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Functional Connectivity in the Sensory Olfactory Subnetwork in REM Sleep Behavior Disorder and Parkinson’s Disease: A Pilot Study

Published online by Cambridge University Press:  18 December 2025

Michael Gardner
Affiliation:
Department of Family Medicine, Dalhousie University, Halifax, Canada
Gosia Phillips
Affiliation:
Department of Medicine, Division of Neurology, Dalhousie University, Halifax, Canada
Kerrie Schoffer
Affiliation:
Department of Medicine, Division of Neurology, Dalhousie University, Halifax, Canada
Harold Arthur Robertson
Affiliation:
Department of Pharmacology, Dalhousie University, Halifax, Canada Department of Psychiatry, Dalhousie University, Halifax, Canada
Kimberley Good*
Affiliation:
Department of Psychiatry, Dalhousie University, Halifax, Canada
*
Corresponding author: Kimberley P. Good; Email: kim.good@dal.ca
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Background:

Parkinson’s disease (PD) is a neurodegenerative disorder whose diagnostic motor symptoms appear only after significant progression of neurodegeneration. Identification of preclinical markers is essential. Idiopathic rapid eye movement sleep behavior disorder (iRBD) has a high risk of conversion to PD. Olfactory impairment (hyposmia) is present in both PD and iRBD; hyposmia in iRBD may be an additional clue indicating the development of PD. The processes underlying hyposmia in iRBD are unknown. Using resting-state functional connectivity (rsFC), a “sensory olfactory subnetwork” (SOS) has been identified that is thought to represent the processing of basic sensory olfactory information. We investigated whether changes in the SOS are seen in both PD and iRBD and whether changes are associated with hyposmia in both conditions.

Methods:

The University of Pennsylvania Smell Identification Test (UPSIT) and a seed-based approach to analyze SOS region rsFC in early PD, iRBD and healthy controls (HC) were employed. Our SOS regions included (right hemisphere) anterior piriform cortex, dorsal insula (INSd), ventral insula (INSv), posterior insula (INSp) and ventral posterior thalamus (THLvp).

Results:

Compared to HC, idiopathic iRBD and PD participants performed significantly worse on UPSIT and exhibited lower FC between INSd and INSv and higher FC between INSd and THLvp and INSv and THLvp. UPSIT scores were negatively correlated with FC between INSv and THLvp and INSp and THLvp.

Conclusion:

Idiopathic iRBD may be associated with similar functional and perceptual olfactory alterations and potential compensatory changes as early PD, which may show promise as additional preclinical biomarkers of PD.

Résumé

Connectivité fonctionnelle au sein du sous-réseau sensoriel olfactif dans le cas du trouble du comportement en sommeil paradoxal et de la maladie de Parkinson : une étude pilote.

Contexte :

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative dont les symptômes moteurs diagnostiques n’apparaissent qu’après une progression notable de la neurodégénérescence. L’identification de marqueurs précliniques est à cet égard essentielle. Le trouble du comportement en sommeil paradoxal de nature idiopathique (TCSPi) présente un risque élevé de se convertir dans la MP. Une altération de l’odorat (hyposmie) est présente à la fois dans la MP et le TCSPi. À noter aussi que l’hyposmie liée au TCSPi peut être un indice supplémentaire indiquant le développement de la MP. Les processus sous-jacents à l’hyposmie dans le cas du TCSPi demeurent inconnus. À l’aide de la connectivité fonctionnelle au repos (CFR), un sous-réseau olfactif sensoriel (SROS) a été identifié, lequel serait chargé du traitement des informations olfactives sensorielles de base. Nous avons ainsi cherché à déterminer si des modifications au SROS étaient observées à la fois dans le cas de la MP et du TCSPi et dans quelle mesure ces modifications étaient associées dans les deux cas à une hyposmie.

Méthodes :

Le test d’identification des odeurs de l’Université de Pennsylvanie (TIOUP) ainsi qu’une analyse « par graines » (seed-based approach) ont été utilisés pour évaluer la CFR du SROS chez des participants atteints de MP précoce et de TCSPi ainsi que chez des participants en bonne santé. Les régions visées par le SROS comprenaient (hémisphère droit) : le cortex piriforme antérieur (CPA), le cortex insulaire dorsal (CID), le cortex insulaire ventral (CIV), le cortex insulaire postérieur (CIP) et le thalamus postérieur ventral (TPV).

Résultats :

Par rapport aux participants en bonne santé, les participants atteints du TCSPi et de la MP ont obtenu des résultats nettement inférieurs au TIOUP. De plus, ils ont présenté une CFR plus faible entre le CID et le CIV, de même qu’une CFR plus élevée entre le CID et le TPV mais aussi entre le CIV et le TPV. Les scores au TIOUP étaient par ailleurs négativement corrélés à la CFR entre le CIV et le TPV, ainsi qu’entre le CIP et le TPV.

Conclusion :

Le TCSPi pourrait être associé à des altérations fonctionnelles et perceptives olfactives similaires, ainsi, comme dans le cas de la MP précoce, qu’à des changements compensatoires potentiels, ce qui pourrait constituer des biomarqueurs précliniques supplémentaires prometteurs de la MP.

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Copyright
© The Author(s), 2025. Published by Cambridge University Press on behalf of Canadian Neurological Sciences Federation
Figure 0

Figure 1. Sensory olfactory subnetwork regions of interest (ROI) coordinates. Note: Coordinates used were from21. All coordinates are based on the MNI 152 atlas. *APC = anterior piriform cortex; INSd = dorsal insular cortex; INSv = ventral insular cortex; INSp = posterior insular cortex; THLvp= ventral posterior thalamus.

Figure 1

Table 1. Demographic and disease-related data for all three participant groups

Figure 2

Figure 2. Mean UPSIT score by participant group. *p < 0.001. **HC = healthy controls; PD = Parkinson’s disease patients; iRBD = idiopathic REM sleep behavior disorder; UPSIT = University of Pennsylvania Smell Identification Test.

Figure 3

Figure 3. Significant Pearson correlations between UPSIT score and the regions of interest connections*. *INSv = ventral insular cortex; INSp = posterior insular cortex; THLvp = ventral posterior thalamus; UPSIT = University of Pennsylvania Smell Identification Test.

Figure 4

Figure 4. Correlation matrix across all brain regions within the sensory olfactory subnetwork* for (a) healthy participants, (b) Parkinson’s disease patients and (c) iRBD patients. *APC = anterior piriform cortex; INSd = dorsal insular cortex; INSv = ventral insular cortex; INSp = posterior insular cortex; THLvp = ventral posterior thalamus.

Figure 5

Table 2. Paired contrasts for each connection*