Facoltà di ingegneria Corso di laurea magistrale in Ingegneria Biomedica

1. Facoltà di ingegneria Corso di laurea magistrale in Ingegneria Biomedica “ANALISI DELLE COMPONENTI INDIPENDENTI DI SEGNALI CEREBRALI OTTENUTI CON RISONANZA MAGNETICA FUNZIONALE TASK-DRIVEN APPLICATA ALLO STUDIO DI SOGGETTI AFFETTI DA DEFICIT UDITIVO” Relatore: Prof. Patera Vincenzo Correlatori: Dott. Cannatà Vittorio Dott. Napolitano Antonio Candidata: Andellini Martina

2. fMRI ed Effetto BOLD • fMRI ed Effetto BOLD • Studio Sperimentale • Preprocessing • Algoritmo ICA • Analisi statistica • Risultati e Conclusioni C Titolo Presentazione 2

3. Acquisizione di dati fMRI MRI Immagine strutturale fMRI Immagini funzionali Bassa risoluzione 4×4×5mm3 Alta risoluzione 1×1×1mm3 fMRI Blood Oxygenation Level Dependent (BOLD) signal MISURA INDIRETTA DELL’ATTIVITA’ NEURONALE Titolo Presentazione 3

4. Il segnale BOLD Huettel, S. 2006 HbO2 Diamagnetica Hbr Paramagnetica B0 Attività neurale Sangue ossigenato Hbr/HbO2 Segnale fMRI Titolo Presentazione 4

5. Connettività funzionale : fMRI Elwell et al. 1999 “Fluttuazioni spontanee” Il cervello è sempre attivo anche in assenza dell’esecuzione di un compito specifico. Gli aumenti nel metabolismo neuronale sono circa il 5% del consumo energetico totale. Raichle, M.E. and M.A. Mintun. 2006 Titolo Presentazione 5

6. Connettività funzionale : fMRI LaConnettività Funzionale è definita come l’interazione (correlazione temporale) tra aree cerebrali spazialmente distinte che lavorano insieme sullo stesso compito Fluttuazioni spontanee durante lo svolgimento di un compito Titolo Presentazione 6

7. fMRI ed Effetto BOLD • Studio Sperimentale • Preprocessing • Algoritmo ICA • Analisi statistica • Risultati e Conclusioni C Titolo Presentazione 7

8. Studio sperimentale OBIETTIVO: Valutare gli effetti della sordità e delle diverse modalità di comunicazione sulle reti neurali cerebrali dell’area del linguaggio, in risposta ad un task sull’elaborazione della lingua scritta. Somministrazione di stimoli visivi che consistono nell’alternanza di parole e stringhe di consonanti. Sordi segnanti (LIS) 20 soggetti Sordi non segnanti (Oralisti) Controllo udenti Titolo Presentazione 8

9. fMRI ed Effetto BOLD • Studio Sperimentale • Preprocessing • Algoritmo ICA • Analisi statistica • Risultati e Conclusioni C Titolo Presentazione 9

10. Preprocessing Dati Strutturali 2 BrainExtraction 1 Intensitynormalization Dati funzionali 2 MotionCorrection 1 BrainExtraction Coregistrazione allo spazio standard Titolo Presentazione 10

11. Intensity Normalization Titolo Presentazione 11

12. Brain Extraction Titolo Presentazione

13. Brain Extraction BRAIN EXTRACTION ALGORITHM Smith, S.M. 2002 Titolo Presentazione

14. Motion Correction Titolo Presentazione

15. Registrazione allo spazio standard MNI 152_1mm Titolo Presentazione

16. Registrazione allo spazio standard • Registrazione: • Lineare • Non lineare Algoritmo di coregistrazione Titolo Presentazione

17. fMRI ed Effetto BOLD • Studio Sperimentale • Preprocessing • Algoritmo ICA • Analisi statistica • Risultati e Conclusioni C Titolo Presentazione 17

18. Independent Component Analysis • SORGENTI: • Indipendenti • Non Gaussiane Modello probabilistico: PICA X=As + η Rumore additivo Gaussiano Beckmann et al. 2002 Titolo Presentazione

19. Independent Component Analysis 1 soggetto Beckmann et al. 2002 Tipping, M.E. and Bishop, C.M. 2006 Titolo Presentazione

20. Independent Component Analysis 1 soggetto Beckmann et al. 2002 Titolo Presentazione

21. Independent Component Analysis TC-GICA N soggetti Beckmann et al. 2009 Titolo Presentazione

22. Componenti Indipendenti Smith et al. 2009 Laird et al. 2011 Titolo Presentazione

23. Dual Regression 1 Beckmann et al. 2009 2 Titolo Presentazione

24. fMRI ed Effetto BOLD • Studio Sperimentale • Preprocessing • Algoritmo ICA • Analisi statistica • Risultati e Conclusioni C Titolo Presentazione 24

25. Analisi statistica:Randomise 1 TFCE: Threshold Free Cluster Enhacement 2 Test Non Parametrico di Permutazione Titolo Presentazione

26. Threshold Free Cluster Enhacement Intensità dei segnali deboli in grandi cluster per renderli confrontabili con segnali più intesi in cluster più piccoli Per sopprimere il rumore casuale Con H=2, E=0,5 Smith, S.M. and Nichols, T.E. 2009 Titolo Presentazione

27. Test Non Parametrico di Permutazione Nichols et al. 2002 Problemi • Pochi dati a disposizione • Non si conosce la distribuzione nulla Single threshold test Correzione del p-value per i confronti multipli Titolo Presentazione

28. fMRI ed Effetto BOLD • Studio Sperimentale • Preprocessing • Algoritmo ICA • Analisi statistica • Risultati e Conclusioni C Titolo Presentazione 28

29. Componenti Indipendenti Titolo Presentazione

30. Attivazioni Funzionali Network del Linguaggio (corteccia fronto parietale ) 1 Lis > Oralisti p < 0,05* Titolo Presentazione * Corretto per i confronti multipli

31. Attivazioni Funzionali Network Uditiva (corteccia uditiva e dell’associazione uditiva) 2 Lis > Oralisti p < 0,05* Titolo Presentazione * Corretto per i confronti multipli

32. Attivazioni Funzionali 3 Network Senso motoria (corteccia parietale dell’associazione) Lis > Oralisti p < 0,05* Titolo Presentazione * Corretto per i confronti multipli

33. Conclusioni • L’emisfero sinistro della network del linguaggio è • spesso etichettato come emisfero verbale e l’emisfero • destro come spaziale. Network del linguaggio • L'emisfero destro infatti è noto per l'elaborazione di • modelli visuospaziali • La lingua dei segni infatti è un complesso linguaggio • visivo-manuale • Attivazioni significative della corteccia uditiva in pazienti • sordi sottoposti ad un task visivo Network uditiva • Riorganizzazione corticale della corteccia uditiva in • pazienti completamente sordi • La produzione della parola gestuale, genera un’attivazione • maggiore della corteccia parietale rispetto alla produzione • della parola orale Network senso motoria Titolo Presentazione

34. Grazie Titolo Presentazione