Facoltà di ingegneria
Corso di laurea magistrale in Ingegneria Biomedica
“ANALISI DELLE COMPONENTI INDIPENDENTI
DI SEGNALI CEREBRALI OTTENUTI CON RISONANZA
MAGNETICA FUNZIONALE TASK-DRIVEN APPLICATA
ALLO STUDIO DI SOGGETTI AFFETTI DA
DEFICIT UDITIVO”
Relatore:
Prof. Patera Vincenzo
Correlatori:
Dott. Cannatà Vittorio
Dott. Napolitano Antonio
Candidata:
Andellini Martina
• fMRI
Effetto
fMRI eded
Effetto
BOLDBOLD
• Studio Sperimentale
• Preprocessing
• Algoritmo ICA
• Analisi statistica
• Risultati e Conclusioni
C
Titolo Presentazione
2
05/06/2017
Pagina 2
Acquisizione di dati fMRI
MRI
Immagine strutturale
fMRI
Immagini funzionali
Bassa risoluzione
4×4×5 mm3
Alta risoluzione
1×1×1 mm3
fMRI
Blood Oxygenation Level Dependent (BOLD) signal
MISURA INDIRETTA DELL’ATTIVITA’ NEURONALE
Titolo Presentazione
3
05/06/2017
Pagina 3
Il segnale BOLD
Huettel, S. 2006
HbO2
Hbr
Diamagnetica
Paramagnetica
B0
Attività neurale
Sangue ossigenato
Hbr/HbO2
Segnale fMRI
Titolo Presentazione
4
05/06/2017
Pagina 4
Connettività funzionale : fMRI
Elwell et al. 1999
“Fluttuazioni spontanee”
Il cervello è sempre attivo anche in assenza
dell’esecuzione di un compito specifico. Gli
aumenti nel metabolismo neuronale sono circa
il 5% del consumo energetico totale.
Raichle, M.E.
M.A. Mintun. 2006
Titolo and
Presentazione
5
05/06/2017
Pagina 5
Connettività funzionale : fMRI
La Connettività Funzionale
è definita come l’interazione (correlazione temporale) tra aree cerebrali
spazialmente distinte che lavorano insieme sullo stesso compito
Titolo Presentazione
6
Fluttuazioni
spontanee durante lo05/06/2017
svolgimento di un Pagina
compito
6
• fMRI ed Effetto BOLD
• Studio
Sperimentale
• Preprocessing
• Algoritmo ICA
• Analisi statistica
• Risultati e Conclusioni
C
Titolo Presentazione
7
05/06/2017
Pagina 7
Studio sperimentale
OBIETTIVO:
Somministrazione di stimoli visivi che consistono
nell’alternanza
di parole
stringhe
di consonanti.
Valutare gli effetti
della esordità
e delle
diverse
modalità di comunicazione sulle reti neurali
cerebrali dell’area del linguaggio, in risposta ad un
task sull’elaborazione della lingua scritta.
Sordi segnanti (LIS)
20 soggetti
Sordi non segnanti (Oralisti)
Controllo udenti
Titolo Presentazione
8
05/06/2017
Pagina 8
• fMRI ed Effetto BOLD
• Studio Sperimentale
• Preprocessing
• Algoritmo ICA
• Analisi statistica
• Risultati e Conclusioni
C
Titolo Presentazione
9
05/06/2017
Pagina 9
Preprocessing
Dati Strutturali
1
Intensity normalization
2
Brain Extraction
Dati funzionali
1
Brain Extraction
2
Motion Correction
Coregistrazione allo spazio standard
Titolo Presentazione
10
05/06/2017
Pagina 10
Intensity Normalization
Titolo Presentazione
11
05/06/2017
Pagina 11
Brain Extraction
Titolo Presentazione
05/06/2017
Pagina 12
Brain Extraction
BRAIN EXTRACTION ALGORITHM
Smith, S.M. 2002
Titolo Presentazione
05/06/2017
Pagina 13
Motion Correction
Titolo Presentazione
05/06/2017
Pagina 14
Registrazione allo spazio standard
MNI 152_1mm
Titolo Presentazione
05/06/2017
Pagina 15
Registrazione allo spazio standard
Registrazione:
• Lineare
• Non lineare
Algoritmo di coregistrazione
Titolo Presentazione
05/06/2017
Pagina 16
• fMRI ed Effetto BOLD
• Studio Sperimentale
• Preprocessing
• Algoritmo ICA
• Analisi statistica
• Risultati e Conclusioni
C
Titolo Presentazione
17
05/06/2017
Pagina 17
Independent Component Analysis
SORGENTI:
•Indipendenti
•Non Gaussiane
Modello probabilistico:
PICA
X=As + η
Rumore additivo Gaussiano
Beckmann et al. 2002
Titolo Presentazione
05/06/2017
Pagina 18
Independent Component Analysis
1 soggetto
Beckmann
et al. 2002
Tipping, M.E. and
Bishop, C.M. 2006
Titolo Presentazione
05/06/2017
Pagina 19
Independent Component Analysis
1 soggetto
Beckmann
et al. 2002
Titolo Presentazione
05/06/2017
Pagina 20
Independent Component Analysis
N soggetti
Beckmann et al. 2009
Titolo Presentazione
TC-GICA
05/06/2017
Pagina 21
Componenti Indipendenti
Smith et al. 2009
Titolo Presentazione
Laird et al. 2011
05/06/2017
Pagina 22
Dual Regression
1
Beckmann et al. 2009
2
Titolo Presentazione
05/06/2017
Pagina 23
• fMRI ed Effetto BOLD
• Studio Sperimentale
• Preprocessing
• Algoritmo ICA
• Analisi statistica
• Risultati e Conclusioni
C
Titolo Presentazione
24
05/06/2017
Pagina 24
Analisi statistica:Randomise
1
TFCE: Threshold Free Cluster Enhacement
2
Test Non Parametrico di Permutazione
Titolo Presentazione
05/06/2017
Pagina 25
Threshold Free Cluster Enhacement
Intensità dei segnali
deboli in grandi cluster
per renderli confrontabili
con segnali più intesi in
cluster più piccoli
Per sopprimere
il rumore casuale
Smith, S.M. and Nichols, T.E. 2009
Titolo Presentazione
05/06/2017
Con H=2,Pagina
E=0,526
Test Non Parametrico di Permutazione
Nichols et al. 2002
Problemi • Pochi dati a disposizione
• Non si conosce la distribuzione nulla
Single
threshold test
Titolo Presentazione
Correzione del p-value per
05/06/2017
Pagina 27
i confronti multipli
• fMRI ed Effetto BOLD
• Studio Sperimentale
• Preprocessing
• Algoritmo ICA
• Analisi statistica
C
• Risultati e Conclusioni
Titolo Presentazione
28
05/06/2017
Pagina 28
Componenti Indipendenti
Titolo Presentazione
05/06/2017
Pagina 29
Attivazioni Funzionali
Network del
1
Linguaggio
(corteccia fronto
parietale )
Lis > Oralisti
p < 0,05*
Titolo Presentazione
* Corretto per i confronti multipli
05/06/2017
Pagina 30
Attivazioni Funzionali
Network
2
Uditiva
(corteccia uditiva e
dell’associazione
uditiva)
Lis > Oralisti
p < 0,05*
Titolo Presentazione
* Corretto per i confronti multipli
05/06/2017
Pagina 31
Attivazioni Funzionali
3 Network
Senso motoria
(corteccia parietale
dell’associazione)
Lis > Oralisti
p < 0,05*
Titolo Presentazione
* Corretto per i confronti
multipli
05/06/2017
Pagina 32
Conclusioni
Network del linguaggio
Network uditiva
• L’emisfero sinistro della network del linguaggio è
spesso etichettato come emisfero verbale e l’emisfero
destro come spaziale.
• L'emisfero destro infatti è noto per l'elaborazione di
modelli visuospaziali
• La lingua dei segni infatti è un complesso linguaggio
visivo-manuale
• Attivazioni significative della corteccia uditiva in pazienti
sordi sottoposti ad un task visivo
• Riorganizzazione corticale della corteccia uditiva in
pazienti completamente sordi
• La produzione della parola gestuale, genera un’attivazione
maggiore della corteccia parietale rispetto alla produzione
Network senso motoria
della parola orale
Titolo Presentazione
05/06/2017
Pagina 33
Grazie
Titolo Presentazione
05/06/2017
Pagina 34
