Alzheimer's disease qEEG: spectral analysis versus coherence. which is the best measurement?

Abstract

There is evidence in electroencephalography that alpha, theta and delta band oscillations reflect cognitive and memory performances and that quantitative techniques can improve the electroencephalogram (EEG) sensitivity. This paper presents the results of comparative analysis of qEEG variables as reliable markers for Alzheimer's disease (AD). We compared the sensitivity and specificity between spectral analysis (spectA) and coherence (Coh) within the same group of AD patients. SpectA and Coh were calculated from EEGs of 40 patients with mild to moderate AD and 40 healthy elderly controls. The peak of spectA was smaller in the AD group than in controls. AD group showed predominance of slow spectA in theta and delta bands and a significant reduction of inter-hemispheric Coh for occipital alpha 2 and beta 1 and for frontal delta sub-band. ROC curve supported that alpha band spectA was more sensitive than coherence to differentiate controls from AD. Key words: electroencephalography, Alzheimer's disease, dementia, EEG, spectral analysis, coherence.EEGq na doença de Alzheimer: análise espectral versus coerência. O que é melhor? RESUMO Há evidências de que as oscilações das bandas teta, alfa e delta no eletroencefalograma podem refletir diferenças na cognição e memória; a sensibilidade deste método diagnóstico pode ser melhorada por técnicas de quantificação. Comparamos a sensibilidade e especificidade entre a análise espectral (spectA) e coerência (Coh) dentro do mesmo grupo de pacientes com doença de Alzheimer (DA) e contra um grupo controle. SpectA e Coh foram calculadas a partir de EEGs de 40 pacientes com DA leve a moderada e 40 idosos saudáveis. O pico do espectro foi menor no grupo DA que nos controles. O grupo DA também apresentou um espectro mais lento nas bandas teta e delta e menor coerência inter-hemisférica para as sub-bandas alfa 2 e beta 1 posterior e delta frontal. A curva ROC suporta que a análise espectral da banda alfa foi mais sensível que a coerência para diferenciar controles de DA. Palavras-Chave: eletroencefalografia, doença de Alzheimer, demência, EEG, análise espectral, coerência. CorrespondenceRenato Anghinah Rua Itacolomi 333 / cj 83

Regularized Linear Discriminant Analysis of EEG Features in Dementia Patients

“…Based on spectroscopy and additional EEG variables, another study was able to discriminate AD from HC with 88% sensitivity and 89% specificity (Rodriguez et al, 1998). In fact, recent studies were able to demonstrate better classification performances (0.87 < AUC < 0.94) (Anghinah et al, 2011; Kanda et al, 2014; Buscema et al, 2015). However, the subjects sample, conditions of the EEG recording (e.g., subject awake, eyes open/closed, occurrence of external stimuli), the recording protocol, data processing and used methods induce complexity in the analysis and may compromise the conclusion of such studies (Dauwels et al, 2010).…”

Análise de wavelets com máquina de vetor de suporte no eletrencefalograma da doença de Alzheimer

“…Nos quadros de DA, os achados mais comuns à análise visual do traçado do EEG são o alentecimento da atividade elétrica cerebral de base por predomínio dos ritmos delta e teta e a diminuição ou ausência do ritmo alfa 21 . Entretanto, esses achados são mais comuns e evidentes em pacientes nos estágios moderados ou avançados da doença 22 .…”

Estudio electrofisiológico de los niveles de activación cerebral y conectividad funcional, potenciados mediante la técnica de neurofeedback durante una tarea atencional

“…Algunos autores defienden que el enlentecimiento general de la señal, que se refleja en un pico de frecuencia media menor en la EA respecto a mayores sanos, podría ser debido a la disfunción colinérgica, que su vez afectaría el sistema monoaminérgico y contribuiría también al enlentecimiento del EEG(Anghinah et al, 2011;Snaedal et al, 2010;Dringenberg, 2000). La reducción de la activación colinérgica también se ha relacionado con la disminución en la sincronización de la banda de frecuencia rápida γ, en relación directa con la función cognitiva (Schitzler & Gross, 2005).La coherencia es un parámetro útil a la hora de valorar la conectividad, aporta información sobre las relaciones funcionales entre dos regiones cerebrales, midiendo el grado de sincronización cortical en una determinada banda de frecuencia entre la actividad eléctrica registrada en dos electrodos(Cantero et al, 2000).…”

“…La reducción de la activación colinérgica también se ha relacionado con la disminución en la sincronización de la banda de frecuencia rápida γ, en relación directa con la función cognitiva (Schitzler & Gross, 2005).La coherencia es un parámetro útil a la hora de valorar la conectividad, aporta información sobre las relaciones funcionales entre dos regiones cerebrales, midiendo el grado de sincronización cortical en una determinada banda de frecuencia entre la actividad eléctrica registrada en dos electrodos(Cantero et al, 2000). En la EA se han descrito varios cambios en la coherencia en relación con mayores sanos, como por ejemplo una reducción en la coherencia interhemisférica en la región occipital en frecuencias altas de la banda α y frecuencias bajas de la banda β, y de la banda δ en zonas frontales, lo cual podría ser debido a lesiones en el cuerpo calloso(Anghinah et al, 2011;Schnitzler & Gross, 2005). Igualmente hay modificaciones de la coherencia frontoparietal y fronto-temporal en estado de reposo(Vecchio et al, 2013;Babiloni et al, 2015), y en general hay una disminución de la coherencia en las bandas α y β en la zona frontal(Fonseca et al, 2011a).…”

“…El análisis espectral mostró cambios directamente relacionados con la actividad en estado de reposo de cada uno de los grupos, analizada y discutida en el apartado previo. Al estudiar los cambios en el registro posterior al NFB respecto al previo, el grupo de jóvenes mostró un incremento significativo de la relación entre la potencia de α y β y la de la banda δ, en torno a un 50% de incremento medio, al igual que el grupo de mayores con deterioro cognitivo, que no solo incrementó las ratios con la banda δ (en mayor proporción que el grupo J, en torno a un 70%), también fue significativo el incremento de la ratio con la banda θ, RT1, probablemente debido a un incremento de la potencia relativa de la banda β1(11,(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18). Sin embargo, el grupo de personas mayores sanas, con valores medios en situación de reposo en estas variables muy por encima de los grupos J y MD, mostró un descenso significativo en el registro posterior al NFB en las ratios RD2, RT1 y RT2 (menos representativo que el incremento en los otros grupos, en torno a un 9%).En general, tanto el grupo de jóvenes como en el grupo de personas con deterioro cognitivo incrementaron la potencia relativa de las bandas α y β respecto la banda δ, y también respecto a θ en el caso del grupo MD, es decir, el objetivo buscado por nuestro protocolo de NFB.…”