Risonanza(Magnetica(strutturale( (sMRI)(e(Imaging(del(Tensore(di

Risonanza(Magnetica(strutturale(
(sMRI)(e(Imaging(del(Tensore(di(
Diffusione((DTI)(nell’Autismo
Sara$Calderoni$&$Alessandra$Retico$$
IRCCS(Fondazione(Stella(Maris,(Pisa
Istituto(Nazionale(di(Fisica(Nucleare,(sezione(di(Pisa
Autismo e nuove tecnologie: il progetto MICHELANGELO $
Pisa,(24(Marzo(2015
Milano,(January(27,(2014((
Si$parlerà$di…
Risonanza$Magnetica$strutturale$e$Imaging$del$Tensore$
di$Diffusione$nei$Disturbi$dello$Spettro$Autistico$(DSA)
Correlati(neurali(dell’attenzione(condivisa(e(dell’imitazione
Studi(di(RM(preJ(e(postJterapia(riabilitativa(nei(DSA
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
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Risonanza$Magnetica$strutturale$e$Imaging$del$Tensore$di$
Diffusione$nei$Disturbi$dello$Spettro$Autistico$(DSA)
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Risonanza$magnetica
Vantaggi(
Svantaggi$
• Non$invasiva$
•
Scarsa$risoluzione$temporale$(40E200$
•
Postprocessing$complesso$e$timeE
consuming$
•
Controindicazioni$
•
Artefatti$da$metalli$
•
Altamente$sensibile$agli$artefatti$da$
movimento
• No$radiazioni$ionizzanti$
• Ripetibile$(studi$longitudinali)$
• Alta$risoluzione$spaziale$(2E5$mm)$
• Hardware$largamente$disponibili
claustrofobia$nei$pazienti$con$disturbo$di$ansia
ms)$
difficile$da$eseguire$per$alcuni$pazienti$(ADHD,$DPS,$OCD,$schizofrenia,$mania…)*
*$Rosenberg$et(al.;$1997$JAACAP:$bambini$OCD$che$avevano$simulato$la$scansione$prima$dell’esame,$mostravano$
una$riduzione$dell’ansia$nel$corso$dell’esame
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RM$strutturale$nei$DSA
Soggetto$con$DSA
Soggetto$di$controllo
Solitamente$la$RM$non$
mostra$macroscopiche$
anomalie$che$possono$
essere$utilizzate$per$
distinguere$gli$individui$
affetti
Le alterazioni nella struttura cerebrale sono più facilmente identificabili come
differenze tra gruppi e, data l’eterogeneità del disturbo, preferibilmente utilizzando
campioni ampi
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RM nei disturbi dello spettro autistico
Si indagano in particolare le strutture neurali le cui funzioni corrispondono ai sintomi
specifici dell’autismo
Social impairment
Communication
deficits
Repetitive and
stereotyped
behaviors
Amaral$et(al.;$Trends$Neurosci$(2008)
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RM$strutturale$nei$DSA
Risultati$piuttosto$inconsistenti$tra$gli$studi.$
Numerosi$fattori$influenzano$il$volume$delle$regioni$cerebrali:$genere,$QI,$
volume$cerebrale$totale,$gravità$dei$sintomi$cardine,$comorbidità$e$età
From$Schumann$et$al.$(2004):$The$Amygdala$Is$Enlarged$in$Children$
But$Not$Adolescents$with$Autism;$the$Hippocampus$Is$
Enlarged$at$All$Ages
From$Duerden$et$al.$(2012):$Regional$Differences$in$Grey$and$White$Matter$in$
Children$and$Adults$With$Autism$Spectrum$Disorders:$An$Activation$
Likelihood$Estimate$(ALE)$MetaEanalysis
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Minireview
Brain&anatomy&of&autism&spectrum&disorders&I.&Focus&on&corpus&callosum$
M.$Bellani,$S.$Calderoni,$F.$Muratori$and$P.$Brambilla
Brain&anatomy&of&autism&spectrum&disorders&II.&Focus&on&amygdala$
M.$Bellani,$S.$Calderoni,$F.$Muratori$and$P.$Brambilla
Basal&ganglia&and&restricted&and&repetitive&behaviours&in&Autism$
Spectrum&Disorders:&current&status&and&future&perspectives$
S.$Calderoni,$M.$Bellani,$A.$Y.$Hardan,$F.$Muratori$and$P.$Brambilla
Strutture&sottocorticali:&$
•&aumentato&volume&del&caudato&sia&in&meta>analisi&che&prendono&in&considerazione&l’intero&encefalo&(Duerden$et$al.,$
2012;$Stanfield$et$al.,$2008)$che$in$analisi$basate$sulla$ROI$(Langen$et$al.,$2013).$E’$correlato$positivamente$con$i$
comportamenti$ripetitivi$ed$autolesivi$(Hollander$et$al.,$2005;$Wolff$et$al.,$2013)$$
•$putamen:$ridotto$volume$in&meta>analisi&che&prendono&in&considerazione&l’intero&encefalo$di$adulti$con$DSA$(NicklE
Jockschat$et$al.,$2012;$Yu$et$al.,$2011);$aumentato&volume$in$pazienti$più$giovani$(Hua$et$al.,$2013)$
•$amigdala:$ridotto$volume$in&meta>analisi&che&prendono&in&considerazione&l’intero&encefalo$di$adulti$con$DSA$(Via$et$al.,$
2011),$correlazione$con$la$compromessa$percezione$e$regolazione$emotiva$(Groen$et$al.,$2010);$aumentato&volume$in$
pazienti$più$giovani$(Mosconi$et$al.,$2009;$Nordahl$et$al.,$2012)
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RM$strutturale$nei$DSA
Tuttavia,$un$risultato$replicato$è$un$precoce$aumento$del$volume$cerebrale
From$Courchesne$et$al.$(2001):$Unusual$brain$growth$patterns$
in$early$life$in$patients$with$autistic$disorder:$
An$MRI$study.$
$___$$_________$__$__$$$$$$$$$$$______$_____$______$________$__$
From$Hazlett$et$al.$(2005):$Magnetic$Resonance$Imaging$and$$
_____$____$__$________$____$________$________$$$$_$$$$$
Head$Circumference$Study$of$Brain$Size$in$Autism
$
_____$$
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RM$strutturale$nei$DSA
From$Courchesne$et$al.$(2007),(Neuron
Volume cerebrale più ampio può essere
espressione di processi di neurosviluppo
atipici
eccessivo numero di neuroni e/o cellule gliali
alterazione nell’architettura e nel funzionamento
neurale
abnormi connessioni locali che interferiscono con
connessioni a distanza tra le regioni cerebrali
compromissione delle funzioni socio-emozionali e
comunicative
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RM$strutturale$nei$DSA
L’eccessiva crescita cerebrale non è ubiquitaria: gli studi di MRI strutturale in
bambini DPS (Carper, 2000-2002-2005; Courchesne 2001; Hazlett, 2007; Sparks, 2002; Wassink 2007) mostrano
che le regioni maggiormente interessate sono i lobi frontali, temporali, il cervelletto
e l’amigdala
Courchesne et al. Neuron, 2007
Quali componenti cerebrali aumentano di volume?
Nei bambini, aumento maggiore nella sostanza bianca rispetto alla grigia (Courchesne,
2001; Carper, 2002; Hazlett, 2005; Herbert, 2003), altri studi non confermano questo dato.
Ipotesi alla base dell’incremento nello sviluppo della sostanza bianca:
•alterazione nel pruning dendritico
•aumento di fattori neurotrofici per lo sviluppo cerebrale (serotonina, ILGF-1)
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…$a$livello$neuronale
• In$epoca$prenatale,$ogni$strato$corticale$si$differenzia$in$
un$tipo$specifico$di$neuroni,$ciascuno$dei$quali$sviluppa$
connessioni$differenti,$cruciali$per$la$futura$
elaborazione$delle$informazioni$
• Tale$processo$è$codificato$da$specifici$geni$(nei$neuroni$di$
bambini$con$ASD$assenti$marker$genetici$chiave)
•$In$bambini$con$DSA$sono$presenti$
aree$focali$in$cui$i$normali$processi$di$
sviluppo$cellulare$sono$alterati$
Layer3/4/5RORB$
Layer4/5PCP4$
Layer6/6bCTGF
•$Alterazioni$selettive$in$alcune$aree$
della$corteccia$(frontale$e$
temporale)
Stoner$et$al.,$2014$(NEW$ENGLAND$JOURNAL$of$MEDICINE)$
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Diffusion$Tensor$Imaging$(DTI)
L’eziopatogenesi$dei$DSA$è$stata$ricondotta$ad$
un’anomala$connettività$tra$differenti$regioni$
cerebrali$(Belmonte$et$al.,$2004)$piuttosto$che$ad$
un’alterazione$all’interno$di$determinate$aree$
cerebrali.$$
In$tale$prospettiva,$l’avvento$dell’Imaging$del$
Tensore$di$Diffusione$(DTI),$un$metodo$di$RM$
recente$e$nonEinvasivo$specificatamente$sensibile$
alla$presenza$di$piccole$anomalie$di$sostanza$bianca,$
ha$permesso$una$migliore$comprensione$delle$
alterazioni$neuroanatomiche$dei$DSA$
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Imaging del tensore di diffusione (DTI)$
Considera la diffusione dell’acqua, ovvero il moto caotico e disordinato di tali
molecole nei tessuti biologici
Si misura il movimento direzionale dell’acqua per costruire rappresentazioni bi o $
tridimensionali dei fasci di sostanza bianca cerebrale e valutare l’integrità dei tratti di $
sostanza bianca
Isotropica: uguale in tutte le direzioni
Si misura il grado di anisotropia: FA (fractional
anisotropy)
FA rappresenta la deviazione dalla diffusione $
isotropica, il suo valore è compreso tra:
0=isotropia$
e 1=totale anisotropia
Una volta ottenute le immagini si utilizzano software specifici per ricostruire la $
configurazione delle zone dell’encefalo che interessano
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Imaging del tensore di diffusione (DTI)$
Nell’encefalo la diffusione è libera lungo la direzione
dell’assone mielinizzato mentre è ridotta perpendicolarmente
ad esso
Migliore è la connettività neurale, maggiormente le molecole$
d’acqua si muovono nella medesima direzione, fornendo una$
migliore “banda” per il trasferimento delle informazioni tra le$
regioni cerebrali$
Studi di DTI nei DSA mostrano alterazioni della sostanza
bianca$che possono essere responsabili della mancanza di
un’efficace$connettività neurale, necessaria per lo sviluppo di
competenze$sociali
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Elaborazione$socioEemozionale
A)$Tratti$di$SB$del$sistema$limbico:$cingolo,$fascicolo$uncinato,$fornice,$fascio$mammilloEtalamico,$
proiezioni$talamiche$anteriori$
B)$Tratti$di$SB$che$connettono$il$sistema$dei$neuroni$specchio:$fascicolo$arcuato
C)$Tratti$di$SB$del$sistema$deputato$all’elaborazione$delle$facce:$fascicolo$longitudinale$inferiore$
$e$tratti$di$SB$delle$vie$visive$(fibre$dello$splenio,$radiazioni$ottiche,$tratto$ottico)$
Ameis$&$Catani,$Cortex$2015$
Altered$white$matter$connectivity$as$a$neural$substrate$for$social$impairment$in$Autism$Spectrum$Disorder
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The$first$thousand$days$of$the$autistic$brain:$a$systematic$
review$of$diffusion$imaging$studies
Eugenia Conti, Sara Calderoni, Viviana Marchi, Filippo Muratori, Giovanni Cioni and Andrea Guzzetta
Frontiers in Human Neuroscience, 2015, in press
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
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Correlati(neurali(dell’attenzione(condivisa(e(dell’imitazione
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Attenzione$condivisa
AC richiede l’attivazione integrata di un network
corticale distribuito che comprende i sistemi attentivi
anteriore e posteriore
Mundy$&$Newell,$2009
Il SAP svolge un ruolo primario nella Risposta AC; inizia a svilupparsi nei primi
mesi di vita e dà la priorità all’orientamento verso gli stimoli biologici$
Il SAA si sviluppa successivamente e supporta l’Inizio AC;
comprende i campi visivi frontali, la corteccia associativa prefrontale,
la corteccia frontale orbitale e il cingolo anteriore.
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
Attenzione$condivisa
Le$proprietà$microstrutturali$(FA)$del$fascicolo$
uncinato$destro$a$6$mesi$di$vita$predicono$le$
differenze$individuali$nella$risposta$
all’attenzione$condivisa$tre$mesi$più$tardi,$
suggerendo$l’importanza$di$questo$tratto$nello$
sviluppo$sociale
Fascicolo$uncinato:$tratto$di$SB$che$connette$
l’amigdala$con$la$corteccia$prefrontale$
ventromediale$e$il$polo$temporale$anteriore,$
strutture$implicate$nell’elaborazione$delle$
informazioni$sociali$(Adolphs,$2003;$Amodio$&$Frith,$
2006)$
FU$è$implicato$nel$riconoscimento$delle$
emozioni$complesse$(Fujie$et$al.,$2008)
Elison et al., Dev Sci, 2014
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
Minds$Made$for$Sharing:$Initiating$Joint$Attention$Recruits
RewardErelated$Neurocircuitry
I$correlati$neurali$dell’attenzione$condivisa:$
La$RAC$coinvolge$la$porzione$anteriore$della$MPFC,$implicata$
nella$coordinazione$di$processi$percettivi$e$cognitivi
L’IAC$attiva$lo$striato$ventrale,$suggerendo$l’aspetto$edonico$della$
condivisione$dell’attenzione
Ciò$potrebbe$contribuire$alla$propensione$e$al$piacere$
tipicamente$umani$connessi$alla$condivisione$delle$esperienze
Schilbach$et$al.,$Journal$of$Cognitive$Neuroscience$2009
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
Attenzione$condivisa$e$DSA
• I$pazienti$con$DSA$hanno$una$struttura$cerebrale$atipica$(incremento$
volumetrico$di$sostanza$grigia)$nella$stessa$regione$prefrontale$
sinistra$che$è$implicata$nell’attenzione$condivisa$nei$soggetti$con$
sviluppo$tipico$(Williams$et$al.,$2005;$Calderoni$et$al.,$2012).
Williams et al., NeuroImage, 2005
Calderoni et al., NeuroImage, 2012
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Imitazione
E’$stato$ipotizzato$che$un$disfunzionamento$nel$sistema$dei$neuroni$specchio$possa$
essere$implicato$nei$sintomi$centrali$del$DSA
Rizzolatti$e$colleghi$(1992)$
Nel$macaco,$neuroni$dell’area$F5$della$corteccia$premotoria,$della$corteccia$parietale$
posteriore$e$del$STS$si$attivano$non$solo$quando$la$scimmia$esegue$azioni$manuali$
legate$a$uno$scopo$(afferrare$oggetti),$ma$anche$quando$osserva$altri$individui$che$
eseguono$azioni$simili
L’osservazione(di$alcune$azioni$causa$nell'osservatore$l'attivazione$automatica$dello$stesso$
meccanismo$neurale$attivato$dall’esecuzione(delle$stesse$azioni
Tale$meccanismo$può$essere$alla$base$di$una$forma$diretta$di$
comprensione$dell’azione$altrui
Questa$abilità$avrebbe$un$ruolo$anche$in$
condotte$quali$il$linguaggio,$l’empatia,$il$
gioco$di$finzione$e$la$teoria$della$mente
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Imitazione$e$DSA
Soggetti:$10$bambini$con$HFA$(età$media$12$anni)$e$10$controlli$(Co)$di$pari$età$e$QI$
Task:$osservare$e$imitare$l’espressione$facciale$di$alcune$emozioni$di$base$
Risultati:$i$pazienti$sono$in$grado$di$eseguire$il$task,$ma$attivano$aree$cerebrali$differenti$
rispetto$ai$Co$
•$mancata$attivazione$del$circuito$mirror(premotorio$(IFG)$
•$ipoattivazione$di$insula$e$amigdala$
•$iperattivazione$corteccia$visiva$
•$normale$attivazione$nell’area$mirror(parietale
Disfunzione$nel$sistema$dei$mirror$neurons$può$essere$alla$base$
del$deficit$sociale$dell’autismo
a.$attivazione$nei$Co$
b.$attivazione$nei$HFA
Dapretto$et(al.;$2006$Nat.(Neurosci.
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
Imitazione$e$DSA
Soggetti:$16$adolescenti$con$HFA$(età$media$15$anni)$e$15$controlli$(Co)$di$pari$età$e$QI$
Task:$osservare$e$imitare$semplici$azioni$(sollevamento)$eseguite$dalle$dita$della$mano$
Risultati:$i$pazienti$sono$in$grado$di$eseguire$il$task,$ma$attivano$aree$cerebrali$differenti$rispetto$ai$Co$
durante$l’imitazione:$$
• normale$attivazione$del$circuito$mirror(premotorio$
• ipoattivazione$di$amigdala$
• ipoattivazione$giunzione$temporoEparietale$
a.$attivazione$nei$Co
• ipoattivazione$nell’area$mirror(parietale
Ridotta$attivazione$nel$sistema$dei$mirror$
neurons$durante$compiti$di$imitazione,$abilità$
necessaria$per$lo$sviluppo$di$competenze$
socioEcognitive$
Williams$et(al.;$2006$Neuropsychologia
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b.$attivazione$nei$HFA
Studi(di(RM(preJ(e(postJterapia(riabilitativa(nei(DSA
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Plasticità$cerebrale$attivitàEdipendente
• Alcuni$recenti$studi$di$DTI$hanno$messo$in$evidenza$
come$la$terapia$cognitiva$o$motoria$influisca$sulla$
plasticità$di$numerosi$tratti$di$sostanza$bianca$$
• In$soggetti$con$sviluppo$tipico$(Bengtsson$et(al.,(2005(
Scholz$et(al.,$2009),$
• E$con$disturbi$dello$sviluppo$cerebrale$quali$dislessia$
(Keller$&$Just,$2009)$e$paralisi$cerebrali$infantili$(Trivedi$
et(al.,$2008)
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DTI$e$plasticità
È&presente&un’aumentata&anisotropia&frazionaria&nelle&fibre&coinvolte&
durante&l’attività&(posterior$limb$della$capsula&interna&–&che&contiene&le&fibre&
corticospinali&discendenti&dalla&corteccia&primaria&sensorimotoria$e$
premotoriaE)$dei&pianisti&rispetto&ai&non&pianisti.$
&Nei(musicisti(professionisti(l’aumento(di(FA(in(tale(area(correla(con(il(numero(di(
ore(passate(durante(l’infanzia(ad(esercitarsi(al(pianoforte
Age(<(11
Extensive$piano$practicing$has$regionally$specific$effects$on$white$matter$development$(Bengtsson(et(
al,(2005,(Nature(Neuroscience)(($
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
DTI$e$plasticità$
• Il(tempo(passato(ad(esercitarsi(nell’adolescenza(e(nell’età(adulta(
correla(con(la(FA(in(altri(fasci(di(sostanza(bianca(tra(cui(il(CC(e(il(
fascicolo(arcuato(
• SB$è$suscettibile$a$modificazioni$strutturali$esperienzaE
dipendenti;$ogni$fascio$ha$un$distinto$periodo$sensibile$durante$
lo$sviluppo$
• Le,differenze,di,FA,sono,solo,il,risultato,del,training,musicale,o,
sono,anche,correlabili,a,differenze,?su,basi,genetiche?,nelle,
capacità,motorie,che,hanno,permesso,ai&musicisti,di,eccellere,
una,volta,ricevuta,l’educazione,musicale?,
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Training$induces$changes$in$WM$architecture
Studio$longitudinale$che$dimostra$per$la$prima$volta$i$cambiamenti$nella$
struttura$della$sostanza$bianca$indotti$dall’esercizio$
$$$
48$soggetti$suddivisi$in$un$gruppo$sottoposto$a$training$(n=24)$e$un$gruppo$di$
controllo$non$sottoposto$a$training$(n=24).$Il$training$durava$mezz’ora$al$
giorno$per$un$periodo$di$6$settimane$e$consisteva$nell’apprendimento$di$un$
compito$visuomotorio:$attività$di$giocoliere
Dopo$l’addestramento,$nei$24$neoEgiocolieri$è$stato$
osservato$un$incremento$della$FA$in$corrispondenza$
della$sostanza$bianca$sottostante$al$solco$
intraparietale$posteriore$destro,$un’area$responsabile$
della$connessione$tra$informazioni$visive$e$
movimento$$
↑ FA:$↑ attività$dipendente$della$mielinizzazione$o$della$densità$delle$fibre
Scholz$et(al.,$2009$Nature$Neuroscience
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Studi$longitudinali$di$RM$preE$e$postEterapia$nei$DSA
Una$comparazione$dei$dati$di$RM$preE$e$postEterapia$di$pazienti$con$DSA$può$aiutare$a$
capire$come$la$terapia$riabilitativa$agisce$sulla$plasticità$cerebrale.$$
In$linea$con$tale$approccio$sono$stati$condotti$recentemente$tre$studi$(Pardini$et$al.$2012;$
Voos$et$al.$2013;$Ventola$et$al.$2014)$
Voos$et$al.$(2013):$per$la$prima$volta,$la$fMRI$è$stata$utilizzata$per$identificare$i$correlati$
neurali$di$una$risposta$positiva$al$trattamento$Pivotal$response$treatment$(PRT:$un$trattamento$
riabilitativo$validato$sperimentalmente,$derivato$dall’ABA,$basato$sul$gioco$e$l’iniziativa$del$bambino$che$cerca$di$
promuovere$la$comunicazione,$il$comportamento$e$le$abilità$sociali)$in$due$bambini$con$DSA.
Sono$state$raccolte$misure$sulla$comunicazione$sociale,$il$comportamento$adattivo,$l’eye$
tracking$e$risposte$neurali$agli$stimoli$sociali$prima$del$trattamento$e$dopo$4$mesi$di$PRT.
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
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Voos$et$al.,$2013
Entrambi$i$bambini$hanno$mostrato$importanti$miglioramenti$alle$valuazioni$
comportamentali$ed$oltre$a$queste$un’incrementata$attivazione$agli$stimoli$sociali$nelle$
regioni$cerebrali$utilizzate$dai$bambini$con$sviluppo$tipico.$
Questi$risultati$suggeriscono$che$sistemi$neurali$all$base$della$percezione$sociale$sono$
modificabili$tramite$la$riabilitazione$PRT.
After$treatment,$MM$demonstrated$increased$activation$to$
biological$motion$in$TraitEdefined$left$dorsolateral$prefrontal$
cortex$(dlPFC)$and$two$distinct$regions$of$the$StateEdefined$
left$fusiform$gyrus$(FG)
After$treatment,$CC$demonstrated$greater$activation$in$a$
portion$of$the$StateEdefined$right$posterior$superior$
temporal$sulcus$(pSTS),$StateEdefined$left$ventrolateral$
prefrontal$cortex$(vlPFC),$StateEdefined$right$fusiform$gyrus$
(FG)$and$State/TraitEdefined$left$FG
Entrambi i bambini hanno ricevuto lo stesso tipo di trattamento, ma gli effetti a livello cerebrale
sono stati differenti
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
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I meccanismi neurali di risposta al PRT sono eterogenei
10 bambini con DSA prescolari, IQ>70
5 bambini con TD
Ogni paziente effettua 7 ore/settimana
di PRT per 4 mesi
Tutti i pazienti ottengono miglioramenti
clinici dopo la terapia
Cosa succede a livello cerebrale?
FMRI pre-trattamento durante la visione di video
in cui i puntini sono distribuiti casualmente
o disposti a formare la figura umana
Ventola et al., 2014
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
33
I meccanismi neurali di risposta al PRT sono eterogenei
fMRI pre- e post-terapia
Comparazione delle risposte BOLD al movimento
biologico rispetto al movimento casuale prima del
trattamento
Bambini con un’attivazione significativamente
maggiore nel pSTS destro prima del trattamento,
versus bambini con sviluppo tipico, sono
classificati come iperattivi
Typically developing
Hyperactive group
Hypoactive group
Effetti opposti: la PRT
normalizza l’attività cerebrale
sia nei bambini con un’alta
attivazione (sinistra) che in
quelli con una bassa
attivazione (destra) nel
cervello sociale
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
34
Pardini$et$al.,$2012
Obiettivo: valutare gli effetti sull’architettura della sostanza bianca
dell’esposizione prolungata a un protocollo di intervento a lungo
termine (comunicazione aumentativa e alternativa, associata a sessioni di terapia
cognitiva e comportamentale)
Soggetti: 22 pazienti con autismo e disabilità intellettiva, nonverbali (età media: 21.9 ± 0.5 anni), divisi in due sottogruppi in base
all’aderenza alle sessioni terapeutiche.
aderenza fino all’80-90% delle sessioni stati inclusi nel gruppo “a
moderata aderenza”
aderenza > of 90% sono stati inclusi nel gruppo “ad alta
aderenza”
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
35
Pardini$et$al.,$2012
I risultati mostrano una relazione
significativa tra i valori di FA
di due zone di sostanza bianca del
FU e il miglioramento clinico.
Soggetti con un’alta aderenza alla
terapia presentavano un miglioramento
clinico maggiormente significativo e
più alti valori medi di FA nel FU,
rispetto al gruppo con
un’aderenza moderata.
La FA del FU potrebbe quindi
rappresentare un marker di RM
sensibile alle modificazioni di SB
trattamento-correlate
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
Voxel-wise correlation of local FA values
and CARS scores differences. Significant
voxels are shown in blue, UF masks are
shown in red.
36
Conclusioni
Studi$di$modificazioni$nelle$strutture$cerebrali$in$seguito$ad$un$
intervento$riabilitativo$di$poche$settimane$pongono$vari$dubbi$
sono$affidabili?$
sono$stati$replicati?$
il$grado$e$la$tempistica$degli$effetti$sono$plausibili?$
L’ osservazione che sono presenti modificazioni della microstruttura cerebrale esperienzadipendenti è stata ripetuta in numerosi laboratori, in seguito a differenti tipi di training
(Draganski et al., 2004; Draganski et al., 2006; Driemeyer et al., 2008; Engvig et al., 2011; Holzel et al., 2011; Ilg et al.,
2008; Keller and Just, 2009; Schmidt-Wilcke et al., 2010; Scholz et al., 2009; Takeuchi et al., 2010; Taubert et al., 2010)
E’ presente solo uno studio che riporta risultati negativi (Thomas et al., 2009)
i$risultati$vanno$al$momento$attuale$considerati$con$cautela
Johansen>Berg,&Neuroimage&2012
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
0$Tesla
Presso&l’IRCCS&Stella&Maris&è&stato&ideato&e&
costruito&un&prototipo&di&tomografo&di&
risonanza&magnetica,&ovvero&un&
“finto”&apparecchio&di&RM.&&
Obiettivi$della$simulazione$sono$far$
conoscere$ai$bambini$(ed$
eventualmente$anche$ai$loro$genitori)$
tutti$gli$aspetti$di$una$sessione$di$RM,$
consentire$loro$di$familiarizzare$col$
personale$che$eseguirà$l’esame,$e$
permettere$al$medico$di$valutare$lo$
stato$di$stress$e$il$grado$di$
collaborazione$del$bambino$durante$la$
simulazione$così$da$poter$evitare$la$
narcosi.
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
0$Tesla
$Il$simulatore$RM$ha$le$stesse$dimensioni,$aspetto$e$produce$gli$stessi$suoni$di$quello$reale.$
Altre$importanti$caratteristiche$sono$la$proiezione$di$video$(e.g.$cartoni$animati),$il$
bottone$di$chiamata,$e$un$sistema$che$simula$il$rumore$dello$scanner.$Tutto$questo$
migliora$la$qualità$dei$dati$nel$successivo$vero$esame$RM.$Inoltre,$può$essere$usato$per$
valutare$in$anticipo$se$il$soggetto$riesce$a$stare$dentro$lo$scanner$ed$è$(sufficientemente)$
a$suo$agio.$Per$i$pazienti$una$sessione$di$prova$può$ridurre$l’ansia$e$conseguentemente$
gli$artefatti$da$movimento$nel$corso$dell’esame$RM.$$
$&I$movimenti&della&testa&sono&il&problema&maggiormente&critico&nell’esecuzione&della&RM$
Per$cercare$di$limitarli$e$far$rimanere$il$bambino$fermo:$
Eocchiali$e$cuffie$RM$compatibili$tramite$cui$è$proiettato$il$cartone$preferito$
Epresenza$di$un$genitore$nel$corso$dell’esame
Alla$fine$della$scansione,$al$bambino$è$data$l’opportunità$di$guardare$le$proprie$immagini$
cerebrali
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
22
Analisi&resting>state&
Indagine dello stato di riposo: il soggetto in
esame non svolge alcun compito
particolare e rimane fermo nello scanner
RM
A riposo il cervello è impegnato in un’attività
di fondo, definita come default mode of
brain function, baseline state, o anche
conscious resting state.
Le aree cerebrali coinvolte in tale attività di fondo costituiscono una rete funzionale,
detta default mode network (DMN).
attività spontanea simultanea di aree anatomicamente distinte che concorrono a
realizzare una stessa funzione
DMN$PreETrattamento
DMN$PostETrattamento
Aree cerebrali metabolicamente più attive nello stato di riposo
Increased(activation(in(frontal(regions:(
Superior(frontal(gyrus,(Medial(Prefrontal(
cortex
Nel$futuro$…
• I$cambiamenti$cerebrali$persistono$anche$dopo$
l’interruzione$della$terapia?$studi&di&follow>up&per&
analizzare&la&durata&dell’effetto&a&livello&cerebrale&
Determinare se il trattamento funzionerà sulla base di un determinato profilo
neurale, prima che la famiglia spenda nel trattamento tempo e risorse
Sviluppo$di$trattamenti$individualizzati$e$mirati
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
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Ringraziamenti$
Grazie$per$la$vostra$attenzione!$
Grazie$ai$bambini$e$ai$genitori$che$con$generosità$hanno$
acconsentito$ a$ partecipare$ alla$ questa$ ricerca$ sostenuta(
dall’Unione$Europea$[The$MICHELANGELO$Project].
Autismo(e(nuove(tecnologie:(il(progetto(Michelangelo(J(Pisa(24(Marzo(2015
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