Improving cognitive testing in the context of dementia$dtools for an earlier and better-characterized diagnosis of Alzheimer's dementia and Primary Progressive Aphasia

Abstract

To date, trials to delay, or prevent cognitive decline in neurodegenerative diseases such as Alzheimer's (AD) remained ineffective. It is now believed that they should be conducted in the earliest stages of the disease. Tools to track early cognitive decline are, however, lacking. Moreover, the correspondence between the clinical profile and the underlying pathology is not systematic. Primary Progressive Aphasia (PPA) for example, presents different clinical profiles, only probabilistically associated with a certain pathology. This work aimed at developing an international test battery, the DZNE-Cog, to track early cognitive decline. Further aims were to develop tools to ease PPA subtyping as well as to examine the clinical profile of PPA patients with confirmed amyloid pathology. Firstly, two subtests of the DZNE-Cog have been developed: the Graded Object-Naming Task (GONT) and the Virtual City Task (VCT) that investigate naming abilities and topographical memory. The GONT involves naming objects of graded difficulty while the VCT requires memorizing a route driven in a virtual environment. The GONT was piloted with 27 German and 63 Slovak healthy elderly (HC). It was then administered cross-sectionally to 78 HC, 17 patients with Subjective Cognitive Impairment (SCI), 19 patients with Mild Cognitive Impairment (MCI), 13 AD and 26 PPA and longitudinally to 41 HC, 10 AD, 15 MCI and 15 SCI. The VCT was administered cross-sectionally to 20 HC, 10 AD, 11 MCI and 4 PPA and longitudinally to 69 HC, 15 SCI, 16 MCI and 3 AD. Performance in both tests were compared to the Boston Naming Test and the recall of the Rey-Osterrieth Complex figure. Secondly, Agrammatism being a central feature for subtyping PPA, the Make A Sentence Test (MAST) and SEntence Comprehension Test (SECT) were developed and administered to 41 PPA patients, 21 AD and 30 HC. Furthermore, mistake patterns in verb inflection in German were explored in 9 patients with the semantic variant of PPA (SvPPA), 4 PPA patients with a mixed clinical profile and confirmed amyloid pathology (Aß+PPA) and 12 AD. Finally, repetition of words and sentences, verbal and spatial spans, semantics and grammar were assessed in 11 Aß+PPA, 9 SvPPA, 6 patients with the non-fluent variant of PPA (NfvPPA), and 28 HC. The GONT and VCT showed superiority over the gold standard in their domain on cross-sectional comparisons. Both tests displayed graded difficulty, international applicability and tracked slight cognitive change over time. The sample size and amount of longitudinal data being, however, restricted, future work will have to confirm the results. The MAST and SECT displayed good abilities to detect agrammatism in NfvPPA and PPA with a mixed clinical profile. Over-regularizations of regular verbs seemed specific to SvPPA and could therefore work as an analogue to surface dyslexia in language with high grapheme-phoneme correspondence. Finally, repetition of words and sentences were not of use for the differential diagnosis of NfvPPA and Aß+PPA.

Therapeutische Interventionen, die versucht haben, den Abbau kognitiver Fähigkeiten im Zusammenhang mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Morbus Alzheimer (AD) zu verlangsamen, zu verzögern oder zu verhindern, sind bis jetzt erfolglos geblieben. Dieser Mißerfolg führte zu der Annahme, dass die Interventionsversuche möglicherweise an einem zu fortgeschrittenem Zeitpunkt im Krankheitsverlauf ansetzten, an welchem zerebrale Schäden bereits nicht mehr aufhaltbar bzw. zu beheben waren. Daraus ergab sich der Ansatz, therapeutische Studien möglichst frühzeitig schon im pre-symptomatischen Stadium durchzuführen. Neuropsychologische Tests, welche frühe kognitive Veränderungen aufzeigen, fehlen allerdings. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit liegt in der Entwicklung einer international anwendbaren neuropsychologischen Testbatterie, der DZNE-Cog, die den frühen kognitiven Abbau verfolgt. Hinzu kommt, dass die Assoziation zwischen klinischem Profil und der zugrundeliegenden Pathologie bei weitem nicht systematisch ist. Ein Beispiel hierfür ist die Primäre Progressive Aphasie (PPA), eine Demenzform, in welcher in erster Instanz die Sprache beeinträchtigt wird. Diese Beeinträchtigung kann sich in verschiedenen klinischen Profilen äußeren, die nur probabilistisch mit bestimmten zugrundeliegenden Pathologien verbunden sind. Aus diesem Grund ist eine Verbesserung der derzeitigen neuropsychologischen Standardtests zur PPA-Subtypisierung durch die Entwicklung neuer Tests eine zweite Zielstellung der vorliegenden Arbeit. Des weiteren wurde das klinische Profil von PPA-Patienten untersucht, bei welchen eine zugrunde liegende Amyloid Pathologie bestätigt wurde. Im ersten Schritt wurden zwei Subtests der DZNE-Cog entwickelt und vorgestellt: der Graded Object-Naming Task (GONT), welcher die Benennungsfähigkeiten untersucht ,und der Virtual City Task (VCT), welcher das topografische Gedächtnis prüft. Im GONT sollen Probanden Bilder von Objekten verschiedener Schwierigkeitsstufen benennen, während der VCT das Erlernen einer Route zum Ziel hat, die in einer virtuellen Umgebung abgefahren werden soll. Die Pilotierung involvierte die Administration des GONT in einer Stichprobe von 27 deutschen und 42 slowakischen, gesunden älteren Probanden (HC), um die internationale Anwendbarkeit des Tests zu prüfen. Der finalisierte GONT wurde sowohl querschnittlich mit 78 gesunden älteren Probanden (HC), 17 Patienten mit subjektiver kognitiver Störung (SCI), 19 Patienten mit leichter kognitiver Störung (MCI), 13 AD und 26 PPA, als auch längsschnittlich mit 41 HC, 10 AD, 15 MCI und 15 SCI durchgeführt. Der VCT wurde sowohl querschnittlich mit 20 HC, 10 AD, 11 MCI und 4 PPA als auch längsschnittlich mit 69 HC, 15 SCI, 16 MCI und 3 AD durchgeführt. Die Leistungen in beiden Tests wurden mit den maßstäblichen Tests in den jeweiligen Testungsgebieten, dem Boston Naming Test und dem Abrufen der Rey-Osterrieth Complex Figure, verglichen.Da Agrammatismus ein zentrales Merkmal für die Subtypisierung von PPA darstellt, aber schnelle standardisierte Tests zur Objektivierung derzeit fehlen, wurden im zweiten Schritt der Make A Sentence Test (MAST) und der Sentence Comprehension Test (SECT) entwickelt. Diese Tests untersuchen jeweils produktive und rezeptive Grammatikfähigkeiten und wurden mit 41 PPA-Patienten aller klinischer Subtypen sowie 21 AD und 30 HC durchgeführt. Zudem wurden Verbkonjugationen und die zugehörigen Fehlermuster im Perfekt und Präteritum bei 9 Patienten mit der semantischen Variante der PPA und einer ausgeschlossenen Amyloid Pathologie (SvPPA), bei 4 PPA-Patienten mit gemischtem klinischen Pofil und bestätigter zugrundeliegender Amyloid Pathologie (Aß+PPA) und bei 12 AD untersucht. Schließlich wurde das Nachsprechen von Wörtern und Sätzen, die visuo-räumliche und verbale Spanne sowie die semantischen und grammatikalischen Fähigkeiten bei 11 Aß+PPA, 9 SvPPA, 6 Patienten mit der nicht-flüssigen Variante der PPA (NfvPPA) und 28 HC untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass der GONT und der VCT als kurze Tests mit graduierter Schwierigkeit charakterisiert werden können, die sowohl quer- als auch längsschnittlich besser als die derzeitig maßstäblichen neuropsychologischen Tests des jeweiligen Fähigkeitsgebiets geeignet sind. Außerdem können der GONT und der VCT milde Veränderungen der kognitiven Leistung im Laufe der Zeit verfolgen. Letztlich konnte die internationale Anwendbarkeit des GONT bestätigt werden. Die Größe der Stichprobe und die Anzahl der längsschnittlichen Daten waren dennoch begrenzt, weshalb weitere Untersuchungen zur Bestätigung der Ergebnisse durchgeführt werden sollten. Die neuentwickelten Tests MAST und SECT haben ihre gute Eignung zur Prüfung von Agrammatismus, besonders bei NfvPPA und PPA-Patienten, mit einem gemischten Krankheitsbild zeigen können. Darüber hinaus konnten wir bestätigen, dass korrekte Verbkonjugation in SvPPA durch Häufigkeit und Regelmäßigkeit des Verbs beeinflusst wird. Es wurde weiterhin belegt, dass Überregulierung unregelmäßiger Verben spezifisch für SvPPA ist, während sich bei Aß+PPA eine Reihe verschiedener anderer Fehler zeigen. Demzufolge könnte in Sprachen mit hoher Graphem-Phonem-Korrespondenz, in welchen Oberflächendyslexie schwer nachweisbar ist, die Überregulierung unregelmäßiger Verben in SvPPA als analoges Symptom genutzt werden. Abschließend und entgegen der derzeitigen Annahmen zeigte sich, dass das Nachsprechen von Wörtern und Sätzen für die Differenzialdiagnostik von NfvPPA und Aß+PPA nicht geeignet ist.