Everyday Executive Function in Parkinson and Huntington Disease: A novel ecological approach

Abstract

Neurodegenerative conditions such as Huntington’s disease (HD) and Parkinson’s disease (PD) have a profound impact not only in the affected person, but also in the extended family and social networks. In HD, the cognitive changes play a key role in the quality of life, as they affect the ability to perform everyday routines. Executive Functions (EF), which are cognitive skills crucial for keeping an independent and adaptive behaviour in daily life and perform complex tasks, are early affected in HD. The dysexecutive symptoms cause significant functional impairments even in mild or preclinical HD stages. Identifying the functional consequences of premature signs of cognitive decline is mandatory to preserve and rehabilitate the everyday cognitive function of patients and prolong their independence and well-being. However, psychometrically robust tools to evaluate and predict the impact of EF changes in the daily life of HD patients are lacking. This work sought to create and validate sensitive assessment methods to capture the daily impact of the subtle EF changes shown by persons with HD that maintain their routines such as having a job, driving, cooking, or managing finances. As one of the earliest HD signs is the disruption of oculomotor behaviour, we first tested an oculomotor task aimed to detect the functional alterations related to inhibitory control deficits and impulsive behaviour in HD (Study 1). This was a saccadic paradigm with increasing working memory and fronto-executive demands that evaluated the oculomotor time and accuracy of persons with premanifest HD (PreHD). Our new assessment method successfully distinguished the PreHD group from a healthy group. The PreHD group, who had a regular performance on conventional neuropsychological tests, showed significant disruptions in their saccade trajectory and latency under more demanding task conditions. So, we were able to deduce functional alterations in PreHD from an experimental saccadic task. Nevertheless, while holding the potential to identify HD symptoms, it is hard to extrapolate the impact these saccadic deficits have on function. Hence, we developed a non-immersive virtual reality (VR) assessment task called EcoKitchen. This tool was created to capture the functional changes associated with the EF impairments caused by the HD-related basal ganglia disruption. We validated the EcoKitchen efficacy to capture cognitive and functional alterations not only in persons with HD (including PreHD), but also in persons with PD (Studies 2 and 3). Also, we showed the EcoKitchen efficacy to detect the functional impact of cognitive changes in healthy older adults (Study 4). The simulated kitchen setting allowed to identify and quantify alterations in everyday-like routines involving EF. The EcoKitchen confirmed that persons with PreHD and early manifest HD (EarlyHD) have diminished accuracy during task completion and that the EarlyHD group also shows a slower performance time. In persons with early-onset and early-stage PD (EOPD and ESPD), the EcoKitchen captured changes in performance time, but not in accuracy – suggesting that some cognitive skills are better preserved in PD than in HD. Lastly, we determined that the EcoKitchen was sensitive to the executive decline related to physiological ageing, as the performance time and the number of errors of healthy adults during task completion increased with increasing age. In sum, we developed and tested novel quantitative assessment methods that proved to be reliable and accurate in discriminating disease stages, nosological entities and age categories. These tools can potentially record intergroup differences, but also changes in individual performance, which is a critical feature in clinical, research and rehabilitation settings. Quantitative data that can track performance changes during executive tasks that mimic daily-life challenges will be vital to predict the impact of the age or disease- related cognitive deterioration on functional status and assess any treatment or rehabilitation effects. This will expedite new and more effective tailored approaches to neurological disorders and to conditions with cognitive and functional alterations, such as healthy ageing. Finally, the accurate self-report of functional deficits done by study participants showed that the knowledge we have produced can potentially enhance the patients’ role in symptom appraisal and management, which will promote more equitable and fair standards of care. Furthermore, the detection of significant changes in the everyday cognitive function of older adults will help design and implement strategies to prevent, rehabilitate and mitigate the cognitive and functional decline in healthy ageing.

Doenças neurodegenerativas como a doença de Huntington (DH) ou a doença de Parkinson (DP) têm um impacto profundo não só na pessoa com o diagnóstico, mas também na sua família e círculos sociais. Na DH, as alterações cognitivas têm um papel fulcral na qualidade de vida, já que afetam a capacidade de desempenhar rotinas diárias. As Funções Executivas (FE) são competências cognitivas precocemente afetadas na DH e que são cruciais para um comportamento diário independente e adaptativo e para o desempenho de tarefas complexas. Estes défices executivos provocam défices funcionais significativos mesmo em fases iniciais ou pré-clinicas da DH. A identificação das consequências funcionais dos sinais precoces de declínio cognitivo é indispensável para a preservação e reabilitação da cognição funcional quotidiana dos doentes, prolongando a sua independência e bem-estar. Contudo, instrumentos psicometricamente robustos para avaliar e predizer o impacto da disfunção executiva no dia-a-dia das pessoas com DH são ainda escassos. Este trabalho pretendeu criar e validar métodos de avaliação sensíveis para captar o impacto das alterações subtis nas FE apresentadas por pessoas com DH que mantêm responsabilidades como um emprego, conduzir, cozinhar ou gerir finanças. Como um dos sinais mais precoces da DH é a disrupção da função oculomotora, começámos por testar uma tarefa oculomotora para detetar as alterações funcionais causadas pelos défices no controlo inibitório e pelo comportamento impulsivo na DH (Estudo 1). Esta era um paradigma sacádico, com exigências crescentes de memória de trabalho e de competências fronto-executivas, que avaliava o tempo e a precisão oculomotora de pessoas com DH premanifesta (PreDH). Este novo método de avaliação conseguiu distinguir o grupo com PreDH de um grupo saudável. O grupo com PreDH, com um desempenho regular em testes neuropsicológicos convencionais, exibiu anomalias significativas em termos da trajetória e latência das sacadas em condições de tarefa mais exigentes. Desta forma, conseguimos inferir alterações funcionais na PreDH a partir de uma tarefa sacádica experimental. Apesar do potencial para detetar sintomas da DH, é difícil extrapolar o impacto que os défices sacádicos identificados têm em termos de função. Assim, desenvolvemos uma tarefa de realidade virtual (RV) não imersiva denominada EcoKitchen. Este instrumento foi criado para captar os défices funcionais associados aos défices executivos causados pela disrupção dos gânglios da base inerente à DH. Validámos a eficácia da EcoKitchen em captar alterações cognitivas e funcionais não só em pessoas com DH (incluindo PreDH), mas também em pessoas com DP (Estudos 2 e 3). Demonstrámos ainda a eficácia da EcoKitchen na deteção do impacto funcional das alterações cognitivas em pessoas idosas (Estudo 4). A simulação de uma cozinha permitiu identificar e quantificar as mudanças que ocorrem em rotinas diárias que envolvam FE. A EcoKitchen provou que pessoas com PreDH e com DH em estadio inicial (DHInicial) têm um desempenho menos preciso e que o grupo com DHInicial tem ainda um desempenho mais lento. Em pessoas com DP de início precoce e DP em estadio inicial de doença (DPIP e DPEI), a EcoKitchen identificou alterações no tempo mas não na precisão de desempenho – o que sugere que algumas áreas cognitivas estão mais preservadas na DP do que na DH. Por último, provámos que a EcoKitchen é sensível ao declínio executivo associado ao envelhecimento fisiológico, já que o tempo e o número de erros de desempenho dos adultos saudáveis aumenta com o aumento da idade. Em suma, desenvolvemos e testámos novos métodos de avaliação quantitativa que provaram ser fiáveis e precisos, discriminando estadios de doença, entidades nosológicas e categorias etárias. Estes instrumentos conseguirão registar diferenças intergrupais mas, também, alterações no desempenho individual, o que é muito relevante nos contextos clínico, de investigação e de reabilitação. Dados quantitativos que consigam detetar alterações no desempenho de tarefas executivas que mimetizam desafios quotidianos serão cruciais para prever o impacto funcional do declínio cognitivo causado por doença ou idade e avaliar o resultado do tratamento ou reabilitação. Isto facilitará abordagens novas, personalizadas e mais eficazes às doenças neurológicas e também a condições que impliquem alterações cognitivas e/ou funcionais, como o envelhecimento saudável. Por fim, a fidedignidade dos auto-relatos sobre défices funcionais feitos pelos participantes dos estudos mostra que o conhecimento que produzimos poderá reforçar o papel dos doentes na narrativa e gestão dos seus sintomas, o que promoverá uma prestação de cuidados mais equitativa e justa. Além disso, a detecção de alterações significativas na cognição funcional quotidiana de pessoas idosas facilitará o desenho e implementação de estratégias de prevenção, reabilitação e mitigação do declínio cognitivo e funcional no envelhecimento saudável