Post-stroke Cognitive Impairment and Brain network Attributes using Electroencephalography = 뇌졸중 후 인지장애 예측을 위한 뇌파 기반 네트워크 특성 분석

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Post-stroke cognitive impairment (PSCI) is underdiagnosed and undertreated as
much as other stroke complications, such as motor weakness. The pathophysiology
of PSCI is very complex and has unrevealed aspects in high cortical function. Beyond
the clinical and conventional neuroimaging marker studies of PSCI, network analysis
is required for resolving the local lesion effects throughout the brain.
Patients with acute ischemic stroke within one week of symptom onset were
enrolled. The participants underwent electroencephalography (EEG) and brain
magnetic resonance imaging (MRI) and were assessed for cognitive function using
the Mini-Mental State Examination (MMSE) and the Montreal Cognitive Assessment
(MoCA). Acute lesion characteristics and chronic lesions following the STRIVE
criteria were evaluated with brain MRI.
Neuropsychological tests were evaluated at baseline during admission and 3
months after the stroke. The change scores between them were analyzed. We divided
the patients into a cognitively impaired group and a cognitively normal group based
on the 3-month MMSE Z-score -1.0. EEG was analyzed at network levels using
imaginary coherence (iCOH) analysis. Based on the iCOH values, network features
indicating segregation and integration were calculated
A total of 87 patients among the recruited 99 patients were included in the final
analysis. Their mean age was 65.4 years (SD 11.7) and 53 (60.9%) were men. Left
hemispheric acute lesions were more common (n=51, 60.7%). The median score of
the MMSE and the 3-month MMSE, the MOCA and the 3-month MoCA were 25 and
27, and 20 and 23 points, respectively. As part of the MoCA domain, the executive
index, the attention index, and the memory index score were significantly changed.
There were 49 cognitively normal groups and 38 cognitively impaired groups.
Weighted modularity was significantly lower in the cognitively impaired group
compared with the cognitively normal group. The weighted modularity was
significantly correlated with the post-stroke 3-month MMSE scores after adjustment
for age, sex, education, and initial stroke severity.
In this study, we investigated the surrogates of PSCI by using EEG. The modularity
of the cognitively impaired group was significantly decreased. We demonstrated that
the EEG during the acute stroke period could provide information about the features
of the brain network with stroke, among which the baseline modularity was a
reflective indicator of global cognitive dysfunction (MMSE) 3 months after a stroke.

국문 초록 (Abstract)

뇌졸중 후 인지장애는 복잡한 병태생리로 인하여 그간 흔한 뇌졸중 후유증, 예를 들어
운동능력감소, 에 비하여 적기에 진단되지 못하고 적절한 관리 또한 받지 못했다. 뇌졸중으로
인한 인지저하를 설명하려면 주변병소에 미치는 영향을 넘어 병소로부터 해부학적으로 멀리
떨어져 있지만 기능적으로 연결되어 있는 부위에 영향을 미친다는 점을 이해하고 이를 평가해
야 한다. 뇌졸중 후 인지장애를 예측하기 위해 뇌기능적 연결, 즉 뇌 네트워크 분석을 뇌파 기
반으로 실시하였다. 한림대학교병원에 2016년 9월부터 2020년 2월 사이 뇌졸중 증상 발생 일
주일 안에 내원하여 입원한 자들을 모았다. 입원 기간 동안 뇌파, 뇌자기공명영상, 인지기능검
사를 받은 자만 추렸다. 뇌자기공명영상을 검토하여 급성기 뇌병변 특징 및 작은뇌혈관질환 영
상평가에 사용하는 연구기준에 따라 만성뇌병변을 확인했다. 뇌졸중 발생 급성기와 3개월 후
에 인지기능 검사를 실시하였고 그 값과 값들 간의 변화량을 계산하였다. 뇌졸중 발생 급성기
에 뇌파로 기능적 연결성 (imaginary coherence)을 계산하였고, 이 연결성 분석을 통해 네트
워크 속성을 평가하여 통합성과 분리성을 나타내는 네트워크 지표로 도출하였다. 뇌졸중 후 3
개월 후 간이정신상태검사 점수를 표준화하여 -1 표준편차를 기준으로 인지저하군을 나누었
다. 인지저하 군들이 갖는 뇌네트워크 특성을 확인하고 그 네트워크특성과 인지검사간의 통계
적 유의성을 검정하였다.
99명의 모집 인원중에 최종분석에 해당하는지는 87명이였다. 연구대상자들의 평균 (표
준편차) 나이는 65.4세 (11.7) 이였고 남자가 53명 (60.9%)로 조금 더 많았다. 급성기 뇌졸중
병변이 좌반구인 경우가 51명 (60.7%)으로 많았다. 인지기능검사는 간이정신상태검사는 기저
25점, 3개월 후 27점 이였고, 몬트리올 인지평가는 각각 20점과 23점 이였다. 몬트리올 인지
평가의 경우 집행력, 집중력, 기억력 영역별 점수에서도 차이를 보였다. 인지기능정상군은 49
명 인지기능저하군은 38명이였다. 뇌네트워크 속성은 인저저하군에서 모듈성 (weighted
modularity)이 정상군에 비하여 작은 것으로 나왔다. 나이, 성별, 교육, 초기 뇌졸중 중등도를
보정하였을 때 뇌졸중 급성기 때 모듈성이 보존될수록 3개월 뒤 간이정신상태검사 점수가 높
았다 (standardized beta coefficient=0.25, p-value<0.01).
본 연구에서 뇌졸중 후 인지저하 예측을 위한 대리표지자를 뇌파를 통해 알고자 하였다.
뇌졸중 후 인지저하군들을 급성기에 뇌파로 측정한 뇌내 모듈성이 인지정상군에 비하여 작았
다. 급성기 뇌졸중 시기에 촬영한 뇌파는 뇌졸중의 영향을 받은 뇌내 네트워크의 특성을 알려
줄 수 있고, 본 연구에서 네트워크 특성 중 모듈성이 클수록 뇌졸중 후 3개월 뒤에 간이정신상
태검사로 평가한 전반적 인지기능이 잘 보존된다는 결과를 보았다.

목차 (Table of Contents)

• chapter 1 Introduction 1
• 1. Background 1
• 2. Study objectives 2
• chapter 2 Methods 2
• 1. Study population 2
• 2. Neuropsychological evaluations 3
• 3. Clinical information and cognitive evaluations 3
• 4. Brain imaging 4
• 5. EEG data acquisition and preprocessing 4
• 6. Cognitive level prediction and statistical analysis 6
• chapter 3 Results 7
• 1. Study population 7
• 2. EEG network attributes and cognitive outcome 13
• chapter 4 Discussion and conclusion 16
• 1. Discussion 16
• 1) Modularity 17
• 2) MMSE vs. MoCA 18
• 2. Conclusion 21
• Abstract Korean 24
• Abstract English 26