Modelado de la conducta pupilar para el diagnóstico temprano de la enfermedad de Alzheimer

Abstract

Antecedentes: En los últimos años se ha utilizado la conducta pupilar para medir el desempeño cognitivo de las personas, donde un mayor esfuerzo cognitivo produce un incremento en el diámetro pupilar. Diversos estudios han mostrado que la Memoria Visual Integrativa de Corto Plazo (memoria que permite almacenar la imagen completa y unívoca de un objeto) se encuentra alterada en personas con Enfermedad de Alzheimer (EA). A su vez, se ha vinculado al funcionamiento de la Memoria Visual Integrativa de Corto Plazo con una alta demanda de recursos cognitivos. Trabajos previos usando diversos estímulos visuales, mostraron que personas con Enfermedad de Alzheimer no presentan cambios significativos en sus pupilas a medida que aumenta la exigencia cognitiva. Objetivos: Establecer si el análisis del tamaño pupilar puede constituirse como un biomarcador cognitivo no invasivo para contribuir al diagnóstico temprano de la Enfermedad de Alzheimer. Métodos: Para analizar la conducta pupilar se utilizó la técnica de seguimiento ocular (eyetracking) en una muestra de 30 personas sanas (Controles) y 18 pacientes con diagnóstico de Enfermedad de Alzheimer leve mientras se evaluó el desempeño de la Memoria Visual Integrativa de Corto Plazo. Resultados: La media de dilatación pupilar en los Controles se amplió significativamente a medida que la actividad demandó mayor esfuerzo cognitivo. Por el contrario, pacientes con EA no mostraron mayor dilatación pupilar significativa frente al incremento de la demanda cognitiva. Además, el análisis de regresión logística mostró que el análisis pupilar permite separar personas sanas (Controles), de Enfermos con Alzheimer con una sensibilidad de 94% y una especificidad del 100%. Conclusiones: Los pacientes con Enfermedad de Alzheimer leve presentaron alteraciones cognitivas que impidieron modificar significativamente el diámetro de sus pupilas a medida que se incrementaba la demanda cognitiva. A su vez, la regresión logística mostró que lasrespuestas pupilares pueden considerarse una herramienta muy eficaz para clasificar desempeño a nivel individual, clasificando a todos los pacientes con Enfermedad de Alzheimer como tales (100 % especificidad). Los análisis, resultados e interpretaciones reportados aquí, son pioneros en la investigación de alteraciones en mecanismos moleculares y cognitivos en la Enfermedad de Alzheimer. Finalmente, proponemos el análisis de la conducta pupilar durante la ejecución de tareas que involucren a la Memoria Visual Integrativa de Corto Plazo como un biomarcador para detectar demencia tipo Alzheimer en estadíos tempranos de la patología

Background: In recent years, pupillary behavior has been used to measure the cognitive performance of people, where greater cognitive effort produces an increase in pupillary diameter. Several studies have shown that Integrative Visual Short-Term Memory (memory that allows storing the complete and univocal image of an object) is altered in people with Alzheimer's Disease (AD). In turn, the functioning of the Integrative Visual Short-Term Memory has been linked to a high demand of cognitive resources. Previous work using different visual stimuli showed that people with Alzheimer's disease do not show changes in their pupils as cognitive demand increases. Objectives: To establish whether pupil size analysis can be used as a non-invasive cognitive biomarker to contribute to the early diagnosis of Alzheimer's disease. Methods: To analyze pupillary behavior, the eyetracking technique was used in a sample of 30 healthy people (Controls) and 18 patients with a diagnosis of mild Alzheimer's disease while the performance of the Integrative Visual Short-Term Memory was evaluated. Results: Mean pupillary dilation in Controls widened significantly as the activity demanded greater cognitive effort. In contrast, AD patients did not show greater pupillary dilation as cognitive demand increased. In addition, logistic regression analysis showed that pupillary analysis allows separating healthy people (Controls), from Alzheimer's Disease with a sensitivity of 94% and a specificity of 100%. Conclusions: Patients with mild Alzheimer's Disease presented cognitive alterations that prevented significant modification of their pupil diameter as cognitive demand increased. In turn, logistic regression showed that pupillary responses can be considered a very effective tool to classify performance at the individual level, classifying all patients with Alzheimer's disease as such (100% specificity). The analyses, results and interpretations reported here are pioneering in the investigation of alterations in molecular and cognitive mechanisms in Alzheimer's disease. Finally, we propose the analysis of pupillary behavior during the execution of tasks involving Integrative Visual Short-Term Memory as a biomarker to detect Alzheimer's type dementia in early stages of the pathology.