Cyclic alternating pattern in sleep and its relationship to creativity

Background/Objectives: Sleep has been shown to enhance creativity, but the reason for this enhancement is not entirely known. There are several different physiological states associated with sleep. In addition to rapid (REM) and non-rapid eye movement (NREM) sleep, NREM sleep can be broken down into Stages (1-4) that are characterized by the degree of EEG slow wave activity. In addition, during NREM sleep there are transient but cyclic alternating patterns (CAP) of EEG activity and these CAPs can also be divided into three subtypes (A1-A3) according to speed of the EEG waves. Differences in CAP ratios have been previously linked to cognitive performances. The purpose of this study was to learn the relationship CAP activity during sleep and creativity. Methods: The participants were 8 healthy young adults (4 women), who underwent 3 consecutive nights of polysomnographic recording and took the Abbreviated Torrance Test for Adults (ATTA) on the 2 and 3rd mornings after the recordings. Results: There were positive correlations between Stage 1 of NREM sleep and some measures of creativity such as fluency (R= .797; p=.029) and flexibility ( R=.43; p=.002), between Stage 4 of Non-REM sleep and originality (R= .779; p=.034) and a global measure of figural creativity (R= .758; p=.040). There was also a negative correlation between REM sleep and originality (R= -.827; p= .042) . During NREM sleep the CAP rate, which in young people is primarily the A1 subtype, also correlated with originality (R= .765; p =.038). Conclusions: NREM sleep is associated with low levels of cortical arousal and low cortical arousal may enhance the ability of people to access to the remote associations that are critical for creative innovations. In addition, A1 CAP activity reflects frontal activity and the frontal lobes are important for divergent thinking, also a critical aspect of creativity.

Attività autonomica cardiaca e funzioni neurocognitive nei pazienti affetti da sindrome delle gambe senza riposo (RLS): effetto dei farmaci dopamino agonisti in acuto e a lungo termine

Several studies showed that sleep loss/fragmentation may have a negative impact on cognitive performance, mood and autonomic activity. Specific neurocognitive domains, such as executive function (i.e.,prefrontal cortex), seems to be particularly vulnerable to sleep loss. Pearson et al.(2006) evaluated 16 RLS patients compared to controls by cognitive tests, including those particularly sensitive to prefrontal cortical (PFC) functioning and sleep loss. RLS patients showed significant deficits on two of the three PFC tests. It has been recently reported that RLS is associated with psychiatric manifestations. A high prevalence of depressive symptoms has been found in patients with RLS(Rothdach AJ et al., 2000). RLS could cause depression through its adverse influences on sleep and energy. On the other hand, symptoms of depression such as sleep deprivation, poor nutrition or lack of exercise may predispose an individual to the development of RLS. Moreover, depressed patients may amplify mild RLS, making occasional RLS symptoms appear to meet threshold criteria. The specific treatment of depression could be also implicated, since antidepressant compounds may worsen RLS and PLMD(Picchietti D et al., 2005; Damsa C et al., 2004). Interestingly, treatments used to relieve RLS symptoms (dopamine agonists) seem to have an antidepressant effects in RLS depressed patients(Saletu M et al., 2002&2003). During normal sleep there is a well-regulated pattern of the autonomic function, modulated by changes in sleep stages. It has been reported that chronic sleep deprivation is associated with cardiovascular events. In patients with sleep fragmentation increased number of arousals and increased cyclic alternating pattern rate is associated with an increase in sympathetic activity. It has been demonstrated that PLMS occurrence is associated with a shift to increased sympathetic activity without significant changes in cardiac parasympathetic activity (Sforza E et al., 2005). An increased association of RLS with hypertension and heart disease has been documented in several studies(Ulfberg J et al., 2001; Ohayon MM et al., 2002).

Studio degli aplogruppi mitocondriali nei pazienti con narcocataplessia

La narcolessia è un disturbo del sonno disabilitante caratterizzato da eccessiva sonnolenza diurna associata a disturbi del sonno REM che si manifestano con cataplessia (improvvisa perdita del tono muscolare scatenata da forti emozioni), paralisi del sonno (all’addormentamento o al risveglio) e allucinazioni ipnagogiche. Al momento attuale sono in corso studi di genome-wide solo sul genoma nucleare, l'unico ulteriore materiale genetico non indagato finora per una eventuale predisposizione genetica multifattoriale alla narcolessia è il genoma mitocondriale, che, a causa della sua variabilità, possiede un potenziale ruolo protettivo/predisponente nell’ambito di diverse malattie neurodegenerative, metaboliche ed infettive. Come obiettivo della tesi si propone la ricerca di eventuali polimorfismi sul DNA mitocondriale in grado di agire come fattori di suscettibilità/protezione nei confronti della narcolessia e di confermare quindi l’importante legame tra metabolismo bioenergetico, beta ossidazione e narcolessia. In particolare, vista la già nota capacità degli aplogruppi mitocondriali di modulare l’espressione di diverse malattie neurodegenerative, sono stati identificati i principali aplogruppi mitocondriali in un campione di pazienti con narcolessia successivamente confrontati con una popolazione di controllo per cercare eventuali differenze di distribuzione statisticamente significative tra le due popolazioni. I risultati presentati in questo studio completano con l’analisi del DNA mitocondriale i precedenti studi “genome wide”. L’assenza di associazione statisticamente significativa tra aplogruppi mitocondriali e narcolessia non esclude ancora il ruolo che la variabilità genetica del DNA mitocondriale può giocare nella patogenesi della narcolessia. La definitiva esclusione può essere conclusa solo espandendo la coorte dei pazienti studiati e considerando possibilmente origini etnico-geografiche diverse.

Profilo psicopatologico e qualità della vita in bambini e adolescenti narcolettici: studio caso-controllo

Scopo del nostro lavoro è stato descrivere ed inquadrare gli aspetti psico-comportamentali e la qualità di vita della narcolessia in età evolutiva. Metodi: Abbiamo pertanto disegnato uno studio caso-controllo comprendente 30 pazienti narcolettici, 39 epilettici, e 39 controlli sani, appaiati per sesso e età. Risultati: La nostra popolazione di bambini e adolescenti affetti da narcolessia mostra un aumento delle problematiche internalizzanti. I due gruppi patologici hanno in comune punteggi più elevati rispetto ai controlli per i disturbi d’ansia, le difficoltà attentive e di socializzazione, i disturbi oppositivo-provocatori. Ciò che distingue, invece, i pazienti narcolettici, sono gli aspetti di ritiro e depressione, la tendenza alla somatizzazione, i problemi del pensiero ed i disturbi affettivi. Fattori di rischio psicopatologici per i giovani narcolettici sono risultati essere l’esordio precoce, il ritardo diagnostico, il sonno notturno disturbato, la minor latenza di sonno all’addormentamento, un maggior numero di SOREMP all’MSLT. Dall’altro lato la terapia farmacologica, un maggior numero di sonnellini spontanei e la durata di malattia, sembrano influenzare positivamente l’evoluzione comportamentale. La salute psicosociale dei giovani narcolettici, inoltre, risulta essere peggiore rispetto ai controlli sani, mentre la salute fisica non mostra differenze. I problemi internalizzanti influenzano negativamente tutti gli ambiti della salute di questi ragazzi, mentre la durata di malattia sembra migliorare il funzionamento scolastico. Conclusioni: Il nostro lavoro conferma che i giovani narcolettici presentano un maggior rischio psicopatologico sia rispetto ai controlli sani sia rispetto un’altra patologia neurologica cronica. Se da un lato alcuni aspetti comportamentali possono essere giustificati come una reazione adattativa verso una patologia neurologica invalidante, dall’altro un quadro distimico caratterizzato da ritiro e lamentele somatiche, sembra essere tipico dei bambini ed adolescenti narcolettici.

Spinal cord injury: assessment of autonomic state-dependent control of cardiovascular system and body core temperature

Spinal cord injury (SCI) results not only in paralysis; but it is also associated with a range of autonomic dysregulation that can interfere with cardiovascular, bladder, bowel, temperature, and sexual function. The entity of the autonomic dysfunction is related to the level and severity of injury to descending autonomic (sympathetic) pathways. For many years there was limited awareness of these issues and the attention given to them by the scientific and medical community was scarce. Yet, even if a new system to document the impact of SCI on autonomic function has recently been proposed, the current standard of assessment of SCI (American Spinal Injury Association (ASIA) examination) evaluates motor and sensory pathways, but not severity of injury to autonomic pathways. Beside the severe impact on quality of life, autonomic dysfunction in persons with SCI is associated with increased risk of cardiovascular disease and mortality. Therefore, obtaining information regarding autonomic function in persons with SCI is pivotal and clinical examinations and laboratory evaluations to detect the presence of autonomic dysfunction and quantitate its severity are mandatory. Furthermore, previous studies demonstrated that there is an intimate relationship between the autonomic nervous system and sleep from anatomical, physiological, and neurochemical points of view. Although, even if previous epidemiological studies demonstrated that sleep problems are common in spinal cord injury (SCI), so far only limited polysomnographic (PSG) data are available. Finally, until now, circadian and state dependent autonomic regulation of blood pressure (BP), heart rate (HR) and body core temperature (BcT) were never assessed in SCI patients. Aim of the current study was to establish the association between the autonomic control of the cardiovascular function and thermoregulation, sleep parameters and increased cardiovascular risk in SCI patients.

Melanopsin Retinal Ganglion Cells: relevance to circadian rhythms and sleep in neurodegeneration

In this PhD thesis 3 projects were addressed focusing on the melanopsin retinal ganglion cells (mRGCs) system and its relevance for circadian rhythms and sleep in neurodegeneration. The first project was aimed at completing the characterization of mRGCs system in hereditary optic neuropathies (LHON and DOA). We confirmed that mRGCs are relatively spared also in post-mortem retinal specimens of a DOA case and pupillometric evaluation of LHON patients showed preservation of the pupillary light reflex, with attenuated responses compared to controls. Cell studies failed to indicate a protective role exerted by melanopsin itself. The second project was aimed at characterizing the possible occurrence of optic neuropathy and rest-activity circadian rhythm dysfunction in Alzheimer (AD) and Parkinson disease (PD), as well as, at histological level, the possible involvement of mRGCs in AD. OCT studies demonstrated a subclinical optic neuropathy in both AD and PD patients, with a different pattern involving the superior and nasal quadrants in AD and the temporal quadrant in PD. Actigraphic studies demonstrated a tendency towards an increased intradaily variability (IV) and reduced relative amplitude (RA) of rest-activity circadian rhythm in AD and a significant increased IV a reduced RA in PD. Immunohistochemical analysis of post-mortem retinal specimens and optic nerve cross-sections of neuropathologically confirmed AD cases demonstrated a significant loss of mRGCs and a nearly significant loss of axons in AD compared to controls. The mRGCs were affected in AD independently from age and magnitude of axonal loss. Overall these results suggest a role of the mRGCs system in the pathogenesis of circadian dysfunction in AD. The third project was aimed at evaluating the possible association between a single nucleotide polymorphism of the OPN4 gene and chronotype or SAD, failing to find any significant association with chronotype, but showing a non-significant increment of TT genotype in SAD.

Studio di popolazione sull'associazione tra sindrome delle gambe senza riposo ed emicrania

Introduzione: La sindrome delle gambe senza riposo (RLS) è un disturbo caratterizzato da sensazione spiacevole disestesica generalmente agli arti inferiori, che si presenta o peggiora nelle ore serali-notturne e che migliora con il movimento. Studi clinici hanno mostrato una maggiore prevalenza di RLS negli emicranici, mentre mancano studi condotti su popolazione generale non selezionata. Lo scopo di questo studio era quello di valutare la associazione tra emicrania e RLS in una popolazione italiana adulta. Inoltre è stata valutata l’associazione tra RLS e cefalea fenotipizzata attraverso metodica di principal components analysis (PCA). Materiali e metodi: la presenza di RLS e di emicrania è stata determinata attraverso questionari basati sui criteri diagnostici correnti in un campione di 1567 partecipanti di un fase preliminare di uno studio in corso sulla popolazione adulta della Val Venosta (BZ). Risultati: gli emicranici hanno presentato un significativo maggior rischio di soffrire di RLS rispetto ai non emicranici, anche dopo aggiustamento per fattori confondenti come età, sesso, depressione, ansia e qualità del sonno (p = 0.049). Questa associazione non era modificata dalla presenza di aura emicranica, di cause possibili di RLS secondaria e dalla frequenza di attacchi emicranici. Inoltre la RLS non era risultata significativamente associata alla cefalea di tipo tensivo (TTH). Dall’analisi di associazione tra RLS e cefalea fenotipizzata attraverso PCA era emerso che la componente 1, caratterizzata da sintomi di sensitivizzazione del sistema nervoso centrale (SNC), correlava significativamente con la presenza di RLS (p = 0.021). Conclusioni: RLS ed emicrania sono risultate associate nel nostro campione di popolazione adulta; inoltre la RLS ha mostrato una correlazione significativa con i sintomi di sensitivizzazione del SNC legati agli attacchi di cefalea. Questa associazione potrebbe risiedere in una possibile base patogenetica comune.

Longitudinal evolution of cognitive functions in patients with multiple system atrophy: a prospective study

Introduction and Background: Multiple system atrophy (MSA) is a sporadic, adult-onset, progressive neurodegenerative disease characterized clinically by parkinsonism, cerebellar ataxia, and autonomic failure. We investigated cognitive functions longitudinally in a group of probable MSA patients, matching data with sleep parameters. Patients and Methods: 10 patients (7m/3f) underwent a detailed interview, a general and neurological examination, laboratory exams, MRI scans, a cardiovascular reflexes study, a battery of neuropsychological tests, and video-polysomnographic recording (VPSG). Patients were revaluated (T1) a mean of 16±5 (range: 12-28) months after the initial evaluation (T0). At T1, the neuropsychological assessment and VPSG were repeated. Results: The mean patient age was 57.8±6.4 years (range: 47-64) with a mean age at disease onset of 53.2±7.1 years (range: 43-61) and symptoms duration at T0 of 60±48 months (range: 12-144). At T0, 7 patients showed no cognitive deficits while 3 patients showed isolated cognitive deficits. At T1, 1 patient worsened developing multiple cognitive deficits from a normal condition. At T0 and T1, sleep efficiency was reduced, REM latency increased, NREM sleep stages 1-2 slightly increased. Comparisons between T1 and T0 showed a significant worsening in two tests of attention and no significant differences of VPSG parameters. No correlation was found between neuropsychological results and VPSG findings or RBD duration. Discussion and Conclusions: The majority of our patients do not show any cognitive deficits at T0 and T1, while isolated cognitive deficits are present in the remaining patients. Attention is the cognitive function which significantly worsened. Our data confirm the previous findings concerning the prevalence, type and the evolution of cognitive deficits in MSA. Regarding the developing of a condition of dementia, our data did not show a clear-cut diagnosis of dementia. We confirm a mild alteration of sleep structure. RBD duration does not correlate with neuropsychological findings.

Psychiatric comorbidity, Restless Legs Syndrome and Nocturnal Eating Disorder: a case-control study

Objective: to evaluate the psychopathological profile in primary Restless Legs Syndrome (p-RLS) patients with and without nocturnal eating disorder (NED), analysing obsessive-compulsive traits, mood and anxiety disorder, and the two domains of personality proposed by Cloninger, temperament and character. Methods: we tested ten p-RLS patients without NED, ten p-RLS patients with NED and ten healthy control subjects, age and sex-matched, using Hamilton Depression and Anxiety Rating Scales, State-Trait Anxiety Inventory, Maudsley Obsessive Compulsive Inventory (MOCI) and Temperament and Character Inventory - revised (TCI). Results: p-RLS patients, particularly those with NED, had increased anxiety factor scores. MOCI-total, doubting and checking compulsion, and TCI-harm avoidance scores were significantly higher in p-RLS patients with NED. p-RLS patients without NED had significantly higher MOCI-doubting scores and a trend toward higher checking compulsion and harm avoidance scores with an apparent grading from controls to p-RLS patients without NED to p-RLS with NED. Conclusions: higher harm avoidance might predispose to display obsessive-compulsive symptoms, RLS and then, with increasing severity, compulsive nocturnal eating. RLS and NED could represent a pathological continuum in which a dysfunction in the limbic system, possibly driven by a dopaminergic dysfunction, could be the underlying pathophysiological mechanism.

Resa diagnostica di anamnesi, EEG intercritico ed home-made video negli episodi parossistici notturni: confronto con la VEPSG

Poiché la diagnosi differenziale degli episodi parossistici notturni è affidata alla VEPSG, tenendo conto dei limiti di tale metodica, il progetto attuale ha lo scopo di definire la resa diagnostica di strumenti alternativi alla VEPSG: anamnesi, home-made video ed EEG intercritico. Sono stati reclutati consecutivamente 13 pazienti, afferiti al nostro Dipartimento per episodi parossistici notturni. Ciascun paziente è stato sottoposto ad un protocollo diagnostico standardizzato. A 5 Medici Esperti in Epilessia e Medicina del Sonno è stato chiesto di formulare un orientamento diagnostico sulla base di anamnesi, EEG intercritico, home-made video e VEPSG. Attraverso l’elaborazione degli orientamenti diagnostici è stata calcolata la resa diagnostica delle procedure esaminate, a confronto con la VEPSG, attraverso il concetto di “accuratezza diagnostica”. Per 6 pazienti è stato possibile porre una diagnosi di Epilessia Frontale Notturna, per 2 di parasonnia, in 5 la diagnosi è rimasta dubbia. L’accuratezza diagnostica di ciascuna procedura è risultata moderata, con lievi differenze tra le diverse procedure (61.5% anamnesi; 66% home-made video; 69,2 % EEG intercritico). E’ essenziale migliorare ulteriormente l’accuratezza diagnostica di anamnesi, EEG intercritico ed home-made video, che possono risultare cruciali nei casi in cui la diagnosi non è certa o quando la VEPSG non è disponibile.

Studio neuroradiologico (morfologico e funzionale) nei pazienti con Epilessia Frontale Notturna

L'epilessia frontale notturna (EFN) è caratterizzata da crisi motorie che insorgono durante il sonno. Scopo del progetto è studiare le cause fisiopatologiche e morfo-funzionali che sottendono ai fenomeni motori nei pazienti con EFN e identificare alterazioni strutturali e/o metaboliche mediante tecniche avanzate di Risonanza Magnetica (RM). Abbiamo raccolto una casistica di pazienti con EFN afferenti al Centro Epilessia e dei Disturbi del Sonno del Dipartimento di Scienze Neurologiche, Università di Bologna. Ad ogni paziente è stato associato un controllo sano di età (± 5 anni) e sesso corrispondente. Tutti sono stati studiati mediante tecniche avanzate di RM comprendenti Spettroscopia del protone (1H-MRS), Tensore di diffusione ed imaging 3D ad alta risoluzione per analisi morfometriche. In particolare, la 1H-MRS è stata effettuata su due volumi di interesse localizzati nei talami e nel giro del cingolo anteriore. Sono stati inclusi nell’analisi finale 19 pazienti (7 M), età media 34 anni (range 19-50) e 14 controlli (6 M) età media 30 anni (range 19-40). A livello del cingolo anteriore il rapporto della concentrazione di N-Acetil-Aspartato rispetto alla Creatina (NAA/Cr) è risultato significativamente ridotto nei pazienti rispetto ai controlli (p=0,021). Relativamente all’analisi di correlazione, l'analisi tramite modelli di regressione multipla ha evidenziato che il rapporto NAA/Cr nel cingolo anteriore nei pazienti correlava con la frequenza delle crisi (p=0,048), essendo minore nei pazienti con crisi plurisettimanali/plurigiornaliere. Per interpretare il dato ottenuto è possibile solo fare delle ipotesi. L’NAA è un marker di integrità, densità e funzionalità neuronale. E’ possibile che alla base della EFN ci siano alterazioni metaboliche tessutali in precise strutture come il giro del cingolo anteriore. Questo apre nuove possibilità sull’utilizzo di strumenti di indagine basati sull’analisi di biosegnali, per caratterizzare aree coinvolte nella genesi della EFN ancora largamente sconosciute e chiarire ulteriormente l’eziologia di questo tipo di epilessia.

Sleep motor activity in parkinsonian syndromes at onset: a prospective study to determine potential diagnostic and prognostic markers

Aim of this study is to describe the possible diagnostic value of sleep disturbances in the differential diagnosis of neurodegenerative diseases characterized by parkinsonism at onset. 42 consecutive patients with parkinsonian features and disease duration up to 3 years were included in the BO-ProPark study. Each patient was evaluated twice, at baseline (T0) and 16 months later (T1). Patients were diagnosed as Parkinson disease (PD, 27 patients), PD plus (PD with cognitive impairment/dementia or dysautonomia, 4 patients) and parkinsonian syndrome (PS, 11 patients). All patients underwent a full night video-polysomnography scored by a neurologist blinded to the clinical diagnosis. Sleep efficiency and total sleep time were reduced in all patients; wake after sleep onset was higher in patients with atypical parkinsonisms than in PD patients. No significant differences between groups of patients were detected in other sleep parameters. The mean percentage of epochs with enhanced tonic muscle EMG activity during REM sleep was higher in PD plus and PS than in PD. No difference in phasic muscle EMG activity during REM sleep was seen between the two groups. REM behaviour disorder was more frequent in PD plus and PS than in PD patients. Our data suggest that REM sleep motor control is more frequently impaired at disease onset in patients with PS and PD plus compared to PD patients. The presence of RBD or an enhanced tonic muscle EMG activity in a patient with recent onset parkinsonian features should suggest a diagnosis of atypical parkinsonism, rather than PD. More data are needed to establish the diagnostic value of these features in the differential diagnosis of parkinsonisms. The evaluation of sleep disorders may be a useful tool in the differential diagnosis of parkinsonism at onset.

Caratterizzazione dei sintomi neurovegetativi e neuropsicologici nella malattia di Parkinson associata a mutazioni del gene glucocerebrosidasi

Pochi studi hanno indagato il profilo dei sintomi non-motori nella malattia di Parkinson associata al gene glucocerebrosidasi (GBA). Questo studio è mirato alla caratterizzazione dei sintomi non-motori, con particolare attenzione alla valutazione delle funzioni neurovegetativa, cognitiva e comportamentale, nel parkinsonismo associato a mutazione del gene GBA con la finalità di verificare se tali sintomi non-motori siano parte dello spettro clinico di questi pazienti. E’ stato condotto su una coorte di pazienti affetti da malattia di Parkinson che erano stati tutti sottoposti ad una analisi genetica per la ricerca di mutazioni in uno dei geni finora associati alla malattia di Parkinson. All’interno di questa coorte omogenea sono stati identificati due gruppi diversi in relazione al genotipo (pazienti portatori della mutazione GBA e pazienti non portatori di nessuna mutazione) e le caratteristiche non-motorie sono state confrontate nei due gruppi. Sono state pertanto indagati il sistema nervoso autonomo, mediante studio dei riflessi cardiovascolari e analisi dei sintomi disautonomici, e le funzioni cognitivo-comportamentali in pazienti affetti da malattia di Parkinson associata a mutazione del gene GBA. I risultati sono stati messi a confronto con il gruppo di controllo. Lo studio ha mostrato che i pazienti affetti da malattia di Parkinson associata a mutazione del gene GBA presentavano maggiore frequenza di disfunzioni ortosimpatiche, depressione, ansia, apatia, impulsività, oltre che di disturbi del controllo degli impulsi rispetto ai pazienti non portatori. In conclusione, i pazienti GBA positivi possono esprimere una sintomatologia non-motoria multidominio con sintomi autonomici, cognitivi e comportamentali in primo piano. Pertanto l’impostazione terapeutica in questi pazienti dovrebbe includere una accurata valutazione dei sintomi non-motori e un loro monitoraggio nel follow up clinico, allo scopo di ottimizzare i risultati e ridurre i rischi di complicazioni.