Convegno "Il vaso di Pandora" - Gambarie d'Aspromonte 25-26 settembre 2014

1. IL VASO DI PANDORA:
lo spettro affettivo e le dimensioni
psicopatologiche
GIUSEPPE TROMBETTA
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN
IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
Gambarie d’Aspromonte 25/26 settembre 2014

2. PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
«L’uomo differisce dagli altri animali, perché
egli solo comprende, mentre gli altri animali
sentono, ma non comprendono»
Alcmeone di Crotone, V sec. a.C

3. PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
« Tutti dicono che il cervello sia l'organo più complesso del
corpo umano, da medico potrei anche acconsentire. Ma come
donna vi assicuro che non vi è niente di più complesso del
cuore, ancora oggi non si conoscono i suoi meccanismi. Nei
ragionamenti del cervello c'è logica, nei ragionamenti del
cuore ci sono le emozioni. »
Rita Levi Montalcini

4. PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
ad. da Mayberg, 1999

5. Gli psichiatri rimangono i soli specialisti
che non osservano mai l’organo che essi
trattano
Daniel Amen
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO

6. RITARDO AUTISMO SCHIZOFRENIA DISTURBO DISTURBI AFFETTIVI
MENTALE SCHIZOAFFETTIVO UNIPOLARI - BIPOLARI
SINTOMATOLOGIA POSITIVA
VARIANTI STRUTTURALI DEL DNA
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
SINTOMATOLOGIA AFFETTIVA
DEFICIT COGNITIVO
SINTOMATOLOGIA NEGATIVA
PATOLOGIE DEL
NEUROSVILUPPO
PATOLOGIE AFFETTIVE
SINDROMI
CLINICHE
DOMINI
PSICOPATOLOGICI
SISTEMI
NEURONALI
SISTEMI
BIOLOGICI
VARIANTI
GENETICHE
IPOTESI DELL’ ALTERATO SCHEMA DEL
NEUROSVILUPPO ALLA BASE DELLA
VULNERABILTA’ FENOTIPICA
ESPOSIZIONE A STRESSOR
AMBIENTALI IN FASI CRITICHE
DELLA VITA
DIMENSIONI PSICOPATOLOGICHE
NEUROIMAGING
QUALITATIVO
QUANTITATIVO

7. NEUROIMAGING
MRI
MRA
MRS spettroscopia
fMRI funzionale
DTI tensore di diffusione
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO

8. TIPI DI NEUROIMAGING
• NEUROIMAGING STRUTTURALE
• NEUROIMAGING FUNZIONALE
• VOXEL BASED MORPHOMETRY (VBM)
MAPPATURA STATISTICA PARAMETRICA
CT
CAT
MRI
PET - SPECT
MRI
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO

9. TECNICHE QUALITATIVE: DIAGNOSTICA PER IMMAGINI
( QUALITA’ MORFOLOGICA DEL TESSUTO NERVOSO)
TECNICHE QUANTITATIVE: DIPENDENZA DEL SEGNALE DA
UN PROCESSO FISICO
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
STRUTTURALI: PROPRIETA’ LEGATE AL
FENOMENO DELLA RISONANZA ( TEMPI DI
RILASSAMENTO, COEFFICIENTE DI
DIFFUSIONE)
FUNZIONALI: PROPRIETA’ FISIOLOGICHE
DEI TESSUTI (EMODINAMICHE,
METABOLICHE)
TDI, TRATTOGRAFIA, VBM fRMN, rCBF, H1-MRS

10. Frequenza di
Larmor
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
1. TOMOGRAFIA A RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE (NMR)
Le prime immagini RMN, ottenute tramite l’uso di gradienti
di campo magnetico, furono pubblicate nel 1973 da Paul
Lauterbur, che denominò la tecnica zeugmatography (dal
greco zeũgma: legame, unione). Tale pubblicazione è
riconosciuta come la nascita della risonanza magnetica per
immagini (Magnetic resonance imaging, MRI), e fruttò al suo
autore nel 2003 il premio Nobel per la medicina in
condivisione con Peter Mansfield (che ne introdusse il
formalismo matematico)
1H protone
2H deuterio
Il fenomeno fisico su cui si basano le immagini RMN è legato alle proprietà
magnetiche dei nuclei atomici: la grandezza fisica che descrive tali proprietà
è il momento angolare μ (detto comunemente spin)
Misura l’assorbimento di radiazioni elettromagnetiche di molecole immerse
in un forte campo magnetico; l’assorbimento avviene ad opera di nuclei con
un numero di spin diverso da zero, ovvero nuclei costituiti da un numero
dispari di protoni o di neutroni (es 1H,31F,13C).

11. PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
2. TOMOGRAFIA A RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE (NMR)
La valutazione parametrica in RMN
Relassometria: quantificazione dei tempi di rilassamento (T) richiesti agli
spin in un particolare tessuto dopo una perturbazione del campo
magnetico.
Tempo di rilassamento longitudinale (T1): (cessione di energia accumulata
dagli spin durante l’irradiazione a radiofrequenza) riflette l’interazione e la
mobilità delle molecole di acqua presenti in un determinato tessuto.
Tempo di rilassamento trasversale (T2):legato ai campi magnetici generati,
riflette la disomogeneità dei tessuti ed il loro contenuto di acqua.

12. RISONANZA MAGNETICA FUNZIONALE (fMRI) :
effetto BOLD ( blood oxigenation level dependent ) variazione del
livello del flusso ematico e della concentrazione di ossigeno nelle aree
cerebrali in attività.
La fMRI permette di visualizzare la risposta del cervello a stimoli
esterni verificando il livello di ossigenazione del sangue: in seguito a
stimoli i microcapillari che attraversano il tessuto cerebrale si dilatano
per far passare più sangue e conseguentemente più emoglobina
ossigenata
Ossiemoglobina (diamagnetica)
Deossiemoglobina (paramgnetica) - aumento di concentrazione
dell’ossigeno libero
Generazione di campi locali che vanno a sommarsi al campo
magnetico esterno, provocando uno sfasamento degli spin nucleari
nella zona interessata con conseguente variazione del segnale
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO

13. PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
Tensore di diffusione- Trattografia della sostanza bianca
Nelle fibre nervose che compongono la sostanza bianca le molecole di
acqua si spostano più velocemente nel senso della lunghezza che non di
traverso.
La « Diffusion Tensor Imaging» è in grado di cogliere questo movimento,
dando come risultato l'esatto orientamento delle fibre nervose
RMN QUANTITATIVA STRUTTURALE

14. Diffusione anisotropica nelle strutture nervose
t0 t1 t2
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
In una larga popolazione di molecole esse
diffondono liberamente. La Diffusione è la
stessa in tutte le direzioni
Lo spostamento molecolare medio e la
distanza di diffusione aumentano
linearmente con la radice quadrata del tempo
Le barriere causano un’anisotropia di diffusione.
L’anisotropia frazionata (FA): è una misura del grado di
caoticità delle fibre nervose
0 = (nessuna direzione preferenziale)
1 = (le fibre nervose seguono una direzione preferenziale).

15. RMN CON TENSORE DI DIFFUSIONE (TDI)
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
Anisotropia frazionata (FA) :
grado di caoticità delle fibre nervose utilizzando la
tecnica del Tensore di Diffusione (DTI)
Le principali applicazioni sono quelle nella visualizzazione
della sostanza bianca, per determinare la localizzazione,
orientamento, e l’anisotropia dei tratti e dei fasci di fibre
nervose. L'architettura dei gruppi di assoni in fasci paralleli e
le loro guaine di mielina, facilitano la diffusione delle
molecole d'acqua preferenzialmente lungo la loro principale
direttrice. Questa diffusione orientata viene chiamata
diffusione anisotropica

16. RISONANZA MAGNETICA SPETTROSCOPICA
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
(1H MRS -SPETTROSCOPIA PROTONICA)
STRUMENTO PER STUDIARE IL METABOLISMO CELLULARE ATTRAVERSO
LA MISURAZIONE DELLA CONCENTRAZIONE DI METABOLITI IN UN
DETERMINATO TESSUTO
H1 PROTONICA: LIVELLI DI N- ACETILASPARTATO NEL SNC (INDICE DI
DENSITA’ NEURONALE
P : ATP, FOSFOCREATINA (PCr), COLINA (Cho), MIOINOSITOLO
Alterazioni del metabolismo fosfolipidico
Modificazioni dei livelli di :
colina (Cho)
N-Acetil aspartato (NAA)
Mioinositolo
Clx Glutamato – glutamina/GABA
Creatina

17. TOMOGRAFIA AD EMISSIONE DI POSITRONI (PET)
Si basa sull’impiego di isotopi radioattivi
che decadono emettendo positroni, ovvero particelle che hanno
la stessa massa degli elettroni e stessa carica, ma di segno
opposto. Gli isotopi radioattivi vengono utilizzati per marcare
delle molecole di interesse biologico, coinvolte in particolari
attività metaboliche che si intendono studiare;
una volta che le molecole sono state marcate vengono
somministrate al paziente.
Gli isotopi vengono preparati in un ciclotrone (un acceleratore di
particelle) capace di accelerare a velocità elevatissime protoni con
i quali vengono bombardati i nuclei considerati producendo
isotopi instabili e generazione di raggi gamma sfruttati per la
rilevazione d’immagine.
distribuzione di diversi recettori
flusso ematico e metabolismo del glucosio
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO

18. TOMOGRAFIA AD EMISSIONE DI SINGOLO FOTONE (SPECT)
Come nella PET, anche in questa tecnica si fa uso di sostanze
marcate con radioisotopi che vengono iniettate nel flusso
sanguigno del paziente e che vanno ad accumularsi in
determinate regioni del cervello.
A differenza della PET, i traccianti vengono marcati con
radioisotopi che emettono fotoni singoli e che sono
caratterizzati da una emivita molto maggiore di quelli
impiegati nella PET.
flusso ematico
patologie neurodegenerative e tumorali
alterazioni funzionali
Indicata solo per ristrette aree cerebrali
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO

19. ESEMPI DI NEUROIMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO:
CORRELATI NEUROMORFOLOGICI

21. PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
Circuito limbico-cortico-striato-pallido-talamico
(LCSPT)
1.Il sistema limbico - talamico
sottocorticale responsabile dell’
«emotional processing»
2.La corteccia prefrontale laterale implicata
nel controllo esecutivo
L’attività di questi due sistemi viene
integrata in regioni ventro-frontali come la
corteccia orbitofrontale (OFC) responsabili
dell’elaborazione e del controllo attentivo
sugli input provenienti dall’emotional
processing

22. Settori funzionali della corteccia prefrontale
• Corteccia mediale prefrontale:
MPFC - settori ventromediali (vm
PFC)
ipotalamo
GM periacqueduttale
striato ventrale
amigdala
Funzioni viscerali e processing
motivazionale
• Corteccia dorsolaterale
prefrontale (dlPFC)
Specifiche aree sensitive e motorie
Corteccia parietale laterale
Funzioni cognitive ed esecutive

23. fMRN: DIFFERENZE FUNZIONALI E VOLUMETRICHE TRA
INDIVIDUI AFFETTI DA DM E CONTROLLI SANI
da Wise et al., 2014
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
Area cerebrale attività funzionale volume
Corteccia prefrontale mediale
Corteccia prefrontale laterale
Striato
Amigdala
Ippocampo

24. RMN strutturale
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
Alterazioni volumetriche della GM legate a modificazioni del neuropilo
Riduzione del volume ippocampale in DM
Riduzione del volume dei gangli basali in DM
Riduzione di volume dell’amigdala
Aumento di volume dei ventricoli
TDI: Incremento di intensità del segnale T2 nella sostanza bianca (WMH)
in DB quale riflesso della ridotta funzionalità delle vie di connessione tra
vmPFC/ dlPFC e le strutture del Sistema limbico
TDI: riduzione dell’AF in diverse aree corticali ed in particolare nella
corteccia subgenuale del Corpo Calloso

25. fRMN – SNMR - PET
•elevati livelli di attività metabolica nella vmPFC e bassi livelli di
attività nella dlPFC
•modificazione del segnale BOLD
Trattamenti terapici
•decremento nei plots spettroscopici di Clx glutamina /glutamato
nella PFC quale riflesso dell’elevato metabolismo intracellulare
•Incremento di attività nell’amigdala
•attenuazione del segnale BOLD nella corteccia cingolata (ACC) e
PFC durante esposizione a stimoli negativi

26. PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
da Blumberg et al., 2003
fRMN: Anomalie fronto-striatali in soggetto con DB

27. Risonanza magnetica spettroscopica
choline/creatine
and N-acetylaspartate/
cr
eatine ratio in the
right striatum

28. Spettroscopia Protonica 1H - MRS
C
DB
da Brady et al., 2012
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
Voxels: corteccia cingolata anteriore (ACC) – corteccia parietale occipitale (POC)
Plots 2D: lattato

29. profili SPECT da database NIH

30. Wayne, 2000
SPECT : Aree di anomalo incremento CBF in soggetti affetti da DM

31. MRI High-dimensional processing Posener, 2003

32. PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
fMNR in Bipolare I e II :
•incremento dell’attivazione dell’ amigdala stato-dipendente
•ipoattività stato-indipendente della corteccia orbitofrontale 47
da Ahmad R. Hariri Am J Psychiatry 2012;169:780-783

33. PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
P-MRS (fosforo 31) con il picco fosfomonoestere (PME)
in regione corticofrontale Da Kato et al., J Neuropsychiatry Clin Neurosci 1998 10: 133

34. PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
Mary L. Philips, David J. Kupfer (2013)
Bipolar disorder diagnosis: challenges and future directions
“The problem in detection of a clear boundary between these disorders
suggests that they might be better represented as a continuum of affective
disorders.
Innovative combinations of neuroimaging and pattern recognition
approaches can identify individual patterns of neural structure and function that
accurately ascertain where a patient might lie on a behavioural scale”

35. GIUSEPPE TROMBETTA
PATTERN NEUROFUNZIONALI E BRAIN
IMAGING
NEI DISTURBI DELLO SPETTRO AFFETTIVO
CONCLUSIONE