plasticità cerebrale e riserva cognitiva · dipartimento di psicologia generale, università di...

Riserva cognitiva e riabilitazione

Prof.ssa Sara Mondini

Dipartimento di Psicologia Generale, Università di Padova

17 novembre,Lamezia Terme

Concetto di plasticità cerebrale

Plasticità e apprendimento

La riserva cognitiva

La riserva cognitiva e metabolismo cerebrale

La riserva cognitiva e la riabilitazione

demenza

Patologie non neurodegenerative

Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme

La plasticità cerebrale

• è una proprietà intrinseca del cervello umano e rappresenta il motore dell’evoluzione

• consente al sistema nervoso di superare le restrizioni imposte dal proprio genoma e quindi di adattarsi alle pressioni ambientali, ai cambiamenti fisiologici, e all’esperienza


La prospettiva evoluzionista

Le aree 44 e 22 (Boca e Wernicke) sono le aree filogeneticamente più recenti.


PLASTICITA’ CEREBRALE

Si supera il DOGMA di un’organizzazione cerebrale funzionale STATICA (concetto di periodo critico).

La plasticità cerebrale è un processo CONTINUO che permette un rimodellamento a breve-medio-lungo termine delle mappe neuro-sinaptiche


La plasticità cerebrale: i circuiti nervosi

molti circuiti rimangono sostanzialmente stabili, ma le popolazioni di neuroni continuano a mantenere una loro dinamicità, riorganizzandosi in risposta a esigenze motorie, sensoriali, cognitive o affettive

I circuiti nervosi cambiano struttura e funzione in risposta agli stimoli sia durante lo sviluppo sia nel corso della vita adulta

la plasticità è molto alta: selezione di alcuni circuiti neuronali con l’eliminazione

di altri

Periodo dello sviluppo Vita adulta


Per quanto l’uomo sia provvisto sin dalla nascita di un Sn quasi completo, con solchi e circonvoluzioni, le connessioni sinaptiche e la mielinizzazione devono essere completati soprattutto nelle aree associative

corteccia associativa prefrontale(superficie dorso laterale dei lobi frontali)

corteccia orbito frontale (sulla superficie ventrale e mediale degli emisferi cerebrali).


Meccanismi di base della plasticità cerebrale

sinapsitrasmissione

dell’informazione

La plasticità del SNC è attribuibile ad almeno 3 tipi di meccanismi

1. MODIFICABILITÀ DELLA TRASMISSIONE SINAPTICA

Funzionale: quantità del trasmettitore Liberato varia in più o in meno

Morfologica: si modifica la strutturadell’elemento presinaptico e/o postsinaptico



2. SPROUTING Proliferazione di collaterali degli assoni con conseguente formazione di sinapsi. I neuroni perilesionali sopravvissuti all’insulto iniziano ad emettere dei “germogli”. Il risultato è la crescita di

fibre nervose che raggiungononuove terminazioni cellulari.



3. NEUROGENESI:

proliferazione post-natale di alcune popolazioni di neuroni cerebrali- cellule staminali. In particolare in due aree: il giro dentato dell’ippocampo (DG) e la zona subventricolare

anteriore (SVZ).Bulbo olfattivo

Le cellule staminali sono cellule primitive non specializzate dotate della singolare capacità di trasformarsi in qualunque altro tipo di cellula del corpo.



CELLULE STAMINALI

Qualsiasi cellula in grado di dare origine a tutte le popolazioni cellulari

Una cellula staminale può essere

PLURIPOTENTE: dare origine a più popolazioni cellulari specifiche di un tessuto (ad es. una cellula staminale del tessuto nervoso può dare origine a tutte le cellule nervose, ma non a quelle del midollo osseo.)

TOTIPOTENTE: dare origine a tutte le popolazioni cellulari dell’organismo (ad es. le cellule staminali embrionali)

Le cellule staminali cerebrali sono PLURIPOTENTI


Tutti questi meccanismi possono contribuire a cambiare il funzionamento dei circuiti neuronali, e a produrre modificazioni, anche macroscopiche nella organizzazione cerebrale


La plasticità neuronale

I neuroni e i circuiti nervosi vanno incontro a cambiamenti durante tutto l’arco di vita (plasticità post-ontogenetica)

Apprendimento

Lesioni cerebrali

Deprivazione sensoriale

Invecchiamento

Malattie degenerative


L’apprendimento è una forma di plasticità nervosa:

ogni apprendimento è determinato da modificazioni nelle connessioni sinaptiche (rimodellamento delle connessioni sinaptiche)

Cambiamenti che coinvolgono i trasmettitori a livello sinaptico

Cambiamenti che coinvolgono la modulazione da parte di un interneurone

Formazione di nuove sinapsi

Riarrangiamento delle connessioni sinaptiche

Apprendimento e plasticità


Ambiente arricchito (Rosenzweig e coll., 1960, 2001)

Situazione A,condizione standard (sx inalto): ratto incompagnia + acqua(standard)

Situazione B,Ambiente impoverito (dx inalto): ratto da solo consolo acqua

Situazione C,Ambiente arricchito(sotto): più ratti + giochi


Ambiente arricchito(Rosenzweig e coll., 1960)

I ratti nella C mostrarono elevata attività dell’enzima acetilcolinesterasi (AChE) (indice di aumentata attività colinergica)

Aumento del peso del cervello nel gruppo C rispetto a CI

Aumento del numero di ramificazioni dei dendriti dei neuroni nella corteccia occipitale nel gruppo C (Greenough et al., 1972, Rosenzweig et al . 2001)


(Belichenko, Johansson, unpublished data, 1998).

Immagine dellespine dendritiche di neuroni piramidali della corteccia somatosensoriale

Ratto adulto dopo 3 settimane in una gabbia standard

Ratto adulto dopo 3 settimane in un ambiente arricchito


Ambiente arricchito

“combinazione complessa di stimoli inanimati e sociali”.

Una combinazione di stimoli sociali, sensoriali e motori, vanno

ad influire sulle variazioni sia biologiche che funzionali del

SNC.


nell’uomostudi che hanno utilizzato la tomografia ad emissione di positroni, la risonanzamagnetica funzionale o la stimolazione magnetica transcranica hanno consentitodi dimostrare anche nell’uomo i mutamenti dinamici delle rappresentazionicerebrali in seguito all’apprendimento di specifici compiti

•MUSICISTI; suonatori di archi, (Elbert et al., 1995)

•TAXISTI LONDINESI (Maguire et al., 2000)

PLASTICITA’ COME EFFETTO DI APPRENDIMENTO

Modificazioni delle rappresentazioni corticali sono evidenziabili come risposte a esposizione ambientale, come nel caso dell’apprendimento.


Elbert et al. (Science, 1995)Ipotesi: la ripetitività di stimoli afferenti, provenienti dalle dita, potessero indurre cambiamenti nel SNC di un cervello adulto.

La magnetoencefalografia (MEG): mostra che nei musicisti l’area di attivazione corticale della mano sinistra è più ampia che nei controlli.Nei musicisti l’area corticale della mano sinistra è più ampia rispettoalla corrispondente della mano destra.

L’espansione non risulta correlata alle ore di esercizio ma all’età di inizio della pratica musicale

Studio su musicisti di strumenti a corda


Regione posteriore dell’ippocampo più sviluppata rispetto ai controlli

Regione anteriore dell’ippocampo più grande nei controlli

Area cerebrale in cui si immagazzinano le informazioni spaziali

dell’ambiente circostante

Taxisti di Londra


Il volume dell’ippocampo correla con il numero di ore

trascorse alla guida del taxi (positivamente con la parte posteriore dell’ippocampo e negativamente con la parte

anteriore)


Riserva cerebrale e riserva cognitiva


Katzman et al., 1988 Ann Neurol

Analisi post-mortem di 10 cervelli (fra 137)

neuropatologia di AD(istological, neurotransmitter,morphometric data)

Reserve …

Nessun segno clinico di demenza

Questa incongruenza poteva essere attribuita alpeso superiore alla media dei loro cervelli

Brain reserve


The nun study (from 1991) Studio longitudinale su 678 suore(75-107 y.o.)

Fonti dei dati raccolti: Archivi per indagare sui fattori di rischio per la demenza presenti in età giovane e adultaEsami annuali per valutare I cambiamenti fisiciValutazioni post-mortem dei cervelli

(Snowden 2003, Aging with grace)


Journal of Personality and Social Psychology, 2001, 80 (5) 804-813

Dall’analisi dei loro scritti, chi aveva:• una maggiore scolarizzazione• maggiori abilità linguistiche• emozioni positiveaveva una minore probabilità di svilupparedeficit cognitivi


Misure di BRVolume cerebraleCirconferenza cranicaSynaptic countDendritic branching

Questi indici sonomodificabili e influenzatidalle esperienze della vita secondo i meccanismidella plasticità cerebrale

Misure di CREsperienze di vita, abilità cognitive nuove, sono tutti indici di riservacognitiva

MISURAZIONE


Miglioramento della memoria e modificazioni sinaptichenella neocorteccia e nell’ippocampo


Prestazioni migliori nei topi inseriti in un ambiente arricchito rispetto a quelli collocati in una semplice gabbia

Vol 15 No II 6 August 2004

Neurobiology of Disease The Journal of Neuroscience, May 25, 2005

Topi transgeniciAmbiente arricchito


La riserva cognitiva è ciò che viene acquisito, appreso durante tutta la vita sulla base di tutte le esperienze vissute


Proxy usati per stima della riserva cognitiva negli studiProf.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme

CRI ……………………. …………..

CRI-Scuola…………………….CRI-Lavoro ………………CRI-TempoLibero………………….

http://cri.psy.unipd.it/index.html


Item Response Theory


Results from the Italian sample (588 participants)

Giovani (18-44) Adulti (45-69)Anziani (70-102)


Dal campione Italiano (588 partecipanti)

(Pearson’s correlation and Fisher test)

CRITotale

CRI-Scuola CRI-Lavoro CRI-TempoLibero

.48 .29

.78

.28

.69

.78

http://cri.psy.unipd.it


Gender and Age significantly affected the CRI

p=.02p<.01

101 98 97 106 94

p=.03

p<.01

101 98

p=.03

99 98101

103 97 97 107 93

p=.01p<.01

p=.03

p<.01

101 98 97 95105

p<.01

p=.03

p=.01

Nucci, Mapelli e Mondini (2012) Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme

Cognitive Reserve Index questionnaire (CRIq)

• CRIq è uno strumento breve e facile per il calcolo della CR

• CRIq può essere somministrato a familiari, in casi di demenza avanzata o quando il paziente non è attendibile per qualsivoglia motivo

• È uno strumento indispensabile quando bisogna fare delle diagnosineuropsicologiche

Affidabilità con il familiare

http://cri.psy.unipd.it


CRI e metabolismo cerebrale


Stern, Y., 2012

Stern et al. (1992).Greater depletion of blood flow parieto-temporal areas


CRI: 113High cognitive reserve

GG80 y.o.; 10 years of educationteacherMMSE 27/30Memory deficit, naming famous faces(mild cognitive impairment)

AS83 y.o.; 8 years of educationshop assistantMMSE 22/30Several cognitive deficits(mild dementia)

CRI: 72Low cognitive reserve

18F-FDG PET findings

(Mondini et al., 2011)


CRI: 113High cognitive reserve

CRI: 72Low cognitive reserve.

MILD COGNITIVE IMPAIRMENT

SEVERE HYPOMETABOLISM

SEVERE COGNTIVE IMPAIRMENT

MILD HYPOMETABOLISM


Cognitive reserve e riabilitazione

Patologie cerebrali neurodegenerative

Lesioni cerebrali acquisite


Qual è l’influenza della CR sulla demenza?

• Point of inflection

• AD pathology

• Progression of AD

Stern, 2009

Criteria for AD


Stern, 2012 (Lancet Neurology.)

CLI

NIC

AL

SEV

ERIT

Y

AD PATHOLOGY

O’Bryant et al., 2008(college education)

MMSE< 27/30


AD pathology

HCR

LCR

A parità di prestazione è possibile che la demenza sia piùavanzata in un paziente con HCR

COGNITIVE TRAINING

L’efficacia di un trattamento di riabilitazione neuropsicologicapotrebbe essere diverso tra pazientiad alta e a bassa CR


15 subjects (> 65 y.o.) with mild-moderate AD

CRIqHigh Cognitive Reserve Group of patients (9)

Low Cognitive Reserve Group of patients (6)

Neuropsychol evaluation: T0

MODA battery


MODA battery

5 weeks of Cognitive training

(Tomasi et al., 2012)


Patients with High CRI (9) :

MODA T0Battery

MODA T1Battery

Patients with Low CRI (6):

The difference between T0 and T1was higher in the Low CR group (W=44, p-value=0.049)

MODA T0Battery

MODA T1Battery

T1

70

72

74

76

78

80

82

84

75,7

74,4

77,2

83,1

MO

DA

HCR LCR

T0T0

T1

Pre-training

Post-training


30 subjects (> 63 y.o.) with mild-moderate AD, vascular d, mixed d

CRIqHigh Cognitive Reserve Group of patients (7)

Low Cognitive Reserve Group of patients (23)


MMSE,, Fluenza sem


MMSE, Fluenza sem

80 giorni (2 volte a settimana

Cognitive training)

(Mapelli et, al. submitted)


MMSE (t(22)= -4.73, p<.001)

Fl. Verbale sem (z= -2.03, p< 0.05)

T0T0 T1

20,1

T1

20,020,3

T0

T1

T0

T1

8,2

8,8

9,4

8,9


Pazienti con AD e bassa CR traggono maggior beneficio dal training di stimolazione cognitiva in quanto probabilmente sitrovano ad uno stadio meno grave di patologia rispetto a pazienticon alta CR

Da notare che in questi gruppi i pazienti AD con bassa CR sono stati diagnosticati prima (come età) rispetto ai pazienti con alta CR


Riserva cognitiva e riabilitazione in pazienti con lesioni acquisite, non degenerative


22 traumi 39 ictus

61 pazienti con lesioni cerebrali: 22 traumi, 39 ictus Età: tra 18 e i 65 anni

(Mapelli et al., submitted)


1-6 mesi di trattamento riabilitativo specifico per il deficit del paziente


0

5

10

15

20

25

30

35

CRI <=100 CRI >100

CRI e miglioramento cognitivo

61 pazienti con cerebrolesione acquisita (22 traumi, 39 ictus)

CRI alto = pazienti 22;CRI basso = 39

DELTA sulla percentuale di miglioramento pre e post

**


è importante per prevedere l’efficacia di un intervento di riabilitazione e per poter pianificare un progetto riabilitativo adeguato al paziente

è un fattore di resilienza: non previene la demenza ma ne puòposticipare i segni clinici

E’ importante per diagnosticare e interpretare meglio i sintomi clinici di patologie con danno cerebrale

La riserva cognitiva

La riserva cognitiva può essere misurata: CRIq


La riserva cognitiva è promossadalle esperienze di vita e dall’apprendimento e anchenell’invecchiamento normalepromuove l’adattamento e la flessibilità e quindi la plasticità .


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