Episode Transcript
[00:00:00] Speaker A: Quindi Emilio, in realtà quando si parla di risonanza spesso sembra una tecnologia astratta, molto complessa da capire, però in realtà parte da qualcosa che è molto semplice e concreto, cioè come l'acqua.
[00:00:14] Speaker B: Questo è Neuroscienze e Ricerca, PhD on Air.
La ricerca raccontata da chi la vive ogni giorno.
[00:00:23] Speaker A: Benvenuti a PhD on Air, io sono Gianmichele Villano, medico e dottorando di NOGMI, e oggi ci tuffiamo in un tema estremamente affascinante, ovvero come la fisica aiuta a leggere il cervello. Siamo qui infatti con Emilio Cipriano, che in realtà già ha un PhD in fisica ed è un RTDA presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Genova, ma in realtà lavora nelle neuroscienze, lavora appunto nel Brighton Lab della professoressa inglese. Ciao Emilio.
[00:00:52] Speaker C: Ciao ciao. Grazie per avermi invitato.
[00:00:54] Speaker A: Guarda è veramente un'emozione per me poter parlare con un fisico perché questi sono argomenti molto tecnici e anche difficili da spiegare ma partiamo subito da te. Dimmi cioè che ci fa un fisico nella medicina moderna.
[00:01:08] Speaker C: Partiamo dal presupposto che la fisica è la base di ogni cosa, delle comunicazioni, quindi ci spiega perché stiamo ascoltando questo podcast, è base dell'inieria, della chimica e anche dell'ibrologia, quindi diciamo che la fisica è la base della medicina. Un fisico medico si occupa principalmente nel monitoraggio e nella messa a punto di quelli che sono gli strumenti diagnostici che ci sono in tutti gli ospedali, come ad esempio la TAC, la PET, le risonanze magnetiche e così via.
Quindi il fisico in questo ambito ti spiega come passare da un segnale, a partire da principi fisici di base ben definiti, ad un'immagine.
E quindi questo è utile sia ai medici, neuro-radiologi, radiologi, eccetera, ma anche poi per quanto riguarda la ricerca di base, la ricerca della neuroscienza.
[00:01:55] Speaker A: Certo, tu nel tuo lavoro, nello specifico, ti occupi proprio dello studio del cervello con la risonanza magnetica nel tuo gruppo di lavoro.
[00:02:03] Speaker C: Sì, io ho studiato e ho approfondito tutte le questioni riguardanti la risonanza magnetica. Mi occupo in particolare di tutto quello che riguarda la connettività cerebrale, che può essere intesa sia come connettività strutturale, ma anche funzionale. E poi, sì, la applico ad una patologia specifica che è la sclerosi multipla.
[00:02:21] Speaker A: Quindi Emilio, in realtà quando si parla di risonanza spesso sembra una tecnologia astratta, molto complessa da capire, però in realtà parte da qualcosa che è molto semplice e concreto, cioè come l'acqua.
[00:02:34] Speaker C: Esatto.
Proverò a spiegarli in maniera semplice. Allora, la risonanza magnetica sfrutta il principio fisico di base che è appunto la risonanza magnetica e in particolare il fatto che i nuclei atomici, come ad esempio il protone, si comportano in un certo modo all'interno di un campo magnetico.
Un protone, in generale i nuclei atomici, hanno una proprietà fisica specifica che si chiama spin, che in prima sostanza è come una trottola che gira attorno a un campo magnetico. e quindi l'interazione tra il protone e i calomagnetici esterni generano un segnale, poi risonanza, che dipende sia dall'environment, quindi sia dal tipo di tessuto che stiamo studiando, sia da dove, quindi dalla localizzazione. Quindi in questo modo abbiamo un segnale che è dipendente appunto da tutte queste caratteristiche e quindi andiamo a ricostruire quella che è un'immagine nel nostro cervello.
[00:03:30] Speaker A: Quindi tu mi stai dicendo praticamente che il movimento microscopico di queste molecole d'acqua può in realtà rivelarci la struttura dei tessuti cerebrali?
[00:03:41] Speaker C: Ovviamente l'acqua non è statica, l'acqua si muove all'interno del cervello e quindi questo movimento è legato al tipo di tessuto, ma ad esempio l'elemento diciamo di base del cervello è il neurone e il neurone è composto da un corpo cellulare e da un assone e questo assone è ricoperto da una guaina mellinica che confina il movimento dell'acqua lungo delle direzioni ben specifiche. Quindi, visto che l'acqua è confinata, noi sfruttiamo il fenomeno della diffusione dell'acqua in ambienti che sono detti anisotropici per andare poi a vedere come l'acqua si muove. E quindi, andando poi a ricostruire il tracciato del movimento dell'acqua, possiamo ricostruire quelle che sono le fieme nervose che sono alla base del collegamento tra aria e cerebrali.
[00:04:25] Speaker A: Questa è una tecnologia che ovviamente ha una grandissima importanza in ambito di diagnosi, ricerca ed è molto importante anche per la sclerosi multipla di cui si occupa il tuo gruppo, ci sono ovviamente anche dei criteri proprio che si rifanno a quello che si osserva nella sclerosi multipla per la diagnosi, che sono i criteri di McDonald's e però diciamo la risonanza magnetica ha quindi un'importanza non solo da un punto di vista diagnostico ma anche di ricerca nella sclerosi multipla.
[00:05:02] Speaker C: Sì, allora la risonanza magnetica è una diciamo una malattia autoimmune cosiddetta deminizzante quindi impatta principalmente la materia bianca ma anche la materia grigia quindi si vengono a formare delle lesioni della materia bianca che quindi cambiano diciamo come sono distribuiti i fasci di fibra nervose E quindi questo cambiamento ha un impatto su quelle che sono le connessioni cerebrali. Quindi il cambiamento può essere sia compensativo ma anche maladattativo. Quindi capire come queste lesioni impattano sulla struttura cerebrale è importante per capire anche poi il paziente che tipo di problemi clinici può avere nel corso della propria vita.
[00:05:41] Speaker A: Ci dicevi giustamente che il tipo di lesioni sono lesioni demielinizzanti e come ci accennavi la risonanza di diffusione ci permette proprio di studiare il danno alle fibre, alle connessioni cerebrali. Approfondiamo un po', diciamo, questo aspetto.
[00:05:58] Speaker C: Sì, allora la risonanza di diffusione è una tecnica avanzata di risonanza che permette di andare a studiare, come ho anche forse già accenato prima, il movimento delle molecole d'acqua all'interno del cervello. E quindi il segnale di risonanza è influenzato da questo movimento ed è quindi possibile andare a ricostruire il percorso che queste molecole d'acqua compiono all'interno del cervello e quindi andare a ricostruire i fasci cerebrali. In questo modo in presenza di lesione il fascio deve riorganizzarsi e quindi questa riorganizzazione ha un impatto anche dal punto di vista clinico perché magari influenza delle regioni che sono legate a delle funzionalità specifiche piuttosto che ad altre, magari il movimento, piuttosto la parte visiva, cognitiva eccetera. Quindi studiare la risonanza di diffusione ci permette di capire come il nostro cervello si adatta al danno e che tipo di impatto poi ha sul paziente.
[00:06:53] Speaker A: Infatti questo ci spiega anche un fenomeno molto particolare nella sclerosi multipla dove spesso il carico lesionale poi non corrisponde esattamente a tutti gli outcome clinici diciamo. C'è chi ha un carico lesionale elevato e che però mantiene alcune funzioni emotorie cognitive, c'è anche chi d'altro canto in risonanza ha un carico lesionale diciamo di lieve entità, ma che poi magari ha diverse sequele cliniche.
[00:07:24] Speaker C: Sì, è sempre un discorso di organizzazione, nel senso che magari le lesioni possono impattare in modo diverso anche in base a dove sono localizzate. Quindi poi il cervello si adatta nel modo in cui riesce meglio, nel senso poi il luogo del danno ha comunque un impatto specifico anche sul tipo di prognosi.
[00:07:46] Speaker A: Senti, quindi abbiamo parlato di risonanza, risonanza in diffusione e c'è anche la risonanza magnetica funzionale che studia invece in realtà l'attività del cervello e in realtà ci dà dati che poi si integrano tra di loro. Come facciamo a capire, diciamo, attraverso la risonanza magnetica funzionali come le diverse aree cerebrali comunicano tra di loro, diciamo, qual è la loro attività e funzione?
[00:08:14] Speaker C: Allora, mentre la risonanza magnetica di diffusione si basava sul movimento dell'acqua, quella funzionale si basa sul fatto che quando c'è un'attività neurale c'è una diversa concentrazione tra sangue ossigenato e sangue diossigenato, perché appunto quando c'è un'attività abbiamo bisogno di ossigeno e quindi cambia la concentrazione tra sangue ossigenato e sangue diossigenato. Questo comporta una variazione del segnale di risonanza. che si può appunto indagare. Quindi quello che si va a vedere poi è come questa attività dipende dal tipo di task che viene effettuato durante la risonanza. Ma ovviamente in realtà non solo durante un task, anche durante l'attività a riposo è possibile andare a estrarre quelle che sono le aree che funzionalmente ci dicono diverse cose. Quindi aree funzionali legate al movimento, aree legate alla vista, al cognitivo e così via.
[00:09:04] Speaker A: che riguardano tante aree che voi nelle vostre linee di ricerca trattate trasversalmente e anche in maniera molto particolare. Io ho letto il vostro paper su Annals of Clinical and Translational Neurology dove proponete uno studio abbastanza particolare e mi diressi qualcosa in più.
[00:09:26] Speaker C: In quello studio andavamo a combinare le due connettività, quindi strutturale e funzionale, per andare a indagare quali fossero i meccanismi che sono alla base di popolazioni che hanno un diverso environment, quindi legate a diverse condizioni sociali, economiche, genetiche, eccetera. Quindi per vedere anche se una malattia è una cosa generale, nel senso che è comunque indipendente da fattori esterni o comunque può essere influenzata anche da tutto ciò che ci circonda.
E quello che scoprivamo alla fine, la conclusione finale è che in realtà l'ambiente e l'environment contano. e il carico regionale, quindi le lesioni, in realtà non spiegano perfettamente qual è l'impatto della malattia sulle persone, ma è molto più complesso.
[00:10:18] Speaker A: Certo, questa fa parte di linee di ricerca comunque sempre più ricetti che ci spiegano come l'ambiente abbia proprio un impatto fondamentale e ci sono stati anche in questo studio altri tipi di collegamenti con la clinica, cioè anche con la disabilità fisica, con le performance cognitive, noi abbiamo avuto qui nel tuo gruppo Elisa che ce ne ha parlato. Quali sono stati secondo te, diciamo, i collegamenti principali che questo studio ci ha permesso di comprendere?
[00:10:47] Speaker C: Una cosa che mi piace sottolineare è che appunto il nostro gruppo di risonanza, quello di Bratel Lab, è un gruppo multidisciplinare. Quindi ci sono non solo fisici, ma ci sono anche biologi, psicologi, medici, neurologi, eccetera. Ed è importante la multidisciplinarietà perché appunto la sola informazione di risonanza non basta. ma è importante poi andare a correlare quello che otteniamo con le variabili che sono cliniche. Quindi l'utilizzo di indici clinici come potrebbero essere valutazioni cliniche è importante anche a spiegarci perché noi abbiamo delle variazioni.
In questo lavoro lì osserviamo dei trend, vediamo come l'impatto sulla connettività comunque fosse legato a un buon giramento anche dal punto di vista cognitivo. Non c'era una significatività forte ma comunque c'era un trend che ci permetteva di dire che comunque la cognitività in qualche modo è influenzata da quelle che sono delle cose oggettive come possono essere le votazioni cliniche, cognitive.
[00:11:47] Speaker A: Diciamo che semplificando quando struttura e funzione poi smettono di andare d'accordo, essere perfettamente compatibili, il cervello poi rischia di funzionare sempre peggio e di peggiorare quindi sul piano clinico, motorio, cognitivo, cioè è un unicum.
[00:12:06] Speaker C: Sì esatto, alla fine struttura e funzione in realtà sono le facce della stessa medaglia. Noi attualmente le scorporiamo perché sono due metodiche diverse dal punto di vista di analisi, però in realtà sono la stessa cosa, nel senso che il segnale si trasmette lungo le fibre e il segnale poi è legato alla funzione cerebrale. Quindi comunque è importante correlarli in qualche modo. Lui utilizzava un indice che era il coupling che ci permetteva di integrare due misure in maniera unica. Quindi è importante utilizzarli insieme e questo ci dà un indice maggiore, ci dà delle risposte in più su quello che stiamo andando ad osservare.
[00:12:39] Speaker A: Senti, io ti ringrazio per tutte le spiegazioni estremamente chiare, però non posso non chiederti, diciamo, da fisico che orizzonti vedi, quali saranno le nuove frontiere e cosa potremmo scoprire in più grazie alle nuove tecniche di imaging cerebrale.
[00:12:57] Speaker C: Allora, stiamo andando verso un mondo in cui la parte quantitativa è molto importante. Nel senso noi, quando guardiamo un'immagine in risonanza a discosi multipla, volutiamo analisioni che, diciamo, è un'analisi qualitativa. E' importante però anche la parte quantitativa, quindi è importante andare ad ottenere degli indici che sono dalla diffusione, dalla diffusione di risonanza, dalla funzionale eccetera, che permettono di essere valori che sono misurabili e permettono anche di ottenere quelli che sono dei biomarker di malattia utili sia per quanto riguarda la prognosi, quindi possono essere anche misure che sono predittive in qualche modo, comunque ci aiutano a capire prima se c'è il danno. ma anche per il trattamento della malattia nel corso del tempo.
[00:13:45] Speaker A: Senti Emilio io ti ringrazio sia per averci parlato comunque di un argomento estremamente interessante e di averci anche condiviso la tua esperienza da fisico in un laboratorio di neuroscienze che non è una cosa scontata.
[00:13:58] Speaker C: Grazie, grazie a voi.
[00:14:00] Speaker A: Vi ringrazio per averci ascoltato e vi aspettiamo per il prossimo episodio che tratterà di un argomento completamente differente perché parleremo dei tabù del pavimento pelvico. Se vi incuriosisce, tornate ad ascoltarci!
[00:14:19] Speaker B: Neuroscienze e ricerca, PhD e honneur, è un progetto di NOGMI, Dipartimento di Neuroscienze e Riabilitazione e Octamologia Genetica e Scienze Materno-Infantili dell'Università di Genova.
Produzione, Unige Radio. Voce e supervisione scientifica, Gianmichele Villano. Organizzazione, Arianna Pitonzo. Montaggio, Nadia De Nurkis. Progetto grafico, Guzio.
