Monitorare il cervello: le tecniche di neuroimmagine, Presentazione Unimore

UNIMORE: Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia

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Brain Reading: La relazione tra mente e cervello

Brain Reading? La relazione tra mente e cervello Possiamo guardando un'attivazione cerebrale capire cosa una persona sta pensando? Come fanno a crearsi pensieri, emozioni, azioni dall'interazione di miliardi di neuroni? Cosa misurano veramente le metodologie della neuroimmagine?UNIVER ISIS ET REGIENSIS UNIMORE UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA 1175

Funzione delle tecniche di neuroimmagine

Spiegare come processi mentali e funzioni cognitive_(ad es. percezione, memoria, emozioni) sono implementati nel cervello attraverso metodiche non invasive utilizzando un approccio multidisciplinare. Nello specifico, le tecniche di neuroimmagine contribuiscono a: i. Fare diagnosi in ambito psicopatologico e neurologico. ii. Verificare e ampliare i modelli teorici in ambito psicologico iii. La neuroimmagine come trattamento in ambito psicopatologico - Ci aiuta a interpretare se e che tipo miglioramento c'è stato - La neuroimmagine come trattamento vero e proprioUNIVER ISIS ET REGIENSIS UNIMORE UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA 1175

Tecniche di Neuroimaging

Strutturale MRI (Risonanza magnetica) TAC (Tomografia computerizzata) Funzionale PET (Tomografia a emissione di positroni) EEG (Elettro encefalogramma) TMS (Stimolazione magnetica transcranica) fMRI (Risonanza magnetica funzionale)ISIS ET REGIENSIS UNIMORE UNIVER UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA 1175

Tecniche di neuroimaging strutturali

- Si basano su differenze di proprietà fisiche dei tessuti cerebrali (ossea, corteccia bianca o grigia, liquido cerebrale) - Rilevano un'immagine statica delle strutture cerebrali TAC (Tomografia computerizzata) 99. Si basa sull'assorbimento di radiazioni MRI (Risonanza magnetica) Sfrutta la proprietà magnetiche dell'emoglobina Funzione di diagnosiSIS ET REGIENSIS UNIMORE UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA UNIVER 1175

Immagini anatomiche

Orizzontale/assiale Coronale SagittaleUNIMORE UNIVER ISIS ET REGIENSIS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA 1175

Tecniche di neuroimaging funzionali: principi

- Il cervello è sempre attivo e ha un bisogno costante di erogazione di flusso sanguigno - Per individuare quale aree sono "più" attive (o funzionali) dobbiamo individuare una differenza relativa di attivazione cerebrale (Metodo sottrattivo) - Se una regione X dimostra un aumento di flusso sanguigno vuol dire che è attiva (rispetto ad un'altra area).ISIS ET REGIENSIS UNIMORE UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA UNIVER 1175

Risoluzione temporale e spaziale

Brain ERP PET LESION Risoluzione spaziale Gyrus Column fMRI Layer Neuron SINGLE UNIT Dendrite Synapse ms sec min hr day Risoluzione temporaleUNIMORE UNIVER ISIS ET REGIENSIS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA 1175

PET: Tomografia a emissione di positroni

- Fornisce un'immagine ad alta risoluzione dell'attività cerebrale - Viene iniettato una sostanza chimica radioattiva - Si basa sul fatto che il decadimento radioattivo di certi elementi fa emettere un positrone. Il rilascio di un positrone collide con un elettrone: questo collusione fa si che vengono emessi due raggi gamma diametralmente opposte. Un PC rileverà la distribuzione dei raggi gamma che saranno diversi per ogni sito del cervello e si otterranno cosi della immagini cerebrali. - La PET localizza sia tumori/epilessie/Alzheimer ma anche l'attivazione di aree cerebrali. Max Hearing Words Seeing Words Min Speaking Words Thinking About WordsISIS ET REGIENSIS UNIMORE 1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA UNIVER 1175

fMRI: Risonanza magnetica funzionale

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Effetto BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent)

Come viene misurata l'attività cerebrale? NON VIENE MISURATA! 1 EFFETTO BOLD L'attività neuronale causa un dispendio energetico Necessità di ossigeno Determina una risposta ematica > Flusso ematico > volume ematico Overcompensation BOLD signal intensity 2 4 6 8 10 12 Time (s) Initial dip UndershootUNIVER UN ISIS ET REGIENSIS UNIMORE H UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA 1175UNIVER ISIS ET REGIENSIS UNIMORE UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA 1175

- A riposo Attivazione Blood Flow Oxygen Haemoglobin - Se una parte del cervello è attiva richiederà più ossigeno e ci sarà un aumento del flusso ematico in quella regione - L'ossigeno viene trasportato grazie all'emoglobina (Hb), - L'Hb ha proprietà magnetiche in grado di modificare il campo magnetico e quindi rilevabili dall'fMRIISIS ET REGIENSIS UNIMORE UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA UNIVER 1175

EEG: Elettroencefalogramma

Brain Waves: EEG Tracings Beta (B) 13-30 Hz Alpha (a) 8-13 Hz CP 0 PO MP7 P PO 07 O Pg POR A/MAcap Ww.gtec.at o 2 3 Time (Secs.) TRACINGE FROH HTTP://BUTLER.CC.TUT.FIZ HALMIVUO/REH/REHE OOK/12/FV/IROS GF WTEN HALHVUO & PLONSKY (1295) WED EDITION, UNTH PERMISSION L'EEG è la registrazione dell'attività elettrica cerebrale tramite elettrodi (ovvero variazioni di potenziale elettrico generato da ampie popolazioni di neuroni). I segnali provenienti da questi elettrodi vengono registrati e raccolti in forma di tracciato elettroencefalico. Si può usare sia per fare diagnosi ma anche per mappare funzioni cognitive. Theta (0) 4-8 Hz Delta (8) 0.5-4 HzUNIVER ISIS ET REGIENSIS UNIMORE UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA 1175

Stimolazione magnetica transcranica (TMS)

Uso di una bobina (solenoide, coil) nella quale viene fatta passare una corrente elettrica. Questa bobina viene appoggiata sullo scalpo del soggetto mentre al suo interno scorre la corrente elettrica.UNIVER ISIS ET REGIENSIS UNIMORE UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA 1175

2 Ø Stimolando una certa regione del cervello si interferisce con la normale attività dei neuroni sottostanti Ø L'interferenza può essere facilitatoria o inibitoria (dipende dai parametri di stimolazione). "lesioni circoscritte virtuali" Ø Rispetto alle altre tecniche di esplorazione funzionale del cervello, la TMS non produce immagini del cervello: viene utilizzata per studiare gli effetti della stimolazione sul comportamento del soggetto.