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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
La prospettiva evoluzionista
Le aree 44 e 22 (Boca e Wernicke) sono le aree filogeneticamente più recenti.
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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).
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Meccanismi di base della plasticità cerebrale
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.
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Meccanismi di base della plasticità cerebrale
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.
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Meccanismi di base della plasticità cerebrale
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Tutti questi meccanismi possono contribuire a cambiare il funzionamento dei circuiti neuronali, e a produrre modificazioni, anche macroscopiche nella organizzazione cerebrale
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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)
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
(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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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.
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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.
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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)
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Riserva cerebrale e riserva cognitiva
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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)
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Miglioramento della memoria e modificazioni sinaptichenella neocorteccia e nell’ippocampo
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
La riserva cognitiva è ciò che viene acquisito, appreso durante tutta la vita sulla base di tutte le esperienze vissute
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Item Response Theory
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Results from the Italian sample (588 participants)
Giovani (18-44) Adulti (45-69)Anziani (70-102)
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
CRI e metabolismo cerebrale
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Stern, Y., 2012
Stern et al. (1992).Greater depletion of blood flow parieto-temporal areas
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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)
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
CRI: 113High cognitive reserve
CRI: 72Low cognitive reserve.
MILD COGNITIVE IMPAIRMENT
SEVERE HYPOMETABOLISM
SEVERE COGNTIVE IMPAIRMENT
MILD HYPOMETABOLISM
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Cognitive reserve e riabilitazione
Patologie cerebrali neurodegenerative
Lesioni cerebrali acquisite
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Qual è l’influenza della CR sulla demenza?
• Point of inflection
• AD pathology
• Progression of AD
Stern, 2009
Criteria for AD
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Stern, 2012 (Lancet Neurology.)
CLI
NIC
AL
SEV
ERIT
Y
AD PATHOLOGY
O’Bryant et al., 2008(college education)
MMSE< 27/30
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Neuropsychol evaluation: T1
MODA battery
5 weeks of Cognitive training
(Tomasi et al., 2012)
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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)
Neuropsychol evaluation: T0
MMSE,, Fluenza sem
Neuropsychol evaluation: T1
MMSE, Fluenza sem
80 giorni (2 volte a settimana
Cognitive training)
(Mapelli et, al. submitted)
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Riserva cognitiva e riabilitazione in pazienti con lesioni acquisite, non degenerative
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
22 traumi 39 ictus
61 pazienti con lesioni cerebrali: 22 traumi, 39 ictus Età: tra 18 e i 65 anni
(Mapelli et al., submitted)
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
1-6 mesi di trattamento riabilitativo specifico per il deficit del paziente
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
**
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
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
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme
La riserva cognitiva è promossadalle esperienze di vita e dall’apprendimento e anchenell’invecchiamento normalepromuove l’adattamento e la flessibilità e quindi la plasticità .
Prof.ssa Sara Mondini, 2014. Lamezia Terme