UTILIZZO DEL SOFTWARE FSL PER L’ANALISI DELLA CONNETTIVITÀ INTEREMISFERICA IN UN SOGGETTO EPILETTICO CON RESEZIONE CALLOSALE

The investigation into interhemispheric connectivity, a subject of long-standing study, has recently seen significant advancement thanks to modern imaging techniques, particularly functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). This tool has played a crucial role in research conducted on subjects undergoing surgical resection of the corpus callosum, a vital bridge between the cerebral hemispheres located beneath the cortex. The brain, a complex anatomical and physiological structure, is divided into two hemispheres that generate and receive electrical impulses through neurons. Cortical areas, specialized in sensory, motor, cognitive, and emotional information, are distributed across both hemispheres, with the cerebral cortex divided into sensory, motor, and associative divisions. Major cortical areas, such as the primary motor cortex and primary sensory cortex, have specific functions. Functional Magnetic Resonance Imaging has been employed to analyze information exchange between hemispheres, based on the principles of nuclear magnetic resonance. This non-invasive and high spatial resolution technique has enabled the collection of images of brain activity, focusing on the Blood Oxygen Level Dependent (BOLD) signal associated with blood oxygenation in response to neuronal activity. In the context of this thesis, fMRI acquisitions from a healthy female subject and a male patient who underwent corpus callosum resection were utilized. The acquisitions in both cases were conducted under resting-state conditions, and the analysis was carried out using FSL, a software specifically designed for this purpose. Following the analysis process, a series of independent components were obtained through Independent Component Analysis (ICA), among which it was possible to visually identify some of the 10 resting-state networks identified by Smith that characterize brain activity in a resting state. These included the Medial Visual Network (MVN), Occipital Pole Network (OPN), Default Mode Network (DMN), Cerebellar Network (CN), Sensorimotor Network (SM), Executive Control Network (ECN), Left Frontoparietal Network (LFPN), and Right Frontoparietal Network (RFPN). The results emphasize the crucial role of the corpus callosum in interhemispheric connectivity. Surprisingly, despite the importance of this structure, callosotomy does not induce substantial disadvantages for the pathological patient. The MVN shows bilateral activation in both subjects, while the DMN exhibits slightly leftward activation and the SM shows rightward activation compared to the healthy individual. Changes in brain activations compared to healthy subjects are minimal. This observation suggests remarkable adaptability of the brain to anatomical changes, opening interesting perspectives for understanding neural dynamics and their clinical consequences.

L'indagine sulla connettività interemisferica, lungamente oggetto di studio, ha recentemente conosciuto un notevole avanzamento grazie alle moderne tecniche di imaging, in particolare la risonanza magnetica funzionale (fMRI). Questo strumento ha rivestito un ruolo cruciale nelle ricerche condotte su soggetti sottoposti a resezione chirurgica del corpo calloso, fondamentale ponte tra gli emisferi cerebrali situato sotto la corteccia. Il cervello, struttura anatomica e fisiologica complessa, è diviso in due emisferi che, attraverso neuroni, generano e ricevono impulsi elettrici. Le aree corticali, specializzate nelle informazioni sensoriali, motorie, cognitive ed emotive, sono distribuite su entrambi gli emisferi, con la corteccia cerebrale suddivisa in divisioni sensitiva, motoria e associativa. Le principali aree corticali, come la corteccia motoria primaria e la corteccia sensoriale primaria, hanno specifiche funzioni. La risonanza magnetica funzionale è stata impiegata per analizzare lo scambio di informazioni tra gli emisferi, basandosi sul principio della risonanza magnetica nucleare. Questa tecnica, non invasiva e ad alta risoluzione spaziale, ha permesso di raccogliere immagini dell'attività cerebrale, focalizzandosi sul segnale BOLD, legato all'ossigenazione del sangue in risposta all'attività neuronale. Nell'ambito di questa tesi, sono state utilizzate le acquisizioni fMRI di un soggetto sano di sesso femminile e di un paziente di sesso maschile che ha subito resezione del corpo calloso. L’acquisizione in entrambi i casi è stata svolta in condizioni di resting state, e l'analisi è stata condotta tramite FSL, un software appositamente creato con vari strumenti utili allo scopo. In seguito al processo di analisi, grazie alla tecnica di analisi delle componenti indipendenti (ICA) sono state ottenute una serie di componenti indipendenti, tra le quali è stato possibile identificare visivamente alcune delle 10 resting state networks identificate da Smith che caratterizzano l’attività cerebrale in condizione di riposo. Sono state identificate area visiva mediale (MVN), area polo occipitale (OPN), rete in modalità predefinità (DMN), area cerebellare (CN), sensomotoria (SM), area del controllo esecutivo (ECN), area frontoparietale sinistro (LFPN) e destro (RFPN). .I risultati enfatizzano il ruolo cruciale del corpo calloso nella connettività interemisferica. In modo sorprendente, nonostante l'importanza di questa struttura, la callosotomia non induce un sostanziale svantaggio per il paziente patologico. Vi è la MVN che mostra una bilateralità da parte di entrambi i soggetti, invece la DMN evidenzia un’attivazione leggermente verso sinistra e la SM verso destra rispetto a quello sano. Le variazioni nelle attivazioni cerebrali, rispetto ai soggetti sani, sono minimali. Questa osservazione suggerisce un'adattabilità notevole del cervello a modifiche anatomiche, aprendo prospettive interessanti per la comprensione delle dinamiche neurali e le loro conseguenze cliniche.