представляют ли корковые доли модули, используют два сетевых показателя, которые оценивают модулярность в сетевых взаимодействиях, а именно z-оценку степени внутри модуля и индекс участия. Все показатели (кроме степени узла) были вычислены на взвешенных графах и оценены как средние по четырем долям (описанным ниже). Показатели были вычислены либо на двоичных, либо на взвешенных графах (как обсуждается ниже). Из чисто теоретических исследований известно, что вычисляемые топологические свойства сети зависят от выбора порогового значения (van Wijk et al. 2010). В настоящем документе выбран фиксированный порог для каждой групповой матрицы корреляции.With respect to the networks and/or structural correlation matrices generated using the above methods, it is useful to use the following metrics to compare the properties of structural networks for the three clinical groups: rib strength, knot grade, intra-module knot grade z-score, and participation index. Edge strength and node degree represent two main network attributes; they respectively quantify the strength of the correlation between nodes and the number of pairwise correlations for each node. To assess whether cortical lobes represent modules, two network metrics are used that measure modularity in network interactions, namely the intra-module degree z-score and participation index. All scores (except node degree) were computed on weighted graphs and evaluated as averages of the four lobes (described below). The scores were computed on either binary or weighted graphs (as discussed below). From purely theoretical studies, it is known that the computed topological properties of the network depend on the choice of the threshold value (van Wijk et al. 2010). In this paper, a fixed threshold is chosen for each group correlation matrix.

Степень узлаNode Degree

Степень узла, k i , представляет количество значимых корреляций для каждого узла в сети. В общем, степень узла вычисляют из бинаризованных матриц корреляции, где каждая значимая корреляция в матрице заменяется либо на 1, если она значима, либо на 0, если нет. Примеры бинаризованных матриц показаны на фигуре 16. Бинаризованные матрицы также могут называться матрицами смежности. На рисунке 16 три верхних графика соответствуют толщине коры, а три нижних графика соответствуют площади поверхности. Значимые положительные корреляции показаны белым цветом, тогда как значимые обратные корреляции показаны черным.The degree of a node, k i , represents the number of significant correlations for each node in the network. In general, the node degree is computed from binarized correlation matrices, where each significant correlation in the matrix is replaced by either 1 if it is significant or 0 if it is not. Examples of binarized matrices are shown in Figure 16. Binarized matrices may also be referred to as adjacency matrices. In Figure 16, the top three plots correspond to bark thickness and the bottom three plots correspond to surface area. Significant positive correlations are shown in white, while significant inverse correlations are shown in black.

Степень узла i, т.е. количество значимых связей, соединенных с узлом, может быть вычислена как:The degree of node i , i.e. the number of meaningful links connected to a node can be calculated as:

Figure 00000005
Figure 00000005

Уравнение 1Equation 1

где N является количеством узлов, и a ij представляет связи между узлами i и j и имеет значение 1, если существует прямая связь между узлами и 0, если нет.where N is the number of nodes and a ij represents the links between nodes i and j and has a value of 1 if there is a direct link between nodes and 0 if not.

Индекс модулярностиModularity index

Индекс участия узла и z-оценка степени внутри модуля оценивают роль узла в соответствии с модулями. Сетевые модули (также известные как структуры сообщества) представляют собой плотно связанные подграфы сети, т.е. подмножества узлов, внутри которых сетевые соединения более плотные, и соединения между которыми более разрежены. Полезно исследовать модульную организацию лобных, височных, теменных и затылочных отделов сети толщины коры или площади поверхности, определяемой как модули. Так как эти долевые отделы площади поверхности коры не обязательно являются модульными сами по себе, может быть необходимо сначала проверить, являются ли долевые отделы в сущности модульными. В одном примере это может быть сделано путем вычисления индекса модулярности (Q) сетей в соответствии с каждой долей. Индекс модулярности количественно определяет наблюдаемую часть значений степени внутри модуля по сравнению с ожидаемыми в случае, если бы соединения были случайным образом распределены по сети. Поскольку построенные сети толщины коры и площади поверхности содержат как положительные, так и отрицательные силы ребер, возможно использовать асимметричное обобщение функции качества модулярности. Например, как представлено в Rubinov and Sporns (2011):The node participation index and the intra-module degree z-score evaluate the role of the node according to the modules. Network modules (also known as community structures) are densely connected subgraphs of a network, i.e. subsets of nodes within which network connections are denser, and connections between which are more sparse. It is useful to explore the modular organization of the frontal, temporal, parietal, and occipital regions of a network of cortical thickness or surface area defined as modules. Since these cortical surface area lobes are not necessarily modular in themselves, it may be necessary to first check whether the lobes are inherently modular. In one example, this can be done by calculating the modularity index ( Q ) of the networks according to each share. The modularity index quantifies the observed fraction of power values within a module compared to what would be expected if the connections were randomly distributed over the network. Since the constructed crustal thickness and surface area networks contain both positive and negative edge strengths, it is possible to use an asymmetric generalization of the modularity quality function. For example, as presented in Rubinov and Sporns (2011):

Figure 00000006
Figure 00000006

Уравнение 2Equation 2

Где

Figure 00000007
равна i, j-му элементу матрицы корреляции, т.е. силе попарной корреляции между корковыми областями, ω ij , если ω ij >0, и равна нулю, если нет. Также,
Figure 00000008
равна -ω ij , если ω ij >0, и равна нулю, если нет. Член
Figure 00000009
Figure 00000010
означает ожидаемую плотность положительных или отрицательных весов соединений с учетом модели случайных нулей с сохраненной силой, где
Figure 00000011
и
Figure 00000012
. Дельта Кронекера δ Mi , Mj равна единице, если i, j-е узлы находятся в одном модуле, и равна нулю, если нет. Эффективность заданного разделения сетей на модули тестировали с применением функции обнаружения сообщества, известной как таковая в данной области техники, при использовании вектора принадлежности узла к конкретному узлу в качестве исходного вектора принадлежности к сообществу.Where
Figure 00000007
is equal toi, jth element of the correlation matrix, i.e. strength of pairwise correlation between cortical areas,ω ij , Ifω ij >0, and zero if not. Also,
Figure 00000008
equal to -ω ij , Ifω ij >0, and zero if not. Member
Figure 00000009
Figure 00000010
means the expected density of positive or negative connection weights given the random zeros model with conservation of strength, where
Figure 00000011
And
Figure 00000012
. Kronecker deltaδ Mi , Mj equals one ifi, jThe th nodes are in the same module, and is zero if not. The effectiveness of the given division of networks into modules was tested using the community detection function, known as such in the art, using the node-specific membership vector as the initial community membership vector.

Было обнаружено, что долевая организация поверхности коры на лобные, теменные, височные и затылочные отделы на самом деле является модульной (см. Приложение A). Соответственно, тогда можно вычислить вклад отдельных узлов в модули долей как индекс участия узла и внутримодульную z-оценку, которая упоминается как междолевой индекс участия узла и внутридолевая z-оценка узла.It has been found that the lobar organization of the cortical surface into frontal, parietal, temporal, and occipital regions is in fact modular (see Appendix A). Accordingly, it is then possible to calculate the contribution of individual nodes to stake modules as a node participation index and an intra-lobe z-score, which is referred to as an inter-lobe node participation index and an intra-lobe node z-score.

Междолевой индекс участия узлаInterlobar Node Participation Index

В общем, индекс участия р оценивает межмодульную коннективность. Его можно рассматривать как отношение внутридолевых ребер узлов ко всем остальным модулям долей в сети, где узел p i стремится к 0, если узел имеет связи исключительно внутри своего модуля, и стремится к 1, если узел связывается исключительно за пределами своего модуля. Взвешенное участие сети вычисляется по:In general, the participation index p evaluates inter-module connectivity. It can be thought of as the ratio of nodes' intra-partial edges to all other share modules in the network, where node p i tends to 0 if the node has links exclusively within its module, and tends to 1 if the node communicates exclusively outside its module. The weighted participation of the network is calculated by:

Figure 00000013
Figure 00000013

Уравнение 3Equation 3

где М является множеством модулей и

Figure 00000014
является взвешенным количеством связей i-го узла со всеми другими узлами в модуле m - межмодульной степенью, и
Figure 00000015
является общей степенью i-го узла. В этом документе, термин междолевое участие применяют для этой меры сети. where M is the set of modules and
Figure 00000014
is the weighted number of connections of the i -th node with all other nodes in the module m - inter-module degree, and
Figure 00000015
is the common degree of the i -th node. In this document, the term inter-participation is used for this network measure.

z-Оценка внутридолевой степени узлаz-score intralobar node degree

Дополнением к междолевому индексу участия является нормализованная внутридолевая степень, z j , которая оценивает внутридолевую коннективность с помощью z-оценки, т.е. с помощью нормализованного расхождения междолевой степени узла с соответствующим средним распределением степеней. Следовательно, внутридолевая z-оценка узла, z j , велика для узла с большим количеством внутримодульных соединений по сравнению со средней межмодульной коннективностью. Для сетей, в которых сохраняются силы корреляции, внутримодульная z-оценка степени узла вычисляется как:Complementing the inter-lobar participation index is the normalized intra-lobar degree, z j , which assesses intra-lobar connectivity with a z-score, i.e. using the normalized divergence of the interlobar node degree with the corresponding average degree distribution. Therefore, the node's intra-lobe z-score, z j , is large for a node with a large number of intra-module connections compared to the average inter-module connectivity. For networks where correlation strengths are preserved, the intra-module z-score of the degree of a node is computed as:

Figure 00000016
Figure 00000016

Уравнение 4Equation 4

где

Figure 00000017
такой, как описан выше,
Figure 00000018
является средним значением внутримодульного m j распределения степеней, и
Figure 00000019
является стандартным отклонением внутримодульного m j распределения степеней.Where
Figure 00000017
such as described above,
Figure 00000018
is the mean of the intramodule m j power distribution, and
Figure 00000019
is the standard deviation of the intramodule m j power distribution.

Роль узла в модульной организации сетиNode Role in Modular Networking

Роль узла с модульной организацией долей зависит от его положения в пространстве параметра z-p i . Существует четыре возможных роли, которые узел может выполнять в сети, которые назначаются на основе показателей узловых свойств выше среднего. Полезно рассмотреть две из этих ролей, так называемые коннекторы или глобальные сетевые ядра (с высоким уровнем междолевого участия и высокой внутридолевой z-оценкой) и так называемые периферические ядра (которые имеют высокую внутридолевую степень z-оценки и низкое междолевое участие). Пороговые значения для высоких и низких значений z i и p i были установлены выше 1,5 и 0,05 соответственно.The role of a node with a modular organization of shares depends on its position in the space of the parameter zp i . There are four possible roles a node can play in a network, which are assigned based on above-average nodal property scores. It is useful to consider two of these roles, the so-called connectors or global network cores (with high inter-participation and high intra-participatory z-score) and the so-called peripheral cores (which have high intra-partial z-score and low inter-participatory participation). Thresholds for high and low z i and p i were set above 1.5 and 0.05, respectively.

Статистический анализStatistical analysis

Статистические различия в демографических и когнитивных оценках у субъектов оценивают с использованием либо однофакторного дисперсионного анализа, либо двухвыборочного t-критерия. Данные проверяют на нормальность распределения с помощью одновыборочного критерия Колмогорова-Смирнова. Для тестирования различий в распределении мужчин и женщин между группами используют критерий хи-квадрат. Статистические различия в силе корреляции глобальной сети в зависимости от диагностических групп тестируют с использованием однофакторного дисперсионного анализа для несбалансированного размера выборки (для учета нечетного числа значимых корреляций в сетях). Степень узла, внутридолевую z-оценку, z i , и междолевой индекс участия, p i , сравнивают между группами с применением критерия Краскела-Уоллиса, непараметрического однофакторного дисперсионного анализа. Результаты показаны как значимые на уровне р<0,05.Statistical differences in demographic and cognitive scores among subjects are assessed using either one-way analysis of variance or a two-sample t-test. The data are checked for normal distribution using the one-sample Kolmogorov-Smirnov test. A chi-square test is used to test for differences in the distribution of males and females between groups. Statistical differences in global network correlation strength across diagnostic groups are tested using one-way ANOVA for an unbalanced sample size (to account for an odd number of significant network correlations). Node degree, intralobar z-score, z i , and interlobar participation index, p i , are compared between groups using the Kruskal-Wallis test, a non-parametric one-way ANOVA. The results are shown as significant at p <0.05.

Результатыresults

В таблице 1 ниже показаны демографические, когнитивные и средние CT и SA для каждой группы согласно клиническому диагнозу. 3 группы значительно различались по возрасту, пациенты с AD были старше, чем HE и bvFTD (р<10-4 во всех тестах). Значительные различия также были в когнитивных оценках по шкале MMSE, пациенты с AD имели наибольшие ухудшения, и bvFTD имели большие ухудшения по сравнению с HE субъектами (р<10-4 во всех тестах). Средняя CT и общая SA различались по группам.Table 1 below shows demographic, cognitive, and mean CT and SA for each group according to clinical diagnosis. The 3 groups differed significantly in age, with AD patients being older than HE and bvFTD ( p < 10 -4 on all tests). There were also significant differences in MMSE cognitive scores, AD patients had the most impairment, and bvFTD had greater impairment compared to HE subjects ( p <10 -4 on all tests). Mean CT and total SA differed between groups.

Таблица 1Table 1

Пол М/ЖGender M/F Возраст (лет) средний (со)Age (years) average (co) MMSE средняя (со)MMSE average (co) CT (мм) средняя (со)CT (mm) average (co) Общая SA (×105 мм2) средняя (со)Total SA (×10 5 mm 2 ) average (co) HEHE 106/95106/95 64(1)b 64(1) b 29(1)a, b 29(1) a, b 2,43(0,1)a, b 2.43(0.1) a, b 106,9(1,4)a, b 106.9(1.4) a, b bvFTDbvFTD 136/77136/77 64(8)c 64(8) s 24(4)c 24(4) s 2,20(0,15)2.20(0.15) 102,8(1,5)102.8(1.5) ADAD 105/108105/108 71(10)71(10) 21(4)c 21(4) s 2,18(0,15)2.18(0.15) 102,5(1,6)102.5(1.6)

Аббревиатуры: HE - здоровые пожилые люди, bvFTD - поведенческий вариант лобно-височной деменции, AD - болезнь Альцгеймера, M - мужчины, Ж - женщины, MMSE - Краткая шкала оценки психического статуса, CT - толщина коры, SA - площадь поверхности. Значительные различия между группами: a - HE/bvFTD, b - HE/AD, c -bvFTD/AD (р<0,05).Abbreviations: HE - healthy elderly, bvFTD - behavioral frontotemporal dementia, AD - Alzheimer's disease, M - men, F - women, MMSE - Mini Mental Status Assessment Scale, CT - cortical thickness, SA - surface area. Significant differences between groups: a - HE/bvFTD, b - HE/AD, c -bvFTD/AD ( p <0.05).

Разница между HE и обеими группами пациентов были значительными в отношении обоих, средней CT (р<10-4, в обоих тестах) и общей SA (р<0,003 в обоих тестах), но группы bvFTD и AD не отличались друг от друга. Значения средней CT и общей SA, усредненные по долям головного мозга, приведены в таблице A.3 в приложении A. Таким образом, хотя AD и bvFTD различаются по долям распределения патологии, возрасту и тяжести когнитивных ухудшений, ни общая степень истончения коры головного мозга, ни изменение средней площади поверхности не являются средством различения этих двух состояний.Differences between HE and both patient groups were significant for both mean CT ( p <10 -4 , both tests) and total SA ( p <0.003, both tests), but the bvFTD and AD groups did not differ from each other. Mean CT and total SA values averaged by brain lobes are shown in Table A.3 in Appendix A. Thus, while AD and bvFTD differ in the proportion of pathology distribution, age, and severity of cognitive impairment, neither the overall degree of cortical thinning, nor is the change in mean surface area a means of distinguishing between the two states.

Свойства долей сети структурной корреляцииStructural Correlation Network Share Properties

Поскольку определение основанной на корреляции сетевой организации зависит от выбора порогового значения, полезно убедиться, что определенные здесь сети не были случайными в их глобальной топологии, путем вычисления значения плотности/разреженности (κ). Считается, что мозговые сети демонстрируют не случайную («тесный мир») топологию, если κ> 0,1, что имело место для всех рассматриваемых здесь сетей. Также полезно убедиться, что обратные корреляции не были пропущены после определения порога (см. фигуру 14). Следовательно, все рассматриваемые здесь сети положительной и обратной корреляции CT и SA не являются случайными. См. также Таблицу A.3 для получения информации о глобальных значениях κ для CT и SA в трех группах.Since the definition of correlation-based networking depends on the choice of a threshold value, it is useful to ensure that the networks defined here were not random in their global topology by calculating the value of density/sparseness ( κ ). It is believed that brain networks exhibit a non-random (“close world”) topology if κ > 0.1, which was the case for all the networks considered here. It is also useful to ensure that inverse correlations were not missed after thresholding (see Figure 14). Therefore, all the networks of positive and inverse correlation CT and SA considered here are not random. See also Table A.3 for global κ values for CT and SA in the three groups.

Используя индекс модулярности, было проведено исследование, чтобы определить, соответствуют ли кортикальные доли, определенные как обычно, сетевым модулям в сети CT. Было обнаружено, что только две пары гомологов (задняя поясная и предцентральная кора) в сети CT и две пары гомологов в сети SA (задняя поясная кора и парацентральная и правая краевые области (banks) верхней височной борозды были неправильно назначены в алгоритме индекса модулярности. В таблице A.2 (в приложении A) приведены подробные сведения о входных и выходных данных алгоритма. На практике считается, что значение Q выше 0,3 является хорошим индикатором наличия значимых модулей в сети. Чтобы оценить доверительный интервал значений Q для массива данных, были выполнены повторные вычисления для 100 матриц CT, сгенерированных на суррогатных базах данных. Каждая из 100 суррогатных матриц CT и SA была сгенерирована путем случайного отбора 213 субъектов из трех когорт исследования и вычисления значений Q на матрицах корреляции, полученных для CT и SA. Значения Q показаны на фигуре 15, которая представляет собой график распределения индекса модулярности Q в регионарных сетях CT, созданных на 100 суррогатных массивах данных. Центральная линия означает среднее значение, и верхняя и нижняя линии означают 1,5 стандартные отклонения от среднего (Q=0,36±0,02), т.е. произвольное значение, где значения Q аналогичны значениям произвольного графика. Для исследуемых групп были получены следующие значения: QHE=0,49, QbvFTD=0,49 и QAD=0,45 для «положительных», и QHE=0,39, QbvFTD=0,28 и QAD=0,29 для «отрицательных» субсетей, которые означают не произвольную модульную топологическую организацию в сети корреляции CT/SA лобного, височного теменного и затылочного отделов.Using the modularity index, a study was conducted to determine if cortical lobes, defined as usual, correspond to network modules in the CT network. It was found that only two pairs of homologues (posterior cingulate and precentral cortex) in the CT network and two pairs of homologues in the SA network (posterior cingulate cortex and paracentral and right marginal regions (banks) of the superior temporal sulcus were incorrectly assigned in the modularity index algorithm. In Table A.2 (Appendix A) provides details of the inputs and outputs of the algorithm In practice, a Q value greater than 0.3 is considered to be a good indicator of the presence of significant modules in the network. recalculated for 100 CT matrices generated from surrogate databases Each of the 100 CT and SA surrogate matrices was generated by randomly selecting 213 subjects from three study cohorts and calculating Q values on the correlation matrices generated for CT and SA Q values are shown 15, which is a plot of the distribution of the modularity index Q in regional CT networks created on 100 surrogate datasets. The center line means the mean, and the top and bottom lines mean 1.5 standard deviations from the mean (Q=0.36±0.02), i.e. an arbitrary value, where the Q values are similar to the values of an arbitrary graph. For the study groups, the following values were obtained: Q HE =0.49, Q bvFTD = 0.49 and Q AD = 0.45 for "positive", and Q HE = 0.39, Q bvFTD = 0.28 and Q AD =0.29 for "negative" subnets, which means non-arbitrary modular topological organization in the CT/SA correlation network of the frontal, temporal parietal, and occipital regions.

Таким образом, можно сделать вывод, что доли коры, описанные как обычно, соответствуют не случайным модулям в сети CT.Thus, it can be concluded that the cortical lobes described as usual correspond to non-random modules in the CT network.

Средняя сила корреляции сетей CT и SAAverage correlation strength of CT and SA networks

На фигуре 5 показаны значения силы ребер каждой корреляционной сети толщины коры, усредненные по долям головного мозга и сравненные между группами HE, bvFTD и AD. Данные показаны для сетей положительной (верхний график) и обратной (нижний график) корреляций. Звездочки означают значимые различия между тремя группами (*р <0,05; **р <0,01). Как видно на фигуре 5, средняя сила корреляции для СТ показала значимые различия между субъектами HE, bvFTD и AD в лобной, височной, теменной и затылочной долях (р <10-4 для всех тестов). Средняя сила корреляции была выше у пациентов с bvFTD и AD, чем у пациентов с HE в лобной, височной, теменной и затылочной долях (для всех парных сравнений р ≤0,003). Средняя сила корреляции была выше при bvFTD, чем при AD в лобной (р <10-4) и височной (р=0,005) долях.Figure 5 shows the rib strength values of each cortical thickness correlation network averaged over the brain lobes and compared between the HE, bvFTD and AD groups. Data are shown for networks of positive (upper plot) and inverse (lower plot) correlation networks. Asterisks denote significant differences between the three groups (* p <0.05; ** p <0.01). As seen in Figure 5, the mean strength of correlation for CT showed significant differences between HE, bvFTD, and AD subjects in the frontal, temporal, parietal, and occipital lobes ( p <10 -4 for all tests). The mean strength of the correlation was higher in patients with bvFTD and AD than in patients with HE in the frontal, temporal, parietal, and occipital lobes (for all pairwise comparisons, p ≤ 0.003). The mean correlation strength was higher with bvFTD than with AD in the frontal ( p <10-4) and temporal ( p =0.005) lobes.

Средняя сила сетей обратных корреляций в сети CT также различалась в лобной и височной долях, см. нижний график на фигуре 5. Опять же, обе группы bvFTD и AD показали более высокую среднюю силу корреляции, чем группа HE в лобной и височной долях (р ≤0,003 во всех тестах), а группа bvFTD имела более высокую среднюю силу обратной корреляции, чем группа AD в лобной доле (р=0,003).The mean strength of inverse correlation networks in the CT network also differed in the frontal and temporal lobes, see bottom plot in Figure 5. Again, both bvFTD and AD groups showed higher mean correlation strength than the HE group in the frontal and temporal lobes ( p ≤ 0.003 on all tests), and the bvFTD group had a higher mean inverse correlation strength than the AD group in the frontal lobe ( p = 0.003).

На фигуре 6 показано, что силы ребер каждой поверхности представляют собой сеть корреляции, усредненную по лобной доле головного мозга и сравненную между группами HE, bvFTD и AD. Данные показаны для сетей положительной (правый график) и обратной (левый график) корреляций. Звездочки означают достоверные различия между тремя группами (*р <0,05; **р <0,01). Графики показывают значительные различия в средней силе корреляции по сети SA. Диагностические группы различались только в лобной доле, где группа AD имела более низкую среднюю силу корреляции, чем группа HE (р=0,03). Аналогично, обратные корреляции сети SA значительно различались в лобной доле с более низкой средней силой корреляции в группах bvFTD и AD по сравнению с группой HE (р ≤0,02 в обоих тестах). Это связано с большим количеством корреляций с более широким частотным распределением силы, обнаруженным при заболевании, по сравнению с более редкими сетями, имеющими более узкое частотное распределение у здоровых пожилых людей (см. фигуру 14).Figure 6 shows that the rib strengths of each surface are a correlation network averaged over the frontal lobe of the brain and compared between the HE, bvFTD and AD groups. Data are shown for networks of positive (right graph) and inverse (left graph) correlations. Asterisks indicate significant differences between the three groups (* p <0.05; ** p <0.01). The graphs show significant differences in the average strength of correlation across the SA network. The diagnostic groups differed only in the frontal lobe, where the AD group had a lower mean correlation strength than the HE group ( p = 0.03). Similarly, SA network inverse correlations were significantly different in the frontal lobe, with lower mean correlation strength in the bvFTD and AD groups compared to the HE group ( p ≤ 0.02 in both tests). This is due to the greater number of correlations with the broader frequency distribution of strength found in disease compared to the sparser networks having a narrower frequency distribution in healthy older adults (see Figure 14).

Измерения узлов в сети CTMeasurements of nodes in a CT network

Степень узлаNode Degree

Степень узла, которая количественно определяет среднее количество значимых положительных корреляций на узел, показана усредненной по лобной, височной, теменной и затылочной долям для сети CT на фигуре 7. Степень узла сравнивается по группам HE, bvFTD и AD. Данные показаны для сетей положительной (верхний график) и обратной (нижний график) корреляций. Звездочки означают достоверные различия между тремя группами (*р <0,05; **р <0,01).Node grade, which quantifies the average number of significant positive correlations per node, is shown averaged over the frontal, temporal, parietal, and occipital lobes for the CT network in Figure 7. Node grade is compared across the HE, bvFTD, and AD groups. Data are shown for networks of positive (upper plot) and inverse (lower plot) correlation networks. Asterisks indicate significant differences between the three groups (* p <0.05; ** p <0.01).

Имелись значительные различия между группами в лобной, височной, теменной и затылочной доле (р ≤10-4 во всех тестах). Субъекты как с bvFTD, так и с AD имели более высокую степень узла в лобной и височной долях (р <0,006 для всех тестов) по сравнению с субъектами HE. Группа bvFTD имела заметно более высокую степень узла в теменной и затылочной долях, чем группа AD (р ≤0,02 для всех тестов). Аналогичная картина была обнаружена для количества обратных корреляций в сети СТ в лобной, височной, теменной и затылочной долях (р ≤0,02 во всех тестах). Эти различия были обусловлены большим количеством значимых обратных корреляций в bvFTD и AD, чем в группе HE по всем четырем долям (р <0,01 во всех тестах). Ни одно из различий между группами bvFTD и AD не было значительным.There were significant differences between groups in the frontal, temporal, parietal and occipital lobes ( p ≤10 -4 in all tests). Subjects with both bvFTD and AD had a higher degree of nodule in the frontal and temporal lobes ( p < 0.006 for all tests) compared to HE subjects. The bvFTD group had a markedly higher degree of knot in the parietal and occipital lobes than the AD group ( p ≤ 0.02 for all tests). A similar pattern was found for the number of inverse correlations in the CT network in the frontal, temporal, parietal, and occipital lobes ( p ≤ 0.02 in all tests). These differences were due to more significant inverse correlations in bvFTD and AD than in the HE group across all four lobes ( p <0.01 on all tests). None of the differences between the bvFTD and AD groups were significant.

Междолевой индекс участия узлаInterlobar Node Participation Index

Групповые различия были обнаружены в междолевом индексе участия узла для СТ. Индекс измеряет степень значимой положительной корреляции с узлами в разных долях. Они были значительным для долей, расположенных в височной, теменной и затылочной долях (р ≤0,03 для всех тестов). Различия отражают более высокие значения индекса по сравнению с группой HE в теменной (р <0,003 в обеих группах), височной (р=0,01 в AD) и затылочной (р=0,002 в bvFTD) долях. Это показано на фигуре 8, где междолевой индекс участия узла в сети корреляции толщины коры, усредненный по долям головного мозга, сравнивается в группах HE, bvFTD и AD. Данные на графике показаны только для положительных корреляций. Звездочки означают достоверные различия между тремя группами (*р <0,05; **р <0,01). Ни одно из сравнений междолевых индексов участия не отличалось значимо ни в одной доле для обратной корреляции в сети CT.Group differences were found in the interlobar index of node involvement for CT. The index measures the degree of significant positive correlation with nodes in different proportions. They were significant for the lobes located in the temporal, parietal, and occipital lobes ( p ≤ 0.03 for all tests). The differences reflect higher index values compared to the HE group in the parietal ( p <0.003 in both groups), temporal ( p =0.01 in AD), and occipital ( p =0.002 in bvFTD) lobes. This is shown in Figure 8, where the interlobar index of node participation in the cortical thickness correlation network, averaged across the lobes, is compared in the HE, bvFTD, and AD groups. Data on the graph is shown only for positive correlations. Asterisks indicate significant differences between the three groups (* p <0.05; ** p <0.01). None of the inter-lobe participation index comparisons differed significantly in any of the lobes for inverse correlation in the CT network.

Измерения узлов в сети SAMeasurements of nodes in the SA network

Степень узлаNode Degree

Значения степени узла в сети SA показаны для лобной, височной, теменной и затылочной долей на фигуре 9. На фигуре степень узла сети корреляции площади поверхности усредняется по долям головного мозга и сравнивается по группам HE, bvFTD и AD. Данные показаны для сетей положительной (верхний график) и обратной (нижний график) корреляций. Звездочки означают достоверные различия между тремя группами (*р <0,05; **р <0,01).SA network node degree values are shown for the frontal, temporal, parietal, and occipital lobes in Figure 9. In the figure, surface area correlation network node degree is averaged across the brain lobes and compared across the HE, bvFTD, and AD groups. Data are shown for networks of positive (upper plot) and inverse (lower plot) correlation networks. Asterisks indicate significant differences between the three groups (* p <0.05; ** p <0.01).

Положительные корреляции различались между диагностическими группами в лобной, височной, теменной и затылочной долях (р ≤0,03). Как и в случае с сетью CT, bvFTD и AD группы имели более высокую степень узла SA, чем группа HE, в лобной, височной и теменной долях (р <10-4 во всех тестах). Для затылочной доли единственное различие, которое было значимым, было между группами AD и HE (р=0,04). В отличие от сети CT, степень узла в теменной доле также была значительно выше при AD, чем при bvFTD (р=0,004).Positive correlations differed between diagnostic groups in the frontal, temporal, parietal, and occipital lobes ( p ≤ 0.03). As with the CT network, the bvFTD and AD groups had a higher degree of SA node than the HE group in the frontal, temporal, and parietal lobes ( p < 10 -4 on all tests). For the occipital lobe, the only difference that was significant was between the AD and HE groups ( p =0.04). In contrast to the CT network, the degree of node in the parietal lobe was also significantly higher in AD than in bvFTD ( p = 0.004).

Сеть обратной корреляции SA также показала значительные групповые различия в лобной, височной, теменной и затылочной долях (р ≤0,001 во всех тестах). Опять же, как группа bvFTD, так и группа AD имели более высокие степени узлов, чем группа HE во всех четырех долях (р <0,001 для всех тестов). В отличие от сети обратной корреляции CT, группа AD имела более высокую степень узла, чем группа bvFTD в лобной (р=0,02) и теменной (р=0,01) долях.The SA inverse correlation network also showed significant group differences in the frontal, temporal, parietal, and occipital lobes ( p ≤ 0.001 in all tests). Again, both the bvFTD group and the AD group had higher nodal grades than the HE group in all four lobes ( p < 0.001 for all tests). In contrast to the CT inverse correlation network, the AD group had a higher node degree than the bvFTD group in the frontal ( p =0.02) and parietal ( p =0.01) lobes.

Междолевой индекс участия узлаInterlobar Node Participation Index

На фигуре 10 показаны групповые различия в междолевом индексе участия узла для сетевой организации SA. На фигуре показаны междолевые индексы участия узлов, усредненные по долям головного мозга и сравненные по группам HE, bvFTD и AD. Данные показаны для сетей положительной (верхний график) и обратной (нижний график) корреляций. Звездочки означают достоверные различия между тремя группами (*р <0,05; **р <0,01).Figure 10 shows the group differences in the inter-participation node participation index for the network organization SA. The figure shows interlobar nodal involvement indices averaged across brain lobes and compared across the HE, bvFTD and AD groups. Data are shown for networks of positive (upper plot) and inverse (lower plot) correlation networks. Asterisks indicate significant differences between the three groups (* p <0.05; ** p <0.01).

Обе группы bvFTD и AD имели более высокие значения индекса, чем группа HE, для сети положительной корреляции SA во всех четырех долях (р <10-4). В отличие от сети корреляции CT, обратная сеть корреляции SA также показала значительные различия в лобной и теменной долях (р ≤0,04 для обеих групп пациентов) и в височной доле для группы AD (р <0,001) относительно HE группы.Both the bvFTD and AD groups had higher index values than the HE group for the SA positive correlation network in all four lobes ( p < 10 -4 ). In contrast to the CT correlation network, the SA inverse correlation network also showed significant differences in the frontal and parietal lobes ( p ≤ 0.04 for both patient groups) and in the temporal lobe for the AD group ( p < 0.001) relative to the HE group.

Ядра сетей структурной корреляцииKernels of Structural Correlation Networks

Ядра сети CTCT network cores

Существует четыре возможных комбинации средних значений междолевого индекса участия (p высокий/низкий) и внутридолевой z-оценки (высокая/низкая). Здесь рассматривается только случай высокого междолевого индекса и высокой внутридолевой z-оценки, чтобы сосредоточиться на узлах с высокими ядроподобными характеристиками. В таблицах A.4-A.6 (см. Приложение A) представлены данные для ядер глобальной и периферической сети. Остальные две комбинации были изучены, но были не информативными. Количество и распределение сетевых ядер в пределах высоких значений p и z в сети положительной корреляции CT различались между группами исследования. У субъектов HE ядра были распределены по всей коре; каждая доля имела, по меньшей мере, одно ядро, с четырьмя ядрами в лобной доле. Реорганизация топологии ядра происходила по-разному в двух группах заболеваний. Это показано на фигуре 11, верхняя панель, которая представляет собой визуализацию ядер сети толщины коры в мозговом пространстве. В bvFTD количество ядер в лобной доле увеличилось с 4 до 9, уменьшилось с 2 до 1 в затылочной доле и полностью исчезло в теменной и верхней долях. Напротив, ядра были распределены по всем четырем долям AD почти одинаково. Количество ядер в лобной доле уменьшилось (2 против 4), в то время как количество увеличилось по сравнению с группой HE в височной и затылочной долях (1 против 3 и 2 против 3, соответственно). Полный список ядер, которые имеют ядроподобные свойства в сети CT, вместе с позициями долей, представлен в Таблице A.4 (см. Приложение A).There are four possible combinations of mean values for the interlobar participation index (p high/low) and intralobar z-score (high/low). Here, only the case of high interlobar index and high intralobe z-score is considered in order to focus on nodes with high kernel-like characteristics. Tables A.4-A.6 (see Annex A) provide data for the cores of the global and edge networks. The remaining two combinations were studied but were not informative. The number and distribution of network cores within high p and z values in the CT positive correlation network differed between study groups. In HE subjects, the nuclei were distributed throughout the cortex; each lobe had at least one nucleus, with four nuclei in the frontal lobe. The reorganization of the nuclear topology occurred differently in the two groups of diseases. This is shown in Figure 11, top panel, which is a visualization of the cores of the cortical thickness network in the brain space. In bvFTD, the number of nuclei in the frontal lobe increased from 4 to 9, decreased from 2 to 1 in the occipital lobe, and completely disappeared in the parietal and superior lobes. In contrast, the cores were distributed across all four AD lobes almost equally. The number of nuclei in the frontal lobe decreased (2 vs. 4), while the number increased compared to the HE group in the temporal and occipital lobes (1 vs. 3 and 2 vs. 3, respectively). A complete list of cores that have core-like properties in the CT network, along with stake positions, is presented in Table A.4 (see Appendix A).

Узлы с ядроподобными свойствами в матрице обратной корреляции CT присутствовали исключительно в лобных и височных долях во всех трех группах, и их топологическое распределение отличалось между группами. См. нижнюю панель фигуры 11 и таблицу A.4 в приложении A.Nodes with core-like properties in the CT inverse correlation matrix were exclusively present in the frontal and temporal lobes in all three groups, and their topological distribution differed between groups. See bottom panel of Figure 11 and Table A.4 in Annex A.

Ядра сети SASA network cores

Ядра в сети положительной корреляции SA показаны на фигуре 12, верхняя панель. В таблице A.5 (см. Приложение A) представлен список узлов и положений долей, классифицированных в соответствии с междолевым индексом участия и внутридолевой z-оценкой. Визуальное сравнение топологии ядра между группами показывает, что в левом полушарии было больше узлов с ядроподобными свойствами во всех диагностических группах. Однако у субъектов с HE было только одно ядро SA (левый островок головного мозга), тогда как в обеих группах заболеваний было больше ядер в каждой доле. В группе AD было вдвое больше ядер SA по сравнению с bvFTD (14 против 7). Неожиданно, группа bvFTD имела больше ядер SA в височной, чем в лобной доле (4 против 1), в то время как у субъекта с AD было больше лобных, чем височных ядер (6 против 4). У субъектов с AD было 3 ядра в теменной доле по сравнению с 1 у субъектов с bvFTD.The cores in the SA positive correlation network are shown in Figure 12, top panel. Table A.5 (see Appendix A) provides a list of nodes and stake positions classified according to inter-lobe participation index and intra-lobe z-score. A visual comparison of the nuclear topology between groups shows that there were more nodes with nucleus-like properties in the left hemisphere in all diagnostic groups. However, HE subjects had only one SA (left cerebral insula) nucleus, whereas both disease groups had more nuclei in each lobe. There were twice as many SA nuclei in the AD group as compared to bvFTD (14 versus 7). Unexpectedly, the bvFTD group had more SA nuclei in the temporal than in the frontal lobe (4 vs. 1), while the AD subject had more frontal than temporal nuclei (6 vs. 4). Subjects with AD had 3 nuclei in the parietal lobe compared to 1 in subjects with bvFTD.

Ядра в сети обратной корреляции СА присутствуют либо в лобной, либо в височной доле только во всех трех группах. Однако в группе HE было одно ядро в теменной (предклинье), а bvFTD имела два (нижне-теменная и парацентральная) (см. Таблицу A.5 в Приложении A). Интересно, что большинство ядер обратной корреляции SA при AD были обнаружены в лобной доле.The nuclei in the SA inverse correlation network are present in either the frontal or temporal lobes only in all three groups. However, the HE group had one nucleus in the parietal (precuneus) and bvFTD had two (infero-parietal and paracentral) (see Table A.5 in Appendix A). Interestingly, most SA inverse correlation nuclei in AD were found in the frontal lobe.

Топология сочетания толщины коры - площади поверхности корыTopology of combination of bark thickness - bark surface area

Силу сочетания между узлами CT и SA вычисляли поэлементным умножением соответствующих матриц корреляции CT и SA. На фигуре 13 показана сила сочетания CT/SA, визуализированная в пространстве мозга. Можно видеть, что у субъектов HE пары межполушарных гомологов показывают сопряженную корреляцию CT/SA. Напротив, сочетание CT/SA в группах с AD и bvFTD очень похоже друг на друга и отличается от группы HE. Обе группы bvFTD и AD показали большую связь между не гомологичными узлами в одном и том же и в контралатеральном полушариях. Междолевые корреляции также разительно различались между группами bvFTD и AD. В группе bvFTD большая часть междолевых корреляций CT/SA была обусловлена лобно-височными взаимодействиями. При AD большая часть междолевого взаимодействия CT/SA была обусловлена лобно-теменными взаимодействиями. Список ядер топологии сочетания CT/SA дан в таблице A.6 приложения A.The strength of the combination between CT and SA nodes was calculated by elementwise multiplication of the respective correlation matrices of CT and SA. Figure 13 shows the strength of the CT/SA combination visualized in brain space. It can be seen that in HE subjects, the interhemispheric homologue pairs show a conjugate correlation of CT/SA. On the contrary, the combination of CT/SA in the AD and bvFTD groups is very similar to each other and differs from the HE group. Both bvFTD and AD groups showed greater association between non-homologous nodes in the same and contralateral hemispheres. Interlobar correlations were also strikingly different between the bvFTD and AD groups. In the bvFTD group, most of the interlobar CT/SA correlations were due to frontotemporal interactions. In AD, most of the interlobar CT/SA interaction was due to fronto-parietal interactions. A list of CT/SA combination topology cores is given in Table A.6 of Annex A.

ОбсуждениеDiscussion

Базовые структурные корреляционные сети у субъектов, которым был поставлен клинический диагноз bvFTD или AD в трех крупных глобальных клинических испытаниях, были изучены и сравнивались со здоровыми пожилыми субъектами в хорошо охарактеризованной возрастной когорте. Для каждой группы, сети были построены на основе частичных корреляций между 68×68 парами областей поверхности коры (узлов) с точки зрения их толщины и площади поверхности. Принятый подход позволил провести систематический анализ как положительных, так и обратных сетевых корреляций в трех клинических контекстах. Обсуждаемые здесь способы и данные представляют собой первый систематический сравнительный анализ толщины и площади поверхности коры у большой популяции субъектов. Поскольку количество пациентов в трех группах должно было быть сопоставимым, общий размер исследования определяется количеством доступных субъектов с bvFTD. Поскольку это редкое заболевание, необходимо было, чтобы bvFTD компонент исследования был глобальным, с пациентами, поступающими из 70 исследовательских центров в 13 странах. Для 213 пациентов, включенных в исследование, это представляет собой самый большой массив данных МРТ у субъектов с bvFTD, доступный на данный момент. Чтобы соответствовать этому, 213 пациентов были случайным образом отобраны из гораздо большей группы из 1131 пациента с БА, прибывших из 116 центров в 12 странах для исследования TRx-237-005 и 128 центров в 16 странах для исследования TRx-237-015 (доступно, например, из US National Library of Medicine). 202 нормальных пожилых человека происходят из хорошо охарактеризованной возрастной когорты, которая была исследована продольно. Таким образом, представленные результаты являются надежными и могут считаться репрезентативными для международного населения, отвечающего принятым диагностическим критериям.Baseline structural correlation networks in subjects clinically diagnosed with bvFTD or AD in three large global clinical trials were examined and compared with healthy older subjects in a well-characterized age cohort. For each group, networks were constructed based on partial correlations between 68×68 pairs of cortical surface regions (nodes) in terms of their thickness and surface area. The approach adopted allowed a systematic analysis of both positive and inverse network correlations in three clinical contexts. The methods and data discussed herein represent the first systematic comparative analysis of cortical thickness and surface area in a large population of subjects. Since the number of patients in the three groups should have been comparable, the overall study size is determined by the number of available subjects with bvFTD. Because it is a rare disease, it was necessary that the bvFTD component of the study be global, with patients coming from 70 study sites in 13 countries. For the 213 patients included in the study, this represents the largest array of MRI data in subjects with bvFTD currently available. To match this, 213 patients were randomly selected from a much larger cohort of 1131 AD patients coming from 116 centers in 12 countries for study TRx-237-005 and 128 centers in 16 countries for study TRx-237-015 (available, e.g. from the US National Library of Medicine). The 202 normal elderly come from a well-characterized age cohort that was studied longitudinally. Thus, the results presented are reliable and can be considered representative of an international population meeting accepted diagnostic criteria.

Модулярность сетей по долямModularity of networks by shares

Было показано, что структурные корреляции в лобном, височном, теменном и затылочном отделах поверхности коры по своей сути модульны для обеих сетей, как толщины коры, так и площади поверхности. То есть, результаты подтверждают, что стандартные долевые отделы коры имеют общие атрибуты сетевой модулярности, так что они отличаются от того, что можно было бы ожидать в сопоставимой случайной сети. Модули высококластеризованных сетей придают свойства так называемой сети «тесного мира», и считается, что они обеспечивают оптимальный баланс между местной специализацией и глобальной интеграцией. Результаты, полученные у здоровых пожилых людей, сопоставимы с предыдущими исследованиями в меньшей и более молодой здоровой группе, выявляя лежащую в основе модульную архитектуру в сети регионарной сети корреляции толщины. Результаты также указывают на то, что присущая долеподобная модулярность сохраняется и в bvFTD, и в AD, что указывает на то, что общая долевая архитектура сетей сохраняется при наличии нейродегенеративных изменений. Как обсуждается ниже, это контрастирует с ядроподобной организацией сетей, которая изменяется в зависимости от болезни.Structural correlations in the frontal, temporal, parietal, and occipital cortical surfaces have been shown to be inherently modular for both networks, both cortical thickness and surface area. That is, the results confirm that the standard lobar cortex shares common attributes of network modularity, so that they differ from what would be expected in a comparable random network. Highly clustered network modules impart the properties of a so-called "small world" network, and are thought to strike an optimal balance between local specialization and global integration. The results in healthy older adults are comparable to previous studies in a smaller and younger healthy group, revealing an underlying modular architecture in the Regional Thickness Correlation Network. The results also indicate that the inherent lobe-like modularity is preserved in both bvFTD and AD, indicating that the overall lobar network architecture is preserved in the presence of neurodegenerative changes. As discussed below, this is in contrast to the core-like networking that varies with disease.

Сходство и отличия между AD и bvFTD относительно здоровых пожилых субъектовSimilarities and differences between AD and bvFTD relative to healthy elderly subjects

Было обнаружено, что сети морфологической корреляции для обеих групп пациентов (bvFTD и AD) сильно отличаются от соответствующей сети для здоровых пожилых людей. Обе группы показали поразительное увеличение общей силы корреляции в сетях толщины и площади поверхности по сравнению со здоровыми пожилыми людьми. Действие было более выраженным в сети толщины коры во всех долях как для положительной, так и для обратной корреляции. Это контрастирует со значительно более низкой силой корреляции, по сравнению с нормальной, для площади поверхности в лобной доле при AD и аналогичной по направлению разницей при bvFTD. Это может быть связано с большим количеством корреляций с широким частотным распределением при заболевании по сравнению с более редкими сетями, имеющими более узкое частотное распределение у здоровых пожилых людей. Помимо увеличения общей силы корреляции, количество внутридолевых положительных и обратных корреляций, измеренное степенью узла, было выше во всех долях в обеих группах деменции, чем у контрольных здоровых пожилых людей. Количество междолевых положительных корреляций по толщине, измеренное с помощью междолевого индекса участия, также было выше во всех долях. Количество внутридолевых и междолевых положительных корреляций площади поверхности также было больше и при bvFTD, и при AD, чем у здоровых пожилых людей в лобной, височной и теменной долях. Обе группы заболеваний также отличались от здоровых пожилых людей с точки зрения корреляций в сочетании между толщиной коры и площадью поверхности. Таким образом, оба заболевания характеризуются общим увеличением силы и степени структурной корреляции, происходящей как локально внутри долей, так и глобально между долями.The morphological correlation networks for both patient groups (bvFTD and AD) were found to be very different from the corresponding network for healthy older adults. Both groups showed a striking increase in the overall strength of correlation in thickness and surface area networks compared to healthy older adults. The action was more pronounced in the cortical thickness network in all lobes for both positive and inverse correlations. This contrasts with the significantly lower than normal correlation strength for frontal surface area in AD and the similarly directional difference in bvFTD. This may be due to the greater number of correlations with a wide frequency distribution in disease compared to the sparser networks with a narrower frequency distribution in healthy older adults. In addition to an increase in overall correlation strength, the number of intralobar positive and inverse correlations as measured by node degree was higher in all lobes in both dementia groups than in control healthy older adults. The number of interlobar positive thickness correlations, as measured by the interlobar participation index, was also higher in all lobes. The number of intralobar and interlobar positive surface area correlations was also greater in both bvFTD and AD than in healthy older adults in the frontal, temporal, and parietal lobes. Both disease groups also differed from healthy older adults in terms of correlations in the combination between cortical thickness and surface area. Thus, both diseases are characterized by a general increase in the strength and degree of structural correlation, occurring both locally within the lobes and globally between the lobes.

Сходство между двумя состояниями с точки зрения заметного увеличения общей силы и степени структурной корреляции может, по-видимому, поставить под сомнение клинические различия между bvFTD и AD, на которых основывалась классификация субъектов в исследовании. Действительно, не было различий между двумя состояниями с точки зрения общей толщины коры и площади поверхности. Однако между этими двумя состояниями имеется ряд важных сетевых различий. В сети толщины коры общая сила положительной корреляции была больше при bvFTD, чем при AD в лобной и височной долях, а сила обратной корреляции также была больше при bvFTD, чем при AD в лобной доле. Количество значительных положительных внутридолевых корреляций было выше при bvFTD, чем при AD в теменной и затылочной долях. Наоборот, количество положительных и обратных внутридолевых корреляций было больше при AD, чем при bvFTD в лобной и теменной долях. Большинство обратных корреляций в толщине коры и площади поверхности связано с межполушарными не гомологичными лобно-височными долями при bvFTD и лобно-теменными долями при AD.The similarity between the two conditions in terms of a marked increase in overall strength and degree of structural correlation may appear to call into question the clinical differences between bvFTD and AD on which the subject classification in the study was based. Indeed, there were no differences between the two states in terms of overall crustal thickness and surface area. However, there are some important network differences between the two states. In the cortical thickness network, the overall positive correlation strength was greater in bvFTD than in frontal and temporal AD, and the inverse correlation strength was also greater in bvFTD than in frontal AD. The number of significant positive intralobar correlations was higher with bvFTD than with AD in the parietal and occipital lobes. Conversely, the number of positive and inverse intralobar correlations was greater in AD than in bvFTD in the frontal and parietal lobes. Most of the inverse correlations in cortical thickness and surface area are associated with interhemispheric non-homologous frontotemporal lobes in bvFTD and frontoparietal lobes in AD.

Ядроподобная организация корреляционных сетей также существенно различалась в этих двух состояниях. Однако считается, что ядра сетевых соединителей должны обеспечивать сетевую интеграцию, в то время как периферические ядра обеспечивают сегрегацию сети. Было высказано предположение, что ядра обеспечивают приспосабливаемость к инсульту при нейродегенеративных расстройствах. Альтернативно, было высказано предположение, что ядра представляют собой локусы конкретной уязвимости. Поэтому было бы интересно изучить, как ядра изменяются в контексте нейродегенеративного заболевания. bvFTD характеризуется увеличением количества ядер толщины коры в лобной доле и уменьшением или устранением ядер в височной, теменной и затылочной долях. Наоборот, AD характеризуется ядрами, распределенными во всех долях, уменьшением количества ядер в лобной коре и увеличением количества ядер в височной и затылочной долях по сравнению с bvFTD. В сети положительной корреляции площади поверхности, у субъектов AD было в два раза больше ядер, чем при bvFTD, и топология этих ядер различалась. Таким образом, в целом AD характеризуется гораздо более распределенной структурой ядер в дегенеративных сетей и толщины, и площади поверхности, чем bvFTD. Наоборот, ядроподобная организация гораздо более локализована при bvFTD. Утверждается, что bvFTD является клиническим синдромом с очаговой, но гетерогенной атрофией, сосредоточенной вокруг ядер. Идентификация островковой области как одного из обратных сетевых ядер (как в группах bvFTD, так и в группах AD для сети CT) согласуется с недавним неожиданным открытием из диффузионной МРТ, согласно которому наблюдается увеличение коннективности ядроподобного волокна островка головного мозга при bvFTD. Ядра здоровой пожилой группы, с другой стороны, были тесно связаны внутри и между долями гомологичным образом и не были иначе связаны друг с другом. Различия в ядроподобной организации между AD и bvFTD указывают на различия в иерархии узловой уязвимости и в организации сетевых адаптаций, по-разному компенсирующих в двух состояниях. Таким образом, в отличие от долевой модулярности, которая сохраняется при нейродегенеративных заболеваниях, постоянная ядроподобная организация не сохраняется, подразумевая, что ранее существовавшие ядра не являются присущим структурным свойством организации сети коры.The core-like organization of the correlation networks also differed significantly in these two states. However, network connector cores are considered to provide network integration, while edge cores provide network segregation. It has been suggested that the nuclei provide adaptability to stroke in neurodegenerative disorders. Alternatively, it has been suggested that the cores represent the loci of a particular vulnerability. Therefore, it would be interesting to study how nuclei change in the context of a neurodegenerative disease. bvFTD is characterized by an increase in the number of nuclei of cortical thickness in the frontal lobe and a decrease or elimination of nuclei in the temporal, parietal, and occipital lobes. Conversely, AD is characterized by nuclei distributed in all lobes, a decrease in the number of nuclei in the frontal cortex, and an increase in the number of nuclei in the temporal and occipital lobes compared to bvFTD. In a network of positive surface area correlation, AD subjects had twice as many nuclei as in bvFTD, and the topology of these nuclei differed. Thus, in general, AD is characterized by a much more distributed structure of nuclei in degenerative networks of both thickness and surface area than bvFTD. Conversely, the nucleus-like organization is much more localized in bvFTD. bvFTD is said to be a clinical syndrome with focal but heterogeneous atrophy centered around the nuclei. The identification of the insular region as one of the reverse network nuclei (both in the bvFTD and AD groups for the CT network) is consistent with a recent and unexpected finding from diffusion MRI that there is an increase in insular nucleus-like fiber connectivity in bvFTD. The nuclei of the healthy elderly group, on the other hand, were closely related within and between lobes in a homologous manner and were not otherwise related to each other. Differences in core-like organization between AD and bvFTD indicate differences in the hierarchy of node vulnerability and in the organization of network adaptations that compensate differently in the two states. Thus, in contrast to the lobar modularity that is preserved in neurodegenerative diseases, a permanent nucleus-like organization is not preserved, implying that pre-existing nuclei are not an inherent structural property of cortical network organization.

Хотя AD также характеризуется изменениями толщины коры, они в целом менее выражены, чем при bvFTD, тогда как изменения площади поверхности более заметны при AD, позволяя предположить скоординированные изменения количества соседних пораженных столбцов. Эти различия согласуются с патологией bvFTD, затрагивающей интернейроны и астроциты, которые имеют более локализованные связи. Преобладание корреляций площади поверхности при AD согласуется с патологией, поражающей в первую очередь проводниковые кортико-кортикальные проекционные системы, опосредованные основными клетками. bvFTD отличается множеством важных аспектов от AD: при bvFTD нет холинергического дефицита, нет терапевтического эффекта от лечения ингибиторами ацетилхолинэстеразы или мемантином, bvFTD характеризуется выраженной астроцитарной патологией, нейроны, пораженные в новой коре, представляют собой преимущественно шипиковые интернейроны в слоях II и VI (пирамидальные клетки в слоях III и V преимущественно поражаются при AD) и зубчатой извилине гиппокампа (нейроны, пораженные при AD, находятся в СА 1-4, а не в зубчатой извилине), и bvFTD характеризуется повышенными уровнями глутамата в новой коре, а AD - нет. Однако ни одно из этих условий не дает простого объяснения различных схем распределения коррелированных структурных изменений, описанных в настоящем документе.Although AD is also characterized by changes in cortical thickness, these are generally less pronounced than in bvFTD, while changes in surface area are more prominent in AD, suggesting coordinated changes in the number of adjacent affected columns. These differences are consistent with the bvFTD pathology affecting interneurons and astrocytes, which have more localized connections. The predominance of surface area correlations in AD is consistent with the pathology primarily affecting the conductive cortico-cortical projection systems mediated by basal cells. bvFTD differs from AD in many important respects: bvFTD has no cholinergic deficit, no therapeutic effect from treatment with acetylcholinesterase inhibitors or memantine, bvFTD is characterized by severe astrocytic pathology, neurons affected in the neocortex are predominantly spiny interneurons in layers II and VI (pyramidal cells in layers III and V are predominantly affected in AD) and the dentate gyrus of the hippocampus (neurons affected in AD are in CA 1-4 rather than in the dentate gyrus), and bvFTD is characterized by increased levels of glutamate in the neocortex, while AD is not. However, none of these conditions provide a simple explanation for the various patterns of distribution of correlated structural changes described herein.

Глобальный характер и значимость сетевых изменений при деменцииThe global nature and significance of network changes in dementia

Общая картина, которая складывается из двух изученных групп заболеваний, заключается в том, что сетевая архитектура изменяется скоординированным образом во всем мозге в отношении как положительных, так и обратных корреляций. Это удивительно, учитывая, что нейродегенеративные процессы в этих двух состояниях обычно считаются анатомически ограниченными лобной и височной долями в случае bvFTD и височной и теменной долями при AD. Скорее, сетевой анализ предполагает, что в обоих состояниях есть изменения сетей толщины коры и площади поверхности, которые влияют на все доли в глобальном масштабе, но есть различия в анатомической топологии изменений. Известно, что патология агрегации как тау-белка, так и TDP-43, распространяется прионоподобным образом, при этом патология в пораженной популяции нейронов может инициировать патологию в связанной, но ранее не затронутой популяции нейронов. Поэтому положительные корреляции могут частично отражать распространение патологии в существующих нормальных сетях, в результате чего существующие функциональные сети поражаются или сохраняются вместе. Альтернативно, такие корреляции могут выражать функциональные зависимости, так что потеря функции в одном члене партнерства приводит к параллельной утрате функции у партнера, обычно функционально синхронизированного с затронутым узлом. Эта интерпретация согласуется с предыдущей работой по корреляциям толщины коры у здоровых взрослых людей, где было обнаружено, что положительные корреляции сходятся со связями аксонов на основе диффузии.The overall picture that emerges from the two disease groups studied is that the network architecture changes in a coordinated manner throughout the brain with respect to both positive and inverse correlations. This is surprising given that the neurodegenerative processes in these two conditions are generally considered to be anatomically limited to the frontal and temporal lobes in the case of bvFTD and to the temporal and parietal lobes in AD. Rather, network analysis suggests that in both states there are changes in networks of cortical thickness and surface area that affect all lobes globally, but there are differences in the anatomical topology of the changes. The aggregation pathology of both tau and TDP-43 is known to propagate in a prion-like manner, whereby pathology in an affected population of neurons can initiate pathology in an associated but previously unaffected population of neurons. Therefore, positive correlations may partly reflect the spread of pathology in existing normal networks, whereby existing functional networks are affected or kept together. Alternatively, such correlations may express functional dependencies such that a loss of function in one member of a partnership results in a parallel loss of function in a partner, typically functionally synchronized with the affected node. This interpretation is consistent with previous work on cortical thickness correlations in healthy adults, where positive correlations were found to converge with diffusion-based axon connections.

Обсуждаемая здесь работа впервые подчеркивает важность сетей обратной корреляции. Следует отметить, что поскольку обратные корреляции, наблюдаемые при обоих нейродегенеративных расстройствах, отражают в первую очередь междолевые не гомологичные ассоциации, они не были бы обнаружены при использовании только долевого подхода к анализу. В частности, появление этих не гомологичных обратных междолевых корреляций и их повышенная сила представляет собой наиболее четкое общее различие между нейродегенеративным заболеванием и нормальным старением. Наоборот, нормальный стареющий мозг характеризуется значительно более слабыми гомологичными положительными корреляциями. Привлекательная гипотеза состоит в том, что по мере того, как определенные узлы становятся функционально нарушенными, другие, еще не затронутые узлы, компенсируют это, подчеркивая не гомологичные ассоциации в заболевании. Это означало бы, что наблюдаемая основная реорганизация структурной сети может иметь частично адаптивный характер. Структурная пластичность была продемонстрирована в других контекстах, а функциональная компенсация, как известно, происходит при очаговом заболевании.The work discussed here highlights for the first time the importance of inverse correlation networks. It should be noted that since the inverse correlations observed in both neurodegenerative disorders primarily reflect interlobar non-homologous associations, they would not have been detected using a share-only analysis approach. In particular, the emergence of these non-homologous inverse interlobar correlations and their increased strength represent the clearest overall difference between neurodegenerative disease and normal aging. Conversely, the normal aging brain is characterized by significantly weaker homologous positive correlations. An attractive hypothesis is that as certain nodes become functionally impaired, other unaffected nodes compensate by emphasizing non-homologous associations in the disease. This would mean that the observed basic reorganization of the structural network could be partly adaptive. Structural plasticity has been demonstrated in other contexts, and functional compensation is known to occur in focal disease.

Обсуждаемая здесь работа представляет собой первое сравнительное исследование аномалий сети структурной корреляции при bvFTD и AD по сравнению со здоровым старением. Эти корреляции возникают как из-за положительных, так и из-за обратно связанных изменений толщины коры и площади поверхности в двух болезненных состояниях, которые сильно отличаются от тех, которые наблюдаются у нормальных пожилых людей. Изменения, наблюдаемые при заболевании, носят глобальный характер и не ограничиваются лобно-височной и височно-теменной долями, соответственно, при bvFTD и AD. Скорее, они, по-видимому, представляют собой структурные адаптации к нейродегенерации, которые различаются при этих двух состояниях. Кроме того, все корреляционные сети показали весьма отличающуюся ядроподобную организацию, которая отличается как от нормальной, так и от двух форм деменции. В отличие от долевой организации сетей, которая остается постоянной при болезни, ядроподобная организация меняется в зависимости от основной патологии. Это означает, что ядроподобная организация не является фиксированной особенностью мозга, и попытки объяснить болезнь в терминах ядер могут быть неадекватными. Задокументированные различия между AD и bvFTD подтверждают, что клинические различия в двух популяциях с деменцией соответствуют систематическим различиям в основной сетевой структуре коры головного мозга. Топологические различия в толщине и площади поверхности при ядроподобной организации, а также лежащие в основе сети положительной и обратной корреляции могут стать основой для разработки аналитических инструментов, помогающих в дифференциальной диагностике при этих двух состояниях, которые трудно различать по чисто клиническим критериям.The work discussed here represents the first comparative study of structural correlation network anomalies in bvFTD and AD compared with healthy aging. These correlations arise from both positive and inversely related changes in cortical thickness and surface area in two disease states that are very different from those seen in normal older adults. The changes observed in the disease are global in nature and are not limited to the frontotemporal and temporoparietal lobes, respectively, in bvFTD and AD. Rather, they appear to represent structural adaptations to neurodegeneration that differ between the two conditions. In addition, all correlation networks showed a very different core-like organization that differs from both normal and the two forms of dementia. In contrast to the lobar organization of networks, which remains constant during disease, the nucleus-like organization changes depending on the underlying pathology. This means that nucleus-like organization is not a fixed feature of the brain, and attempts to explain disease in terms of nuclei may be inadequate. The documented differences between AD and bvFTD confirm that the clinical differences in the two populations with dementia correspond to systematic differences in the underlying network structure of the cerebral cortex. The topological differences in thickness and surface area in the nucleus-like organization, and the underlying network of positive and inverse correlations, could form the basis for the development of analytical tools to aid in the differential diagnosis of these two conditions, which are difficult to distinguish on purely clinical criteria.

Применение матриц корреляции для определения ответа группы пациентов на нейрофармакологическое вмешательствоApplication of correlation matrices to determine the response of a group of patients to neuropharmacological intervention

Обсуждаемые выше способы используют для определения ответа группы пациентов на нейрофармакологическое вмешательство.The methods discussed above are used to determine the response of a group of patients to a neuropharmacological intervention.

На фигурах 17A - 17D изображены матрицы корреляции для двух групп пациентов: тех, кто лечится симптоматическими лекарствами от AD (ингибитором холинэстеразы и/или мемантином; ach1 в подписях к чертежам), и тех, кто не лечится (ach0 в подписях к чертежам). Субъектов ранжируют по шкале клинической оценки деменции (CDR) от 0,5, 1 или 2. На фигуре 17A представлена матрица корреляции толщины коры на исходном уровне (т.е. неделя 0) для 96 субъектов с диагнозом AD, которые не получали симптоматического лечения. Наоборот, на фигуре 17B представлена матрица корреляции толщины коры в исходном уровне для 445 субъектов с диагнозом AD, которые получают симптоматическое лечение. На фигуре 17C представлена матрица корреляции площади поверхности на исходном уровне для 96 субъектов с диагнозом AD, которые не получали симптоматическое лечение, а на фигуре 17D представлена матрица корреляции площади поверхности на исходном уровне для 445 пациентов с диагнозом AD, которые получают симптоматическое лечение.Figures 17A-17D depict correlation matrices for two patient populations: those treated with symptomatic AD drugs (cholinesterase inhibitor and/or memantine; ach1 in the legends) and those not being treated (ach0 in the legends). Subjects are ranked on a clinical rating scale for dementia (CDR) of 0.5, 1, or 2. Figure 17A presents a cortical thickness correlation matrix at baseline (i.e., week 0) for 96 subjects diagnosed with AD who received no symptomatic treatment . Conversely, Figure 17B presents a correlation matrix of cortical thickness at baseline for 445 subjects diagnosed with AD who are receiving symptomatic treatment. Figure 17C is a surface area correlation matrix at baseline for 96 subjects diagnosed with AD who were not treated symptomatically, and Figure 17D is a surface area correlation matrix at baseline for 445 AD patients who were treated symptomatically.

Как видно из фигур 17A - 17D, симптоматическое лечение AD вызывает значительное увеличение междолевых не гомологичных сетей обратной корреляции (синий цвет на фигурах 17B и 17D) по сравнению с пациентами, не получавшими лечения (фигуры 17A и 17C). Это особенно заметно для сетей площади поверхности.As seen in Figures 17A-17D, symptomatic treatment of AD causes a significant increase in interlobar non-homologous inverse correlation networks (blue in Figures 17B and 17D) compared to untreated patients (Figures 17A and 17C). This is especially noticeable for surface area networks.

Эти связи представляют собой обратные корреляции, где уменьшение объема или площади поверхности пораженной области в конкретном узле (обычно расположенном в задних отделах мозга) статистически значимо коррелирует со связанным узлом, где наблюдается соответствующее увеличение объема или площади поверхности. Как обсуждалось выше, наличие этих не гомологичных обратных корреляций указывает на нейродегенеративное заболевание и, наиболее вероятно, представляет собой лобную компенсацию задней дисфункции, возникающей в результате патологии. Симптоматическое лечение AD вызывает усиление этих не гомологичных компенсаторных связей.These associations are inverse correlations, where a decrease in the volume or surface area of the affected area in a particular node (usually located in the posterior regions of the brain) is statistically significantly correlated with the associated node, where there is a corresponding increase in volume or surface area. As discussed above, the presence of these non-homologous inverse correlations is indicative of a neurodegenerative disease and most likely represents frontal compensation for posterior dysfunction resulting from the pathology. Symptomatic treatment of AD causes an increase in these non-homologous compensatory connections.

На фигурах 18A-18D представлены графики не гомологичных междолевых степеней узла (как обсуждалось выше) для, соответственно, толщины коры - положительных корреляций, толщины коры - обратных корреляций, площади поверхности - положительных корреляций и площади поверхности - обратных корреляций. Как видно из этих графиков, количество значимых не гомологичных междолевых компенсаторных обратных корреляций значительно увеличивается при симптоматическом лечении AD.Figures 18A-18D are plots of non-homologous interlobar node degrees (as discussed above) for cortical thickness-positive correlations, cortical thickness-inverse correlations, surface area-positive correlations, and surface area-inverse correlations, respectively. As can be seen from these graphs, the number of significant non-homologous interlobar compensatory inverse correlations increases significantly with symptomatic treatment of AD.

На фигурах 19A и 19B показаны матрицы корреляции толщины коры, основанные на структурных неврологических данных, которые временно разделены. На фигуре 19A представлена матрица корреляции толщины коры на неделе 0 (т.е. на исходном уровне) для группы из 445 пациентов с диагнозом AD, которые получают симптоматическое лечение AD. На фигуре 19B представлена матрица корреляции толщины коры на 65 неделе для той же группы из 445 пациентов с диагнозом AD. В течение промежуточного периода группу также лечили мезилатом лейкометилтиониния (LMTM; название USAN: мезилат гидрометилтионина), ингибитором агрегации тау-белка, в дозировке 8 мг/день (здесь и далее 4 мг дважды в день). Как можно видеть, LMTM оказывает минимальное влияние на сети структурных корреляций у пациентов, получающих симптоматическое лечение AD.Figures 19A and 19B show cortical thickness correlation matrices based on structural neurological data that are temporally separated. Figure 19A is a cortical thickness correlation matrix at week 0 (ie, at baseline) for a group of 445 patients diagnosed with AD who are receiving symptomatic treatment for AD. Figure 19B is a cortical thickness correlation matrix at 65 weeks for the same cohort of 445 patients diagnosed with AD. During the interim period, the group was also treated with leucomethylthioninium mesylate (LMTM; USAN name: hydromethylthionine mesylate), a tau protein aggregation inhibitor, at a dosage of 8 mg/day (hereinafter 4 mg twice daily). As can be seen, LMTM has minimal impact on structural correlation networks in patients receiving symptomatic AD treatment.

На фигурах 20A-20D представлены графики не гомологичной междолевой степени узла по сравнению между неделей 0 и неделей 65 в группе ach1 (одновременное принимающей симптоматическое лечение AD) для, соответственно, толщины коры - положительных корреляций, толщины коры - обратных корреляций, площади поверхности - положительных корреляций и площади поверхности - обратных корреляций. Как можно видеть, имеется минимальное общее действие LMTM, как дополнения, на корреляционные структуры мозговой сети в течение 65 недель. Важно отметить, что это внутрикогортный анализ, при котором пациенты на исходном уровне служат своим собственным контролем изменений, происходящих после 65 недель лечения LMTM.Figures 20A-20D are graphs of non-homologous interlobar nodule grade compared between week 0 and week 65 in the ach1 group (simultaneously receiving symptomatic AD treatment) for, respectively, cortical thickness - positive correlations, cortical thickness - inverse correlations, surface area - positive correlations and surface area - inverse correlations. As can be seen, there is a minimal overall effect of LMTM, as a supplement, on brain network correlation structures at 65 weeks. Importantly, this is an intra-cohort analysis with patients at baseline serving as their own control for changes occurring after 65 weeks of LMTM treatment.

На фигурах 21A и 21B показаны матрицы корреляции толщины коры, основанные на структурных неврологических данных, которые временно разделены. На фигуре 21A представлена матрица корреляции толщины коры на неделе 0 (т.е. на исходном уровне) для группы из 96 пациентов с диагнозом AD, которые принимали LMTM в качестве монотерапии в дозировке 8 мг/день. На фигуре 21B представлена матрица корреляции толщины коры на 65 неделе для той же группы из 96 пациентов с диагнозом AD. 96 пациентов в этой когорте не получали симптоматического лечения AD в сочетании с LMTM. Как можно видеть, LMTM в качестве монотерапии приводит к значительному снижению корреляций толщины, как внутридолевых (положительных), так и междолевых компенсаторных (обратных) корреляций. Это внутрикогортный анализ, где пациенты на исходном уровне служат своим собственным контролем изменений, происходящих после 65 недель лечения LMTM.Figures 21A and 21B show cortical thickness correlation matrices based on structural neurological data that are temporally separated. Figure 21A is a cortical thickness correlation matrix at week 0 (ie, at baseline) for a cohort of 96 AD patients treated with LMTM as monotherapy at a dosage of 8 mg/day. Figure 21B is a cortical thickness correlation matrix at 65 weeks for the same cohort of 96 patients diagnosed with AD. Ninety-six patients in this cohort received no symptomatic treatment for AD in combination with LMTM. As can be seen, LMTM as a monotherapy results in a significant reduction in thickness correlations, both intralobar (positive) and interlobar compensatory (inverse) correlations. This is an intra-cohort analysis where patients at baseline serve as their own control for changes occurring after 65 weeks of LMTM treatment.

На фигурах 22A и 22B представлены графики междолевой степени узла в сравнении между неделей 0 и неделей 65 в группе ach0 для толщины коры - положительных корреляций и толщины коры - обратных корреляций. Графики показывают очень значимое действие LMTM в дозе 8 мг/день в качестве монотерапии на количество междолевых корреляций в группе AD. Значительное уменьшение количества положительных и обратных не гомологичных корреляций толщины коры наблюдается через 65 недель. Вероятно, это связано с нормализацией функции нейронов в задних отделах головного мозга, в результате чего LMTM уменьшает патологию и уменьшает дисфункцию нейронов, возникающую из-за патологии, тем самым уменьшая потребность в компенсаторном воздействии от не пораженных или менее пораженных лобных областей мозга.Figures 22A and 22B are graphs of the interlobar node degree compared between week 0 and week 65 in the ach0 group for cortical thickness - positive correlations and cortical thickness - inverse correlations. The graphs show a very significant effect of LMTM at 8 mg/day as monotherapy on the number of interlobar correlations in the AD group. A significant decrease in the number of positive and inverse non-homologous correlations of cortical thickness is observed after 65 weeks. This is likely due to the normalization of neuronal function in the posterior regions of the brain, whereby LMTM reduces pathology and reduces neuronal dysfunction due to pathology, thereby reducing the need for compensatory input from unaffected or less affected frontal areas of the brain.

На фигурах 23A и 23B показаны матрицы корреляции площади поверхности и толщины, основанные на структурных неврологических данных, которые временно разделены. На фигуре 23A представлена матрица корреляции площади поверхности на неделе 0 (т.е. исходном уровне) для группы из 96 пациентов с диагнозом AD, которые продолжали принимать LMTM в качестве монотерапии в дозировке 8 мг/день. На фигуре 23B представлена матрица корреляции площади поверхности на 65 неделе для той же группы из 96 пациентов с диагнозом AD. 96 пациентов в этой когорте не принимали сопутствующее симптоматическое лечение AD. Как можно видеть, LMTM в качестве монотерапии приводит к значительному снижению корреляций площади поверхности, как внутридолевых (положительных), так и междолевых компенсаторных (обратных) корреляций. Это внутрикогортный анализ, в соответствии с которым пациенты на исходном уровне служат своим собственным контролем изменений, происходящих после 65 недель лечения LMTM.Figures 23A and 23B show surface area and thickness correlation matrices based on structural neurological data that are temporally separated. Figure 23A shows the surface area correlation matrix at week 0 (ie, baseline) for a group of 96 patients diagnosed with AD who continued to take LMTM as monotherapy at a dosage of 8 mg/day. Figure 23B shows the surface area correlation matrix at week 65 for the same cohort of 96 patients diagnosed with AD. Ninety-six patients in this cohort were not receiving concomitant symptomatic AD treatment. As can be seen, LMTM as monotherapy results in a significant reduction in surface area correlations, both intralobar (positive) and interlobar compensatory (inverse) correlations. This is an intra-cohort analysis in which patients at baseline serve as their own control for changes occurring after 65 weeks of LMTM treatment.

На фигурах 24A и 24B представлены собой графики не гомологичной междолевой степени узла по сравнению между неделей 0 и неделей 65 в группе ach0 для площади поверхности - положительных корреляций и площади поверхности - обратных корреляций. Графики показывают значительное действие 8 мг/день LMTM в качестве монотерапии на количество междолевых корреляций в группе AD. Примечательно, что через 65 недель наблюдается значительное сокращение числа положительных и обратных/компенсаторных корреляций площади поверхности.Figures 24A and 24B are plots of non-homologous interlobar node degree compared between week 0 and week 65 in the ach0 group for surface area positive correlations and surface area negative correlations. Graphs show a significant effect of 8 mg/day LMTM as monotherapy on the number of interlobar correlations in the AD group. Notably, after 65 weeks, there is a significant reduction in the number of positive and inverse/compensatory surface area correlations.

На фигурах 25A-25D показаны матрицы корреляции толщины коры в сравнении между 96 пациентами из группы AD (с CDR 0,5, 1 или 2) на исходном уровне и на 65 неделе по сравнению с 202 пациентами из контрольной группы здоровых пожилых людей. Как можно видеть, LMTM в дозе 8 мг/день в качестве монотерапии приближает сети толщины коры к норме.Figures 25A-25D show cortical thickness correlation matrices compared between 96 AD patients (with CDR 0.5, 1, or 2) at baseline and at 65 weeks versus 202 healthy elderly controls. As can be seen, LMTM at a dose of 8 mg/day as monotherapy approximates the cortical thickness networks to normal.

На фигурах 26A-26D показаны матрицы корреляции площади поверхности в сравнении между 96 пациентами из группы AD (с CDR 0,5, 1 или 2) на исходном уровне и на 65 неделе по сравнению с контрольной группой из 202 здоровых пожилых пациентов. Как можно видеть, LMTM в дозе 8 мг/день в качестве монотерапии нормализует сети площади поверхности.Figures 26A-26D show surface area correlation matrices compared between 96 AD patients (with CDR 0.5, 1, or 2) at baseline and at week 65 compared to a control group of 202 healthy elderly patients. As can be seen, LMTM at a dose of 8 mg/day as monotherapy normalizes surface area networks.

На фигурах 27A-27D показаны матрицы корреляции толщины коры в сравнении между группой из 54 пациентов с AD с CDR 0,5 только на исходном уровне и на 65 неделе по сравнению с контрольной группой из 202 здоровых пожилых пациентов. Как можно видеть, LMTM в дозе 8 мг/день в качестве монотерапии снижает количество обратных/компенсаторных не гомологичных корреляций, которые становятся эквивалентными нормальному контролю пожилого возраста.Figures 27A-27D show cortical thickness correlation matrices compared between a group of 54 AD patients with a CDR of 0.5 at baseline alone and at 65 weeks compared to a control group of 202 healthy elderly patients. As can be seen, LMTM at a dose of 8 mg/day as monotherapy reduces the number of inverse/compensatory non-homologous correlations, which become equivalent to the normal control of old age.

На фигурах 28A-28D показаны матрицы корреляции площади поверхности в сравнении между группой из 54 пациентов с AD с CDR 0,5 только на исходном уровне и на 65 неделе по сравнению с контрольной группой из 202 здоровых пожилых пациентов. Как можно видеть, LMTM в дозе 8 мг/день в качестве монотерапии снижает количество обратных/компенсаторных негомологичных корреляций до эквивалентных или более низких, чем у нормальной контрольной группы пожилых людей.Figures 28A-28D show surface area correlation matrices compared between a group of 54 AD patients with a CDR of 0.5 at baseline alone and at week 65 compared to a control group of 202 healthy elderly patients. As can be seen, LMTM at a dose of 8 mg/day as monotherapy reduces the number of inverse/compensatory non-homologous correlations to be equivalent or lower than in a normal control group of elderly people.

В общем, анализ сети структурной корреляции, рассмотренный выше, показывает появление крайне аномальных обратных не гомологичных междолевых корреляций при AD и bvFTD. Предполагается, что они представляют собой компенсаторный вклад из лобных областей мозга, не затронутых или менее затронутых болезнью. Симптоматическое лечение и LMTM действуют принципиально по-разному при AD с точки зрения сети структурных корреляций. Симптоматическое лечение вызывает значительное увеличение компенсаторных сетей. LMTM в качестве монотерапии снижает потребность в этих компенсаторных сетях за счет уменьшения первичной патологии, тем самым позволяя пораженным нейронам функционировать более нормально. Эти результаты подтверждают, что аномальные обратные не гомологичные корреляции, наблюдаемые при нейродегенеративных заболеваниях, таких как AD, носят адаптивный характер, поскольку они могут быть обращены или ослаблены средством лечения, модифицирующим заболевание, но не симптоматическим средством лечения AD. Эффекты наблюдаются в пределах когорты до/после анализа, в котором субъекты на исходном уровне служат своим собственным контролем изменений, происходящих после лечения LMTM в дозе 8 мг/день в качестве монотерапии в течение 65 недель. Эти анализы гораздо более чувствительны к эффектам лечения, чем грубые анализы объема всего мозга или долей мозга. Кроме того, как будет обсуждаться ниже, результаты, полученные с точки зрения сетей структурной корреляции, согласуются с функциональными эффектами, наблюдаемыми с помощью методов анализа электроэнцефалографией с перенормируемой частной направленной когерентностью.In general, the structural correlation network analysis discussed above shows the occurrence of highly anomalous inverse non-homologous interlobar correlations in AD and bvFTD. It is hypothesized that they represent a compensatory contribution from the frontal areas of the brain not affected or less affected by the disease. Symptomatic treatment and LMTM act fundamentally differently in AD in terms of a network of structural correlations. Symptomatic treatment causes a significant increase in compensatory networks. LMTM as a monotherapy reduces the need for these compensatory networks by reducing primary pathology, thereby allowing affected neurons to function more normally. These results confirm that the abnormal inverse non-homologous correlations observed in neurodegenerative diseases such as AD are adaptive in that they can be reversed or attenuated by a disease-modifying treatment, but not by a symptomatic AD treatment. Effects are observed within a pre/post cohort analysis in which subjects at baseline serve as their own control for changes occurring after treatment with LMTM at 8 mg/day as monotherapy for 65 weeks. These analyzes are much more sensitive to the effects of treatment than are rough analyzes of whole brain volume or lobes of the brain. In addition, as will be discussed below, the results obtained in terms of structural correlation networks are consistent with the functional effects observed with renormalized partial directional coherence electroencephalography analysis methods.

Структурная/функциональная корреляция с применением электроэнцефалографии (ЭЭГ)Structural/functional correlation using electroencephalography (EEG)

Сетевые подходы с перенормируемой частной направленной когерентностью (rPDC) к данным ЭЭГ позволяют определять направление и силу электрической активности в головном мозге, которая должна быть исследована с использованием сетевого подхода. Это обсуждается, например, в WO 2017/118733 (полное содержимое которой включено в настоящий документ по этой ссылке). На фигуре 29 показан пример необработанных данных ЭЭГ, а на фигуре 30 показан пример сети rPDC, полученной на основе собранных данных ЭЭГ.Renormalizable partial directional coherence (rPDC) network approaches to EEG data allow determination of the direction and strength of electrical activity in the brain, which should be investigated using a network approach. This is discussed, for example, in WO 2017/118733 (whose full content is incorporated herein at this link). Figure 29 shows an example of raw EEG data, and Figure 30 shows an example of an rPDC network derived from the collected EEG data.

Полученная сеть, как показано на фигуре 30, содержит ряд узлов, указывающих приблизительные местоположения в мозге (фигура нарисована схематично, глядя на голову сверху вниз, а треугольник наверху указывает на нос). Расположение узлов определяется размещением электродов на поверхности кожи головы, которые используются для получения данных ЭЭГ, таких как показаны на фигуре 29. Направленные соединения между узлами указывают на поток электрической активности от одного узла к другому в пределах мозга.The resulting network, as shown in Figure 30, contains a number of nodes indicating approximate locations in the brain (the figure is drawn schematically looking down at the head, with the triangle at the top indicating the nose). The location of the nodes is determined by the placement of electrodes on the surface of the scalp, which are used to obtain EEG data, such as those shown in Figure 29. Directional connections between nodes indicate the flow of electrical activity from one node to another within the brain.

Путем подсчета количества направленных соединений в данный узел и из него и/или измерения их относительной силы, можно определить, является ли узел акцептором (и имеет больше и/или более сильные соединений на входе, чем на выходе) или донором (и имеет больше и/или более сильные соединения на выходе, чем на входе). Это схематично показано на фигуре 31, где количество/сила входящих направленных соединений вычитается из количества/силы исходящих направленных соединений. Таким образом, в крайнем случае, если разность отрицательная, то узел действует как чистый донор, а если она положительна, узел действует как сетевой акцептор. В более общем плане, как можно увидеть на графике, показанном на фигуре 40, более низкие значения указывают на большее количество/более сильные исходящие соединения, а более высокие значения указывают на большее количество/более сильные входящие соединения.By counting the number of directional connections to and from a given node and/or measuring their relative strength, it can be determined whether the node is an acceptor (and has more and/or stronger connections at the input than at the output) or a donor (and has more and /or stronger connections at the output than at the input). This is shown schematically in Figure 31 where the number/strength of incoming directional connections is subtracted from the number/strength of outgoing directional connections. Thus, in the extreme case, if the difference is negative, then the node acts as a net donor, and if it is positive, the node acts as a network acceptor. More generally, as can be seen in the graph shown in Figure 40, lower values indicate more/stronger outgoing connections and higher values indicate more/stronger incoming connections.

После определения разности между входящим и исходящим соединением для всех узлов можно затем получить тепловую карту, показывающую расположение и интенсивность акцепторов и доноров в мозге пациента. Это может включать стадию определения каждого узла как акцептора или донора. Пример такой тепловой карты показан на фигуре 32. В этом примере синие области (стрелка A) указывают на большее количество исходящих соединений и, следовательно, содержат больше донорных узлов, тогда как красные/желтые области (стрелка B) указывают на большее количество входящих соединений и, следовательно, содержат больше акцепторных узлов. Такой тип тепловой карты можно назвать «отпечатком мозга».After determining the difference between the incoming and outgoing connection for all nodes, a heat map can then be obtained showing the location and intensity of acceptors and donors in the patient's brain. This may include the step of identifying each node as an acceptor or donor. An example of such a heatmap is shown in Figure 32. In this example, blue areas (arrow A) indicate more outgoing connections and therefore contain more donor nodes, while red/yellow areas (arrow B) indicate more incoming connections and , therefore, contain more acceptor nodes. This type of heat map can be called a "brain print".

Фигура 33 иллюстрирует визуализацию асимметрии на тепловой карте с фигуры 32, где сравнивается количество доноров и акцепторов с обеих сторон. Более высокая разность доноров и акцепторов между левой и правой сторонами тепловой карты отображается желтым (стрелка A), тогда как меньшая разность отображается черным (стрелка B).Figure 33 illustrates the asymmetry visualization on the heat map from Figure 32, which compares the number of donors and acceptors on both sides. A higher difference of donors and acceptors between the left and right sides of the heatmap is shown in yellow (arrow A), while a smaller difference is shown in black (arrow B).

Обсуждаемые выше способы используют для анализа данных, полученных от 329 субъектов, разделенных на 167 диагностированных субъектов (DS) и 162 парных добровольца (PV) при их первоначальной оценке (посещение 1):The methods discussed above are used to analyze data from 329 subjects divided into 167 diagnosed subjects (DS) and 162 paired volunteers (PV) at their initial evaluation (Visit 1):

DS СРЕДНЕЕ (СО)DS AVERAGE (CO) PV СРЕДНЕЕ (СО)PV AVERAGE (SD) Возраст (при 1 посещении)Age (at 1 visit) 70,23 (9,10)70.23 (9.10) 69,18 (11,21)69.18 (11.21) ПолFloor M: 80, Ж: 87M: 80, W: 87 M: 75, Ж: 87M: 75, W: 87 MMSE 1 посещениеMMSE 1 visit 23,29 (2,60)23.29 (2.60) 28,80 (0,99)28.80 (0.99) ADAS-Cog V1ADAS-Cog V1 16,26 (7,21)16.26 (7.21) 6,04 (2,81)6.04 (2.81) CDRCDR 0,62 (0,22)0.62 (0.22) 0,06 (0,16)0.06 (0.16)

MMSE - Краткая шкала оценки психического статуса; ADAS-Cog - Шкала оценки болезни Альцгеймера - когнитивная подшкалаMMSE - Mini Mental Status Scale; ADAS-Cog - Alzheimer's Disease Assessment Scale - Cognitive Subscale

Как можно видеть, у диагностированных субъектов значительно больше когнитивных нарушений по психометрическим шкалам MMSE и ADAS-Cog, а также они имеют более высокую оценку по общей шкале клинической оценки деменции (CDR). В остальном нет никаких различий в возрастном или половом распределении.As can be seen, the diagnosed subjects have significantly more cognitive impairment on the MMSE and ADAS-Cog psychometric scales, and they also score higher on the overall dementia clinical rating scale (CDR). Otherwise, there are no differences in age or sex distribution.

На фигуре 34 показана тепловая карта, отображающая расположение акцепторов и доноров в головном мозге группы диагностированных субъектов на исходном уровне. Стрелка A указывает область синих областей, которые содержат больше/более сильные доноры, а стрелка B указывает красные области, которые содержат больше/более сильные акцепторы. На фигуре 35 показана тепловая карта, на которой показано расположение акцепторов и доноров в головном мозге группы парных добровольцев. При сравнении двух изображений становится ясно, что пациенты с AD имеют значительно более сильные доноры (т.е. больше/более сильные исходящие соединения, показанные синим цветом) в их лобных долях и значительно более сильные акцепторы (т.е. больше/более сильные входящие соединения, показаны красным/оранжевым) в задней теменной, височной и затылочной долях, чем парные добровольцы.Figure 34 shows a heat map showing the location of acceptors and donors in the brain of a group of diagnosed subjects at baseline. Arrow A indicates a region of blue regions that contain more/stronger donors and arrow B indicates red regions that contain more/stronger acceptors. Figure 35 is a heat map showing the location of acceptors and donors in the brain of a group of paired volunteers. When comparing the two images, it is clear that AD patients have significantly stronger donors (i.e., more/stronger outgoing connections, shown in blue) in their frontal lobes and significantly stronger acceptors (i.e., more/stronger input connections, shown in red/orange) in the posterior parietal, temporal, and occipital lobes than paired volunteers.

Классификатор м машинным обучением был обучен на массиве данных, предоставленных 329 субъектами, описанными выше. В каждом случае для подготовки сети rPDC использовали данные ЭЭГ с β-диапазоном от 100 секунд активности мозга в состоянии покоя с закрытыми глазами. Затем с помощью классификатора с машинным обучением все 329 субъектов были классифицированы либо как AD, либо как парные добровольцы (PV) с точностью 95%. Более того, классификатор с машинным обучением может использоваться для оценки вероятности того, что у субъекта есть AD, что позволяет принимать больше, чем просто двоичное решение. Например, субъект, тепловая карта которого показана на фигуре 36, имеет AD. То, что пациент имеет AD выявлено при клинической диагностике. Классификатор с машинным обучением оценил с вероятностью 99%, что у пациента есть AD, и, таким образом, правильно классифицировал этого субъекта. На фигуре 37 представлен другой пример тепловой карты пациента, у которого в результате клинической диагностики обнаружена AD. В этом случае классификатор с машинным обучением оценил, что существует 63% вероятность того, что у пациента есть AD, и (следовательно) 37% вероятность того, что у пациента нет AD. Эта информация может быть использована для определения предрасположенности пациента к AD, если клинический диагноз не поставлен. The machine learning classifier was trained on the dataset provided by the 329 subjects described above. In each case, β-range EEG data from 100 seconds of brain activity at rest with eyes closed was used to prepare the rPDC network. Then, using a machine learning classifier, all 329 subjects were classified as either AD or Paired Volunteers (PV) with 95% accuracy. Moreover, a machine learning classifier can be used to estimate the probability that a subject has AD, allowing more than just a binary decision to be made. For example, the subject whose heatmap is shown in Figure 36 has AD. The fact that the patient has AD is revealed at clinical diagnosis. The machine learning classifier estimated with 99% probability that the patient had AD and thus correctly classified this subject. Figure 37 is another example of a heatmap of a patient who has AD as a result of clinical diagnosis. In this case, the machine learning classifier estimated that there is a 63% chance that the patient has AD and (hence) a 37% chance that the patient does not have AD. This information can be used to determine a patient's predisposition to AD if a clinical diagnosis is not made.

Более того, специфическая модель распределения аномальных акцепторных областей, которая указывает на лежащую в основе дисфункцию, может быть коррелированна с конкретными моделями клинического тестирования для дальнейшего более детального нейропсихологического тестирования и клинической оценки в будущем. Например, случай, проиллюстрированный на фигуре 36, может иметь форму деменции, отличную от AD, хотя классифицируется здесь как страдающий от AD.Moreover, a specific distribution pattern of abnormal acceptor regions that is indicative of underlying dysfunction can be correlated to specific clinical testing patterns for further more detailed neuropsychological testing and clinical evaluation in the future. For example, the case illustrated in Figure 36 may have a form of dementia other than AD, although classified here as suffering from AD.

Психометрическое тестирование явно здоровой когорты показало нисходящую когнитивную траекторию в тесте на слухоречевое заучивание Хопкинса в течение 18 месяцев в подгруппе субъектов. Характеристики когорты были следующими. Как можно видеть, не было никакой разницы в исходных когнитивных показателях по шкале MMSE между теми, кто оказался в группе риска, и теми, кто не был подвержен риску снижения.Psychometric testing of an apparently healthy cohort showed a downward cognitive trajectory on the Hopkins Auditory Learning Test over 18 months in a subset of subjects. The characteristics of the cohort were as follows. As can be seen, there was no difference in baseline MMSE cognitive scores between those who were at risk and those who were not.

В группе риска, среднее (СО)At risk, average (SD) Не в группе риска, среднее (СО)Not at risk, moderate (SD) NN 1515 8888 ВозрастAge 69,2 (5,82)69.2 (5.82) 67,43 (4,69)67.43 (4.69) ПолFloor 7 женщин, 8 мужчин7 women, 8 men 58 женщин, 30 мужчин58 women, 30 men MMSEMMSE 28,5 (1,74)28.5 (1.74) 28,84 (1,32)28.84 (1.32) Годы обученияyears of education 11,73 (1,37)11.73 (1.37) 11,64 (1,23)11.64 (1.23)

Тепловая карта группы субъектов, подверженных риску показана на фигуре 38, тогда как тепловая карта группы субъектов, не подверженных риску, показана на фигуре 39. Поскольку обе группы взяты из явно здоровой когорты, различия здесь не являются так же ясно, как и для групп AD и PV выше. На фигуре 38 показано большее количество/более сильные акцепторы в задних отделах мозга, видимые как более интенсивный красный/оранжевый цвет на тепловой карте. На фигуре 40 представлен график типа «ящик с усами», на котором сравниваются доноры и акцепторы в сетях ЭЭГ из лобных и задних областей мозга на уровне группы. Как видно из этой фигуры, группа риска характеризуется повышенной исходящей активностью из лобной коры и повышенной входящей активностью в задние отделы головного мозга. Записи ЭЭГ выполнялись на исходном уровне, до любого измеримого снижения, основанного на тесте на слухоречевое заучивание Хопкинса. Следовательно, явно нормальный субъект, который находится в группе риска ухудшения состояния в течение следующих 18 месяцев, может быть идентифицирован уже на исходном уровне на основе тепловой карты его мозговой активности, полученной неинвазивным способом с помощью анализа ЭЭГ.A heat map of the group of subjects at risk is shown in Figure 38, while a heat map of the group of subjects not at risk is shown in Figure 39. Since both groups are from an apparently healthy cohort, the differences here are not as clear as for the AD groups. and PV above. Figure 38 shows more/stronger acceptors in the posterior regions of the brain, visible as more intense red/orange in the heatmap. Figure 40 is a box and whisker plot comparing donors and acceptors in frontal and posterior EEG networks at the group level. As can be seen from this figure, the risk group is characterized by increased outward activity from the frontal cortex and increased inward activity in the posterior regions of the brain. EEG recordings were made at baseline, to any measurable decline based on the Hopkins Auditory Learning Test. Therefore, an apparently normal subject who is at risk of deterioration over the next 18 months can be identified already at baseline based on a heat map of his brain activity obtained in a non-invasive way using EEG analysis.

Как было показано выше, существуют явные различия в сетях между диагностированными субъектами и парными добровольцами. Эти различия очень значимы на групповом уровне. Следует понимать, что первая версия классификатора с машинным обучением имеет более высокий уровень точности, чем обычная поверхностная клиническая оценка, и дает вероятность наличия AD на уровне отдельного субъекта, которая может использоваться для принятия решений в дальнейшем клиническом ведении.As shown above, there are clear differences in networks between diagnosed subjects and paired volunteers. These differences are very significant at the group level. It should be understood that the first version of the machine learning classifier has a higher level of accuracy than the usual superficial clinical assessment and gives the probability of having AD at the individual subject level, which can be used to make decisions in further clinical management.

На фигуре 41 показано сравнение матриц корреляции толщины коры (обсуждались выше) на неделе 0 для группы ach0 AD по сравнению с тепловой картой субъектов, диагностированных на уровне группы. Как может быть видно, существует значительное количество обратных не гомологичных корреляций между лобной долей и задней теменной и затылочной областями мозга. Тепловая карта группы диагностированных субъектов показывает то же явление с точки зрения коннективности мозга, измеренной с помощью ЭЭГ. Оба подхода, структурный и ЭЭГ, показывают одинаковую модель увеличения активности от лобной к задней. На фигуре 42 показано сравнение матрицы корреляции толщины коры (как обсуждалось выше) на неделе 0 для здоровой пожилой группы по сравнению с тепловой картой парных добровольцев на уровне группы. Как можно увидеть, отсутствие каких-либо обратных негомологичных корреляций между лобной, задней теменной и затылочной областями мозга согласуется на ЭЭГ с отсутствием повышенной электрической активности от передней к задней области.Figure 41 shows a comparison of cortical thickness correlation matrices (discussed above) at week 0 for the ach0 AD group compared to a heat map of group-diagnosed subjects. As can be seen, there are a significant number of inverse non-homologous correlations between the frontal lobe and the posterior parietal and occipital regions of the brain. A heat map of a group of diagnosed subjects shows the same phenomenon in terms of brain connectivity as measured by EEG. Both structural and EEG approaches show the same pattern of increased activity from frontal to posterior. Figure 42 shows a comparison of the cortical thickness correlation matrix (as discussed above) at week 0 for a healthy elderly group compared to a group level paired volunteer heatmap. As can be seen, the absence of any inverse non-homologous correlations between the frontal, posterior parietal, and occipital regions of the brain is consistent on the EEG with the absence of increased electrical activity from the anterior to posterior region.

Увеличение не гомологичных междолевых компенсаторных сетей обратной корреляции, показанное на фигуре 41, обеспечивает структурную основу для характерных изменений тепловой карты, видимых как функциональные изменения ЭЭГ.The increase in non-homologous interlobar compensatory inverse correlation networks shown in Figure 41 provides the structural basis for characteristic heatmap changes seen as EEG functional changes.

На фигуре 43 показан график типа «ящик с усами», показывающий количественную дифференциацию умеренной AD от пожилых людей в контрольной группе. Как можно увидеть, у субъектов с AD больше исходящей активности из лобной коры и больше входящей активности в заднюю кору в β-диапазоне.Figure 43 is a box and whisker plot showing the quantitative differentiation of moderate AD from older adults in the control group. As can be seen, subjects with AD have more outbound activity from the frontal cortex and more inbound activity into the posterior cortex in the β band.

На фигуре 44 показаны три тепловые карты, слева направо: группа пациентов с диагнозом AD, которые принимали симптоматическое лечение (med), группа субъектов с диагностированной AD, которые не принимали симптоматическое лечение (nonMed), и группа парных волонтеров. На фигуре 45 показан график типа «ящик с усами», на котором сравниваются сети для групп с лекарственными средствами, без лекарственных средств и парных добровольцев. Эти данные получены из предварительного исследования, в котором участвовало 53 пациента с диагнозом (DS), из которых 15 получали стандартные лекарственные средства и 38 не получали стандартные лекарственные средства. Характеристики двух групп показаны в таблице ниже. Хотя группа, не получающая лекарственные средства, значительно моложе, между двумя группами нет разницы в отношении когнитивных показателей, измеренных с помощью MMSE, или распределении по полу.Figure 44 shows three heat maps, from left to right: a group of patients diagnosed with AD who received symptomatic treatment (med), a group of patients diagnosed with AD who did not receive symptomatic treatment (nonMed), and a group of paired volunteers. Figure 45 shows a box-and-whisker plot comparing networks for drug groups, no drugs, and paired volunteers. These data are derived from a preliminary study of 53 diagnosed (DS) patients, of whom 15 received standard drugs and 38 did not receive standard drugs. The characteristics of the two groups are shown in the table below. Although the non-medicated group is significantly younger, there is no difference between the two groups in terms of MMSE-measured cognitive scores or sex distribution.

MedMed nonMednonMed ВОЗРАСТAGE 75,2 (7,6)75.2 (7.6) 67,5 (9,5) ***67.5 (9.5) *** ПОЛFLOOR 8 Ж: 7 M8 W: 7 M 23 Ж: 15 M23 W: 15 M MMSEMMSE 23,84 (1,95) (N=13)23.84 (1.95) (N=13) 23,37 (2,41)23.37 (2.41)

*** p <0,005***p<0.005

Также не было статистически значимых различий по шкалам ADAS-Cog или CDR.There were also no statistically significant differences in the ADAS-Cog or CDR scores.

Как видно на фигурах 44 и 45, обе группы субъектов с AD имеют большую активность лобной коры в β-диапазоне, чем парные добровольцы. Кроме того, можно увидеть, что симптоматическое лечение увеличивает активность, исходящую из лобной доли, по сравнению с группой, не принимающей лекарственные средства. Это показано на графике типа «ящик с усами» на фигуре 45. Группа, принимающая лекарственные средства, имеет значительно большую исходящую электрическую активность из лобной коры. В задних отделах мозга симптоматическое лечение снижает потребность в поддерживающей входящей электрической активности.As seen in Figures 44 and 45, both groups of AD subjects have greater frontal cortex activity in the β range than paired volunteers. In addition, it can be seen that the symptomatic treatment increases activity emanating from the frontal lobe compared to the non-medicated group. This is shown in the box and whisker plot of Figure 45. The drug group has significantly more outgoing electrical activity from the frontal cortex. In the posterior regions of the brain, symptomatic treatment reduces the need for maintenance input electrical activity.

Лобные доли демонстрируют то же явление на ЭЭГ, что и результаты структурного анализа корреляционных сетей на фигурах 17A-D и 18A-D. На фигуре 44 показано, что различия, которые могут быть обнаружены на групповом уровне с помощью структурного анализа МРТ, могут быть обнаружены также с помощью ЭЭГ. Следует отметить, что хотя структурный анализ сетевых разностей между пациентами, получающими и не получающими симптоматическое лечение, предполагает увеличение не гомологичной междолевой связи, направленной на задние области мозга, анализ ЭЭГ показывает меньшую входящую активность, направленную в задние отделы. В настоящее время предполагается, что симптоматическое лечение увеличивает входящую активность в задних отделах мозга в других частотных диапазонах.The frontal lobes show the same EEG phenomenon as the results of structural analysis of correlation networks in Figures 17A-D and 18A-D. Figure 44 shows that differences that can be detected at the group level using structural analysis of MRI can also be detected using EEG. It should be noted that although structural analysis of network differences between patients receiving and not receiving symptomatic treatment suggests an increase in non-homologous interlobar connectivity directed to the posterior regions of the brain, EEG analysis shows less input activity directed to the posterior regions. It is currently assumed that symptomatic treatment increases the incoming activity in the posterior regions of the brain in other frequency bands.

Системы и способы вышеупомянутых вариантов осуществления могут быть реализованы в компьютерной системе (в частности, на компьютерном оборудовании или в компьютерном программном обеспечении) в дополнение к описанным структурным компонентам и взаимодействиям с пользователем.The systems and methods of the above embodiments may be implemented in a computer system (eg, computer hardware or computer software) in addition to the structural components and user interactions described.

Термин «компьютерная система» включает в себя компьютерное оборудование, программное обеспечение и устройства хранения данных для воплощения системы или выполнения способа согласно вышеописанным вариантам осуществления. Например, компьютерная система может содержать центральный процессор (ЦП), средства ввода, средства вывода и хранилище данных. Предпочтительно, компьютерная система имеет монитор для вывода визуального изображения. Хранилище данных может содержать RAM, дисководы или другие машиночитаемые носители. Компьютерная система может включать в себя множество вычислительных устройств, подключенных к сети и способных связываться друг с другом по этой сети.The term "computer system" includes computer hardware, software, and data storage devices for implementing the system or executing the method according to the above-described embodiments. For example, a computer system may include a central processing unit (CPU), input means, output means, and data storage. Preferably, the computer system has a monitor for displaying a visual image. The data store may contain RAM, disk drives, or other machine-readable media. A computer system may include a plurality of computing devices connected to a network and capable of communicating with each other over the network.

Способы по вышеупомянутым вариантам осуществления могут быть предоставлены в виде компьютерных программ или в виде компьютерных программных продуктов или машиночитаемых носителей, содержащих компьютерную программу, которая при исполнении на компьютере предназначена для выполнения способа(ов), описанного выше.The methods of the above embodiments may be provided as computer programs, or as computer program products or computer-readable media containing a computer program that, when executed on a computer, is configured to perform the method(s) described above.

Термин «машиночитаемый носитель» включает, без ограничения, любой энергонезависимый носитель или носитель, который может быть прочитан и доступен непосредственно с помощью компьютера или компьютерной системы. Носители могут включать в себя, помимо прочего, магнитные носители данных, такие как гибкие диски, носители на жестких дисках и магнитную ленту; оптические носители информации, такие как оптические диски или CD-OM; электрические носители информации, такие как память, включая RAM, ROM и флэш-память; и гибриды и комбинации вышеперечисленного, такие как магнитные/оптические носители информации.The term "computer-readable media" includes, without limitation, any non-volatile media or media that can be read and accessed directly by a computer or computer system. Media may include, but is not limited to, magnetic storage media such as floppy disks, hard disk media, and magnetic tape; optical storage media such as optical discs or CD-OM; electrical storage media such as memory including RAM, ROM and flash memory; and hybrids and combinations of the above, such as magnetic/optical storage media.

Хотя изобретение было описано в связи с типовыми вариантами осуществления, описанными выше, многие эквивалентные модификации и вариации будут очевидны специалистам в данной области техники, при получении этого описания. Соответственно, типовые варианты осуществления изобретения, изложенные выше, считаются иллюстративными, а не ограничивающими. В описанные варианты осуществления могут быть внесены различные изменения, не выходящие за рамки сущности и объема изобретения.Although the invention has been described in connection with the exemplary embodiments described above, many equivalent modifications and variations will be apparent to those skilled in the art upon receipt of this description. Accordingly, the exemplary embodiments of the invention set forth above are considered illustrative and not restrictive. In the described embodiments, various changes can be made without departing from the essence and scope of the invention.

В частности, хотя способы из вышеупомянутых вариантов осуществления были описаны как реализованные в системах описанных вариантов осуществления, способы и системы настоящего изобретения не должны реализовываться в сочетании друг с другом, но могут быть реализованы в альтернативных системах или с использованием альтернативных способов, соответственно.In particular, while the methods of the above embodiments have been described as being implemented in the systems of the described embodiments, the methods and systems of the present invention need not be implemented in combination with each other, but may be implemented on alternative systems or using alternative methods, respectively.

ПРИЛОЖЕНИЕ AAPPENDIX A

Таблица A.1 -Области поверхности коры лобной, височной, теменной или затылочной долей согласно Desikan-Killiany Atlas (DKA). Области коры (узлы) каждой матрицы структурной корреляции упорядочены в соответствии со списком, приведенным ниже по всему документу:Table A.1 - Areas of the cortical surface of the frontal, temporal, parietal or occipital lobes according to the Desikan-Killiany Atlas (DKA). The cortical areas (nodes) of each structural correlation matrix are ordered according to the list below throughout the document:

Обозначение областиRegion designation ДоляShare Каудальная передняя пояснаяCaudal anterior cingulate ЛобнаяFrontal Каудальная средняя лобнаяCaudal middle frontal ЛобнаяFrontal Лобный полюсfrontal pole ЛобнаяFrontal ОстровокIsland ЛобнаяFrontal Перешеек поясной извилиныIsthmus of the cingulate gyrus ЛобнаяFrontal Боковая орбито-фронтальнаяLateral orbito-frontal ЛобнаяFrontal Медиальная орбито-фронтальнаяMedial orbitofrontal ЛобнаяFrontal Покрышечная частьtire part ЛобнаяFrontal Глазничная частьOrbital part ЛобнаяFrontal Треугольная частьtriangular part ЛобнаяFrontal ПрецентральнаяPrecentral ЛобнаяFrontal Рострально-передняя пояснаяRostral anterior cingulate ЛобнаяFrontal Рострально-серединная лобнаяRostral-median frontal ЛобнаяFrontal Верхняя лобнаяUpper frontal ЛобнаяFrontal Банкстыbanksta Височнаяtemporal ЭнториальнаяEntorial Височнаяtemporal ВеретенообразнаяFusiform Височнаяtemporal Височная нижняяTemporal inferior Височнаяtemporal Височная средняяTemporal average Височнаяtemporal Парагиппокампальнаяparahippocampal Височнаяtemporal Височная верхняяTemporal superior Височнаяtemporal Височный полюсtemporal pole Височнаяtemporal Височная поперечнаяTemporal transverse Височнаяtemporal Нижняя теменнаяInferior parietal ТеменнойParietal ПарацентральнаяParacentral ТеменнойParietal ПостцентральнаяPostcentral ТеменнойParietal Задняя пояснаяBack waist ТеменнойParietal ПредклиньеFore cunee ТеменнойParietal Верхняя теменнаяSuperior parietal ТеменнойParietal СупрамаргинальнаяSupramarginal ТеменнойParietal КлинWedge ЗатылочнаяOccipital Боковая затылочнаяLateral occipital ЗатылочнаяOccipital Язычнаяlingual ЗатылочнаяOccipital ПерикалкаринPericalkarin ЗатылочнаяOccipital

Таблица A.2 - Назначение узла к лобной, височной, теменной или затылочной доле алгоритмом и раздроблением коры DKA. * узлы ошибочно назначены к доле для сети толщины коры, и Table A.2 - Node assignment to frontal, temporal, parietal, or occipital lobes by algorithm and DKA cortical fragmentation. * nodes are erroneously assigned to a stake for a network of bark thickness, and ++ узлы являются такими, которые неправильно назначены для сети площади поверхности nodes are those that are incorrectly assigned to the surface area network

Сеть CTCT network Сеть SASA network ОбластьRegion Пометка алгоритмаAlgorithm tagging Пометка DKADKA mark Пометка алгоритмаAlgorithm tagging Пометка DKADKA mark Банкстыbanksta TT TT TT TT TT P + P + TT T + T + Каудальная передняя пояснаяCaudal anterior cingulate FF FF FF FF FF FF FF FF Каудальная средняя лобнаяCaudal middle frontal FF FF FF FF FF FF FF FF КлинWedge OO OO OO OO OO OO OO OO ЭнториальнаяEntorial TT TT TT TT TT TT TT TT Лобный полюсfrontal pole FF FF FF FF FF FF FF FF ВеретенообразнаяFusiform TT TT TT TT TT TT TT TT Нижняя теменнаяInferior parietal PP PP PP PP PP PP PP PP Нижняя височнаяInferior temporal TT TT TT TT TT TT TT TT ОстровокIsland FF FF FF FF FF FF FF FF Перешеек поясной извилиныIsthmus of the cingulate gyrus FF FF FF FF FF FF FF FF Боковая затылочнаяLateral occipital OO OO OO OO OO OO OO OO Боковая орбито-фронтальнаяLateral orbitofrontal FF FF FF FF FF FF FF FF Язычнаяlingual OO OO OO OO OO OO OO OO Средняя орбито-фронтальнаяMedium orbito-frontal FF FF FF FF FF FF FF FF Средняя височнаяMiddle temporal TT TT TT TT TT TT TT TT ПарацентральнаяParacentral PP PP PP PP F + F + F + F + P + P + P + P + Парагиппокампальнаяparahippocampal TT TT TT TT TT TT TT TT Покрышечная частьtire part FF FF FF FF FF FF FF FF Глазничная частьOrbital part FF FF FF FF FF FF FF FF Треугольная частьtriangular part FF FF FF FF FF FF FF FF ПерикалкаринPericalkarin OO OO OO OO OO OO OO OO ПостцентральнаяPostcentral PP PP PP PP PP PP PP PP Задняя пояснаяBack waist P*P* P*P* F*F* F*F* PP P + P + PP F + F + ПредцентральнаяPrecentral F*F* F*F* P*P* P*P* PP PP PP PP ПредклиньеFore cunee PP PP PP PP PP PP PP PP Рострально-передняя пояснаяRostral anterior cingulate FF FF FF FF FF FF FF FF Рострально-серединная лобнаяRostral-median frontal FF FF FF FF FF FF FF FF Верхняя лобнаяUpper frontal FF FF FF FF FF FF FF FF Верхняя теменнаяSuperior parietal PP PP PP PP PP PP PP PP Верхняя височнаяSuperior temporal TT TT TT TT TT TT TT TT СупрамаргинальнаяSupramarginal PP PP PP PP PP PP PP PP Височный полюсtemporal pole TT TT TT TT TT TT TT TT Височная поперечнаяTemporal transverse TT TT TT TT TT TT TT TT

Аббревиатуры: F - лобная, T - височная, P - теменная, O - затылочная, L - левая, R - правая.Abbreviations: F - frontal, T - temporal, P - parietal, O - occipital, L - left, R - right.

Таблица A.3 - Средняя толщина коры (CT) и общая площадь поверхности (SA) усредненная по четырем долям в каждой группе исследованияTable A.3 - Mean bark thickness (CT) and total surface area (SA) averaged over the four lobes in each study group

ЛобнаяFrontal ТеменнаяParietal Височнаяtemporal ЗатылочнаяOccipital CT (мм) средняя (со)CT (mm) average (co) HEHE 2,56(0,09)2.56(0.09) 2,67(0,02)2.67(0.02) 2,22(0,02)2.22(0.02) 2,05(0,03)2.05(0.03) bvFTDbvFTD 2,25(0,06)2.25(0.06) 2,42(0,08)2.42(0.08) 2,06(0,02)2.06(0.02) 1,94(0,01)1.94(0.01) ADAD 2,31(0,08)2.31(0.08) 2,38(0,02)2.38(0.02) 1,96(0,01)1.96(0.01) 1,82(0,02)1.82(0.02) SA (×105 мм2) средняя (со)SA (×10 5 mm 2 ) medium (co) HEHE 43,4(0,5)43.4(0.5) 28,9(0,6)28.9(0.6) 22,2(0,9)22.2(0.9) 12,3(0,8)12.3(0.8) bvFTDbvFTD 41,6(0,5)41.6(0.5) 27,5(0,8)27.5(0.8) 21,6(0,9)21.6(0.9) 12,0(0,9)12.0(0.9) ADAD 41,6(0,5)41.6(0.5) 27,2(0,9)27.2(0.9) 21,5(0,9)21.5(0.9) 12,1(0,9)12.1(0.9)

Аббревиатуры: HE - Здоровые пожилые субъекты, bvFTD - поведенческий вариант лобно-височной деменции, AD - болезнь АльцгеймераAbbreviations: HE - Healthy Elderly Subjects, bvFTD - Behavioral Variant of Frontotemporal Dementia, AD - Alzheimer's Disease

Таблица A.4 Ядра сети CT лобной, височной, теменной и затылочной модульной организации у HE, bvFTD и AD. Ядра были ранжированы в соответствии с их междолевым индексом участия (p) и внутридолевой z-оценкой (z). Высокий p/высокая z указывают на так называемые интеграционные области (т.е. узлы, взаимодействующие через все доли) и области с низким p/высокой z являются так называемыми периферическими ядрами (т.е. узлы, которые взаимодействуют внутри своего собственного модуля/доли).Table A.4 CT network nuclei of frontal, temporal, parietal, and occipital modular organization in HE, bvFTD, and AD. The nuclei were ranked according to their interlobar participation index (p) and intralobar z-score (z). High p/high z indicate so-called integration regions (i.e. nodes that communicate across all lobes) and low p/high z regions are so-called peripheral cores (i.e. nodes that communicate within their own module/ shares).

a) Ядра положительной субсетиa) Positive subnet cores

Список узлов с высоким p/высокой zList of nodes with high p/high z

HEHE ДоляShare bvFTDbvFTD ДоляShare ADAD ДоляShare Каудальная средняя лобнаяCaudal middle frontal FF Каудальная средняя лобнаяCaudal middle frontal FF Ростральная средняя лобнаяRostral middle frontal FF Верхняя лобнаяUpper frontal FF Покрышечная частьtire part FF Нижняя височнаяInferior temporal TT Верхняя теменнаяSuperior parietal PP Ростральная средняя лобнаяRostral middle frontal FF Верхняя теменнаяSuperior parietal PP ПерикалкаринPericalkarin OO Верхняя лобнаяUpper frontal FF КлинWedge OO КлинWedge OO Каудальная средняя лобнаяCaudal middle frontal FF Каудальная средняя лобнаяCaudal middle frontal FF Верхняя лобнаяUpper frontal FF Покрышечная частьtire part FF Средняя височнаяMiddle temporal TT Средняя височнаяMiddle temporal TT Треугольная частьtriangular part FF Верхняя височнаяSuperior temporal TT Верхняя теменнаяSuperior parietal PP Ростральная средняя лобнаяRostral middle frontal FF Верхняя теменнаяSuperior parietal PP КлинWedge OO Верхняя лобнаяUpper frontal FF КлинWedge OO Язычнаяlingual OO Список узлов с низким p/высокой zList of low p/high z nodes HEHE ДоляShare bvFTDbvFTD ДоляShare ADAD ДоляShare Средняя височнаяMiddle temporal TT ВеретеновиднаяFusiform TT Боковая орбито-фронтальнаяLateral orbito-frontal FF Верхняя височнаяSuperior temporal TT Ростральная средняя лобнаяRostral middle frontal FF Ростральная средняя лобнаяRostral middle frontal FF Нижняя височнаяInferior temporal TT

b) Ядра отрицательной субсетиb) Negative subnet cores

Список узлов с высоким p/высокой zList of nodes with high p/high z

HEHE ДоляShare bvFTDbvFTD ДоляShare ADAD ДоляShare Ростральная передняя пояснаяRostral anterior cingulate FF ОстровокIsland FF Каудальная средняя лобнаяCaudal middle frontal FF Средняя височнаяMiddle temporal TT ПрецентральнаяPrecentral FF ОстровокIsland FF Поперечная височнаяTransverse temporal TT Банкстыbanksta TT Поперечная височнаяTransverse temporal TT Поперечная височнаяTransverse temporal TT Ростральная средняя лобнаяRostral middle frontal FF ОстровокIsland FF Каудальная средняя лобнаяCaudal middle frontal FF Парагиппокампальнаяparahippocampal TT ЭнторинальнаяEntorhinal TT Боковая орбито-фронтальнаяLateral orbito-frontal FF Височный полюсtemporal pole TT Височный полюсtemporal pole TT Височный полюсtemporal pole TT

Аббревиатуры: HE - здоровые пожилые субъекты, bvFTD - поведенческий вариант лобно-височной деменции, AD - болезнь Альцгеймера, F - лобная, T - височная, P - теменная, O - затылочнаяAbbreviations: HE - healthy elderly subjects, bvFTD - behavioral variant of frontotemporal dementia, AD - Alzheimer's disease, F - frontal, T - temporal, P - parietal, O - occipital

Таблица A.5 - Ядра сети SA лобной, височной, теменной и затылочной модульной организации у HE, bvFTD и AD. Ядра были ранжированы в соответствии с их междолевым индексом участия (p) и внутридолевой z-оценкой (z). Высокий p/высокая z указывают на так называемые интеграционные области (т.е. узлы, взаимодействующие через все доли) и области с низким p/высокой z являются так называемыми периферическими ядрами (т.е. узлы, которые взаимодействуют внутри своего собственного модуля/доли).Table A.5 - SA network nuclei of frontal, temporal, parietal and occipital modular organization in HE, bvFTD and AD. The nuclei were ranked according to their interlobar participation index (p) and intralobar z-score (z). High p/high z indicate so-called integration regions (i.e., nodes that communicate across all lobes) and low p/high z regions are so-called peripheral cores (i.e., nodes that communicate within their own module/ shares).

a) Ядра положительной субсетиa) Positive subnet cores

Список узлов с высоким p/высокой zList of nodes with high p/high z

HEHE доляshare bvFTDbvFTD доляshare ADAD доляshare ОстровокIsland FF Глазничная частьOrbital part FF ОстровокIsland FF Нижняя височнаяInferior temporal TT Боковая орбито-фронтальнаяLateral orbito-frontal FF Средняя височнаяMiddle temporal TT Средняя орбито-фронтальнаяMedium orbito-frontal FF Глазничная частьOrbital part FF Ростральная передняя пояснаяRostral anterior cingulate FF Средняя височнаяMiddle temporal TT ВеретеновиднаяFusiform TT ПостцентральнаяPostcentral PP ПредклиньеFore cunee PP Верхняя теменнаяSuperior parietal PP Средняя височнаяMiddle temporal TT Боковая орбито-фронтальнаяLateral orbito-frontal FF Височный полюсtemporal pole TT Банкстыbanksta TT ПредклиньеFore cunee PP Средняя височнаяMiddle temporal TT ПерикалкаринPericalkarin OO ПерикалкаринPericalkarin OO Список узлов с низким p/высокой zList of low p/high z nodes HEHE доляshare bvFTDbvFTD доляshare ADAD доляshare Боковая орбито-фронтальнаяLateral orbito-frontal FF Глазничная частьOrbital part FF Глазничная частьOrbital part FF Нижняя височнаяInferior temporal TT Нижняя височнаяInferior temporal TT Средняя височнаяMiddle temporal TT ПредклиньеFore cunee PP Височный полюсtemporal pole TT ПерикалкаринPericalkarin OO ПредклиньеFore cunee PP Боковая орбито-фронтальнаяLateral orbito-frontal FF Средняя височнаяMiddle temporal TT ПредклиньеFore cunee PP ПерикалкаринPericalkarin OO ПерикалкаринPericalkarin OO

b) Ядра отрицательной субсетиb) Negative subnet cores

Список узлов с высоким p/высокой zList of nodes with high p/high z

HEHE доляshare bvFTDbvFTD доляshare ADAD доляshare Покрышечная частьtire part FF Каудальная передняя пояснаяCaudal anterior cingulate FF Лобный полюсfrontal pole FF ПредклиньеFore cunee PP Ростральная средняя лобнаяRostral middle frontal FF Боковая орбито-фронтальнаяLateral orbito-frontal FF Банкстыbanksta TT ПрецентральнаяPrecentral FF Поперечная височнаяTransverse temporal TT Ростральная передняя пояснаяRostral anterior cingulate FF Задняя теменнаяPosterior parietal PP Покрышечная частьtire part TT ПарацентральнаяParacentral PP Поперечная височнаяTransverse temporal TT Верхняя лобнаяUpper frontal FF Каудальная передняя пояснаяCaudal anterior cingulate FF Боковая орбито-фронтальнаяLateral orbito-frontal FF Ростральная средняя лобнаяRostral middle frontal FF Верхняя лобнаяUpper frontal FF

Аббревиатуры: HE - здоровые пожилые субъекты, bvFTD - поведенческий вариант лобно-височной деменции, AD - болезнь Альцгеймера, F - лобная, T - височная, P - теменная, O - затылочная. Abbreviations: HE - healthy elderly subjects, bvFTD - behavioral variant of frontotemporal dementia, AD - Alzheimer's disease, F - frontal, T - temporal, P - parietal, O - occipital.

Таблица A.6 Ядра сети сочетания CT-SA лобной, височной, теменной и затылочной модульной организации у HE, bvFTD и AD. Ядра были ранжированы в соответствии с их междолевым индексом участия (p) и внутридолевой z-оценкой (z). Высокий p/высокая z указывают на так называемые интеграционные области (т.е. узлы, взаимодействующие через все доли)Table A.6 Core networks of CT-SA combination of frontal, temporal, parietal, and occipital modular organization in HE, bvFTD, and AD. The nuclei were ranked according to their interlobar participation index (p) and intralobar z-score (z). High p/high z indicate so-called integration areas (i.e. nodes interacting across all shares)

a) Ядра положительной субсетиa) Positive subnet cores

Список узлов с высоким p/высокой zList of nodes with high p/high z

HEHE доляshare bvFTDbvFTD доляshare ADAD доляshare Каудальная средняя лобнаяCaudal middle frontal FF Покрышечная частьtire part FF Височный полюсtemporal pole TT ПрецентральнаяPrecentral FF Поперечная височнаяTransverse temporal TT Верхняя лобнаяUpper frontal FF СупрамаргинальнаяSupramarginal PP Задняя теменнаяPosterior parietal PP Задняя теменнаяPosterior parietal PP Поперечная височнаяTransverse temporal TT Задняя теменнаяPosterior parietal PP Каудальная средняя лобнаяCaudal middle frontal FF Поперечная височнаяTransverse temporal TT Покрышечная частьtire part FF Треугольная частьtriangular part FF Верхняя лобнаяUpper frontal FF ПостцентральнаяPostcentral PP СупрамаргинальнаяSupramarginal PP Боковая затылочнаяLateral occipital OO

Аббревиатуры: HE - здоровые пожилые субъекты, bvFTD - поведенческий вариант лобно-височной деменции, AD - болезнь Альцгеймера, F - лобная, T - височная, P - теменная, O - затылочная.Abbreviations: HE - healthy elderly subjects, bvFTD - behavioral variant of frontotemporal dementia, AD - Alzheimer's disease, F - frontal, T - temporal, P - parietal, O - occipital.

СсылкиLinks

Gauthier, S. et al. “Efficacy and safety of tau-aggregation inhibitor therapy in patients with mild or moderate Alzheimer’s disease: a randomised, controlled, double-blind, parallel-arm, phase 3 trial”, The Lancet 388, 2873-2884 (2016)Gauthier, S. et al. “Efficacy and safety of tau-aggregation inhibitor therapy in patients with mild or moderate Alzheimer's disease: a randomised, controlled, double-blind, parallel-arm, phase 3 trial”, The Lancet 388, 2873-2884 (2016)

Wilcock, G. K. et al “Potential of low dose leuco-methylthioninium bis (hydromethanesulphonate) (lmtm) monotherapy for treatment of mild Alzheimer’s disease: Cohort analysis as modified primary outcome in a phase iii clinical trial. Journal of Alzheimer’s disease 61, 635-657 (2018)Wilcock, GK et al “Potential of low dose leuco-methylthioninium bis (hydromethanesulphonate) (lmtm) monotherapy for treatment of mild Alzheimer's disease: Cohort analysis as modified primary outcome in a phase iii clinical trial. Journal of Alzheimer's disease 61, 635-657 (2018)

Feldman, H. et al “A phase 3 trial of the tau and tdp-43 aggregation inhibitor, leuco-methylthioninium bis (hydromethanesulfonate) (lmtm), for behavioural variant frontotemporal dementia (bvFTD)” Journal of Neurochemistry 138, 255 (2016)Feldman, H. et al “A phase 3 trial of the tau and tdp-43 aggregation inhibitor, leuco-methylthioninium bis (hydromethanesulfonate) (lmtm), for behavioral variant frontotemporal dementia (bvFTD)” Journal of Neurochemistry 138, 255 (2016)

Murray, A. D. et al “The balance between cognitive reserve and brain imaging biomarkers of cerebrovascular and Alzheimer’s diseases” Brain 134, 3687-3696 (2011)Murray, AD et al “The balance between cognitive reserve and brain imaging biomarkers of cerebrovascular and Alzheimer's diseases” Brain 134, 3687-3696 (2011)

Storey, J. D. “A direct approach to false discovery rates” Journal of the Royal Statistical Society: Series B (Statistical Methodology) 64, 479-498 (2002)Storey, JD “A direct approach to false discovery rates” Journal of the Royal Statistical Society: Series B (Statistical Methodology) 64, 479-498 (2002)

Van Wijk, B. C., Stam, C.J. & Daffertshofer, A. “Comparing brain networks of different size and connectivity density using graph theory.” PLoS One 5, e13701 (2010)Van Wijk, BC, Stam, CJ & Daffertshofer, A. “Comparing brain networks of different size and connectivity density using graph theory.” PLoS One 5 e13701 (2010)

Rubinov M, Sporns O. “Weight-conserving characterization of complex functional brain networks”, Neuroimage, 56(4):2068-79 (2011)Rubinov M, Sporns O. “Weight-conserving characterization of complex functional brain networks”, Neuroimage , 56(4):2068-79 (2011)

Все ссылки, упомянутые выше, включены сюда в качестве ссылки.All links mentioned above are included here by reference.

Claims (71)

1. Способ определения ответов пациентов с таупатией на нейрофармакологическое вмешательство в виде фармацевтического препарата с симптоматическим или модифицирующим заболевание действием, включающий стадии:1. A method for determining the responses of patients with tauopathy to neuropharmacological intervention in the form of a pharmaceutical product with a symptomatic or disease-modifying effect, including the steps: получения первых структурных неврологических данных от пациентов до нейрофармакологического вмешательства, причем эти первые структурные неврологические данные характеризуют физическую структуру корковых областей, при этом физической структурой является толщина коры (CT) и/или площадь поверхности коры (SA);obtaining first structural neurological data from patients prior to neuropharmacological intervention, wherein these first structural neurological data characterize the physical structure of cortical regions, the physical structure being cortical thickness (CT) and/or cortical surface area (SA); создания первой матрицы корреляции на основе первых структурных неврологических данных посредством:creating the first correlation matrix based on the first structural neurological data by: назначения структурных узлов, соответствующих корковым областям мозга; иappointment of structural nodes corresponding to the cortical areas of the brain; And определения попарных корреляций между парами структурных узлов на основе, по меньшей мере частично, соответствующих данных первых структурных неврологических данных;determining pairwise correlations between pairs of structural nodes based at least in part on the respective data of the first structural neurological data; получения вторых структурных неврологических данных от упомянутых пациентов после нейрофармакологического вмешательства, причем эти вторые структурные неврологические данные характеризуют упомянутую физическую структуру корковых областей; иobtaining second structural neurological data from said patients after the neuropharmacological intervention, said second structural neurological data characterizing said physical structure of the cortical regions; And создания второй матрицы корреляции на основе вторых структурных неврологических данных посредством:creating a second correlation matrix based on the second structural neurological data by: определения попарных корреляций между парами структурных узлов на основе, по меньшей мере частично, соответствующих данных вторых структурных неврологических данных;determining pairwise correlations between pairs of structural nodes based at least in part on the respective data of the second structural neurological data; причем способ включает:wherein the method includes: сравнение первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции и тем самым определение ответа пациента на нейрофармакологическое вмешательство,comparing the first correlation matrix and the second correlation matrix and thereby determining the patient's response to the neuropharmacological intervention, причем сравнение первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции включает:wherein the comparison of the first correlation matrix and the second correlation matrix comprises: сравнение количества и плотности обратных корреляций в первой матрице корреляции соответственно с количеством и плотностью обратных корреляций во второй матрице корреляции, илиcomparing the number and density of inverse correlations in the first correlation matrix, respectively, with the number and density of inverse correlations in the second correlation matrix, or сравнение количества обратных корреляций в первой матрице корреляции с количеством обратных корреляций во второй матрице корреляции, илиcomparing the number of inverse correlations in the first correlation matrix with the number of inverse correlations in the second correlation matrix, or сравнение плотности обратных корреляций в первой матрице корреляции с плотностью обратных корреляций во второй матрице корреляции.comparing the density of inverse correlations in the first correlation matrix with the density of inverse correlations in the second correlation matrix. 2. Способ по п. 1, где p-значение определяют для каждой попарной корреляции, и его сравнивают с уровнем значимости, где только p-значения меньше уровня значимости применяют для создания соответствующей матрицы корреляции.2. The method of claim 1, wherein a p-value is determined for each pairwise correlation and compared to a significance level, where only p-values less than the significance level are used to generate the corresponding correlation matrix. 3. Способ по п. 1 или 2, где назначение структурных узлов, соответствующих корковым областям головного мозга, дополнительно включает определение групп, которые содержат структурные узлы, соответствующие одним и тем же долям или разным долям.3. The method according to claim 1 or 2, where the assignment of structural nodes corresponding to the cortical regions of the brain further includes the definition of groups that contain structural nodes corresponding to the same lobes or different lobes. 4. Способ по п. 3, где сравнение первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции включает: 4. The method of claim 3, wherein the comparison of the first correlation matrix and the second correlation matrix comprises: сравнение количества и плотности корреляций соответственно с количеством и плотностью корреляций между разными группами структурных узлов, соответствующими одним и тем же долям, илиcomparison of the number and density of correlations, respectively, with the number and density of correlations between different groups of structural nodes corresponding to the same shares, or сравнение количества корреляций с количеством корреляций между разными группами структурных узлов, соответствующими одним и тем же долям, илиcomparison of the number of correlations with the number of correlations between different groups of structural nodes corresponding to the same shares, or сравнение плотности корреляций с плотностью корреляций между разными группами структурных узлов, соответствующими одним и тем же долям, илиcomparing the density of correlations with the density of correlations between different groups of structural nodes corresponding to the same shares, or сравнение количества и плотности корреляций соответственно с количеством и плотностью корреляций между разными группами структурных узлов, соответствующими разным долям, илиcomparison of the number and density of correlations, respectively, with the number and density of correlations between different groups of structural nodes corresponding to different shares, or сравнение количества корреляций с количеством корреляций между разными группами структурных узлов, соответствующими разным долям, илиcomparing the number of correlations with the number of correlations between different groups of structural nodes corresponding to different proportions, or сравнение плотности корреляций с плотностью корреляций между разными группами структурных узлов, соответствующими разным долям.comparison of the density of correlations with the density of correlations between different groups of structural nodes corresponding to different shares. 5. Способ по п. 3 или 4, где сравнение первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции включает: 5. The method according to claim 3 or 4, where the comparison of the first correlation matrix and the second correlation matrix includes: сравнение количества и плотности корреляций соответственно с количеством и плотностью корреляций между группами структурных узлов, расположенных в лобной доле, и группами структурных узлов, расположенных в теменной и затылочной долях, илиcomparison of the number and density of correlations, respectively, with the number and density of correlations between groups of structural nodes located in the frontal lobe and groups of structural nodes located in the parietal and occipital lobes, or сравнение количества корреляций с количеством корреляций между группами структурных узлов, расположенных в лобной доле, и группами структурных узлов, расположенных в теменной и затылочной долях, илиcomparison of the number of correlations with the number of correlations between groups of structural nodes located in the frontal lobe and groups of structural nodes located in the parietal and occipital lobes, or сравнение плотности корреляций с плотностью корреляций между группами структурных узлов, расположенных в лобной доле, и группами структурных узлов, расположенных в теменной и затылочной долях.comparison of the density of correlations with the density of correlations between groups of structural nodes located in the frontal lobe and groups of structural nodes located in the parietal and occipital lobes. 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, где нейрофармакологическим вмешательством является фармацевтический препарат, модифицирующий заболевание.6. The method of any one of the preceding claims, wherein the neuropharmacological intervention is a disease-modifying pharmaceutical. 7. Способ по любому из пп. 1-6, где нейрофармакологическим вмешательством является симптоматическое лечение.7. The method according to any one of paragraphs. 1-6, where the neuropharmacological intervention is symptomatic treatment. 8. Способ по любому из предыдущих пунктов, где нейрофармакологическим вмешательством является фармацевтический препарат, модифицирующий заболевание, и эффективность устанавливается через: 8. The method of any one of the preceding claims, wherein the neuropharmacological intervention is a disease-modifying pharmaceutical and efficacy is determined through: снижение количества и плотности корреляций между передней и задней областями головного мозга в первой матрице корреляции и второй матрице корреляции, илиreducing the number and density of correlations between the anterior and posterior regions of the brain in the first correlation matrix and the second correlation matrix, or снижение количества корреляций между передней и задней областями головного мозга в первой матрице корреляции и второй матрице корреляции, илиreducing the number of correlations between the anterior and posterior regions of the brain in the first correlation matrix and the second correlation matrix, or снижение плотности корреляций между передней и задней областями головного мозга в первой матрице корреляции и второй матрице корреляции.reducing the density of correlations between the anterior and posterior regions of the brain in the first correlation matrix and the second correlation matrix. 9. Способ по любому из предыдущих пунктов, где первые структурные неврологические данные получают магнитно-резонансной томографией.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the first structural neurological data is obtained by magnetic resonance imaging. 10. Система для определения ответов пациентов с таупатией на нейрофармакологическое вмешательство в виде фармацевтического препарата с симптоматическим или модифицирующим заболевание действием, включающая:10. A system for determining the responses of patients with tauopathy to neuropharmacological intervention in the form of a pharmaceutical product with a symptomatic or disease-modifying effect, including: средство сбора данных, сконфигурированное для получения первых структурных неврологических данных от пациентов до нейрофармакологического вмешательства, причем эти первые структурные неврологические данные характеризуют физическую структуру корковых областей, при этом физической структурой является толщина коры (CT) и/или площадь поверхности коры (SA);a data acquisition means configured to obtain first structural neurological data from patients prior to the neuropharmacological intervention, the first structural neurological data characterizing the physical structure of cortical regions, the physical structure being cortical thickness (CT) and/or cortical surface area (SA); средство создания матриц корреляции, сконфигурированное для создания первой матрицы корреляции на основе первых структурных неврологических данных через:a correlation matrix generator configured to generate a first correlation matrix based on the first structural neurological data via: назначение структурных узлов, соответствующих корковым областям головного мозга; иthe appointment of structural units corresponding to the cortical areas of the brain; And определение попарных корреляций между парами структурных узлов на основе, по меньшей мере частично, соответствующих данных первых структурных неврологических данных;determining pairwise correlations between pairs of structural nodes based at least in part on the respective data of the first structural neurological data; при этом средство сбора данных также сконфигурировано для получения вторых структурных неврологических данных от упомянутых пациентов после нейрофармакологического вмешательства, причем эти вторые структурные неврологические данные характеризуют упомянутую физическую структуру корковых областей; иwherein the data collection means is also configured to obtain second structural neurological data from said patients after the neuropharmacological intervention, said second structural neurological data characterizing said physical structure of the cortical regions; And средство создания матрицы корреляции также сконфигурировано для создания второй матрицы корреляции на основе вторых структурных неврологических данных через:the correlation matrix generating means is also configured to generate a second correlation matrix based on the second structural neurological data via: определение попарных корреляций между парами структурных узлов на основе, по меньшей мере частично, соответствующих данных вторых структурных неврологических данных;determining pairwise correlations between pairs of structural nodes based at least in part on the respective data of the second structural neurological data; при этом система дополнительно включает либо:the system additionally includes either: средство отображения для представления первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции; либоdisplay means for representing the first correlation matrix and the second correlation matrix; or средство сравнения для сравнения первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции и, таким образом, определения ответа пациента на нейрофармакологическое вмешательство,comparison means for comparing the first correlation matrix and the second correlation matrix and thereby determining the patient's response to the neuropharmacological intervention, при этом средство сравнения сконфигурировано для сравнения первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции посредством:wherein the comparator is configured to compare the first correlation matrix and the second correlation matrix by: сравнения количества и плотности обратных корреляций в первой матрице корреляции соответственно с количеством и плотностью обратных корреляций во второй матрице корреляции, илиcomparing the number and density of inverse correlations in the first correlation matrix, respectively, with the number and density of inverse correlations in the second correlation matrix, or сравнения количества обратных корреляций в первой матрице корреляции с количеством обратных корреляций во второй матрице корреляции, илиcomparing the number of inverse correlations in the first correlation matrix with the number of inverse correlations in the second correlation matrix, or сравнения плотности обратных корреляций в первой матрице корреляции с плотностью обратных корреляций во второй матрице корреляции.comparing the density of inverse correlations in the first correlation matrix with the density of inverse correlations in the second correlation matrix. 11. Система по п. 10, причем система дополнительно содержит средство проверки, сконфигурированное для определения p-значения для каждой попарной корреляции и сравнения p-значения с уровнем значимости, при этом средство создания матриц корреляции сконфигурировано для использования только p-значений меньше уровня значимости при создании матрицы корреляции.11. The system of claim 10, wherein the system further comprises a tester configured to determine a p-value for each pairwise correlation and compare the p-value to a significance level, wherein the correlation matrix generator is configured to use only p-values less than the significance level when creating a correlation matrix. 12. Система по п. 10 или 11, где назначение структурных узлов, соответствующих корковым областям головного мозга, дополнительно включает определение групп, которые содержат структурные узлы, соответствующие одним и тем же долям или разным долям.12. The system according to claim 10 or 11, where the assignment of structural nodes corresponding to the cortical regions of the brain further includes the definition of groups that contain structural nodes corresponding to the same lobes or different lobes. 13. Система по п. 12, где средство сравнения сконфигурировано для сравнения первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции через: 13. The system of claim 12, wherein the comparator is configured to compare the first correlation matrix and the second correlation matrix via: сравнение количества и плотности корреляций соответственно с количеством и плотностью корреляций между разными группами структурных узлов, соответствующими одним и тем же долям, илиcomparison of the number and density of correlations, respectively, with the number and density of correlations between different groups of structural nodes corresponding to the same shares, or сравнение количества корреляций с количеством корреляций между разными группами структурных узлов, соответствующими одним и тем же долям, илиcomparison of the number of correlations with the number of correlations between different groups of structural nodes corresponding to the same shares, or сравнение плотности корреляций с плотностью корреляций между разными группами структурных узлов, соответствующими одним и тем же долям, илиcomparing the density of correlations with the density of correlations between different groups of structural nodes corresponding to the same shares, or сравнение количества и плотности корреляций соответственно с количеством и плотностью корреляций между разными группами структурных узлов, соответствующими разным долям, илиcomparison of the number and density of correlations, respectively, with the number and density of correlations between different groups of structural nodes corresponding to different shares, or сравнение количества корреляций с количеством корреляций между разными группами структурных узлов, соответствующими разным долям, илиcomparing the number of correlations with the number of correlations between different groups of structural nodes corresponding to different proportions, or сравнение плотности корреляций с плотностью корреляций между разными группами структурных узлов, соответствующими разным долям.comparison of the density of correlations with the density of correlations between different groups of structural nodes corresponding to different shares. 14. Система по п. 12 или 13, где средство сравнения сконфигурировано для сравнения первой матрицы корреляции и второй матрицы корреляции через: 14. The system of claim 12 or 13, wherein the comparator is configured to compare the first correlation matrix and the second correlation matrix via: сравнение количества и плотности корреляций соответственно с количеством и плотностью корреляций между одной или более группами структурных узлов, расположенных в лобной доле, и одной или более группами структурных узлов, расположенных в теменной и затылочной долях, илиcomparing the number and density of correlations, respectively, with the number and density of correlations between one or more groups of structural nodes located in the frontal lobe and one or more groups of structural nodes located in the parietal and occipital lobes, or сравнение количества корреляций с количеством корреляций между одной или более группами структурных узлов, расположенных в лобной доле, и одной или более группами структурных узлов, расположенных в теменной и затылочной долях, илиcomparing the number of correlations with the number of correlations between one or more groups of structural nodes located in the frontal lobe and one or more groups of structural nodes located in the parietal and occipital lobes, or сравнение плотности корреляций с плотностью корреляций между одной или более группами структурных узлов, расположенных в лобной доле, и одной или более группами структурных узлов, расположенных в теменной и затылочной долях.comparing the density of correlations with the density of correlations between one or more groups of structural nodes located in the frontal lobe and one or more groups of structural nodes located in the parietal and occipital lobes. 15. Система по любому из пп. 10-14, где нейрофармакологическим вмешательством является фармацевтический препарат, модифицирующий заболевание.15. The system according to any one of paragraphs. 10-14, where the neuropharmacological intervention is a disease-modifying pharmaceutical. 16. Система по любому из пп. 10-14, где нейрофармакологическим вмешательством является симптоматическое лечение.16. The system according to any one of paragraphs. 10-14, where the neuropharmacological intervention is symptomatic treatment. 17. Система по любому из пп. 10-16, где нейрофармакологическим вмешательством является фармацевтический препарат, модифицирующий заболевание, и эффективность устанавливается через: 17. The system according to any one of paragraphs. 10-16, where the neuropharmacological intervention is a disease-modifying pharmaceutical and efficacy is established through: снижение количества и плотности корреляций между передней и задней областями головного мозга в первой матрице корреляции и второй матрице корреляции, илиreducing the number and density of correlations between the anterior and posterior regions of the brain in the first correlation matrix and the second correlation matrix, or снижение количества корреляций между передней и задней областями головного мозга в первой матрице корреляции и второй матрице корреляции, илиreducing the number of correlations between the anterior and posterior regions of the brain in the first correlation matrix and the second correlation matrix, or снижение плотности корреляций между передней и задней областями головного мозга в первой матрице корреляции и второй матрице корреляции.reducing the density of correlations between the anterior and posterior regions of the brain in the first correlation matrix and the second correlation matrix. 18. Система по любому из пп. 10-16, где первые структурные неврологические данные получают магнитно-резонансной томографией.18. The system according to any one of paragraphs. 10-16, where the first structural neurological data is obtained by magnetic resonance imaging. 19. Машиночитаемый носитель, хранящий компьютерную программу, содержащую исполняемый код, который при исполнении на компьютере заставляет компьютер выполнять способ по любому из пп. 1-9.19. A computer-readable medium that stores a computer program containing executable code that, when executed on a computer, causes the computer to perform the method according to any one of paragraphs. 1-9. 20. Способ по любому из пп. 1-9, или система по любому из пп. 10-18, или машиночитаемый носитель по п. 19, где ответ пациента на нейрофармакологическое вмешательство определяется в контексте клинического испытания для оценки эффективности фармацевтического препарата при лечении таупатии, и эффективность фармацевтического препарата оценивается полностью или частично на основе сравнения ответа группы пациентов с группой сравнения, которая не получала такого вмешательства.20. The method according to any one of paragraphs. 1-9, or a system according to any one of paragraphs. 10-18, or the computer-readable medium of claim 19, wherein the patient's response to neuropharmacological intervention is determined in the context of a clinical trial to evaluate the effectiveness of a pharmaceutical in the treatment of tauopathy, and the effectiveness of the pharmaceutical is evaluated in whole or in part based on a comparison of the response of a group of patients with a comparison group, who did not receive such intervention.
RU2021109083A 2018-09-05 Method for determining a patient's response to neuropharmacological intervention, system and machine readable medium for its implementation. RU2794185C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021109083A RU2021109083A (en) 2022-10-05
RU2794185C2 true RU2794185C2 (en) 2023-04-12

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2000127135A (en) * 2000-10-31 2004-01-10 Александр Александрович Харламов A method of forming a semantic portrait of the text and a device for its implementation
RU2334457C2 (en) * 2006-07-03 2008-09-27 ФГУ "Московский НИИ психиатрии Федерального Агентства по здравоохранению и социальному развитию" Method for predicting of efficiency of treatment with nooclerin of cognitive disorders in case of epilepsy
WO2011127609A1 (en) * 2010-04-16 2011-10-20 Applied Brain And Vision Sciences Inc. Encephalography method and apparatus incorporating independent component analysis and a spectral shaping filter
RU2494669C2 (en) * 2007-01-30 2013-10-10 Джи-И Хелткер Лимитед Device for diagnosing neurodegenerative diseases
WO2014153466A2 (en) * 2013-03-20 2014-09-25 Cornell University Methods and tools for analyzing brain images
US9921283B2 (en) * 2011-01-28 2018-03-20 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Methods for detecting abnormalities and degenerative processes in soft tissue using magnetic resonance imaging

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2000127135A (en) * 2000-10-31 2004-01-10 Александр Александрович Харламов A method of forming a semantic portrait of the text and a device for its implementation
RU2334457C2 (en) * 2006-07-03 2008-09-27 ФГУ "Московский НИИ психиатрии Федерального Агентства по здравоохранению и социальному развитию" Method for predicting of efficiency of treatment with nooclerin of cognitive disorders in case of epilepsy
RU2494669C2 (en) * 2007-01-30 2013-10-10 Джи-И Хелткер Лимитед Device for diagnosing neurodegenerative diseases
WO2011127609A1 (en) * 2010-04-16 2011-10-20 Applied Brain And Vision Sciences Inc. Encephalography method and apparatus incorporating independent component analysis and a spectral shaping filter
US9921283B2 (en) * 2011-01-28 2018-03-20 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Methods for detecting abnormalities and degenerative processes in soft tissue using magnetic resonance imaging
WO2014153466A2 (en) * 2013-03-20 2014-09-25 Cornell University Methods and tools for analyzing brain images

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Holland et al. Unbiased comparison of sample size estimates from longitudinal structural measures in ADNI
Casson et al. Definition of glaucoma: clinical and experimental concepts
Freud et al. Three-dimensional representations of objects in dorsal cortex are dissociable from those in ventral cortex
Giorgio et al. Diffuse brain damage in normal tension glaucoma
Benke et al. Language lateralization in temporal lobe epilepsy: a comparison between fMRI and the Wada Test
Burianová et al. Age-related dedifferentiation and compensatory changes in the functional network underlying face processing
Wall et al. Sensitivity and specificity of frequency doubling perimetry in neuro-ophthalmic disorders: a comparison with conventional automated perimetry
JP7401531B2 (en) Network methods for neurodegenerative diseases
Li et al. Abnormal resting state effective connectivity within the default mode network in major depressive disorder: a spectral dynamic causal modeling study
Gleichgerrcht et al. Preservation of structural brain network hubs is associated with less severe post-stroke aphasia
Clayton et al. Retinal nerve fiber layer thickness in vigabatrin‐exposed patients
Tuten et al. Spatiochromatic interactions between individual cone photoreceptors in the human retina
Ngolab et al. Feasibility study for detection of retinal amyloid in clinical trials: the Anti‐Amyloid Treatment in Asymptomatic Alzheimer's Disease (A4) trial
Leitgeb et al. The brain as a complex network: assessment of EEG‐based functional connectivity patterns in patients with childhood absence epilepsy
Bussalb et al. Is there a cluster of high theta-beta ratio patients in attention deficit hyperactivity disorder?
Yu et al. The individualized prediction of cognitive test scores in mild cognitive impairment using structural and functional connectivity features
Larsen et al. Modulation of task‐related cortical connectivity in the acute and subacute phase after stroke
Galvin et al. Using optical coherence tomography to screen for cognitive impairment and dementia
Zangen et al. Pursuing personalized medicine for depression by targeting the lateral or medial prefrontal cortex with Deep TMS
Liu et al. Fronto-parietal networks shape human conscious report through attention gain and reorienting
Morland Organization of the central visual pathways following field defects arising from congenital, inherited, and acquired eye disease
RU2794185C2 (en) Method for determining a patient&#39;s response to neuropharmacological intervention, system and machine readable medium for its implementation.
Hopwood et al. Personality traits and mental health treatment utilization
Ellemberg et al. Lateral interactions in amblyopia
Hess et al. Selectivity as well as sensitivity loss characterizes the cortical spatial frequency deficit in amblyopia