Il nostro cervello funziona tramite segnalazione elettrica e chimica. La registrazione dei pattern delle onde cerebrali può essere molto utile in condizioni come l’epilessia, ma il potenziale di questa tecnologia economica e di facile applicazione non è stato pienamente riconosciuto. I ricercatori della Academic Unit of Neurology del Trinity College di Dublino, in Irlanda, hanno studiato i pattern delle onde cerebrali nella condizione neurodegenerativa della sclerosi laterale amiotrofica (SLA). Circa 5.600 persone negli Stati Uniti sono diagnosticate con SLA ogni anno. Si stima che fino a 30.000 americani possano avere la malattia in un dato momento. Hanno fatto la sorprendente scoperta che alcune parti specifiche del cervello sono “sovra-collegate” nella SLA, mentre altre parti mostrano una ridotta attività a mano a mano che le reti cerebrali si disintegrano. Uno studio precedente del gruppo Trinity aveva indicato i potenziali cambiamenti nelle registrazioni EEG.
Le nuove scoperte fanno progredire notevolmente la nostra comprensione delle regioni del cervello, che iniziano ad essere super-accessoriate via via che la malattia progredisce e come si relazionano alla morte dei motoneuroni. Questi cambiamenti rispetto al cervello sano indicano nuove dinamiche della malattia nel cervello e hanno rivelato alcune anormalità precedentemente non riconosciute. La scoperta implica che la SLA, insieme ad altre condizioni neurodegenerative (ad esempio Parkinson, sclerosi multipla e la rara demenza fronto-temporale), sono associate a cambiamenti profondi nella comunicazione neurale tra diverse reti cerebrali, piuttosto che cambiamenti in una singola regione del cervello. Le nuove scoperte indicano i meccanismi cerebrali associati alla malattia, che non erano stati precedentemente presi in considerazione, supponendo che la SLA fosse semplicemente una degenerazione isolata focale in alcune parti del cervello, con il maggior riflettersi del danno a livello del midollo spinale.
Nella SLA, l’EEG a riposo può identificare i cambiamenti nella corteccia sensomotoria, come esemplificato dalla presenza di una ridotta potenza della banda alfa. Le oscillazioni della frequenza alfa sulla corteccia sensomotoria sono attribuite ai neuroni motori superiori piramidali di livello V e, poiché è noto che la potenza alfa diminuisce all’inizio del movimento, è probabile che rappresenti lo stato inattivo in queste grandi cellule. La perdita di potere in questa banda è quindi probabilmente dovuta alla perdita dei corpi cellulari in questa regione e, eventualmente, alla perdita del controllo inter neuronale o talamico dei motoneuroni superiori a riposo. Al contrario, la potenza gamma della banda larga è aumentata sulla corteccia motoria nel Parkinson, una scoperta che lo differenzia anche dalla distonia e dal tremore essenziale. Questa differenza è stata attribuita a cambiamenti legati al Parkinson nello spiking delle cellule piramidali e può aiutare nella diagnosi differenziale.
Il dott. Bahman Nasseroleslami, caporicerca e ingegnere neurale, che è l’autore principale dello studio, ha spiegato i principi: “Capire come le reti nel cervello umano interagiscono in salute e malattia, è un’area molto importante che non è stata adeguatamente studiata. L’EEG per decifrare i cambiamenti nella funzione cerebrale non è stato possibile fino a poco tempo fa. Gli strumenti di calcolo, matematici e statistici non erano disponibili, ma i nostri risultati hanno dimostrato che ora possiamo esplorare il cervello umano vivente in modo molto sofisticato e non invasivo. Possiamo collegare le variazioni EEG dinamiche con i cambiamenti anatomici catturati dalla risonanza magnetica. Questo espande enormemente la nostra capacità di capire come funziona il cervello in tempo reale e come questi cambiamenti nella rete cerebrale siano correlati ai cambiamenti strutturali che possiamo vedere su scansioni RMN: questa è scienza rivoluzionaria”.
Il professor Hardiman, direttore dell’unità accademica di Neurologia al Trinity College, ha aggiunto: “Questi risultati cambieranno il modo in cui studiamo la SLA. La nostra identificazione di specifici cambiamenti nei modelli di onde cerebrali in diverse forme di neurodegenerazione, ci consentirà di sviluppare nuovi farmaci e monitorare gli effetti di questi farmaci in modi che fino ad ora non erano possibili. Le misure ECG possono anche quantificare le risposte alle terapie farmacologiche, ad esempio nei pazienti Parkinson in cui la terapia con L-DOPA riduce le onde delta della corteccia e dell’attività alfa, considerata come un effetto eccitatorio della dopamina, oltre a sopprimere elevate oscillazioni beta in correlazione con il miglioramento motorio. Le nostre scoperte rivoluzioneranno il modo in cui misuriamo i cambiamenti in la funzione cerebrale nella SLA e molte altre neuro-degenerazioni correlate, come la demenza frontotemporale, e persino la schizofrenia”.
- a cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
Pubblicazioni scientifiche
Dukic S et al., Nasseroleslami B. Hum Brain Mapp. 2019 Jul 26.
Nasseroleslami B et al. Cereb Cortex. 2019; 29(1):27-41.
McMackin R et al. Neuroimage Clin. 2019; 22:101706.
Nasseroleslami B et al. Cereb Cortex 2017 Nov 9:1-15.
Kyathanahally SP et al. Front Neuroinform. 2017; 11:74.
