The role of the Auditory Steady-State Response as a possible biomarker for Mild Cognitive Impairment

The term Mild cognitive impairment (MCI) describes an intermediate stage from normal cognitive function to dementia, characterized by subclinical cognitive deficits and a higher risk of progression to dementia. Promising biomarkers have been investigated through neuroimaging techniques. However, recently, the focus has been shifted towards non-invasive techniques, such as Magnetoencephalography (MEG) and the study of brain oscillations. In particular, Gamma Oscillations (>30 Hz) have a crucial role in information integration as they estimate the reserve of parvalbumin-positive neurons, key players in synaptic plasticity. We aim to investigate the differences in Gamma Magnitude and Synchronization in MCI patients compared to healthy controls (HC). We expect MCI to show an increased gamma activity compared to HC and no difference in hemispheric lateralization; while we expect HC to have an increased response of the right hemisphere (RH) compared to the contralateral one. Our study involved 8 MCI and 8 HC who underwent a MEG scan while executing an Auditory Steady-State Response (ASSR), a paradigm that measures gamma cortical entrainment in response to an external 40 Hz auditory driven stimulus. We did not find any statistical difference between MCI and HC for Gamma Magnitude and Synchronization, but we did find a significant difference in ASSR lateralization: while HC showed the classical RH dominance, MCI patients presented more widespread processing. MCI patients mostly resemble HC concerning neurophysiological measures, except for ASSR lateralization, which is lost in MCI patients, indicating a re-organization of cerebral circuits due to cortical neurodegeneration.

Il termine Mild Cognitive Impairment (MCI) descrive uno stadio intermedio tra un normale funzionamento cognitivo e la demenza; è caratterizzato da deficit cognitivi subclinici e da un aumentato rischio di evolvere in demenza. Fino ad ora, numerosi marcatori biologici sono stati scoperti e studiati attraverso tecniche di neuroimaging e hanno dimostrato di essere molto promettenti. Tuttavia, recentemente il focus si è spostato verso tecniche meno invasive come la Magnetoencefalografia e l'Elettroencefalografia, e sullo studio delle oscillazioni cerebrali. In particolare, le oscillazioni Gamma (>30 Hz) hanno un ruolo cruciale nell'integrazione delle informazioni dal momento che stimano la riserva di neuroni parvalbumina-positivi, fondamentali per la plasticità sinaptica. Il nostro obbiettivo è studiare le differenze nella Magnitude e nella sincronizzazione delle onde Gamma negli MCI e in un gruppo di controllo (HC). Ci aspettiamo che gli MCI abbiamo un'attività Gamma aumentata rispetto agli HC e che non ci siano differenze nella lateralizzazione emisferica della risposta, mentre ci aspettiamo che gli HC abbiamo una risposta aumentata nell'emisfero destro (RH) rispetto a quello controlaterale. Il nostro studio coinvolge 8 MCI e 8 HC che si sono sottoposti ad una registrazione MEG ed hanno eseguito un Auditory Steady-State response (ASSR), un paradigma che misura la sincronizzazione corticale in gamma in risposta ad uno stimolo uditivo settato a 40 Hz. Non sono state trovate differenze statisticamente significative tra MCI e HC per la Magnitude e la sincronizzazione in Gamma ma abbiamo trovato delle differenze significative per quanto concerne la lateralizzazione ASSR: mentre gli HC mostrano la consueta dominanza dell'emisfero destro, gli MCI mostrato un processamento del suono bilaterale e diffuso. In conclusione i pazienti MCI mostrano un comportamento simile agli HC per quanto riguarda le misure neurofisiologiche indagate eccetto per la lateralizzazione dell'ASSR, la quale sembra scomparsa nei pazienti MCI indicando una possibile riorganizzazione dei circuiti cerebrali dovuti a una neurodegenerazione corticale.