Neuroplasticità delle aree corticali multisensoriali indotta dalla formazione musicale: un approccio traslazionale (MusicPlast) (MusicPlast)

Obiettivi e domande di ricerca

Il primo obiettivo di MUSICPLAST è quello di esplorare in profondità lo sviluppo della percezione audiovisiva nel cervello umano sano descrivendo in dettaglio le corrispondenti reti corticali coinvolte. Misure EEG ad alta densità (128 canali) verranno impiegate per la realizzazione di questo obiettivo seguendo un protocollo di stimolazione che incorpora corrispondenze uditive, visive e audiovisive in un paradigma multisensoriale unificato. Verrà effettuata una valutazione comportamentale e neuropsicologica delle capacità percettive multisensoriali dei soggetti al fine di raggiungere una comprensione olistica del fenomeno. Il confronto all'interno dei soggetti delle diverse condizioni rivelerà la rete corrispondente, mentre tra i soggetti, la sua traiettoria evolutiva. L'ipotesi di questo esperimento è che la rete alla base della percezione audiovisiva sarà costituita da aree corticali che collegano regioni diffuse comprese le regioni dorsolaterali della corteccia frontale. Per quanto riguarda il suo sviluppo, e sulla base del fatto che l'integrazione comportamentale multisensoriale continua a migliorare nell'invecchiamento in buona salute, si ipotizza che la rete sarà riorganizzata mostrando una maggiore densità ed efficienza con l'avanzare dell'età.

Il secondo obiettivo di MUSICPLAST è esplorare in profondità la plasticità della rete corticale alla base della percezione audiovisiva nel cervello umano sano, come indotta tramite un addestramento alla lettura musicale a breve termine fornito da un computer. Per la realizzazione di questo obiettivo verranno impiegate misure EEG ad alta densità pre e post-allenamento, misurazioni comportamentali e neuropsicologiche seguendo lo stesso paradigma di stimolazione dell'obiettivo precedentemente menzionato. L'ipotesi di questo esperimento è che la rete alla base della percezione audiovisiva sarà riorganizzata mostrando una maggiore densità ed efficienza globale, una maggiore connettività tra le regioni temporali e frontopolari e un graduale declino della quantità di plasticità a seguito dell'aumento dell'età.

Il terzo obiettivo di MUSICPLAST è valutare l'efficacia del protocollo di addestramento alla lettura musicale computerizzato proposto come strumento che promuoverà cambiamenti neuroplastici benefici nelle popolazioni patologiche e, in particolare, negli adolescenti e negli anziani dislessici. Per la realizzazione di questo obiettivo verranno impiegate misure EEG ad alta densità pre e post-allenamento, misurazioni comportamentali e neuropsicologiche seguendo lo stesso paradigma di stimolazione degli obiettivi precedentemente menzionati. L'ipotesi di questo esperimento è che la rete alla base della percezione audiovisiva sarà riorganizzata in modo vantaggioso a causa dell'allenamento che mostra una maggiore densità ed efficienza globali, una maggiore connettività tra le regioni temporali e frontopolari e che questi cambiamenti saranno accompagnati dal miglioramento del corrispondente comportamento e neuropsicologico valutazione.

Disegno e metodologia della ricerca Partecipanti

Un'analisi della dimensione del campione è stata condotta tramite G-Power sulla base dei dati di un precedente studio pertinente del PI e ha indicato che la dimensione del campione desiderata per raggiungere una potenza di 0,8 e un livello di significatività bilaterale di a = 0,05 è di 13 soggetti in ogni gruppo. Per tenere conto di possibili abbandoni, MUSICPLAST includerà 20 soggetti in ciascun gruppo [adolescenti (n = 20), giovani adulti (n = 20), anziani (n = 20) e controlli (n = 20)]. Lo studio sarà condotto secondo la dichiarazione di Helsinki per quanto riguarda la partecipazione dei soggetti umani alla ricerca.

EEG e misure comportamentali

Prima dell'inizio della formazione e dopo il suo completamento, i partecipanti saranno sottoposti a 2 misurazioni elettroencefalografiche. Le registrazioni saranno eseguite in una stanza schermata elettromagneticamente situata nel Laboratorio di Fisica Medica dell'AUTH utilizzando un sistema Nihon Kohden EEG-1200 con 128 elettrodi attivi. La prima misurazione riguarderà l'attività dello stato di riposo, consentendo un'analisi di rete della connettività corticale dello stato di riposo, mentre la seconda registrerà i potenziali di evento tramite un paradigma stravagante multisensoriale opportunamente adattato per la percezione audiovisiva, in quanto incorpora disallineamenti audiovisivi, uditivi e visivi all'interno di uno correre. Questo paradigma è stato proposto ed applicato con successo in una serie di studi dal PI e consente sia un'analisi spaziotemporale dell'attività corticale sia un'analisi della connettività funzionale.

Contemporaneamente alle misurazioni EEG i soggetti risponderanno comportamentalmente tramite la pressione di pulsanti a un compito di congruenza audiovisiva su cui dovranno valutare se le immagini presentate corrispondono ai toni che sentono in base alla regola "più alto è il tono del tono - più alto è il posizione del cerchio". Questa misurazione consentirà la valutazione comportamentale dell'accuratezza della discriminazione di stimoli audiovisivi congruenti e incongruenti.

Prima dell'inizio della formazione e dopo il suo completamento, i partecipanti saranno sottoposti a una valutazione neuropsicologica, che consisterà in una batteria comprendente i seguenti test:

Tutti gli argomenti:

Stroop Test Trail A e B Digit Span Test Performance Subtest della Wechsler Intelligence Scale Children III o Wechsler Adult Intelligence Scale in base all'età.

Solo anziani:

Mini Mental State Examination (MMSE) Montreal Cognitive Assessment (MoCA) Geriatric Depression Scale

Solo dislessici:

Lettura di parole e non parole Ortografia di parole e non parole Abilità fonologica

Intervento - protocollo formativo MUSICPLAST

Ogni soggetto riceverà 20 sessioni della formazione computerizzata basata su una lettura musicale semplificata entro un periodo di 4 settimane. La formazione sarà erogata tramite smartphone o tablet. L'applicazione registrerà un file di registro per ogni sessione di formazione, che avrà una durata di 20 minuti e il file di registro sarà direttamente disponibile al ricercatore, consentendogli di seguire la puntuale partecipazione e l'impegno del soggetto. Gli stimoli utilizzati nel protocollo di allenamento saranno costruiti secondo gli stessi principi dei modelli di stimolo audiovisivo utilizzati nelle registrazioni EEG: un'immagine visiva mostrerà un cerchio sopra uno sfondo di 5 linee orizzontali. La durata dei pattern sarà di una durata media di 10 secondi.

La posizione del cerchio all'interno delle cinque linee seguirà la regola "più alto è il tono del tono, più alta è la posizione del cerchio" o violerà la regola di cui sopra. Questa regola è stata in linea di principio seguita anche in studi precedenti condotti dal PI con risultati positivi per quanto riguarda la neuroplasticità indotta. Le immagini visive rappresenteranno solo la frequenza del tono e non il modello ritmico. Il partecipante dovrà rispondere alla fine di ogni prova tramite la pressione di un pulsante se l'input audiovisivo ha confermato o violato la regola sopra presentata. Per ogni prova verrà fornita un'immagine di feedback di una faccia sorridente per le risposte corrette o una faccia non sorridente per le risposte errate. Il protocollo sarà di difficoltà adattata, con 5 livelli di difficoltà che si baseranno su 2 diversi fattori: la velocità di presentazione e la difficoltà del pattern musicale. Contrariamente alla procedura di misurazione EEG, durante la quale i pattern melodici saranno sconosciuti ai soggetti, i pattern melodici utilizzati nella formazione saranno costituiti da parti brevi ma identificabili di brani musicali noti al fine di coinvolgere i partecipanti e provocare una risposta emotiva . La formazione sarà migliorata rispetto ai corrispondenti studi precedenti del PI fornendo feedback e mediante l'uso di brani musicali noti che indurranno una risposta emotiva nei tirocinanti.

Analisi dei dati EEG e procedure statistiche

I dati EEG raccolti saranno pre-elaborati utilizzando il software Brain Electrical Source Analysis (ricerca BESA, versione 6, Megis Software, Heidelberg, Germania). I dati registrati saranno separati in epoche di 1000 ms compreso un intervallo pre-stimolo di 200 ms. Le epoche saranno corrette dalla linea di base utilizzando l'intervallo da -100 a 0 ms. Le Current Density Reconstructions (CDRs) saranno calcolate sulle risposte neurali di ciascun soggetto e di ciascuna condizione utilizzando il metodo sLORETA55 fornito da BESA. The Matlab ® (The MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, Stati Uniti.) toolbox HERMES56 sarà utilizzato per calcolare la matrice di adiacenza dalle serie temporali dei voxel. Il toolbox Network Based Statistic (NBS) sarà utilizzato per identificare statisticamente connessioni significative nei grafici, utilizzando un approccio di General Linear Model. Per l'analisi statistica dei dati verrà seguito un disegno ANOVA modello misto 2 × 2 × 2 × 2, con 3 fattori entro i soggetti: condizione (congruente e incongruente), modalità (audiovisiva, uditiva e visiva) e tempo (pre- e post-formazione) e uno tra materie: (fascia di età). Il livello di significatività sarà impostato su p <0,05 corretto per confronti multipli tramite la correzione Family Wise Error.