Analysis of the dynamics of gray matter reduction in Alzheimers disease

Abstract

This project attempts to study the cerebral atrophy patterns in gray matter across the different stages of the Alzheimer’s Disease (AD), or more specifically, along the entire AD continuum, in a voxelwise approach. To this end, we propose and implement an extensible toolbox that allows to fit different models to the data, hence defining a curve for each voxel that shows the evolution of the gray matter volume in the respective region as compared to the progression of the disease. The toolbox also includes several evaluation methods to estimate how closely the proposed model fits the data for each particular voxel. The resulting values, namely fitting-scores, serve as a base to achieve two different goals: a) to identify the regions within the brain that are (most) likely to follow the curve-shape specified in a given model, and b) to depict the model that best describes the behavior of the gray matter volume in each voxel from a fixed set of models.

Este proyecto trata de estudiar los patrones de atrofia cerebral de materia gris en las diferentes etapas de la enfermedad de Alzheimer (AD), y más concretamente, a lo largo del contínuo del alzhéimer, llevando a cabo un análisis a nivel de vóxel. Con este objetivo, proponemos e implementamos un paquete de herramientas extensible que permite ajustar diferentes modelos a los datos, definiendo así una curva para cada vóxel que muestra la evolución del volumen de materia gris en la respectiva región con respecto al progreso de la enfermedad. El paquete también incluye varios métodos de evaluación para estimar la exactitud con la que el modelo propuesto encaja con los datos para cada vóxel particular. Los valores resultantes, denominados “fitting-scores” (“calificaciones de ajuste”), sirven como base para obtener dos objetivos diferentes: a) identificar las regiones del cerebro que (más) probablemente siguen la forma de las curvas especificadas en un modelo dado, y b) seleccionar el modelo que mejor describe las pautas de la materia gris en cada voxel de un conjunto prefijado de modelos.

Aquest projecte tracta d'estudiar els patrons d'atrofia cerebral de matèria grisa en les diferentes etapes de la malaltia d'Alzheimer (AD), i més concretament, al llarg del continu de l'alzheimer, duent a terme una anàlisi a nivell de vòxel. Amb aquest objectiu, proposem i implementem un paquet d'eines extensible que permet ajustar diferents models a les dades, definint així una corba per a cada vòxel que mostra l'evolució del volum de matèria grisa en la respectiva regió a mesura que la malaltia progressa. El paquet també inclou diversos mètodes d'avaluació per tal d'estimar l'exactitud amb la qual el model proposat encaixa amb les dades per a cada vòxel particular. Els valors resultants , anomenats "fitting-scores" ("qualificacions d'ajust"), serveixen com a base per obtenir dos objectius diferents: a) identificar les regions del cervell que (més) probablement segueixen la forma de les corbes especificades en un model donat, i b) seleccionar el model que millor descriu les pautes de la matèria grisa en cada vòxel d'un conjunt prefixat de models.