Visuospatial and visuoperceptual impairment and its structural correlates as measures of cognitive decline in Parkinson’s disease

Abstract

Parkinson’s disease is a common neurodegenerative disorder that manifests with a wide range of non-motor symptoms. Among them, cognitive impairment is present in a high proportion of patients, having a great impact on quality of life and prospective outcome. Initiatives have aimed to describe the features of cognitive impairment in Parkinson’s disease and, although findings are not conclusive, the visuospatial and visuoperceptual neuropsychological domain can be impaired early in the disease course, and these deficits sustain a relationship with disease severity and progression. Moreover, posterior cortically-based deficits are prognostic markers of the emergence of dementia in Parkinson’s disease. Hence, their early identification is an important undertaking in clinical settings. In our studies, we have investigated visuospatial and visuoperceptual impairment in Parkinson’s disease patients, as well as its evolution over time. We assessed 121 Parkinson’s disease patients and 41 healthy matched control subjects, applying well-validated and widely used neuropsychological tests, and followed the sample for an approximate period of four years. We identified the neuroanatomical substrates of these deficits using surface-based cortical thickness measures and tract-based spatial statistics for white matter microstructure integrity parameters. Parkinson’s disease patients exhibit a posterior temporo-parieto-occipital pattern of cortical thinning that is related to the impairment of visual cognition processes; however, these correlates do not appear to follow the classical dissociation described in the current literature of the healthy visual system pathways. In Parkinson’s disease patients with mild cognitive impairment, this degeneration is more pronounced and widespread, and follows a posterior-anterior pattern of cortical thinning. Moreover, after a four-year follow-up, Parkinson’s disease patients with mild cognitive impairment exhibit a differential pattern from cognitively normal patients, that involves temporo-parieto-occipital regions, and is related to changes over time in visuospatial and visuoperceptual measures. Conversely, white matter microstructure appears altered in the posterior corpus callosum in Parkinson’s disease, whereas visuospatial, visuoperceptual and visuoconstructive measures exhibit widespread long- and short-range correlates with white matter degeneration. Our results give support to the hypothesized relationship between impairment in visuospatial and visuoperceptual functions and the degeneration of predominantly posterior cortices over time, establish-ing the structural basis of cognitive decline in Parkinson’s disease. These findings could have translational implications and contribute to the validation of the use of these tests in clinical as well as research settings. Further research involving multimodal approaches of structural and functional neuroimaging techniques in longitudinal settings could shed light on the characterization of the neuroanatomical substrate of cognitive decline in Parkinson’s disease.

La malaltia de Parkinson és un trastorn neurodegeneratiu d’elevada incidència que es manifesta amb una gran varietat de símptomes no-motors. Entre els sintomes no-motors, el deteriorament cognitiu és present en una elevada proporció del pacients i produeix un gran impacte en la seva qualitat de vida i el seu pronòstic. La caracterització del deteriorament cognitiu en la malaltia de Parkinson és un important repte de recerca i, tot i que existeix una elevada disparitat entre les troballes actuals, els dèficits visoespacials i visoperceptius es poden considerar com un domini específic que pot mostrar alteracions de forma primerenca i mostrar una relació amb la gravetat de la malaltia i la seva progressió. Els dèficits originats en el còrtex posterior es consideren un marcador pronòstic de l’aparició de demència a la malaltia de Parkinson, fet que posa de relleu la importància de la seva identificació primerenca en el maneig clínic. En els nostres estudis, hem identificat i catacteritzat el deteriorament visoespacial i visoperceptiu a la malaltia de Parkinson, així com la seva evolució en el temps. Hem recollit dades de 121 pacients i 41 controls sans aparellats segons variables sociodemogràfiques, tot aplicant tests validats i àmpliament utilitzats en l’àmbit clínic. Hem seguit la seva evolució per un període aproximat de quatre anys. Per tal de identificar els substrats neuroanatòmics d’aquests dèficits, hem utilitzat mesures de gruix cortical basades en l’estimació de superfícies, i mesures adreçades a l’avaluació de la integritat de la microestructura de la substància blanca. Els malalts de Parkinson presenten un patró de deteriorament cortical localitzat en regions posteriors temporo-parieto-occipitals, que està relacionat amb els dèficits observats en les funcions visoespacials i visoperceptives. Tot i així, aquests correlats no segueixen la dissociació descrita a la literatura clàssica sobre les vies del sistema visual en subjectes normals. En pacients amb deteriorament cognitiu lleu, els patrons d’atrofia cerebral són mes pronunciats i generalitzats, tot seguint un patró posterior-anterior de pèrdua del gruix cortical. El seguiment realitzat ens ha permès identificar un patró diferencial de degeneració en els pacients amb deteriorament cognitiu lleu, localitzat principalment en la regió temporo-parieto-occipital i que està relacionat amb la pèrdua de funcions visoespacials i visoperceptives. De forma coherent, l’alteració de la microestructura de la substància blanca es localitza a la part posterior del cos callós. Ara bé, la pèrdua de funcions visoespacials, visoperceptives i visoconstructives es relaciona amb la pèrdua de la integritat de regions cerebrals més extenses, que impliquen fascicles intra- i interhemisfèrics. Els resultats evidencien la relació entre el deteriorament de les funcions visoespacials i visoperceptives i la degeneració neuroanatòmica predominantment del còrtex posterior. Aquestes troballes contribueixen a establir la base estructural del deteriorament cognitiu en la malaltia de Parkinson i poden tenir implicacions translacionals, ja que contribueixen a la validació de l’ús d’un conjunt de tests en el maneig clínic i en termes de recerca. En el futur, la combinació d’estudis multimodals estructurals i funcionals de caire longitudinal poden contribuir en la caracterització del substrat neuroanatòmic i neurofuncional del deteriorament cognitiu a la malaltia de Parkinson i determinar-ne el valor pronóstic d’evolució a demència.