In EDS ansehen

Spectral features of resting-state EEG in Parkinson's Disease: A multicenter study using functional data analysis

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Titel: Spectral features of resting-state EEG in Parkinson's Disease: A multicenter study using functional data analysis
Autoren: Alberto Jaramillo‐Jimenez, Diego Alejandro Tovar‐Rios, Johann Alexis Ospina, Yorguin-Jose Mantilla-Ramos, Daniel Loaiza-López, Verónica Henao Isaza, Luisa María Zapata Saldarriaga, Valeria Cadavid Castro, Jazmín Ximena Suárez-Revelo, Yamile Bocanegra, Francisco Lopera, David Antonio Pineda-Salazar, Carlos Andrés Tobón Quintero, John Fredy Ochoa Gómez, Miguel Germán Borda, Dag Aarsland, Laura Bonanni, Kolbjørn Brønnick
Quelle: Clinical Neurophysiology
Verlagsinformationen: Elsevier BV, 2023.
Publikationsjahr: 2023
Schlagwörter: MILD COGNITIVE IMPAIRMENT, PREDICTION, Parkinson's disease, Astronomy, Pattern recognition (psychology), Astrophysics, 09 Engineering, Epilepsy Detection, EEG Analysis, Cognitive psychology, Psychology, Disease, BODY, Neuronal Oscillations in Cortical Networks, Internal medicine, 11 Medical and Health Sciences, Spectroscopy, UTILITY, Parkinson's Disease, Construct validity, DEMENTIA, Physics, Statistics, Life Sciences, Parkinson Disease, Electroencephalography, Alpha rhythm, Neural Interface Technology, Audiology, Brain-Computer Interfaces in Neuroscience and Medicine, LEWY BODIES, 17 Psychology and Cognitive Sciences, FOS: Psychology, Medicine, Resting state fMRI, Life Sciences & Biomedicine, Psychometrics, DIAGNOSTIC-CRITERIA, Cognitive Neuroscience, POWER, Clinical Neurology, Spectral analysis, Alpha (finance), MOVEMENT, Cellular and Molecular Neuroscience, Spectral density, QUANTITATIVE EEG, Theta rhythm, FOS: Mathematics, Humans, VDP::Medisinske Fag: 700, Deep Learning for EEG, Science & Technology, Neurology & Neurosurgery, Neurosciences, Reproducibility of Results, Functional Data Analysis, Epoch (astronomy), Functional data analysis, Galaxy, Neural Ensemble Physiology, 3209 Neurosciences, Neurosciences & Neurology, Beta Rhythm, Mathematics, Neuroscience
Beschreibung: Cette étude vise 1) à analyser les différences dans les caractéristiques spectrales de l'électroencéphalogramme au repos (rs-EEG) de la maladie de Parkinson (PD) et des sujets sains (non-PD) en utilisant l'analyse des données fonctionnelles (FDA) et 2) à explorer, dans quatre cohortes indépendantes, la validité externe et la reproductibilité des résultats en utilisant à la fois l'approche FDA d'époque à époque et l'approche moyenne des époques. Nous avons inclus 169 sujets (85 non-PD ; 84 PD) de quatre centres. Les signaux Rs-EEG ont été prétraités avec une combinaison de pipelines automatisés. Les caractéristiques de densité spectrale de puissance relative (PSD), de fréquence dominante (DF) et de variabilité DF (DFV) au niveau du capteur ont été extraites. Les différences dans chaque caractéristique ont été comparées entre PD et non-PD sur des époques moyennes et en utilisant la FDA pour modéliser le changement d'époque en époque de chaque caractéristique. Pour les époques moyennes, une DSP relative thêta significativement plus élevée dans la MP a été trouvée dans tous les ensembles de données. De plus, une DSP relative pré-alpha plus élevée a été observée dans trois des quatre ensembles de données chez les patients atteints de MP. Pour la FDA, des résultats similaires ont été obtenus dans le thêta, mais tous les ensembles de données ont montré des différences pré-alpha postérieures systématiquement significatives à travers plusieurs époques. L'augmentation de la thêta généralisée, avec une PSD relative pré-alpha postérieure, était la constatation la plus reproductible dans la MP. Les résultats Rs-EEG thêta et pré-alpha sont généralisables dans la MP. La FDA constitue un outil fiable et puissant pour analyser d'époque en époque le rs-EEG.
Este estudio tiene como objetivo 1) analizar las diferencias en las características espectrales del electroencefalograma en estado de reposo (rs-EEG) de la enfermedad de Parkinson (EP) y sujetos sanos (no EP) utilizando el análisis de datos funcionales (FDA) y 2) explorar, en cuatro cohortes independientes, la validez externa y la reproducibilidad de los hallazgos utilizando tanto la FDA de época a época como el enfoque de épocas promediadas. Se incluyeron 169 sujetos (85 no PD; 84 PD) de cuatro centros. Las señales Rs-EEG se preprocesaron con una combinación de tuberías automatizadas. Se extrajeron las características de densidad espectral de potencia relativa (PSD) a nivel de sensor, frecuencia dominante (DF) y variabilidad de DF (DFV). Las diferencias en cada característica se compararon entre PD y no PD en épocas promediadas y utilizando FDA para modelar el cambio de época a época de cada característica. Para las épocas promediadas, se encontró una PSD relativa theta significativamente mayor en la PD en todos los conjuntos de datos. Además, se observó una PSD relativa prealfa más alta en tres de cuatro conjuntos de datos en pacientes con EP. Para la FDA, se lograron hallazgos similares en theta, pero todos los conjuntos de datos mostraron diferencias posteriores prealfa consistentemente significativas en múltiples épocas. El aumento de theta generalizada, con PSD relativa posterior pre-alfa, fue el hallazgo más reproducible en la EP. Los hallazgos de Rs-EEG theta y pre-alfa son generalizables en la EP. La FDA constituye una herramienta confiable y poderosa para analizar el rs-EEG de época en época.
This study aims 1) To analyse differences in resting-state electroencephalogram (rs-EEG) spectral features of Parkinson's Disease (PD) and healthy subjects (non-PD) using Functional Data Analysis (FDA) and 2) To explore, in four independent cohorts, the external validity and reproducibility of the findings using both epoch-to-epoch FDA and averaged-epochs approach. We included 169 subjects (85 non-PD; 84 PD) from four centres. Rs-EEG signals were preprocessed with a combination of automated pipelines. Sensor-level relative power spectral density (PSD), dominant frequency (DF), and DF variability (DFV) features were extracted. Differences in each feature were compared between PD and non-PD on averaged epochs and using FDA to model the epoch-to-epoch change of each feature. For averaged epochs, significantly higher theta relative PSD in PD was found across all datasets. Also, higher pre-alpha relative PSD was observed in three of four datasets in PD patients. For FDA, similar findings were achieved in theta, but all datasets showed consistently significant posterior pre-alpha differences across multiple epochs. Increased generalised theta, with posterior pre-alpha relative PSD, was the most reproducible finding in PD. Rs-EEG theta and pre-alpha findings are generalisable in PD. FDA constitutes a reliable and powerful tool to analyse epoch-to-epoch the rs-EEG.
تهدف هذه الدراسة إلى 1) تحليل الاختلافات في السمات الطيفية لمخطط كهربية الدماغ في حالة الراحة (rs - EEG) لمرض باركنسون (PD) والأشخاص الأصحاء (غير PD) باستخدام تحليل البيانات الوظيفية (FDA) و 2) لاستكشاف، في أربع مجموعات مستقلة، الصلاحية الخارجية وقابلية تكرار النتائج باستخدام كل من نهج FDA إلى حقبة ومتوسط الحقب. قمنا بتضمين 169 مادة (85 غير PD ؛ 84 PD) من أربعة مراكز. تمت معالجة إشارات Rs - EEG مسبقًا بمزيج من خطوط الأنابيب الآلية. تم استخراج ميزات الكثافة الطيفية للقدرة النسبية على مستوى المستشعر (PSD) والتردد السائد (DF) وتقلب DF (DFV). تمت مقارنة الاختلافات في كل ميزة بين PD وغير PD في متوسط العصور واستخدام FDA لنمذجة التغيير من عصر إلى عصر لكل ميزة. بالنسبة للحقب المتوسطة، تم العثور على PSD النسبي ثيتا أعلى بكثير في PD عبر جميع مجموعات البيانات. كما لوحظ ارتفاع اضطراب ما قبل ألفا النسبي في ثلاث من أربع مجموعات بيانات في مرضى الشلل الدماغي. بالنسبة لإدارة الغذاء والدواء، تم تحقيق نتائج مماثلة في ثيتا، لكن جميع مجموعات البيانات أظهرت باستمرار اختلافات خلفية كبيرة قبل ألفا عبر عصور متعددة. كانت زيادة ثيتا المعممة، مع اضطراب ما قبل ألفا النسبي الخلفي، هي النتيجة الأكثر قابلية للتكرار في مرض باركنسون. نتائج Rs - EEG ثيتا وما قبل ألفا قابلة للتعميم في مرض باركنسون. تشكل إدارة الأغذية والعقاقير (FDA) أداة موثوقة وقوية لتحليل تخطيط كهربية الدماغ (RS - EEG) من عصر إلى عصر.
Publikationsart: Article
Other literature type
Dateibeschreibung: application/pdf; 13 páginas
Sprache: English
ISSN: 1388-2457
DOI: 10.1016/j.clinph.2023.03.363
DOI: 10.60692/szxga-1q760
DOI: 10.60692/wb2vf-tr252
DOI: 10.1093/brain/awm322
DOI: 10.3389/fnbeh.2021.661973/bibtex
DOI: 10.1136/jnnp.51.6.745
DOI: 10.1016/j.parkreldis.2020.05.007
DOI: 10.1016/0013-4694(91)90044-5
DOI: 10.3389/fnins.2013.00267/bibtex
DOI: 10.1016/b978-0-444-64032-1.00009-6
DOI: 10.3390/diagnostics10090616
DOI: 10.1016/j.nicl.2013.07.013
DOI: 10.1002/mds.24893
DOI: 10.1186/s13195-022-01046-z
DOI: 10.1016/j.neuroimage.2022.119190
DOI: 10.1073/pnas.96.26.15222
DOI: 10.1038/s41598-017
DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2019.09.008
DOI: 10.3389/fpubh.2021.776847/full
DOI: 10.2217/fnl-2018-0048
DOI: 10.1159/000341998
DOI: 10.1016/j.jneumeth.2006.05.033
DOI: 10.1523/eneuro.0151-19.2019
DOI: 10.1038/s41593-020-00744-x
DOI: 10.3233/jad-160435
DOI: 10.5281/zenodo.6363576
DOI: 10.3389/fninf.2015.00016
DOI: 10.1016/j.neuroimage.2019.116361
DOI: 10.1016/j.clinph.2019.06.234
DOI: 10.1155/2014/906038
DOI: 10.1136/jnnp-2022-330010
DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2014.07.009
DOI: 10.1002/mds.27190
DOI: 10.1016/j
DOI: 10.1016/j.clinph.2021.01.001
Zugangs-URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37146531
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1388245723005989?via=ihub
https://hdl.handle.net/11564/809911
https://doi.org/10.1016/j.clinph.2023.03.363
https://lirias.kuleuven.be/handle/20.500.12942/765568
https://doi.org/10.1016/j.clinph.2023.03.363
https://hdl.handle.net/11250/3119190
https://hdl.handle.net/10614/15852
https://doi.org/10.1016/j.clinph.2023.03.363
Rights: CC BY
CC BY NC ND
Dokumentencode: edsair.doi.dedup.....e7050d0515cd5ff5498c920b4fa904ee
Datenbank: OpenAIRE
Beschreibung
Abstract:Cette étude vise 1) à analyser les différences dans les caractéristiques spectrales de l'électroencéphalogramme au repos (rs-EEG) de la maladie de Parkinson (PD) et des sujets sains (non-PD) en utilisant l'analyse des données fonctionnelles (FDA) et 2) à explorer, dans quatre cohortes indépendantes, la validité externe et la reproductibilité des résultats en utilisant à la fois l'approche FDA d'époque à époque et l'approche moyenne des époques. Nous avons inclus 169 sujets (85 non-PD ; 84 PD) de quatre centres. Les signaux Rs-EEG ont été prétraités avec une combinaison de pipelines automatisés. Les caractéristiques de densité spectrale de puissance relative (PSD), de fréquence dominante (DF) et de variabilité DF (DFV) au niveau du capteur ont été extraites. Les différences dans chaque caractéristique ont été comparées entre PD et non-PD sur des époques moyennes et en utilisant la FDA pour modéliser le changement d'époque en époque de chaque caractéristique. Pour les époques moyennes, une DSP relative thêta significativement plus élevée dans la MP a été trouvée dans tous les ensembles de données. De plus, une DSP relative pré-alpha plus élevée a été observée dans trois des quatre ensembles de données chez les patients atteints de MP. Pour la FDA, des résultats similaires ont été obtenus dans le thêta, mais tous les ensembles de données ont montré des différences pré-alpha postérieures systématiquement significatives à travers plusieurs époques. L'augmentation de la thêta généralisée, avec une PSD relative pré-alpha postérieure, était la constatation la plus reproductible dans la MP. Les résultats Rs-EEG thêta et pré-alpha sont généralisables dans la MP. La FDA constitue un outil fiable et puissant pour analyser d'époque en époque le rs-EEG.<br />Este estudio tiene como objetivo 1) analizar las diferencias en las características espectrales del electroencefalograma en estado de reposo (rs-EEG) de la enfermedad de Parkinson (EP) y sujetos sanos (no EP) utilizando el análisis de datos funcionales (FDA) y 2) explorar, en cuatro cohortes independientes, la validez externa y la reproducibilidad de los hallazgos utilizando tanto la FDA de época a época como el enfoque de épocas promediadas. Se incluyeron 169 sujetos (85 no PD; 84 PD) de cuatro centros. Las señales Rs-EEG se preprocesaron con una combinación de tuberías automatizadas. Se extrajeron las características de densidad espectral de potencia relativa (PSD) a nivel de sensor, frecuencia dominante (DF) y variabilidad de DF (DFV). Las diferencias en cada característica se compararon entre PD y no PD en épocas promediadas y utilizando FDA para modelar el cambio de época a época de cada característica. Para las épocas promediadas, se encontró una PSD relativa theta significativamente mayor en la PD en todos los conjuntos de datos. Además, se observó una PSD relativa prealfa más alta en tres de cuatro conjuntos de datos en pacientes con EP. Para la FDA, se lograron hallazgos similares en theta, pero todos los conjuntos de datos mostraron diferencias posteriores prealfa consistentemente significativas en múltiples épocas. El aumento de theta generalizada, con PSD relativa posterior pre-alfa, fue el hallazgo más reproducible en la EP. Los hallazgos de Rs-EEG theta y pre-alfa son generalizables en la EP. La FDA constituye una herramienta confiable y poderosa para analizar el rs-EEG de época en época.<br />This study aims 1) To analyse differences in resting-state electroencephalogram (rs-EEG) spectral features of Parkinson's Disease (PD) and healthy subjects (non-PD) using Functional Data Analysis (FDA) and 2) To explore, in four independent cohorts, the external validity and reproducibility of the findings using both epoch-to-epoch FDA and averaged-epochs approach. We included 169 subjects (85 non-PD; 84 PD) from four centres. Rs-EEG signals were preprocessed with a combination of automated pipelines. Sensor-level relative power spectral density (PSD), dominant frequency (DF), and DF variability (DFV) features were extracted. Differences in each feature were compared between PD and non-PD on averaged epochs and using FDA to model the epoch-to-epoch change of each feature. For averaged epochs, significantly higher theta relative PSD in PD was found across all datasets. Also, higher pre-alpha relative PSD was observed in three of four datasets in PD patients. For FDA, similar findings were achieved in theta, but all datasets showed consistently significant posterior pre-alpha differences across multiple epochs. Increased generalised theta, with posterior pre-alpha relative PSD, was the most reproducible finding in PD. Rs-EEG theta and pre-alpha findings are generalisable in PD. FDA constitutes a reliable and powerful tool to analyse epoch-to-epoch the rs-EEG.<br />تهدف هذه الدراسة إلى 1) تحليل الاختلافات في السمات الطيفية لمخطط كهربية الدماغ في حالة الراحة (rs - EEG) لمرض باركنسون (PD) والأشخاص الأصحاء (غير PD) باستخدام تحليل البيانات الوظيفية (FDA) و 2) لاستكشاف، في أربع مجموعات مستقلة، الصلاحية الخارجية وقابلية تكرار النتائج باستخدام كل من نهج FDA إلى حقبة ومتوسط الحقب. قمنا بتضمين 169 مادة (85 غير PD ؛ 84 PD) من أربعة مراكز. تمت معالجة إشارات Rs - EEG مسبقًا بمزيج من خطوط الأنابيب الآلية. تم استخراج ميزات الكثافة الطيفية للقدرة النسبية على مستوى المستشعر (PSD) والتردد السائد (DF) وتقلب DF (DFV). تمت مقارنة الاختلافات في كل ميزة بين PD وغير PD في متوسط العصور واستخدام FDA لنمذجة التغيير من عصر إلى عصر لكل ميزة. بالنسبة للحقب المتوسطة، تم العثور على PSD النسبي ثيتا أعلى بكثير في PD عبر جميع مجموعات البيانات. كما لوحظ ارتفاع اضطراب ما قبل ألفا النسبي في ثلاث من أربع مجموعات بيانات في مرضى الشلل الدماغي. بالنسبة لإدارة الغذاء والدواء، تم تحقيق نتائج مماثلة في ثيتا، لكن جميع مجموعات البيانات أظهرت باستمرار اختلافات خلفية كبيرة قبل ألفا عبر عصور متعددة. كانت زيادة ثيتا المعممة، مع اضطراب ما قبل ألفا النسبي الخلفي، هي النتيجة الأكثر قابلية للتكرار في مرض باركنسون. نتائج Rs - EEG ثيتا وما قبل ألفا قابلة للتعميم في مرض باركنسون. تشكل إدارة الأغذية والعقاقير (FDA) أداة موثوقة وقوية لتحليل تخطيط كهربية الدماغ (RS - EEG) من عصر إلى عصر.
ISSN:13882457
DOI:10.1016/j.clinph.2023.03.363