Sfruttando la combinazione di innovative tecniche di neuroimaging e mapping intraoperatorio, un team di ricerca multidisciplinare dell’Università degli Studi di Milano e di Humanitas, ha individuato per la prima volta le connessioni cruciali alla base delle funzioni di controllo cognitivo: si tratta dei fasci fronto-striatali, ovvero le fibre che collegano la corteccia frontale ai nuclei della base.

I risultati dello studio, diretto da Lorenzo Bello, docente di Neurochirurgia dell’Università degli Studi di Milano e responsabile Neurochirurgia Oncologica dell’IRCCS Istituto Clinico Humanitas, in collaborazione con il laboratorio di Fisiologia del controllo motorio dell’Università degli Studi di Milano, diretto da Gabriella Cerri, sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista Brain e potrebbero avere importanti risvolti nell’applicazione clinica per evitare di danneggiare regioni cerebrali nell’asportazione chirurgica di lesioni tumorali del cervello.

Scoperte connessioni cruciali alla base delle funzioni di controllo cognitivo
Procedura intraoperatoria e siti di stimolazione positiva. ( A ) Il corso del tempo dell’IST. Le frecce rosse indicano l’inizio della stimolazione. Riprodotto con il permesso di Puglisi et al. (2018) . ( B ) I singoli siti di stimolazione di 25 pazienti che hanno mostrato un errore durante la mappatura del cervello (dei 34 sottoposti a iST) e la regione con la più alta probabilità di verificarsi di un errore di stimolazione, calcolata usando la stima della densità del kernel dei singoli siti di stimolazione. ( C ) L’estensione spaziale dei test in tutti i 34 pazienti sottoposti a iST. PH:academic.oup.com

Un aspetto chiave del controllo cognitivo è la gestione di informazioni in entrata in conflitto per raggiungere un obiettivo, chiamato “controllo delle interferenze”. Sebbene il ruolo del lobo frontale destro nel controllo delle interferenze sia evidente, i tratti di materia bianca coinvolti in questo processo cognitivo rimangono poco chiari. Al fine di indagare e ottenere risposte su tale processo, i ricercatori hanno utilizzato la stimolazione elettrica diretta del tessuto cerebrale in pazienti svegli e impegnati a svolgere particolari test neuro-psicologici, implementati ad hoc per essere utilizzati durante l’asportazione di tumori cerebrali nella cosiddetta “awake neurosurgery”. Ciò ha permesso di individuare nei lobi frontali precisi siti di sostanza bianca sottocorticale, responsabili della capacità del paziente di focalizzare l’attenzione su uno stimolo presentato visivamente, e di eseguire il compito richiesto, nonostante la somministrazione di fattori distraenti.

Scoperte connessioni cruciali alla base delle funzioni di controllo cognitivo
Vicinanza di tratti ai siti di stimolazione. Esempio di relazione tra un sito positivo per iST (rosso) e ( A ) i tratti di sostanza bianca cortico-corticale e ( B ) cortico-subcorticale nel paziente 2. L’anatomia del singolo paziente è stata registrata in un modello standard (MNI) per migliorare la visualizzazione. ( C ) Questo paziente è stato sottoposto a neurochirurgia per una lesione focale (mostrata in rosa su fette sagittali del T 1 postoperatorio di 1 mese ) all’interno della sostanza bianca frontale profonda anteriore al nucleo caudato. FAT = tratto frontale aslant. PH:academic.oup.com

Un’ulteriore dimostrazione del coinvolgimento cruciale di queste regioni cerebrali nello svolgimento del compito richiesto è stata fornita dal fatto che la perturbazione di tali siti durante la stimolazione elettrica ne comprometteva la corretta esecuzione. Attraverso tecniche avanzate di analisi di neuroimmagine, è stato possibile stabilire che i fasci fronto-striatali, che collegano la corteccia frontale ai nuclei della base, costituiscono le connessioni cruciali per la corretta esecuzione del compito.

Da tempo è riconosciuto il ruolo dei lobi frontali nel controllo cognitivo, cioè quella serie di abilità mentali che ci consentono l’attivazione di strategie appropriate e l’inibizione di risposte non adeguate nella vita quotidiana – commentano i ricercatori Guglielmo Puglisi e Henrietta Howells, primi autori del lavoro – Tra le funzioni di controllo cognitivo, l’inibizione delle interferenze è indispensabile per rimanere focalizzati su uno specifico compito nonostante distrazioni o stimoli irrilevanti. Ad oggi non è ancora chiaro quali specifiche aree cerebrali e sistemi di connessione giochino un ruolo cruciale in questo compito.

Tale scoperta ha un duplice riscontro positivo: se da un lato permette di comprendere meglio i circuiti cerebrali alla base delle funzioni esecutive, dall’altro offre la possibilità, nell’applicazione clinica traslazionale, di localizzare con precisione millimetrica queste regioni ed evitare di danneggiarle nel corso dell’asportazione chirurgica della lesione tumorali ad esse adiacenti, mantenendo inalterata la funzionalità del paziente e assicurandogli quindi la migliore qualità di vita dopo l’intervento.

L’effetto della chirurgia sulla sostanza bianca. Esempio di un singolo paziente (Paziente 3) che mostra ( A ) la posizione dei siti di stimolazione (sfere rosse), il tumore e la cavità di resezione su sezioni coronali del FLAIR preoperatorio e T 1 ( B ) postoperatorio che sono stati entrambi stimolati e conservato di quelli studiati, e ( C ) i tratti che sono stati stimolati, ma sono stati disconnessi dall’intervento neurochirurgico. PH:academic.oup.com

Nella maggior parte delle lesioni tumorali al cervello non è possibile distinguere il tessuto tumorale da quello sano in modo univoco sulla base delle normali neuroimmagini a disposizione: diventa pertanto fondamentale che il neurochirurgo possieda strumenti funzionali che gli consentano di ridurre al minimo possibili effetti collaterali delle procedure chirurgiche (deficit esecutivi, di linguaggio, prassici, visivi) e allo stesso tempo di massimizzare l’estensione della resezione. Le tecniche utilizzate in questo studio consentiranno di ridurre considerevolmente il rischio di danni permanenti durante l’esecuzione di tali procedure chirurgiche. 

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