Riserva Cognitiva

Riserva cognitiva e riabilitazione
Prof.ssa Sara Mondini
Dipartimento di Psicologia Generale, Università di Padova
17 novembre,
Lamezia Terme
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Concetto di plasticità cerebrale
Plasticità e apprendimento
La riserva cognitiva
La riserva cognitiva e metabolismo cerebrale
La riserva cognitiva e la riabilitazione
demenza
Patologie non neurodegenerative
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La plasticità cerebrale
• è una proprietà intrinseca del cervello umano e
rappresenta il motore dell’evoluzione
• consente al sistema nervoso di superare le
restrizioni imposte dal proprio genoma e quindi di
adattarsi alle pressioni ambientali, ai
cambiamenti fisiologici, e all’esperienza
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La prospettiva evoluzionista
Le aree 44 e 22 (Boca e Wernicke) sono le aree filogeneticamente più
recenti.
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PLASTICITA’ CEREBRALE
 Si supera il DOGMA di un’organizzazione cerebrale
funzionale STATICA (concetto di periodo critico).
 La plasticità cerebrale è un processo CONTINUO che
permette un rimodellamento a breve-medio-lungo
termine delle mappe neuro-sinaptiche
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La plasticità cerebrale:
i circuiti nervosi
I circuiti nervosi cambiano struttura e funzione in risposta agli
stimoli sia durante lo sviluppo sia nel corso della vita adulta
Periodo dello sviluppo
la plasticità è molto alta:
selezione di alcuni circuiti
neuronali con l’eliminazione
di altri
Vita adulta
molti circuiti rimangono
sostanzialmente stabili, ma le
popolazioni di neuroni
continuano a mantenere una loro
dinamicità, riorganizzandosi in
risposta a esigenze motorie,
sensoriali, cognitive o affettive
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Meccanismi di base della plasticità cerebrale
Per quanto l’uomo sia provvisto sin dalla nascita
di un Sn quasi completo, con solchi e
circonvoluzioni, le connessioni sinaptiche e la
mielinizzazione devono essere completati
soprattutto nelle aree associative
corteccia associativa prefrontale(superficie dorso
laterale dei lobi frontali)
corteccia orbito frontale (sulla superficie ventrale e
mediale degli emisferi cerebrali).
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Meccanismi di base della plasticità cerebrale
La plasticità del SNC è attribuibile ad almeno 3 tipi di meccanismi
1. MODIFICABILITÀ DELLA TRASMISSIONE SINAPTICA
Funzionale: quantità del trasmettitore
Liberato varia in più o in meno
Morfologica: si modifica la struttura
dell’elemento presinaptico e/o
postsinaptico
sinapsi
trasmissione
dell’informazione
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Meccanismi di base della plasticità cerebrale
2. SPROUTING
Proliferazione di collaterali degli assoni con conseguente formazione
di sinapsi.
I neuroni perilesionali sopravvissuti all’insulto iniziano ad emettere
dei “germogli”. Il risultato è la crescita di
fibre nervose che raggiungononuove terminazioni cellulari.
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Meccanismi di base della plasticità cerebrale
3. NEUROGENESI:
proliferazione post-natale di alcune popolazioni di neuroni
cerebrali- cellule staminali. In particolare in due aree: il giro
dentato dell’ippocampo (DG) e la zona subventricolare
anteriore (SVZ).
Bulbo olfattivo
Le cellule staminali sono cellule primitive non
specializzate dotate della singolare capacità di
trasformarsi in qualunque altro tipo di cellula
del corpo.
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CELLULE STAMINALI
 Qualsiasi cellula in grado di dare origine a tutte le
popolazioni cellulari
 Una cellula staminale può essere
 PLURIPOTENTE: dare origine a più popolazioni cellulari specifiche di
un tessuto (ad es. una cellula staminale del tessuto nervoso può
dare origine a tutte le cellule nervose, ma non a quelle del midollo
osseo.)
 TOTIPOTENTE: dare origine a tutte le popolazioni cellulari
dell’organismo (ad es. le cellule staminali embrionali)
 Le cellule staminali cerebrali sono PLURIPOTENTI
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Tutti questi meccanismi possono
contribuire a cambiare il
funzionamento dei circuiti neuronali,
e a produrre modificazioni, anche
macroscopiche nella organizzazione
cerebrale
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La plasticità neuronale
I neuroni e i circuiti nervosi vanno incontro a cambiamenti
durante tutto l’arco di vita (plasticità post-ontogenetica)
 Apprendimento
 Lesioni cerebrali
 Deprivazione sensoriale
 Invecchiamento
 Malattie degenerative
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Apprendimento e plasticità
L’apprendimento è una forma di plasticità nervosa:
ogni apprendimento è determinato da modificazioni nelle
connessioni sinaptiche (rimodellamento delle connessioni
sinaptiche)
 Cambiamenti che coinvolgono i trasmettitori a livello sinaptico
 Cambiamenti che coinvolgono la modulazione da parte di un
interneurone
 Formazione di nuove sinapsi
 Riarrangiamento delle connessioni sinaptiche
Ambiente arricchito
(Rosenzweig e coll., 1960, 2001)
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Situazione A,
condizione standard (sx in
alto): ratto in
compagnia + acqua
(standard)
Situazione B,
Ambiente impoverito (dx in
alto): ratto da solo con
solo acqua
Situazione C,
Ambiente arricchito
(sotto): più ratti + giochi
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Ambiente arricchito
(Rosenzweig e coll., 1960)
I ratti nella C mostrarono elevata attività
dell’enzima acetilcolinesterasi (AChE) (indice di
aumentata attività colinergica)
Aumento del peso del cervello nel gruppo C
rispetto a CI
Aumento del numero di ramificazioni dei dendriti
dei neuroni nella corteccia occipitale nel gruppo C
(Greenough et al., 1972, Rosenzweig et al . 2001)
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Immagine delle
spine dendritiche di neuroni
piramidali della corteccia
somatosensoriale
Ratto adulto dopo 3
settimane in una gabbia
standard
Ratto adulto dopo 3
settimane in un ambiente
arricchito
(Belichenko, Johansson,
unpublished data, 1998).
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Ambiente arricchito
“combinazione complessa di stimoli inanimati e sociali”.
Una combinazione di stimoli sociali, sensoriali e motori, vanno
ad influire sulle variazioni sia biologiche che funzionali del
SNC.
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PLASTICITA’ COME EFFETTO DI APPRENDIMENTO
Modificazioni delle rappresentazioni corticali sono
evidenziabili come risposte a esposizione ambientale, come nel
caso dell’apprendimento.
nell’uomo
studi che hanno utilizzato la tomografia ad emissione di positroni, la risonanza
magnetica funzionale o la stimolazione magnetica transcranica hanno consentito
di dimostrare anche nell’uomo i mutamenti dinamici delle rappresentazioni
cerebrali in seguito all’apprendimento di specifici compiti
•MUSICISTI; suonatori di archi, (Elbert et al., 1995)
•TAXISTI LONDINESI (Maguire et al., 2000)
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Studio su musicisti di strumenti a corda
Elbert et al. (Science, 1995)
Ipotesi: la ripetitività di stimoli afferenti, provenienti dalle dita,
potessero indurre cambiamenti nel SNC di un cervello adulto.
La magnetoencefalografia (MEG): mostra che nei musicisti l’area di
attivazione corticale della mano sinistra è più ampia che nei controlli.
Nei musicisti l’area corticale della mano sinistra è più ampia rispetto
alla corrispondente della mano destra.
L’espansione non risulta correlata alle ore di esercizio ma all’età di
inizio della pratica musicale
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Taxisti di Londra
Regione posteriore dell’ippocampo più sviluppata rispetto ai controlli
Regione anteriore dell’ippocampo più grande nei controlli
Area cerebrale in cui si
immagazzinano le informazioni spaziali
dell’ambiente circostante
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Il volume dell’ippocampo correla con il numero di ore
trascorse alla guida del taxi (positivamente con la parte
posteriore dell’ippocampo e negativamente con la parte
anteriore)
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Riserva cerebrale e riserva cognitiva
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Reserve …
Katzman et al., 1988 Ann Neurol
Analisi post-mortem di 10
cervelli (fra 137)
neuropatologia di AD
(istological, neurotransmitter,
morphometric data)
Nessun segno clinico di
demenza
Questa incongruenza poteva essere attribuita al
peso superiore alla media dei loro cervelli
Brain reserve
1991) Studio longitudinale su 678 suore
Sara Mondini, 2014. (from
Lamezia Terme
The nunProf.ssa
study
(75-107 y.o.)
Fonti dei dati raccolti:
Archivi per indagare sui fattori di rischio per la
demenza presenti in età giovane e adulta
Esami annuali per valutare I cambiamenti fisici
Valutazioni post-mortem dei cervelli
(Snowden 2003, Aging with grace)
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Dall’analisi dei loro scritti, chi aveva:
• una maggiore scolarizzazione
• maggiori abilità linguistiche
• emozioni positive
aveva una minore probabilità di sviluppare
deficit cognitivi
Journal of Personality and Social Psychology, 2001, 80 (5) 804-813
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MISURAZIONE
Misure di BR
Volume cerebrale
Circonferenza cranica
Synaptic count
Dendritic branching
Questi indici sono
modificabili e influenzati
dalle esperienze della vita
secondo i meccanismi
della plasticità cerebrale
Misure di CR
Esperienze di vita, abilità cognitive
nuove, sono tutti indici di riserva
cognitiva
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Miglioramento della memoria e modificazioni sinaptiche
nella neocorteccia e nell’ippocampo
Vol 15 No II 6 August 2004
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Topi transgenici
Ambiente arricchito
Neurobiology of Disease
The Journal of Neuroscience, May 25, 2005
Prestazioni migliori nei topi inseriti in un
ambiente arricchito rispetto a quelli collocati in
una semplice gabbia
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La riserva cognitiva è ciò che viene
acquisito, appreso durante tutta la vita
sulla base di tutte le esperienze vissute
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Proxy usati per stima della riserva cognitiva negli studi
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CRI ……………………. …………..
CRI-Scuola…………………….
CRI-Lavoro ………………
CRI-TempoLibero………………….
http://cri.psy.unipd.it/index.html
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Item Response Theory
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Results from the Italian sample (588 participants)
Giovani (18-44)
Adulti (45-69)
Anziani (70-102)
Dal campione
(588Terme
partecipanti)
Prof.ssa SaraItaliano
Mondini, 2014. Lamezia
(Pearson’s correlation and Fisher test)
CRITotale
.78
.69
.78
CRI-Scuola
CRI-Lavoro
.48
CRI-TempoLibero
.29
.28
http://cri.psy.unipd.it
Nucci, Mapelli e Mondini (2012)
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
p=.02
p=.03
p<.01
p=.03
p<.01
101
98
97
106
94
101
98
p=.01
99
101
p<.01
p<.01
p=.03
p=.03
p=.01
p<.01
103
97
97
107
98
93
Gender and Age significantly affected the CRI
101
98
97
105
95
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Cognitive Reserve Index questionnaire (CRIq)
• CRIq è uno strumento breve e facile per il calcolo della CR
• CRIq può essere somministrato a familiari, in casi di demenza avanzata o
quando il paziente non è attendibile per qualsivoglia motivo
• È uno strumento indispensabile quando bisogna fare delle diagnosi
neuropsicologiche
Affidabilità con il familiare
http://cri.psy.unipd.it
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CRI e metabolismo cerebrale
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Stern, Y., 2012
Stern et al. (1992).Greater depletion of
blood flow parieto-temporal areas
GG
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
80 y.o.;
10 years of education
teacher
MMSE 27/30
Memory deficit, naming famous faces
(mild cognitive impairment)
AS
83 y.o.;
8 years of education
shop assistant
MMSE 22/30
Several cognitive deficits
(mild dementia)
CRI: 72
Low cognitive reserve
CRI: 113
High cognitive reserve
(Mondini et al., 2011)
18F-FDG
PET findings
CRI: 113Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
.High cognitive reserve
CRI: 72
Low cognitive reserve
MILD COGNITIVE IMPAIRMENT
SEVERE COGNTIVE IMPAIRMENT
SEVERE HYPOMETABOLISM
MILD HYPOMETABOLISM
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Cognitive reserve e riabilitazione
Patologie cerebrali
neurodegenerative
Lesioni cerebrali acquisite
Qual è l’influenza
della
CR sulla demenza?
Prof.ssa Sara Mondini, 2014.
Lamezia Terme
• Point of inflection
• AD pathology
• Progression of AD
Criteria for AD
Stern, 2009
Stern, 2012
(Lancet
Neurology.
)
Prof.ssa
Sara Mondini,
2014. Lamezia
Terme
O’Bryant et al., 2008
(college education)
CLINICAL SEVERITY
MMSE< 27/30
AD PATHOLOGY
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
HCR
AD pathology
COGNITIVE TRAINING
LCR
A parità di prestazione è possibile che la demenza sia più
avanzata in un paziente con HCR
L’efficacia di un trattamento di
riabilitazione neuropsicologica
potrebbe essere diverso tra pazienti
ad alta e a bassa CR
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
15 subjects (> 65 y.o.) with mild-moderate AD
High Cognitive Reserve Group of patients (9)
CRIq
Low Cognitive Reserve Group of patients (6)
Neuropsychol evaluation: T0
MODA battery
5 weeks of Cognitive training
Neuropsychol evaluation: T1
(Tomasi et al., 2012)
MODA battery
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Patients with Low CRI (6):
Patients with High CRI (9) :
MODA T0
Battery
MODA T1
Battery
MODA T0
Battery
T1
83,1
84
82
T1
MODA
80
78
T0
77,2
75,7
76
T0
74,4
74
Pre-training
Post-training
72
70
HCR
LCR
The difference between T0 and T1
was higher in the Low CR group
(W=44, p-value=0.049)
MODA T1
Battery
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30 subjects (> 63 y.o.) with mild-moderate AD, vascular d, mixed d
High Cognitive Reserve Group of patients (7)
CRIq
Low Cognitive Reserve Group of patients (23)
Neuropsychol evaluation: T0
MMSE,, Fluenza sem
80 giorni (2 volte a settimana
Cognitive training)
Neuropsychol evaluation: T1
(Mapelli et, al. submitted)
MMSE, Fluenza sem
MMSE (t(22)Prof.ssa
= -4.73,
p<.001)
Sara Mondini,
2014. Lamezia Terme
T1
T0
20,3
T0 T1
20,0 20,1
Fl. Verbale sem (z= -2.03, p< 0.05)
T0
9,4
T1
8,8
T0
8,2
T1
8,9
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Pazienti con AD e bassa CR traggono maggior beneficio dal
training di stimolazione cognitiva in quanto probabilmente si
trovano ad uno stadio meno grave di patologia rispetto a pazienti
con alta CR
Da notare che in questi gruppi i pazienti AD
con bassa CR sono stati diagnosticati prima
(come età) rispetto ai pazienti con alta CR
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Riserva cognitiva e riabilitazione in pazienti
con lesioni acquisite, non degenerative
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
22 traumi
39 ictus
61 pazienti con lesioni cerebrali: 22 traumi, 39 ictus
Età: tra 18 e i 65 anni
(Mapelli et al., submitted)
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
1-6 mesi di trattamento riabilitativo specifico per il deficit del
paziente
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
61 pazienti con cerebrolesione acquisita (22 traumi, 39 ictus)
CRI e miglioramento cognitivo
35
30
25
**
20
CRI alto = pazienti 22;
CRI basso = 39
15
10
5
0
CRI <=100
CRI >100
DELTA sulla percentuale di miglioramento pre e post
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La riserva cognitiva
è un fattore di resilienza: non previene la demenza ma ne può
posticipare i segni clinici
La riserva cognitiva può essere misurata: CRIq
E’ importante per diagnosticare e interpretare meglio i sintomi
clinici di patologie con danno cerebrale
è importante per prevedere l’efficacia di un intervento di
riabilitazione e per poter pianificare un progetto riabilitativo
adeguato al paziente
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
La riserva cognitiva è promossa
dalle esperienze di vita e
dall’apprendimento e anche
nell’invecchiamento normale
promuove l’adattamento e la
flessibilità e quindi la plasticità .