额内侧θ波不稳定误差信号与帕金森病和进行性核上性麻痹患者的姿势摇摆存在相关性

《Journal of the Neurological Sciences》：Fronto-medial theta instability error signal correlates with postural sway in Parkinson's disease and progressive supranuclear palsy

站立摇动差异及前额 medial theta与帕金森病及进展性 supranuclear 症候群站立控制关联性研究。通过眼开闭及认知任务双任务评估，结合脑电图分析发现PSP患者执行认知任务时前额 medial theta显著降低，并与站立摇动程度负相关，提示两种疾病在神经机制补偿能力上存在差异。

　　

Rex Lloyd|Clodagh O'Keeffe|John Inocentes|Amy Gallagher|Joseph Duggan|Roisin Purcell|Brian Magennis|Richard Walsh|Tim Lynch|Richard B. Reilly|Conor Fearon

都柏林三一学院生物医学工程中心，爱尔兰

摘要

背景

姿势不稳是进行性核上性麻痹（PSP）和特发性帕金森病（PD）的常见特征。了解导致姿势稳定性丧失的神经机制有助于识别跌倒风险较高的患者。

目的

通过脑电图（EEG）记录的双任务评估，研究PSP和PD患者群体在姿势摇摆方面的差异，以确定与帕金森病患者姿势控制相关的神经机制。

方法

我们在以下条件下评估了健康对照组（HC；n=15）、PD患者（n=18）和PSP患者（n=9）的静态姿势稳定性：睁眼、闭眼以及进行认知任务时。使用24通道电极阵列同时记录EEG数据。各组在年龄、性别和疾病持续时间上进行了匹配。

结果

PSP组在认知任务期间表现出更严重的执行功能障碍（p≤0.01）。与对照组相比，PD组和PSP组在不同姿势任务条件下的稳定性更差；然而，PD组和PSP组之间没有显著差异。PSP组的前额内侧θ波功率显著降低（p<0.03）。帕金森病患者组的前额内侧θ波与姿势摇摆测量值之间存在负相关（p<0.05）。

结论

前额内侧θ波活动的增加已被证明反映了当稳定性受到挑战时前扣带回皮层产生的“错误信号”，这与PD和PSP中的姿势稳定性有关。PD和PSP中这种“错误信号”的差异可能反映了它们在应对稳定性挑战方面的不同能力。

引言

姿势不稳是帕金森病（PD）和进行性核上性麻痹（PSP）的典型特征。然而，在PSP中这一特征通常出现在较早阶段[1]。姿势不稳的潜在病理生理机制很复杂，多巴胺能和胆碱能神经功能障碍是主要驱动因素[2]。有研究表明，由于大脑各区域的神经元退化程度更高，PSP在疾病早期阶段就表现出更严重的姿势不稳[3]。尽管PD主要表现为黑质-纹状体多巴胺能退化，但PSP是一种tau蛋白病，其特征是额叶和脑干结构（包括前扣带回皮层（ACC）的早期和严重退化。这些结构属于皮质-脑桥-小脑反馈回路的一部分，该回路在适应性姿势控制中起着关键作用[4]。此外，先前的研究表明，PSP中额叶区域的退化（尤其是下额回）可能进一步加剧了姿势不稳的出现[5]。

PSP包含一组具有不同神经退化模式的临床表型。最常见的表型是PSP-Richardson综合征（PSP-RS），其特征是早期姿势不稳、垂直注视麻痹、轴向僵硬以及明显的认知和行为障碍。相比之下，如PSP-帕金森综合征（PSP-P）这样的变体形式最初可能类似于特发性PD，表现为不对称的运动迟缓、僵硬、震颤以及对左旋多巴的部分或短暂反应。PSP可能具有特定亚型的病理生理机制，尤其是在PSP-RS和PSP-P之间。最近的研究表明，神经营养因子和细胞因子（如GDNF、IL-1和IL-6）的表达不同（反映了小胶质细胞的异质性激活），以及铁稳态的失调（如PSP-RS中hepcidin水平的升高）[6,7]。尽管这与运动症状的严重程度相关，但尚不清楚这是否会影响PSP亚型的姿势和步态。然而，随着PSP的发展，步态不稳、跌倒和认知障碍通常会变得更加明显，从而将其与PD区分开来。

已知PD患者在静态姿势稳定性方面存在缺陷，这通过侧向（ML）方向上的摇摆加速度、抖动和速度来定义[[8], [9], [10]]。PSP患者在AP和ML方向上也存在姿势缺陷[11]，有证据表明PSP患者的静态姿势不稳程度明显高于PD患者[12,13]。增加的认知负荷会进一步损害神经系统的姿势稳定性，尽管这在PD中已被证实[14]，但在PSP中的研究尚不充分。然而，有报告指出，同时执行认知任务可能会显著影响PSP患者的行走能力，导致步长缩短和步频增加[15]。这些发现表明，认知干扰可能会影响两种情况下的运动控制和潜在的姿势稳定性。识别这两种情况下的姿势不稳有助于识别跌倒风险患者，从而及早采取预防措施。此外，早期识别姿势异常有助于更早地区分PSP和PD。

尽管文献中广泛报道了PD和PSP患者的姿势缺陷[39–41]，但很少有研究探讨与帕金森疾病（尤其是PSP）相关的姿势稳定性的皮质相关因素。神经生理学技术可能为帕金森疾病中的姿势控制神经机制提供新的见解，先前的研究表明前额内侧区域在维持姿势稳定性中起关键作用[[16], [17], [18]]。为此，我们对健康对照组（HC）、PD患者和PSP患者进行了单任务和双任务姿势图评估，并同时记录了脑电图（EEG）数据，以识别姿势控制异常及其潜在的神经机制。我们假设不同患者群体之间的姿势缺陷在严重程度和方向上存在差异（PSP患者的ML方向摇摆倾向增加）；增加的认知负荷会加剧两种患者群体的姿势不稳；并且姿势缺陷会通过与姿势控制相关的异常皮质活动体现出来。

参与者

通过都柏林神经学研究所（DNI）的运动障碍诊所、Mater Misericordiae大学医院招募了PD和PSP患者，以及健康对照组（HC）。所有参与者均同意参与研究，并在研究开始前获得了Mater Misericordiae大学医院机构审查委员会（IRB Ref: 1/378/2343）的伦理批准。参与者需要完成蒙特利尔认知评估（MoCA）。

队列特征

本研究共有18名PD患者、9名PSP患者和15名健康对照组（HC）参与者。人口统计和临床特征见表1。所有组在年龄和性别上进行了匹配，疾病持续时间没有统计学上的显著差异。PD组和PSP组在额叶评估电池（FAB）方面的差异不显著（平均差异：1.64），而MoCA方面也没有临床相关的差异。

讨论

姿势不稳是帕金森病（PD）及其相关疾病的关键临床特征，其与跌倒的关联使其成为这类神经系统疾病中最致残的特征之一。我们研究了特发性PD和PSP中的姿势不稳（或摇摆）是否与前额内侧θ波激活模式的变化有关。当前研究的结果表明，PSP患者存在持续的注意力受损（执行功能障碍）。

结论

我们发现前额内侧θ波的丧失与PD和PSP中的姿势不稳有关。我们推测这是一种潜在的补偿机制，在疾病早期阶段，患者的前额内侧θ波活动增加，或称为错误检测信号，可能有助于补偿早期的姿势缺陷。有证据表明，随着PD的发展，这种补偿机制可能会丧失，这可能导致……

过去12个月的财务披露

CF得到了Michael J Fox帕金森病研究基金会的Edmond J Safra运动障碍研究职业发展奖的支持。AG的研究得到了爱尔兰健康研究委员会的支持。RR得到了爱尔兰健康研究委员会和Dystonia医学研究基金会的支持。

伦理合规声明

作者确认已阅读期刊关于伦理出版问题的立场，并确认本研究符合这些指南。作者确认已获得机构审查委员会的批准。所有参与者在参与研究前均签署了知情同意书。

CRediT作者贡献声明

Rex Lloyd：可视化、验证、项目管理、方法学、调查、数据分析、概念化、初稿撰写。Clodagh O'Keeffe：监督、方法学、调查、数据分析、概念化。John Inocentes：项目管理、资金筹集、撰写——审阅与编辑。Amy Gallagher：项目管理、资金筹集、撰写——审阅与编辑。Joseph Duggan：调查、撰写——审阅

利益冲突声明

作者声明与本文无关的冲突利益。本研究得到了Mater基金会的资助。