Modelli di connettivita cerebrale effettiva applicati a dati di risonanza magnetica funzionale a riposo

Il lavoro di questa tesi si inquadra all’interno di una ricerca che si pone come obiettivo lo studio e lo sviluppo di modelli di connettività cerebrale effettiva applicati a dati di Risonanza Magnetica Funzionale (fMRI) . In particolare, oggetto di ricerca è stata la presenza di variazioni della connettività cerebrale effettiva nello stato di riposo ( resting state ) valutata in immagini funzionali di pazienti sani e ottenute prima e dopo l’esecuzione di un compito . Negli ultimi venti anni gli studi funzionali sul cervello, indirizzati soprattutto alla rilevazione e ricostruzione dei processi cerebrali cognitivi e somatosensoriali, hanno avuto un larghissimo sviluppo grazie all’impiego di tecniche di indagine sempre più avanzate (elettroencefalografia, magnetoencefalografia e, a partire dagli anni ’90, anche la tomografia ad emissione di positroni e la risonanza magnetica funzionale) e all’utilizzo di metodi di analisi statistica sempre più efficaci (Modello lineare generalizzato, Analisi delle componenti principali, Analisi delle componenti indipendenti). Le prime ricerche condotte in questo ambito affrontavano lo studio di quell’aspetto che comunemente viene indicato con il nome di segregazione funzionale, ponendosi l’obiettivo di riuscire ad individuare ed isolare le regioni funzionalmente specializzate nello svolgimento di determinati compiti cognitivi o attività sensoriali. Più recentemente, soprattutto negli ultimi dieci anni, il punto di vista è cambiato e l’interesse si è focalizzato anche sullo studio della cosiddetta integrazione funzionale, cioè la rilevazione e la comprensione dei legami e dei meccanismi che permettono a gruppi di neuroni, anatomicamente collegati e funzionalmente dedicati ad attività cerebrali specifiche, di interagire ed integrarsi tra loro secondo determinate architetture organizzative chiamate comunemente modelli di connettività. Su quest’ultimo aspetto esiste una classificazione ben precisa dei vari tipi di connettività, anatomica, effettiva e funzionale, creata in funzione delle diverse tecniche di indagine e dei diversi metodi di analisi che vengono applicati a seconda del problema che si vuole affrontare. La prima si fonda essenzialmente su studi in vivo su primati e solo più recentemente anche sull’uomo grazie all’innovativa tecnica non invasiva denominata DTI (Diffusion Tensor Imaging) che descrive l’insieme dei collegamenti fisici che esistono tra le varie aree cerebrali. Per quanto riguarda gli altri due tipi di connettività, essi si riferiscono a due aspetti diversi ma complementari dell’organizzazione funzionale del cervello. La connettività funzionale riguarda la correlazione temporale fra due eventi neurofisiologici spazialmente distanti cioè prende in esame il “cosa fa” il cervello in risposta a determinati stimoli sensoriali o processi cognitivi, invece la connettività effettiva tenta di spiegare l’influenza che un sistema neurale esercita, direttamente o no, su un altro, ovvero vuole spiegare il “come” il cervello riesce a portare a termine la comunicazione fra tutte le regioni coinvolte in una certa risposta neurale. E’ importante evidenziare che uno studio di connettività effettiva non può prescindere da ipotesi fondate circa la presenza di legami anatomici tra le diverse regioni; per questo motivo tali ricerche sono classificate come “hypothesis-driven” mentre quelle di connettività funzionale sono denominate “model-free” perché caratterizzate attraverso un’analisi puramente statistica delle correlazioni presenti fra i dati. Se, da un lato, sono numerosi gli studi funzionali che dipingono l’attività del cervello durante lo svolgimento di compiti cognitivi, sensoriali e motori, relativamente recente è invece l’indagine dello stato di riposo: il soggetto in esame non svolge alcun compito particolare e rimane nello scanner MR come in una tecnologica, e molto rumorosa, sala d’aspetto. Negli ultimi anni infatti si è affermata tra i ricercatori l’ipotesi che a riposo il cervello sia impegnato in un’attività di fondo, definita in letteratura come default mode of brain function, baseline state, o anche conscious resting state . Le aree cerebrali coinvolte in tale attività di fondo costituirebbero una rete funzionale, detta default mode network (DMN). Per rete viene qui intesa l’attività spontanea simultanea di aree anatomicamente segregate, in accordo con il concetto di connettività funzionale: regioni che si attivano in maniera concorde appartengono ad una rete funzionale, cioè concorrono a realizzare una stessa funzione. La default mode network è costituita dalle aree cerebrali la cui attività aumenta durante lo svolgimento di compiti cognitivi semplici oppure a riposo rispetto all’esecuzione di task più complessi. Le regioni attribuite alla DMN da studi di risonanza magnetica funzionale corrispondono significativamente alle aree cerebrali metabolicamente più attive nello stato di riposo. Attualmente le tecniche di analisi più utilizzate per la ricerca di modelli di connettività funzionale sono la PCA (Principal Component Analysis) e la ICA (Indipendent Component Analysis); tutte e due sono tecniche di analisi multivariata basate su approcci descrittivi data-driven che lavorano direttamente o indirettamente sulla matrice di covarianza dei dati osservati. Invece per quanto riguarda l’analisi della connettività effettiva essa utilizza modelli statistici completamente diversi che lavorano su regioni selezionate e fa assunzioni sulle connessioni tra queste regioni in base a modelli di connettività anatomica. Questo tipo di analisi è tanto più performante tanto più sono precise le informazioni sulle aree funzionali rilevanti. I più importanti metodi di ricerca di connettività effettiva sono il SEM (structural equation modelling), il DCM (dynamic causal modelling) e il GCM (granger causality mapping); il primo, fino ad oggi maggiormente impiegato degli altri, soprattutto su dati fMRI, è stato sviluppato nel campo dell’econometria mentre il secondo e il terzo sono nati appositamente per l’analisi delle serie temporali da imaging funzionale. Questo lavoro si pone come obiettivo principale quello di studiare il GCM come metodo di analisi di connettività effettiva, quindi valutare i meccanismi e le potenzialità di tale metodo di stima nell’evidenziare variazioni della stessa in condizione di riposo e valutata prima e dopo l’esecuzione di un compito. Un aspetto importantissimo di tale metodo di analisi è la sua natura esplorativa che non richiede la specificazione di un modello anatomico sul quale basarsi per l’implementazione; questo permette appunto di superare i limiti che derivano da limitare spazialmente la ricerca di connessioni e interazioni tra le varie aree cerebrali. Si tenterà quindi di applicare il metodo di analisi Granger Causality Mapping ai dati sperimentali cercando di interpretare i risultati ottenuti. Tali risultati possono essere di importanza cruciale poiché negli studi di risonanza magnetica funzionale la condizione di controllo è spesso rappresentata dallo stato di riposo. Una scelta scorretta dello stato di controllo può nascondere il ruolo di aree che in tale condizione sono già attive. Una scelta scorretta dello stato di controllo può nascondere il ruolo di aree che in tale condizione sono già attive. E’ pertanto evidente come la conoscenza dei meccanismi mentali caratterizzanti lo stato di riposo sia fondamentale per l’interpretazione degli studi funzionali. Le maggiori potenzialità dell’analisi dello stato di riposo risiedono tuttavia nell’individuazione di alterazioni della connettività cerebrale associate a patologie neurologiche e psichiatriche: ciò potrebbe infatti contribuire alla caratterizzazione fisiopatologica e alla diagnosi preclinica di tali malattie. Il lavoro è organizzato in sei capitoli. Il primo introduce i concetti fondamentali e le definizioni della connettività funzionale ed effettiva spiegando le differenze, soprattutto metodologiche, che stanno alla base di questa classificazione. Inoltre si cerca anche di fornire un quadro generale sui problemi che occorre affrontare nell’impostazione di uno studio di connettività. Nel secondo capitolo vengono presentate le basi neurofisiologiche e una breve panoramica dell’anatomia e della fisiologia della struttura cerebrale. Nel terzo capitolo vengono descritti i principi fondamentali su cui si basa la Risonanza Magnetica funzionale cercando di evidenziare i problemi legati all’impiego di questa tecnica per l’individuazione delle regioni facenti parte della default mode network. Inoltre viene presentata una panoramica completa dei vari metodi di analisi della connettività, sia funzionale che effettiva, fornendo un quadro completo dei metodi statistici più utilizzati in questo tipo di ricerche (PCA, ICA per la funzionale e SEM, DCM e GCM per l’effettiva). Per ogni tecnica di analisi vengono studiate le basi teoriche e i principi applicativi del metodo. Il capitolo quattro introduce la default mode network: sono riferite le prove a favore dell’esistenza e dell’origine neurale della rete e ne è descritta la modulazione durante lo svolgimento di compiti cognitivi complessi. Il capitolo cinque è dedicato interamente alla descrizione e allo studio del metodo di analisi Granger Causality Mapping. Dopo una breve introduzione riguardo le origini di questa modellizzazione vengono presentate le equazioni descrittive del modello e infine è descritto il toolbox di Matlab, noto come ‘toolbox di analisi di connettività causale’, utilizzato per lo studio della connettività cerebrale effettiva. Il capitolo sei è quello più consistente e tratta l’acquisizione e l’elaborazione dei dati. Si parte dalla descrizione dell’esperimento seguita da una parte in cui viene descritto l’algoritmo ICA e la sua applicazione all’analisi di immagini fMRI per l’estrazione della default mode network. Si passa quindi allo studio vero e proprio della connettività cerebrale effettiva, valutata attraverso l’utilizzo del toolbox di analisi della connettività causale sui dati sperimentali e infine all’interpretazione dei risultati ottenuti

A study exploring public opinion and attitudes towards being vaccinated in a community pharmacy. [ESCP Poster]

This poster described a small-scale study exploring the public opinion and attitudes towards being vaccinated in a community pharmacy in the Veneto region of Italy during the COVID-19 pandemic

A study exploring public opinion and attitudes toward being vaccinated in a community pharmacy. [SIFaCT Poster]

This poster described a small-scale study exploring the public opinion and attitudes towards being vaccinated in a community pharmacy in the Veneto region of Italy during the COVID-19 pandemic

Anthracyclines: a cornerstone in the management of non-Hodgkin's lymphoma

Since anthracyclines were introduced in the treatment of non-Hodgkin's lymphoma in the late 1960s, they have been acknowledged as a cornerstone in the management of the disease and, in particular, of aggressive lymphomas. The high efficacy of anthracycline-containing regimens must, however, be balanced against the drug-related toxicity, which mainly affects the cardiovascular system and represents a major concern for clinicians, especially in the treatment of elderly patients. Patients' outcomes could be further improved, particularly for those at high risk of cardiotoxicity, by substituting liposomal doxorubicin for conventional doxorubicin. This approach has already been tested and shown to be effective in several cancers, especially in different subsets of patients with diffuse large B-cell lymphoma. The use of liposomal doxorubicin in combination regimens for other conditions, such as follicular lymphoma and splenic marginal zone lymphoma, is also under investigation, and early results are promising

Hourly simulations of an hospital building for assessing the thermal demand and the best retrofit strategies for consumption reduction

In the framework of energy saving and environmental protection, the role of the energy consumption in buildings is crucial. For existing buildings and especially for public ones, it is mandatory to correctly select and realize suitable retrofitting interventions to reduce costs and increase the efficiency. In fact, innovative solutions for both the envelope and the plants renovation are often very expensive and the correct choice becomes critical for the sustainability from the economic point of view. The aim of the present paper is to propose a methodology to optimize the process of selection for the retrofit interventions, here applied to a case study of the Monoblocco Pavilion at the San Martino Hospital in Genova, Italy. The building thermal behaviour is dynamically simulated by means of an Energy Plus model in order to evaluate the energy needs for both heating and cooling purposes. The base case scenario is evaluated in terms of key performance indicators (KPIs) and compared with benchmark values in order to select the more suitable intervention actions. For the analysed case study, the innovative retrofit solutions are fa\ue7ade void insulated panels, smart rotating windows with different emissivity glass and sunlight carrying optical-fibres coupled with dimmed LED lighting system. The technologies are combined in different intervention packages that are then compared in term of energy saving and economic sustainability by means of the estimation of hourly values of energy consumption and the assessment of the Simply Pay Back Period (SPB) of the investment

Modelling Heat Pumps with Variable EER and COP in EnergyPlus: A Case Study Applied to Ground Source and Heat Recovery Heat Pump Systems

Dynamic energy modelling of buildings is a key factor for developing new strategies for energy management and consumption reduction. For this reason, the EnergyPlus software was used to model a near-zero energy building (Smart Energy Buildings, SEB) located in Savona, Italy. In particular, the focus of the present paper concerns the modeling of the ground source water-to-water heat pump (WHP) and the air-to-air heat pump (AHP) installed in the SEB building. To model the WHP in EnergyPlus, the Curve Fit Method was selected. Starting from manufacturer data, this model allows to estimate the COP of the HP for different temperature working conditions. The procedure was extended to the AHP. This unit is a part of the air-handling unit and it is working as a heat recovery system. The results obtained show that the HP performance in EnergyPlus can closely follow manufacturer data if proper input recasting is performed for EnergyPlus simulations. The present paper clarifies a long series of missed information on EnergyPlus reference sources and allows the huge amount of EnergyPlus users to properly and consciously run simulations, especially when unconventional heat pumps are present

D-type K+ current rules the function of electrically coupled neurons in a species-specific fashion

Este trabajo es parte de un número especial sobre la Estructura y Función de los Canales Iónicos en Células Nativas y Complejos Macromoleculares.Electrical synapses supported by gap junctions are known to form networks of electrically coupled neurons in many regions of the mammalian brain, where they play relevant functional roles. Yet, how electrical coupling supports sophisticated network operations and the contribution of the intrinsic electrophysiological properties of neurons to these operations remain incompletely understood. Here, a comparative analysis of electrically coupled mesencephalic trigeminal (MesV) neurons uncovered remarkable difference in the operation of these networks in highly related species. While spiking of MesV neurons might support the recruitment of coupled cells in rats, this rarely occurs in mice. Using whole-cell recordings, we determined that the higher efficacy in postsynaptic recruitment in rat’s MesV neurons does not result from coupling strength of larger magnitude, but instead from the higher excitability of coupled neurons. Consistently, MesV neurons from rats present a lower rheobase, more hyperpolarized threshold, as well as a higher ability to generate repetitive discharges, in comparison to their counterparts from mice. This difference in neuronal excitability results from a significantly higher magnitude of the D-type K+ current (ID) in MesV neurons from mice, indicating that the magnitude of this current gates the recruitment of postsynaptic-coupled neurons. Since MesV neurons are primary afferents critically involved in the organization of orofacial behaviors, activation of a coupled partner could support lateral excitation, which by amplifying sensory inputs may significantly contribute to information processing and the organization of motor outputs.Agencia Nacional de Investigación e Innovación FCE_1_2021_1_166745Programa de Desarrollo de las Ciencias BásicasComisión Académica de Posgrado de la Universidad de la República BDMX_2022_1#4871635

Adoption of additive manufacturing technology: drivers, barriers and impacts on upstream supply chain design

Purpose – This paper investigates how the adoption of additive manufacturing (AM) impacts upstream supply chain (SC) design and considers the influence of drivers and barriers towards the adoption. Design/methodology/approach – Ten case studies investigating AM adoption by Original Equipment Manufacturers (OEMs) in five industries were conducted. This research is driven by a literature-based framework, and the results are discussed according to the theory of transaction cost economics (TCE). Findings – The case studies reveal four patterns of AM adoption that affect upstream SC design (due to changes in supply base or types of buyer–supplier relationships): make, buy, make and buy and vertical integration. A make or buy decision is based on the level of experience with the technology, on the AM application (rapid manufacturing, prototyping or tooling) and on the need of control over production. Other barriers playing a role in the decision are the high initial investments and the lack of skills and knowledge. Originality/value – This paper shows how different decisions regarding AM adoption result in different SC designs, with a specific focus on the upstream SC and changes in the supply base. This research is among the first to provide empirical evidence on the impact of AM adoption on upstream SCs and to identify drivers of the make or buy decision when adopting AM through the theoretical lens of TC

Seismic retrofitting by FRP of a school building damaged by Emilia-Romagna earthquake

A school building, located in Bomporto (Modena, Italy) and hit by the Emilia-Romagna Italian earthquake in 2012, has been investigated in the paper. The seismic vulnerability of the building has been evaluated by means of non-linear static analyses, which have been carried-out through the 3MURI calculation program. The comparison between the damage state produced by the earthquake and the simulation results put in evidence the reliability of the numerical analysis. On the basis of the detected seismic deficiencies of the damaged building, a structural reinforcement intervention of masonry walls has been designed by means of either FRP strips or steel ones. Finally, a parametric analysis by varying the material and the geometrical configuration of the FRP intervention (width and spacing of the strips) has been performed with the purpose to identify, through a cost-to-benefit comparison, the optimal retrofitting solution

Effect of ageing and ischemia on enzymatic activities linked to Krebs' cycle, electron transfer chain, glutamate and aminoacids metabolism of free and intrasynaptic mitochondria of cerebral cortex

The effect of ageing and the relationships between the catalytic properties of enzymes linked to Krebs' cycle, electron transfer chain, glutamate and aminoacid metabolism of cerebral cortex, a functional area very sensitive to both age and ischemia, were studied on mitochondria of adult and aged rats, after complete ischemia of 15 minutes duration. The maximum rate (V (max)) of the following enzyme activities: citrate synthase, malate dehydrogenase, succinate dehydrogenase for Krebs' cycle; NADH-cytochrome c reductase as total (integrated activity of Complex I-III), rotenone sensitive (Complex I) and cytochrome oxidase (Complex IV) for electron transfer chain; glutamate dehydrogenase, glutamate-oxaloacetate- and glutamate-pyruvate transaminases for glutamate metabolism were assayed in non-synaptic, perikaryal mitochondria and in two populations of intra-synaptic mitochondria, i.e., the light and heavy mitochondrial fraction. The results indicate that in normal, steady-state cerebral cortex, the value of the same enzyme activity markedly differs according (a) to the different populations of mitochondria, i.e., non-synaptic or intra-synaptic light and heavy, (b) and respect to ageing. After 15 min of complete ischemia, the enzyme activities of mitochondria located near the nucleus (perikaryal mitochondria) and in synaptic structures (intra-synaptic mitochondria) of the cerebral tissue were substantially modified by ischemia. Non-synaptic mitochondria seem to be more affected by ischemia in adult and particularly in aged animals than the intra-synaptic light and heavy mitochondria. The observed modifications in enzyme activities reflect the metabolic state of the tissue at each specific experimental condition, as shown by comparative evaluation with respect to the content of energy-linked metabolites and substrates. The derangements in enzyme activities due to ischemia is greater in aged than in adult animals and especially the non-synaptic and the intra-synaptic light mitochondria seems to be more affected in aged animals. These data allow the hypothesis that the observed modifications of catalytic activities in non-synaptic and intra-synaptic mitochondrial enzyme systems linked to energy metabolism, amino acids and glutamate metabolism are primary responsible for the physiopathological responses of cerebral tissue to complete cerebral ischemia for 15 min duration during agein