Tecniche di esplorazione neurologica: concetti di base e applicabilità clinica

La dottoressa in Psicologia Clinica della salute María J. García-Rubio insieme alla specialista in neuropsicologia clinica e nel disturbo cognitivo maggiore Nancy Navarro spiegano in questo articolo che cos’è l’esplorazione neurologica, nonché le sue tecniche e la sua applicabilità clinica.

Introduzione

La conoscenza della struttura e funzione del sistema nervoso (SN) richiede la congiunzione di alcune discipline come la fisiologia, la medicina, la psicologia e la biologia, tra le altre. Per questo motivo, molte di esse compongono le neuroscienze e i traguardi che le accompagnano come ramo specifico dello studio del SN nella sua versione sana e patologica.

Per condurre gli studi scientifici che raccolgono informazioni sullo sviluppo del SN, le sue parti e il modo di funzionamento è necessaria una metodologia comune a queste discipline che si uniscono intorno all’esplorazione neurologica. Ed è da qui che nascono le tecniche di esplorazione neurologica.

Che cos’è l’esplorazione neurologica?

L’esplorazione neurologica è l’azione attraverso la quale si possono trarre conclusioni precise sulla struttura e funzione di diversi aspetti del sistema nervoso (González y López, 2013), essendo un fattore chiave il tipo di tecnica di esplorazione neurologica e il meccanismo che ne è alla base.

Tecniche di esplorazione neurologica

Lo sviluppo delle tecniche di esplorazione neurologica risale all’evoluzione del concetto di cervello, che coincide con il periodo di alcune delle ben note teorie filosofiche come quella di Ippocrate (c. 460-370 a.C.), che descrisse il cervello come la sede dell’esperienza e dell’intelligenza.

Andrés Vesalio (1514-1564) fu il primo a descrivere l’anatomia del cervello attraverso illustrazioni raccolte nella sua opera “De humani corporis”; e anche René Descartes (1596-1650) descrive il cervello come una macchina complessa, simile al cuore, che controlla le azioni complesse dell’essere umano.

La pneumoencefalografia

Nel 1919, Walter Dandy (1886-1946) sviluppò la pneumoencefalografia, un metodo che consisteva nel realizzare una radiografia del cervello a partire dalla sostituzione del liquido cerebrale con aria, ossigeno o elio.

L’elettroencefalogramma

Dopo questa prima tecnica di esplorazione neurologica, arrivò l’elettroencefalogramma per mano del tedesco Hans Berger (1873-1941) come un metodo capace di rivoluzionare l’esplorazione neurologica conosciuta fino ad allora. Infatti, con l’EEG il ricercatore non ha una radiografia del cervello, ma può conoscere i tempi e le aree cerebrali in cui si manifesta l’attività cerebrale basata su potenziali postsinaptici registrati sul cuoio capelluto della persona.

Altre tecniche di esplorazione neurologica e le loro varianti

Successivamente, altre tecniche di esplorazione neurologica furono la angiografia derivata dalla lobotomia del XX secolo. Tuttavia, fu alla fine degli anni ’60 quando sorsero le tecniche di esplorazione neurologica funzionali come la magnetoencefalografia (MEG) di Cohen (1968), la tomografia computerizzata (TC), e la risonanza magnetica (RM), insieme allo sviluppo della tomografia a emissione di positroni (PET) (Posner y Raichle, 1994).

Infine, negli anni ’80 e successivi sono state create nuove varianti di queste stesse tecniche di esplorazione neurologica con le quali i ricercatori sono in grado di estrarre dati cerebrali sempre più precisi e interessanti.

Sono esempi la tecnica di stimolazione magnetica transcranica (EMT), la risonanza magnetica funzionale (RMf) e le sue diverse applicazioni, tra cui si evidenziano i segnali BOLD, la T1 e la T2. Inoltre, dal 1994 è possibile accedere all’esplorazione neurologica tramite dati di imaging provenienti da tecniche più attuali come il tensore di diffusione che permette di visualizzare il percorso delle fibre nervose, tra le altre (Fuller, 2020).

Metodi di esplorazione neurologica

Nel corso di questo articolo, forniremo un breve riassunto sui metodi di esplorazione neurologica esistenti e ci concentreremo specialmente sui metodi funzionali che sono i più impiegati attualmente grazie al loro grande apporto negli studi di neuroscienza cognitiva sull’essere umano.

Metodi lesionali

I metodi lesionali sono tecniche di esplorazione neurologica che utilizzano lesioni cerebrali come ipotesi per comprendere la prestazione del cervello in relazione a un comportamento, cioè, analizzano strutture cerebrali danneggiate e la loro influenza sul comportamento.

La loro metodologia è ampia per lo studio di diversi scenari, sia per lesioni che si sono verificate in modo spontaneo a causa di un danno cerebrale acquisito, sia per lesioni derivanti da un procedimento chirurgico (Humphreys et al., 2021).

Tra questi metodi spiccano l’analisi macroscopica e microscopica il cui scopo è fornire informazioni sulla composizione morfologica e architettonica del tessuto nervoso post-mortem. Quanto sopra viene effettuato mediante procedure come la fissazione, la colorazione o la sezione, per conoscere la natura chimica e molecolare a livello macro o microscopico.

Metodi strumentali

Questi metodi permettono l’esplorazione neurologica a partire dal registro e l’osservazione della prestazione cerebrale in diversi compiti, mediante strumenti con adeguamento specifico per controllare le variabili che influenzano in modo indiretto il funzionamento del cervello (Marinescu et al., 2018).

Alcune tecniche di esplorazione neurologica che rientrano in questa categoria sono le sensoriali, provenienti dal paradigma di divisione sensoriale, secondo il quale informazioni di ingresso diverse vengono manipolate in modo tale che vari stimoli controllati arrivino a entrambi gli emisferi cerebrali contemporaneamente e competano per l’arrivo. Tra queste si distinguono l’udito dicotico, i campi visivi separati e la palpazione diháptica (Maes et al., 2017; Vendetti et al., 2015).

Sono inoltre metodi strumentali di esplorazione neurologica le tecniche motorie come l’interferenza motoria, che richiede che il partecipante esegua due compiti motori simultaneamente, ad esempio, con il test del golpeo.

Metodi funzionali

I metodi funzionali sono quelli che registrano cambiamenti nelle attività cerebrali, mediante la manipolazione di variabili comportamentali. All’interno di questa categoria, si distinguono le tecniche di esplorazione neurologica elettromagnetiche e quelle metaboliche.

Tecniche elettromagnetiche: tra queste si evidenziano l’elettroencefalografia, i potenziali evocati e la magnetoencefalografia.

— Elettroencefalogramma

È una tecnica non invasiva che permette di studiare il sistema nervoso centrale. A partire da questa si accede all’esplorazione cerebrale mentre si svolgono diversi compiti davanti a stimoli differenti.

Il metodo consente di amplificare la attività bioelettrica cerebrale, rilevando l’attività dei campi elettrici generati dai potenziali postsinaptici dei neuroni piramidali della corteccia. I pattern di onde gamma, beta, theta e delta generati dal processo sono associati a comportamento e coscienza, essendo queste misurate in termini di frequenza e ampiezza.

Le principali condizioni cliniche che possono essere rilevate mediante questa tecnica sono: la diagnosi di disturbi epilettici, la classificazione delle patologie del sonno, alterazioni a livello della coscienza (Keren et al., 2018).

— Potenziali evocati (PE)

Misurano i cambiamenti nell’attività elettrica cerebrale mediante uno stimolo sensoriale esterno. L’attività è rilevata da elettrodi posizionati sul cuoio capelluto, che forniscono informazioni come indicatore dell’attività neurale (Bestmann y Krakauer, 2015).

Questi potenziali sono utilizzati per la valutazione della via uditiva e per studi in: neonati con probabilità di ipoacusia, malattie degenerative e demielinizzanti (Norcia et al., 2015).

— Magnetoencefalografia

Consiste in un esame che misura i campi magnetici generati dalle correnti elettriche del cervello e rileva cambiamenti in aree specifiche. La procedura consiste in una o più icone che si spostano sulla superficie del cranio e produce una mappa di isocontorni che rappresentano diverse intensità del campo magnetico.

Nella pratica clinica questa tecnica di esplorazione neurologica viene utilizzata per localizzare il focolaio delle crisi epilettiche (Förster et al., 2020).

Tecniche metaboliche: quegli strumenti di esplorazione neurologica che permettono di rilevare il livello di attività metabolica cerebrale. A tal fine, si utilizzano le seguenti tecniche: tomografia a emissione di positroni, tomografia computerizzata a emissione di singolo fotone, e la risonanza magnetica funzionale.

— Tomografia a emissione di positroni (PET)

Viene impiegata per esplorare l’attività metabolica neuronale mediante radiomarcatori che permettono di misurare il flusso sanguigno, i meccanismi trasportatori della dopamina o il riassorbimento della serotonina.

Questo processo non comporta rischi per il paziente; al contrario, le molecole radioattive emettono particelle chiamate positroni per determinare la regione cerebrale che si desidera esplorare e creare un’immagine a colori dell’encefalo (O’Neill et al., 2015). Questo metodo è molto utilizzato nella rilevazione delle malattie neurodegenerative.

— Tomografia computerizzata a emissione di singolo fotone (SPECT)

È una tecnica utilizzata nel campo della medicina nucleare. Combina immagini bidimensionali che, combinate, formano un’unica immagine tridimensionale.

Questa tecnica di esplorazione neurologica è molto usata nella valutazione della malattia cerebrovascolare, e nei pazienti con sospetto di sindrome demenziale e/o  lesione cerebrale traumatica (Pelegrí Martínez, et al., 2017).

— Risonanza Magnetica (RMf)

Permette di misurare il metabolismo regionale rilevando il ossigeno nei vasi sanguigni dell’encefalo. La spiegazione fisiologica mostra che man mano che i neuroni sono più attivi, consumano una maggiore quantità di ossigeno, il che provoca una riduzione dello stesso nel sangue (Keren et al., 2018).

I neuroni inviano segnali ai vasi sanguigni per generare vasodilatazione e così trasportare ossigeno. La RMf rende compatibile questo processo con grande precisione nella localizzazione delle strutture encefaliche.

L’uso di queste tecniche di esplorazione neurologica è vario; attualmente, si impiegano nell’ambito della Neuroscienza Cognitiva e Affettiva con popolazione sana o con diagnosi neuropatologica (Atenas et al., 2018).

Conclusione

In questo post del blog è stato introdotto lo sviluppo e lo stato delle tecniche di esplorazione neurologica, mettendo particolare enfasi sulle tecniche funzionali da cui si estraggono dati di immagine, specialmente riferiti alla funzione cognitiva dell’essere umano in stato di riposo e/o mentre svolge un compito ad alta o bassa domanda, per esempio.

Inoltre, queste tecniche permettono la esplorazione neurologica del cervello sano e anche di quello patologico.

In conclusione, le tecniche di esplorazione neurologica costituiscono uno dei metodi più attuali, innovativi e in sviluppo nelle neuroscienze a livello nazionale e internazionale, per l’applicabilità che offrono come procedura e per la qualità e l’idoneità dei loro risultati.

Bibliografia

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