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STUDIO DEL METABOLISMO DELLE RETI NEURONALI

Il progetto prevede l'acquisizione e l'analisi di ca. 20 serie temporali BOLD e 20 volumi 3D-ASL in un esperimento condotto a 3 Tesla sugli stessi 20 soggetti sani in uno stato di riposo ad occhi chiusi.La tecnica di acquisizione da utilizzare per le serie BOLD è la tecnica ecoplanare convenzionale (2D, single-echo EPI) e prevede l’acquisizione di 240 volumi a copertura dell'intera corteccia cerebrale, ripetuti ad un tempo di ripetizione di 1.5s (6 minuti in totale). Una fase di pre-elaborazione di tali serie consentirà la rimozione degli artefatti legati al movimento della testa del soggetto ed all’influenza di altre variabili tecniche (ad es. drift e spike) e fisiologiche (ad es. ritmi respiratorio e cardiaco), prima della normalizzazione di tutte le immagini funzionali nello spazio stereotassico standard di Talairach. Seguirà un'analisi statistica della connettività funzionale con tecnica ICA. Seguendo questo approccio, per ogni singolo soggetto, si otterrà una serie di mappe funzionali (componenti indipendenti) per alcune delle quali le aree di maggiore attivazione corrisponderanno ai nodi di una rete neuronale. Mediante l'analisi ICA, si otterrà anche una riduzione del numero di mappe da valutare a circa un sesto del numero totale dei volumi grezzi; fra queste ci si aspetta di riconoscere in maniera robusta circa una decina di reti neuronali, fra quelle il cui lay-out anatomico presenterà un elevato grado di similarità' spaziale fra tutti i soggetti studiati. Per la valutazione delle componenti indipendenti omologhe fra i diversi soggetti si farà uso di tecniche di clustering gerarchico e template matching, eventualmente utilizzando maschere anatomiche standard e atlanti. Le componenti che presenteranno un'eccessiva incidenza di artefatti residui e/o una bassa corrispondenza fra i soggetti verranno scartate dalle analisi successive.Per i volumi ASL, si procederà alla ricalibrazione e normalizzazione dei volumi pesati in perfusione per la generazione di mappe di flusso ematico cerebrale quantitative su tutto il cervello ricambiante a diverse risoluzioni spaziali (voxel 2, 3 e 4mm), incluso la stessa risoluzione spaziale delle mappe funzionali (voxel 3mm). Seguirà un’analisi di covarianza voxel- and region-based fra le mappe individuali di connettività e perfusione, ricavando delle nuove mappe spaziali contenenti l’informazione quantitativa sul grado di dipendenza dei fenomeni di perfusione e connettività funzionale, sia a livello dei voxel che a livello di regioni di interesse (definite mediante sogliatura delle componenti indipendenti di gruppo ottenute combinando le componenti omologhe da tutti i soggetti del campione). Verranno, inoltre, valutati opportuni indici metabolici e di lateralità emisferica per tutte le reti neuronali selezionate, da correlare con le diverse componenti spettrali del segnale BOLD (analisi per bande di frequenza).Considerata, infine, la natura intrisicamente distribuita del fenomeno della connettivita' funzionale in condizione di resting state (si parla spesso di "large-scale networks" con riferimento alle reti di resting state) in contrasto con la natura intrisecamente locale del fenomeno della perfusione cerebrale (legata al metabolismo neuronale di un singolo gruppo di neuroni), verranno anche valutati i risultati dell'applicazione di alcune tecniche innovative di clustering "multi-view", capaci di fornire una parcellizzazione della corteccia cerebrale sulla base della similarità inter-soggetto degli interi pattern corticali distribuiti di perfusione e connettività funzionale, indipendente dalla risoluzione intrinseca e prescindendo dalla corrispondenza puntuale dei valori estratti per singolo voxel o per singola regione di interesse.