Studio della plasticità cerebrale indotta dal diversi tipi di cambiamento attraverso le neuroimmagini

Descrizione

La finalità del gruppo di ricerca è di utilizzare metodiche di risonanza magnetica per studiare le modificazioni corticali e sottocorticali indotte da manipolazione sperimentale, da apprendimento, da presenza di una lesione cerebrale, o da intervento neurochirurgico.

Il fine è di:

1. conoscere i meccanismi di funzionamento cerebrale nel cervello sano, in quanto la neuro-riabilitazione cognitiva si fonda sulla conoscenza di come funziona il cervello nella normalità,
2. conoscere e catturare fenomeni di plasticità cerebrale, oppure di 
3. preservare le aree funzionali durante interventi neurochirurgici in bambini e adulti.

Il nostro campo di ricerca riguarda principalmente il concetto di flessibilità del network sensorimotorio. Conoscere come l’attivazione di tali aree possa essere modulata sperimentalmente fornirà indicazioni su come l’aspetto funzionale di un’area non sia fisso e automatico, ma flessibile dunque modificabile, aspetto essenziale in un’ottica neuro-riabilitativa. La corteccia sensorimotoria è stazione di controllo dei movimenti volontari e delle sensazioni tattili. Mediante l’uso di tipi di stimoli diversi (“bottom up”) o mediante la forte influenza che esercitano le istruzioni del compito e/o la strategia che viene usata per risolverlo (“top-down”) studiamo come il network sensorimotorio possa essere coinvolto anche da funzioni cognitive come l’imagery motoria, trasformazioni visuo-motorie, empatia, emozioni, working memory e linguaggio. Utilizziamo la risonanza magnetica funzionale (fMRI) per osservare gli effetti dopo aver innescato questi meccanismi di modulazione. Attraverso studi fMRI si stanno acquisendo nuove ed importanti informazioni sul funzionamento del cervello, e in particolare su alcuni aspetti del linguaggio, del movimento e delle emozioni.

Utilizziamo l’fMRI per studiare pazienti bambini e adulti sia prima e dopo l'intervento chirurgico e in sala operatoria, durante gli interventi con paziente sveglio all’interno di una proficua collaborazione tra l’IRCCS Medea – La Nostra Famiglia e la Neurochirurgia dell'Ospedale di Udine.  Il rischio di una operazione al cervello dipende anche dalla prossimità della lesione alle aree funzionalmente eloquenti, ovvero le aree cerebrali che sono coinvolte nello svolgimento di un determinato compito cognitivo come parlare, leggere, percepire una figura, muovere una parte del corpo e via dicendo. L’informazione fornita dalla fMRI può aiutare il neurochirurgo a verificare se, all’interno della lesione o nelle sue vicinanze, persiste un’attività funzionale e a pianificare pre-operatoriamente l’approccio chirurgico ottimale (http://www.neurochirurgia-udine.it/news/malattie.php?id=22). Durante la resezione, aiuta il neurochirurgo ad orientarsi fornendo informazioni strutturali e funzionali sul cervello. Quando si testano strutture ritenute cognitive c’è una tale variabilità che è impossibile seguire delle linee standard e ci si presenta uno spazio di ricerca e di lavoro enorme. Abbiamo pubblicato diversi lavori nell’ambito della dislessia, del bilinguismo e dell’articolazione e delle funzioni sensorimotorie.

Durante gli interventi con paziente sveglio vengono fatti eseguire test cognitivi, in modo da preservare le aree eloquenti. È una sorta di riabilitazione cognitiva precocissima durante intervento chirurgico, mentre si procede con la rimozione del tessuto patologico. Abbiamo sviluppato una nuova metodica chiamata Real-time neuropsychological testing. La richiesta del neurochirurgo al neuropsicologo è quella di creare metodi per monitorare e dare un feedback cognitivo immediato e preciso mentre un paziente è sottoposto a resezione. Mentre in passato ci si limitava allo studio di una singola funzione in un area specifica, ora usiamo una vasta serie arricchita di test per un’area singola, e il metodo Real-time neuropsychological testing è del tutto innovativo. Lo scopo è capire se il tessuto è funzionale per eseguire resezione completa e ciò apre una finestra sulla comprensione di quali sono le funzioni che recuperano e quali non recuperano, e sulla plasticità cerebrale di cui tutti parlano ma è difficile da studiare.

Pubblicazioni principali

• Marin D, Madotto E, Fabbro F, Skrap M, Tomasino B. Design fluency and neuroanatomical correlates in 54 neurosurgical patients with lesions to the right hemisphere. J Neurooncol. 2017 Jul 4. doi: 10.1007/s11060-017-2560-3. [Epub ahead of print] PubMed PMID: 28677108.
• Bonivento C, Tomasino B, Garzitto M, Piccin S, Fabbro F, Brambilla P. Age-Dependent Changes of Thinking about Verbs. Front Behav Neurosci. 2017 Mar 14;11:40. doi: 10.3389/fnbeh.2017.00040. eCollection 2017. PubMed PMID: 28352219; PubMed Central PMCID: PMC5348498.
• Tomasino B, Gremese M. The Cognitive Side of M1. Front Hum Neurosci. 2016 Jun  17;10:298. doi: 10.3389/fnhum.2016.00298. eCollection 2016. PubMed PMID: 27378891; PubMed Central PMCID: PMC4911410.
• Skrap M, Marin D, Ius T, Fabbro F, Tomasino B. Brain mapping: a novel intraoperative neuropsychological approach. J Neurosurg. 2016 Oct;125(4):877-887. Epub 2016 Feb 5. PubMed PMID: 26848912.
• Tomasino B, Gremese M. Effects of Stimulus Type and Strategy on Mental Rotation Network: An Activation Likelihood Estimation Meta-Analysis. Front Hum Neurosci. 2016 Jan 7;9:693. doi: 10.3389/fnhum.2015.00693. eCollection 2015. PubMed PMID: 26779003; PubMed Central PMCID: PMC4704562.
• Tomasino B, Canderan C, Marin D, Maieron M, Gremese M, D'Agostini S, Fabbro F, Skrap M. Identifying environmental sounds: a multimodal mapping study. Front Hum Neurosci. 2015 Oct 21;9:567. doi: 10.3389/fnhum.2015.00567. eCollection 2015. PubMed PMID: 26539096; PubMed Central PMCID: PMC4612670.
• Tomasino B, Marin D, Maieron M, D'Agostini S, Fabbro F, Skrap M, Luzzatti C. Double-letter processing in surface dyslexia and dysgraphia following a left temporal lesion: A multimodal neuroimaging study. Cortex. 2015 Dec;73:112-30. doi: 10.1016/j.cortex.2015.08.010. Epub 2015 Aug 19. PubMed PMID: 26407482.
• Tomasino B, Marin D, Maieron M, D'Agostini S, Medeossi I, Fabbro F, Skrap M, Luzzatti C. A multimodal mapping study of conduction aphasia with impaired repetition and spared reading aloud. Neuropsychologia. 2015 Apr;70:214-26. doi: 10.1016/j.neuropsychologia.2015.02.023. Epub 2015 Feb 18. PubMed PMID: 25701795.
• Tomasino B, Fabbro F, Brambilla P. How do conceptual representations interact with processing demands: An fMRI study on action- and abstract-related words. Brain Res. 2014 Dec 3;1591:38-52. doi: 10.1016/j.brainres.2014.10.008. Epub 2014  Oct 14. PubMed PMID: 25446003.
• Tomasino B, Marin D, Canderan C, Maieron M, Budai R, Fabbro F, Skrap M. Involuntary switching into the native language induced by electrocortical stimulation of the superior temporal gyrus: a multimodal mapping study. Neuropsychologia. 2014 Sep;62:87-100. doi: 10.1016/j.neuropsychologia.2014.07.011. Epub 2014 Jul 21. PubMed PMID: 25058058.
• Tomasino B, Marin D, Eleopra R, Rinaldo S, Cristian L, Marco M, Enrico B, Zanier M, Budai R, Mondani M, D'Auria S, Skrap M, Fabbro F. To move or not to move: subthalamic deep brain stimulation effects on implicit motor simulation. Brain Res. 2014 Jul 29;1574:14-25. doi: 10.1016/j.brainres.2014.06.009. Epub 2014 Jun 13. PubMed PMID: 24933326.
• Tomasino B, Maieron M, Guatto E, Fabbro F, Rumiati RI. How are the motor system activity and functional connectivity between the cognitive and sensorimotor systems modulated by athletic expertise? Brain Res. 2013 Dec 2;1540:21-41. doi: 10.1016/j.brainres.2013.09.048. Epub 2013 Oct 5. PubMed PMID: 24099840.
• Tomasino B, Rumiati RI. Introducing the special topic "The when and why of sensorimotor processes in conceptual knowledge and abstract concepts". Front Hum  Neurosci. 2013 Aug 26;7:498. doi: 10.3389/fnhum.2013.00498. eCollection 2013. PubMed PMID: 23986682; PubMed Central PMCID: PMC3752440.
• Tomasino B, Lotto L, Sarlo M, Civai C, Rumiati R, Rumiati RI. Framing the ultimatum game: the contribution of simulation. Front Hum Neurosci. 2013 Jul 9;7:337. doi: 10.3389/fnhum.2013.00337. eCollection 2013. PubMed PMID: 23847507;  PubMed Central PMCID: PMC3705201.
• Tomasino B, Rumiati RI. At the mercy of strategies: the role of motor representations in language understanding. Front Psychol. 2013 Feb 4;4:27. doi: 10.3389/fpsyg.2013.00027. eCollection 2013. PubMed PMID: 23382722; PubMed Central PMCID: PMC3562995.
• Papeo L, Rumiati RI, Cecchetto C, Tomasino B. On-line changing of thinking about words: the effect of cognitive context on neural responses to verb reading. J Cogn Neurosci. 2012 Dec;24(12):2348-62. doi: 10.1162/jocn_a_00291. Epub 2012 Sep 12. PubMed PMID: 22971086.
• Tomasino B, Guatto E, Rumiati RI, Fabbro F. The role of volleyball expertise in motor simulation. Acta Psychol (Amst). 2012 Jan;139(1):1-6. doi: 10.1016/j.actpsy.2011.11.006. Epub 2011 Dec 9. PubMed PMID: 22154347.
• Tomasino B, Marin D, Maieron M, Ius T, Budai R, Fabbro F, Skrap M. Foreign accent syndrome: a multimodal mapping study. Cortex. 2013 Jan;49(1):18-39. doi: 10.1016/j.cortex.2011.10.007. Epub 2011 Oct 29. PubMed PMID: 22130092.
• Tomasino B, Ceschia M, Fabbro F, Skrap M. Motor simulation during action word processing in neurosurgical patients. J Cogn Neurosci. 2012 Mar;24(3):736-48. doi: 10.1162/jocn_a_00168. Epub 2011 Nov 18. PubMed PMID: 22098262.
• Tomasino B, Skrap M, Rumiati RI. Causal role of the sensorimotor cortex in action simulation: neuropsychological evidence. J Cogn Neurosci. 2011 Aug;23(8):2068-78. doi: 10.1162/jocn.2010.21577. Epub 2010 Sep 17. PubMed PMID: 20849231.
• Tomasino B, Bellani M, Perlini C, Rambaldelli G, Cerini R, Isola M, Balestrieri M, Calì S, Versace A, Pozzi Mucelli R, Gasparini A, Tansella M, Brambilla P. Altered microstructure integrity of the amygdala in schizophrenia: a bimodal MRI and DWI study. Psychol Med. 2011 Feb;41(2):301-11. doi: 10.1017/S0033291710000875. Epub 2010 May 12. PubMed PMID: 20459886.

Collaborazioni

• Prof. Gereon Fink, Cognitive Neurology, Research Centre Juelich, Juelich, Germany
• Prof. Peter Weiss, Cognitive Neurology, Research Centre Juelich, Juelich, Germany
• Dr. Miran Skrap, Unità Operativa di Neurochirurgia, Azienda Sanitaria Universitaria Integrata S. Maria della Misericordia, Udine, Italy
• Prof. Raffaella Ida Rumiati, Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA), Trieste
• Prof. Claudio Luzzatti, Dipartimento di Psicologia, Università di Milano-Bicocca, Italy & Milan Centre of Neuroscience
• Prof. Franco Fabbro, Dipartimento di Scienze mediche e biologiche, Università di Udine, Italy

I media parlano di noi

BBC: http://www.bbc.com/future/story/20150513-the-weird-effects-of-foreign-accent-syndrome

Science Daily: https://www.sciencedaily.com/releases/2013/12/131202082412.htm

Medical News Today: http://www.medicalnewstoday.com/releases/269600.php

Stak Magazine: http://www.stack.com/a/athlete-brain

Le Scienze: http://www.lescienze.it/lanci/2014/09/10/news/irccs_medea_localizzata_unarea_del_cervello_implicata_nel_bilinguismo-2282655/

http://www.lescienze.it/lanci/2015/10/27/news/irccs_medea_come_il_cervello_riconosce_i_suoni_ambientali-2820423/

http://www.lescienze.it/lanci/2016/02/08/news/irccs_e_medea_neuropsicologia_una_nuova_tecnica_studia_il_rapporto_funzione-cervello_in_tempo_reale-2962568/

La Stampa:

http://www.lastampa.it/2015/10/09/scienza/galassiamente/il-modello-a-due-vie-e-i-disturbi-acquisiti-della-lettura-e-scrittura-vBuriRPZa3IG90AZZDw1VO/pagina.html

http://www.lastampa.it/2016/03/01/scienza/galassiamente/neuropsicologia-analisi-del-rapporto-funzione-cervello-in-tempo-reale-LXkGdFCYQVTI0cBDZqcpgJ/pagina.html

http://www.lastampa.it/2014/09/17/scienza/galassiamente/uno-sguardo-ai-processi-cerebrali-implicati-nel-bilinguismo-NbWb7rPVfCPUF4BYw0XCvM/pagina.html

http://www.lastampa.it/2010/10/01/scienza/galassiamente/la-cognizione-ed-il-linguaggiosi-fondano-sull-azione-lMvPpVxE0a2K51VHfFjgdK/pagina.html

Il Corriere della Sera:

http://www.corriere.it/salute/neuroscienze/14_settembre_28/nuova-scoperta-come-funziona-bilinguismo-cervello-73e79044-4725-11e4-b58c-ffda43e614fc.shtml

Il Sole 24 ore:

http://salute24.ilsole24ore.com/articles/8154