BRAIN MAPPING


METODICA SEMPLICE NON INVASIVA NELLO STUDIO FUNZIONALE PER IMMAGINI DELL’ATTIVITA’ ELETTRICA CEREBRALE

Luigi Maffei  –  Raffaele M. Maffei

INTRODUZIONE

La tecnologia in campo biomedico ha compiuto negli ultimi anni notevoli progressi nella patologia umana e, in particolare, lo studio dell’ encefalo ha goduto, probabilmente, dei maggiori vantaggi in quanto vi sono stati numerosi progressi tecnologici nelle apparecchiature sia per l’ indagine morfologica (TC, RMN) sia funzionale (EEG, Potenziali Evocati, Mapping, PET, SPECT, ecc.).
Per quanto concerne, poi, lo specifico campo della Neurofisiopatologia di cui ci interessiamo in particolare in questo lavoro, la quantificazione dell’ attività elettrica cerebrale è stato il primo scopo dei ricercatori spingendoli verso sempre maggiori sofisticazioni nello studio dei segnali bioelettrici cerebrali.
Dopo le prime registrazioni dell’ attività elettrica cerebrale da parte di Berger (1928) e l’ applicazione al segnale elettrico cerebrale dell’ analisi numerica di Fourier da parte di Dietsch, si arriva alla moderna cartografia solo dopo il 1970 con Ueno e Duffy.
Dalla registrazione standard dell’ EEG si possono definire l’ attività di fondo e rilevare specifici grafo-elementi (Punte, Onde, Punta-Onde, Polipunta-Onde, ecc) che, nel loro complesso, costituiscono l’ attività critica e intercritica, le generalizzazioni, i focolai persistenti, intermittenti o migranti.
Dai dati ottenuti con la metodologia dell’ elettroencefalografia standard, ma utilizzando un sostanzioso maggior numero di canali (non meno di 19), è possibile effettuare una post-analisi quantitativa del segnale EEG e ricavare una cartografia in scala di falsi colori che può essere effettuata a seguito di una conversione analogico-digitale elaborata e interpolata dal segnale e avere così la rappresentazione dei valori assoluti o relativi delle ampiezze e delle frequenze o delle stesse grandezze in sequenze temporali comunque variabili.

METODOLOGIA

Le mappe cerebrali costituiscono una tecnica nata agli inizi degli anni ottanta nel tentativo di elaborare metodi miranti sempre di più a ottenere il maggior numero di dati possibili da una registrazione elettroencefalografica.
L’ apparecchiatura è costituita essenzialmente da un computer collegato con un preamplificatore che riceve il segnale elettroencefalografico, da un monitor a colori e da una stampante a colori.
Per un corretto mappaggio dell’ attività elettrica cerebrale, in applicazioni cliniche di base, il numero minimo di elettrodi da utilizzare è 19, disposti secondo il Sistema Internazionale 10-20 di Jasper (in letteratura è proposto l’ impiego fino a oltre 100 elettrodi, ma l’ utilizzo di 19 elettrodi minimo è abbastanza sufficiente per la routine).
La registrazione viene effettuata, in genere, con elettrodi a coppetta fissati sullo scalpo con pasta conduttiva autoadesiva o con una cuffia in tessuto elasticizzato con gli elettrodi incorporati e predisposti secondo il Sistema 10/20 e ciò al fine di assicurare stabilità meccanica e di conseguenza elettrica all’ elettrodo stesso e garantire sempre una perfetta aderenza.
Gli elettrodi, dunque, registrano e trasmettono i potenziali al computer che li converte (con metodo analogico digitale) e li quantifica (con analisi spettrale su epoche successive di 2 sec.).
L’ impedenza degli elettrodi deve essere bilanciata e costante giacché, data la maggiore precisione nella quantificazione del segnale, un valore ridotto per elevata resistenza di contatto porta a una asimmetria apprezzabile sulla mappa finale, differenza generale poco evidente quando si ispezioni visivamente il tracciato standard.
Viene utilizzata la referenza media di Wilson, in quanto la extracefalica è facilmente soggetta agli artefatti delle attività elettriche corporee, mentre la biauricolare attenua fortemente il segnale sulle regioni temporali; risultano comunque evidenti gli artefatti da movimenti oculari o da battimento delle palpebre su Fp1 e Fp2.
Va, inoltre, valutato lo stato di veglia del soggetto.
In caso di artefatto muscolare, oltre a inserire filtri specifici per ogni singolo canale, è opportuno provvedere alla riduzione complessiva della banda passante a 50 Hz, onde evitare fenomeni di “aliasing” (filtro notch).
Le possibilità che questa nuova diagnostica offre sono innumerevoli: dalla quantificazione del segnale si possono ottenere, con i sistemi attuali, spettri di frequenza in istogrammi, mappe delle ampiezze e delle frequenze di ogni singola banda.
Inoltre è possibile, attraverso una campionatura, analizzare dettagliatamente i segnali più veloci come a esempio le punte nelle loro caratteristiche e simmetrie.
Normalmente il Neurofisiologo, teoricamente, nell’ analizzare un tracciato EEG, oltre a prendere in considerazione specifici grafo-elementi quali le Punte e Le Onde, basa la sua valutazione su due parametri fondamentali: la frequenza e l’ ampiezza delle onde elettroencefalografiche; in realtà, tuttavia quando relaziona un esame EEG nel mentre inquadra con una certa precisione le frequanze, distinguendole in vaie bande (Delta, Theta, Alfa e Beta) e dando a esse un chiaro significato sia fisiologico che, eventualmente, patologico, per quanto riguarda le ampiezze, si limita a darne una semplice descrizione (medio-voltato, ipo-voltato, ipervoltato, ecc.) senza dare, nella pratica corrente, alcun correlato sia esso fisiologico che, eventualmente, patologico.
La novità assoluta, e per certi versi rivoluzionaria di questa nuova metodica, sta nel fatto che essa prende in considerazione i due parametri della frequenza e dell’ ampiezza in modo simultaneo e imprescindibile tra di loro, dando a esse lo stesso valore semeiologico, riuscendo a ottenere informazioni che vanno al di là della loro semplice sommazione matematica.
L’ associazione di questi due parametri e la loro simultanea interpretazione ha permesso di ottenere un nuovo parametro non valutabile con la lettura tradizionale di un semplice grafico EEG.
Questo nuovo parametro è denominato potenza dell’ attività elettrica cerebrale e si esprime (in V2) sia nel suo complesso, sia nelle singole bande esaminate (classicamente Delta, Theta, Alfa, Beta1 e Beta2).
Inoltre, esso può essere espresso sia come valore assoluto che come valore relativo nel confronto tra una determinata banda di frequenza rispetto alle altre esaminate.
Anche noi, dunque, presso il nostro laboratorio abbiamo effettuate centinaia di mappe cerebrali su una popolazione selezionata per classi di età e per sesso con un’ età variabile dai 18 anni ai 75 anni che, sia dall’ anamnesi, sia dalla clinica che da varie indagini effettuate, specie di neuroimaging, potesse essere sicuramente etichettata come esente da patologia sia generale che, in particolare, del sistema nervoso, sia esso centrale che periferico.
Dall’ analisi dei vari dati in nostro possesso abbiamo potuto individuare dei valori omogenei che abbiamo indicati, nel loro complesso, come Deviazione Standard per le varie bande di frequenza comunemente prese in considerazione e che sono così di seguito riportati:

VALORI ASSOLUTI:

Banda Delta: dai 3 ai 15 V2
Banda Theta: dai 5 ai 18 V2
Banda Alfa: > 30 V2
Banda Beta1: dai 5 ai 10 V2
Banda Beta2: dai 2 ai 7 V2

VALORI PERCENTUALI:

Banda Delta: dal 5 al 15 %
Banda Theta: dal 7 al 17 %
Banda Alfa: dal 45 al 75 %
Banda Beta1: dal 3 al 10 %
Banda Beta2: dal 1 al 7 %

Di seguito si riporta in visione un EEG con i suoi istogrammi, mappe cerebrali a colori e relativi valori numerici standard:

Con i dati che con tale metodica si ottengono è possibile effettuare quindi quello che viene definito un Mappaggio dell’ Attività Elettrica Cerebrale Spontanea.

Il Mappaggio dell’ Attività Elettrica Cerebrale è una tecnica che, in ultima analisi, permette di calcolare la distribuzione spaziale di una certa attività su di un modello il più possibile realistico dello scalpo.
Una volta calcolata tale distribuzione il tutto può essere espresso in veste grafica ottenendo le cosiddette Mappe Cerebrali (Brain Mapping).
Il calcolo su cui si basa il mappaggio dell’ attività elettrica cerebrale altro non è che una interpolazione di dati a partire dai valori misurati effettivamente sullo scalpo del paziente in esame.
A seconda del tipo di attività valutata si possono realizzare vari modi di rappresentazione come di seguito elencato:

• Mappe di Ampiezza:

Raffigurazione della distribuzione su tutto lo scalpo dell’ ampiezza del potenziale misurato a un dato istante.

• Mappe di Frequenza:

Raffigurazione della distribuzione su tutto lo scalpo della potenza media in una certa banda di frequenza, relativamente a uno o più intervalli di tracciato selezionati su cui è stata fatta l’ analisi spettrale.

• Mappe di Coerenza:

Raffigurazione della distribuzione su tutto lo scalpo della coerenza media rispetto a un certo elettrodo, in una certa banda di frequenza, relativamente a uno o più intervalli di tracciato selezionati su cui è stata fatta l’ analisi spettrale.

Come si può evincere da quanto finora esposto, nelle mappe di frequenza e di coerenza si realizza l’ integrazione dei due parametri presi in considerazione, cioè l’ analisi spettrale e il mappaggio cerebrale.

CONCLUSIONI

i vantaggi, dunque della quantificazione dell’ elettroencefalogramma (Brain Mapping) risultano essere notevoli rispetto all’EEG tradizionale ed essi derivano:

• dalla possibilità che esso ha di concentrare e riassumere tutte le informazioni spazio-temporali ottenute dall’ EEG Standard;
• di avere contemporaneamente una loro visione d’ insieme immediata;
• di poter meglio seguire nella loro evoluzione i bioritmi cerebrali;
• di poter correlare i dati ottenuti ad altre indagini neurologiche;
• di esplorare in modo dinamico – mediante successione sequenziale delle mappe – la funzionalità cerebrale come nelle variazioni della vigilanza e nella risposta a stimoli diversi.

Inoltre, è possibile eseguire confronti intrasoggettivi, fra un soggetto e un gruppo, fra gruppi diversi, fra gruppi di controllo o di confronto, applicare un’ analisi statistica per la determinazione di anomalie bioelettriche non altrimenti quantificabili.
In sintesi, dunque da quanto sopra riportato, ne consegue un’ immediatezza e facilità di lettura della rappresentazione grafica sovrapponibile con i risultati di altre tecniche.
In campo clinico questa metodica, rivalutando il segnale EEG anche in quelle patologie strutturali dove il suo ruolo era stato ridimensionato dall’ avvento della TC e della RMN, ha contribuito allo studio di patologie cerebrali, come i disturbi funzionali vascolari o come complesse patologie psichiatriche quali la Depressione, la Schizofrenia e altre patologie di competenza a cavallo tra la Neurologia e la Psichiatria quale le varie forme di Demenza.
In particolari per alcune di queste patologie è probabilmente possibile effettuare una diagnosi differenziale tra, per esempio, una Depressione reattiva o Nevrotica e un Disturbo Depressivo Maggiore o, ancora, tra un Invecchiamento Fisiologico e un Invecchiamento Patologico del Cervello (demenza)
Per tali ragioni il Brain Mapping deve attualmente può essere considerato, oltre che un valido aiuto nel campo della ricerca, anche un sussidio prezioso nella diagnostica neuro-psichiatrica.

BIBLIOGRAFIA

1. Duffy F.H., Burchfiel J.L., Lombroso C.T. Brain Electrical Activity Mapping (BEAM): a method for extending the clinical utility of EEG and Evoked Potential data.
2. DuffY F.H., Marilyn S.A. and Mc Anulty G.: Brain Electrical Activity in patients with presenile and senile dementia of Alzheimer type. Ann Neurol 16:439-448, 1984.
3. Goldman S., et al.: Electronic mapping of the activity of the heart and the brain. Science, 24: 720-723, 1948.
4. Harner R.N. and Ostergren K.A.: computed EEG topography. Electroenceph Clin Neurophysiol Supp 34 151-161, 1978.
5. Nagata K., Yunoki K., Araki G., Mizukami M.: Topographic electroencephalografic study of Transient Ischemic Attack.
6. Nuwer R.G.: Quantitative EEG: II. Frequency analysis and topographic mapping in clinical settings. J Clin Neurophysiol Vol 5: 45-85, 1988.
7. Rodriguez G., Buscaglia A., De Carli F., Sabatini D., Sabatini R.: Metodologia e alcune applicazioni cliniche dell’EEG Mapping. Il Notiziario AITN, n.3 lug/sett: 10-13, 1990.
8. Woodruf D.F., Kramer D.A.: EEG alfa slowing refractory period, and reaction time in aging. Exp Aging Res 5:279-292, 1979.

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

*