Cerebral correlates of mild cognitive impairment and brain changes related to cognitive rehabilitation in Parkinson’s disease

Resumen

La presente tesis consta de 5 publicaciones científicas publicadas en revistas indexadas, con un factor de impacto acumulado de 23.52. 1. Abstract: Parkinson’s disease (PD) patients experience cognitive impairment in a wide range of cognitive domains. The brain correlates of diverse cognitive functions have been analyzed in PD but to date no study has assessed the cerebral correlates of theory of mind (ToM) deficit in the disease. In addition, these cognitive deficits in PD have been related with reduced quality of life and functional disability, which progress until dementia occurs in PD. Therefore, research is needed to detect biomarkers of cognitive impairment in the disease. Furthermore, treatment strategies for cognitive decline are needed. However, little is known about the effects of cognitive rehabilitation on cognition, functional outcome and brain changes in PD patients. Additionally, to date, no study has evaluated the long-term effects of cognitive rehabilitation on brain changes in PD. The present work is composed by five scientific contributions. Firstly, the first study aimed to investigate the neuroanatomical correlates of ToM deficit in PD patients. The second study assessed the dynamic functional connectivity (FC) and the local/global connectivity in PD patients with mild cognitive impairment (PD-MCI) and with normal cognition (PD-NC). The third study evaluated the effects of a cognitive rehabilitation program on cognition and clinical aspects in PD patients. The fourth study investigated the structural and functional brain changes related to a cognitive rehabilitation program in these PD patients, and finally, the fifth study, assessed the long-term effects of a cognitive rehabilitation on brain, cognition and functionality in PD. Results revealed presence of ToM deficit in PD that was related to grey and white matter alterations in the prefrontal and parietal lobes. In addition, PD-MCI patients showed dynamic functional brain alterations that were not present in PD-NC. Moreover, PD patients showed increased cognition, decreased functional disability and increased brain functional connectivity and activation after attending a cognitive rehabilitation program. Finally, brain activity, functionality and cognitive changes after cognitive rehabilitation were maintained after 18 months follow-up. In conclusion, findings support the presence of ToM deficit in PD patients. In addition, dynamic FC could add relevant information about the neural substrates of MCI in PD. Moreover, cognitive rehabilitation has demonstrated its efficacy on improving cognition, functionality and brain activity in PD patients, and all these improvements may still be present after 18 months. 2. Resumen: Los pacientes con enfermedad de Parkinson (EP) presentan deterioro cognitivo en varios dominios cognitivos. Los correlatos cerebrales de algunas funciones cognitivas han sido analizados en la EP pero hasta la fecha no se han estudiado los correlatos cerebrales de la función cognitiva teoría de la mente (ToM, de sus siglas en inglés). Además, este deterioro cognitivo se han relacionado con una menor calidad de vida y discapacidad funcional, y evoluciona hasta la aparición de demencia en la enfermedad. Por lo tanto, es necesaria más investigación para detectar biomarcadores del deterioro cognitivo y evaluar estrategias para el tratamiento del mismo. Sin embargo hasta la fecha se han llevado a cabo pocos estudios que evalúen la eficacia de un programa integral de rehabilitación cognitiva analizando los cambios cognitivos, funcionales y cerebrales. Además, no se ha publicado ningún estudio que evalúe el efecto a largo plazo de la rehabilitación cognitiva a nivel cerebral en la EP. El presente trabajo está compuesto por cinco contribuciones científicas. El primer estudio investigó los correlatos neuroanatómicos del déficit de ToM en pacientes con EP. El segundo estudio evaluó la conectividad funcional dinámica y la conectividad local/global en pacientes con EP con deterioro cognitivo leve y con cognición normal. El tercer estudio evaluó los efectos de un programa de rehabilitación cognitiva en la cognición y los aspectos clínicos en pacientes con EP. El cuarto estudio investigó los cambios cerebrales estructurales y funcionales relacionados con un programa de rehabilitación cognitiva en pacientes con EP, y finalmente, el quinto estudio, evaluó los efectos a largo plazo de esta rehabilitación cognitiva en la cognición, la funcionalidad y los cambios cerebrales en la EP. Los resultados revelaron la presencia de déficit de ToM en pacientes con EP, y éste correlacionó con alteraciones de la sustancia gris y blanca en los lóbulos prefrontal y parietal. Además, los pacientes con deterioro cognitivo mostraron una conectividad funcional dinámica alterada que no estaba presente en pacientes con EP con cognición normal. Por otra parte, después de asistir a un programa de rehabilitación cognitiva, los pacientes con EP mostraron un aumento del rendimiento cognitivo, reducción de la discapacidad funcional, así como una mayor conectividad funcional y activación cerebral. Por último, estos cambios a nivel cognitivo, funcional y cerebral se mantuvieron después de 18 meses de seguimiento. En conclusión, los hallazgos apoyan la presencia del déficit de ToM en pacientes con EP. Además, el análisis de conectividad funcional dinámica podría añadir información relevante sobre los sustratos neuronales de deterioro cognitivo en la EP. La rehabilitación cognitiva ha demostrado ser eficaz en la mejora de la cognición, la funcionalidad y aumentar la actividad cerebral en pacientes con EP, y todas estas mejoras pueden seguir estando presentes después de 18 meses.