Alpha oscillations index the functionality and the plastic changes of the visual system

Alpha oscillations are linked to visual awareness and to the periodical sampling of visual information, suggesting that alpha rhythm reflect an index of the functionality of the posterior cortices, and hence of the visual system. Therefore, the present work described a series of studies investigating alpha oscillations as a biomarker of the functionality and the plastic modifications of the visual system in response to lesions to the visual cortices or to external stimulations. The studies presented in chapter 5 and 6 showed that posterior lesions alter alpha oscillations in hemianopic patients, with reduced alpha reactivity at the eyes opening and decreased alpha functional connectivity, especially in right-lesioned hemianopics, with concurrent dysfunctions in the theta range, suggesting a specialization of the right hemisphere in orchestrating alpha oscillations and coordinating complex interplays among different brain rhythms. The study presented in chapter 7 investigated a mechanism of rhythmical attentional sampling of visual information in healthy participants, showing that perceptual performance is influenced by a rhythmical mechanism of attentional allocation, occurring at lower-alpha frequencies (i.e., 7 Hz), when a single spatial location is monitored, and at lower frequencies (i.e., 5 Hz), when attention is allocated to two spatial locations. Moreover, the right hemisphere seemed to have a dominance in this rhythmical attentional sampling, distributing attentional resources to the entire visual field. Finally, the study presented in chapter 8 showed that prolonged visual entrainment induce long-term modulations of resting-state alpha activity in healthy participants, suggesting that persistent modifications in the functionality of the visual system are possible. Altogheter, these findings show that functional processes and plastic changes of the visual system are reflected in alpha oscillatory patterns. Therefore, investigating and promoting alpha oscillations may contribute to the development of rehabilitative protocols to ameliorate the functionality of the visual system, in brain lesioned patients.

Comprendere come lo stato genetico di TP53 influenza la risposta al deficit indotto sul Complesso I mitocondriale come terapia anticancro

Il Complesso I (CI) mitocondriale è uno dei target metabolici più promettenti nelle terapie anti- cancro. In particolare, la metformina è un inibitore noto del CI, capace di inibire la crescita delle cellule tumorali, ma non di eradicare la patologia. Recentemente, l’associazione metformina ed ipoglicemia si è rivelata letale per i tumori, sebbene l’efficacia terapeutica del trattamento sinergico possa essere influenzata dall’accumulo di alterazioni genetiche nei più noti drivers della tumorigenesi. Abbiamo così investigato l’effetto dello stress metabolico indotto dalla restrizione di glucosio in un pannello di linee cellulari tumorali con un severo deficit sul CI e con un diverso stato genetico di TP53. Il deficit del CI associato alla carenza di glucosio inducono un abbattimento dei livelli di espressione della proteina p53 mutata, ma non della controparte wild-type. Il fenomeno biologico osservato non dipende né da un blocco trascrizionale, né dall’innesco di vie di degradazione intracellulare, come proteasoma ed autofagia. La scomparsa di p53 mutata, invece, sembra dipendere da un blocco generale della sintesi proteica, verosimilmente indotto dallo stress energetico e nutrizionale. Nella controparte p53 wild-type, invece, si osserva solo una parziale riduzione della sintesi proteica, suggerendo l’innesco di possibili vie di adattamento per compensare il danno sul CI. La carenza di amminoacidi è una caratteristica dei tumori solidi che potrebbe essere esacerbata in condizioni di deficit generali della catena respiratoria mitocondriale. In particolare, l’inibizione del CI causa auxotrofia da aspartato, metabolita limitante per la proliferazione, condizione che potrebbe generare il blocco della sintesi proteica osservato. L’incremento di espressione dei livelli del trasportatore aspartato/glutatammato mediata da p53 mutata compensa l’auxotrofia da aspartato, identificando un meccanismo di adattamento al deficit del CI. Dunque, i risultati ottenuti sottolineano l’importanza di implementare la terapia anti-complesso I nel cancro, poiché il diverso stato di p53 può alterare l’efficacia del trattamento.

Induction of Hebbian associative plasticity through paired non-invasive brain stimulation of premotor-motor areas to elucidate the network's functional role

The ventral premotor cortex (PMv) is believed to play a pivotal role in a multitude of visuomotor behaviors, such as sensory-guided goal-directed visuomotor transformations, arbitrary visuomotor mapping, and hyper-learnt visuomotor associations underlying automatic imitative tendencies. All these functions are likely carried out through the copious projections connecting PMv to the primary motor cortex (M1). Yet, causal evidence investigating the functional relevance of the PMv-M1 network remains elusive and scarce. In the studies reported in this thesis we addressed this issue using a transcranial magnetic stimulation (TMS) protocol called cortico-cortical paired associative stimulation (ccPAS), which relies on multisite stimulation to induce Hebbian spike-timing dependent plasticity (STDP) by repeatedly stimulating the pathway connecting two target areas to manipulate their connectivity. Firstly, we show that ccPAS protocols informed by both short- and long-latency PMv-M1 interactions effectively modulate connectivity between the two nodes. Then, by pre-activating the network to apply ccPAS in a state-dependent manner, we were able to selectively target specific functional visuo-motor pathways, demonstrating the relevance of PMv-M1 connectivity to arbitrary visuomotor mapping. Subsequently, we addressed the PMv-to-M1 role in automatic imitation, and demonstrated that its connectivity manipulation has a corresponding impact on automatic imitative tendencies. Finally, by combining dual-coil TMS connectivity assessments and ccPAS in young and elderly individuals, we traced effective connectivity of premotor-motor networks and tested their plasticity and relevance to manual dexterity and force in healthy ageing. Our findings provide unprecedent causal evidence of the functional role of the PMv-to-M1 network in young and elderly individuals. The studies presented in this thesis suggest that ccPAS can effectively modulate the strength of connectivity between targeted areas, and coherently manipulate a networks’ behavioral output. Results open new research prospects into the causal role of cortico-cortical connectivity, and provide necessary information to the development of clinical interventions based on connectivity manipulation.

Fattori che influenzano l'esame angio-TC del distretto addominale nel cane: una revisione sistematica

Lo scopo dell’AngioTC è quello di ottenere un’opacizzazione adeguata del comparto vascolare esaminato, sincronizzata all’acquisizione della scansione TC. La distribuzione del mezzo di contrasto (mdc) e l’opacizzazione dei distretti corporei, definita enhancement, è influenzata da diversi fattori: relativi al paziente, al mdc o allo scanner TC. In Medicina Veterinaria sono presenti pochi studi indirizzati a valutare l’influenza di diversi fattori sull’enhancement. La ricerca è stata condotta seguendo le linee guida PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews, 2020). Il database online di diversi motori di ricerca scientifici (Web of Science, PubMed, Scopus e CABAbstract) è stato esaminato mediante combinazione di diverse parole chiave. Sono stati individuati 20 studi che rispettavano i criteri di inclusione, inseriti nel corpo finale della revisione sistematica e raggruppati sulla base della categoria di appartenenza. Si è visto come la quantità di tessuto adiposo addominale sull’enhancement rappresenti un fattore che permette di ridurre la dose di mezzo di contrasto utilizzato, riducendo effetti avversi o tossicità sull’animale. Per quanto riguarda l’iniezione del mdc, un fattore in grado di influenzare maggiormente l’enhancement sembra essere la velocità di trasporto dello Iodio, piuttosto che la durata di iniezione, soprattutto a livello arterioso ed epatico. Con uno scanner lento o una durata di scansione lunga, è consigliato utilizzare una durata fissa di iniezione del mdc per l’acquisizione delle diverse fasi vascolari. Al contrario, con scanner più performanti la tecnica di bolus tracking garantisce una maggior qualità tra le varie fasi vascolari. È indicato, infine, eseguire un flush con soluzione fisiologica al termine della somministrazione di mdc per incrementare l’enhancement arterioso e ridurre la dose di mdc somministrata. Questa revisione sistematica mette in evidenza alcuni fattori e può fare da base per l’ulteriore approfondimento di alcuni di questi fattori o per la valutazione altri non ancora esaminati in Medicina Veterinaria.

Oscillatory mechanisms of conscious perception and attention

Although the prominent role of neural oscillations in perception and cognition has been continuously investigated, some critical questions remain unanswered. My PhD thesis was aimed at addressing some of them. First, can we dissociate oscillatory underpinnings of perceptual accuracy and subjective awareness? Current work would strongly suggest that this dissociation can be drawn. While the fluctuations in alpha-amplitude decide perceptual bias and metacognitive abilities, the speed of alpha activity (i.e., alpha-frequency) dictates sensory sampling, shaping perceptual accuracy. Second, how are these oscillatory mechanisms integrated during attention? The obtained results indicate that a top-down visuospatial mechanism modulates neural assemblies in visual areas via oscillatory re-alignment and coherence in the alpha/beta range within the fronto-parietal brain network. These perceptual predictions are reflected in the retinotopically distributed posterior alpha-amplitude, while perceptual accuracy is explained by the higher alpha-frequency at the to-be-attended location. Finally, sensory input, elaborated via fast gamma oscillations, is linked to specific phases of this slower activity via oscillatory nesting, enabling integration of the feedback-modulated oscillatory activity with sensory information. Third, how can we relate this oscillatory activity to other neural markers of behaviour (i.e., event-related potentials)? The obtained results favour the oscillatory model of ERP genesis, where alpha-frequency shapes the latency of early evoked-potentials, namely P1, with both neural indices being related to perceptual accuracy. On the other hand, alpha-amplitude dictates the amplitude of later P3 evoked-response, whereas both indices shape subjective awareness. Crucially, by combining different methodological approaches, including neurostimulation (TMS) and neuroimaging (EEG), current work identified these oscillatory-behavior links as causal and not just as co-occurring events. Current work aimed at ameliorating the use of the TMS-EEG approach by explaining inter-individual differences in the stimulation outcomes, which could be proven crucial in the way we design entrainment experiments and interpret the results in both research and clinical settings.

Impatto dell'uso dell'Edmonton Symptom Assessment System all'interno di un ambulatorio integrato di radioterapia e cure palliative sull'ottimizzazione della qualita di cura

I pazienti affetti da patologie oncologiche avanzate hanno un'esperienza di sintomi multipli spesso concomitanti tra loro. Lo scopo di questo progetto è quello di valutare come, nel contesto di un’ambulatorio integrato di Radioterapia e Cure Palliative (rep), sia possibile descrivere e quantificare i sintomi riportati dal paziente attraverso uno strumento di analisi convalidato, nello specifico l’Edmonton Symptom Assessment System (ESAS) al fine di costruire una proposta terapeutica ottimizzata per il singolo paziente. Da aprile 2016 ad aprile 2020, sono stati analizzati gli accessi al rep per un totale di 519 accessi, quindi abbiamo selezionato solo le visite dei pazienti che avevano completato totalmente lo strumento ESAS per la valutazione dei sintomi. La popolazione in studio era quindi composta da 212 pazienti, di questi 120 erano uomini, 92 erano donne, l'età media era di 72 anni, del totale il 36% era stato sottoposto a radioterapia. I principali risultati ottenuti dall'analisi dei dati relativi alla popolazione in studio sono stati i seguenti: 1) il 25% dei pazienti muore entro 2,2 mesi, il 60% entro 6 mesi; 2) la popolazione maschile ha un rischio di morte più elevato rispetto alla popolazione femminile; 3) Esiste una chiara differenza negli indici di correlazione tra la popolazione femminile e quella maschile 4) I principali sintomi correlati sono: dolore, mancanza di appetito, ansia, sonnolenza; 5) Il sintomo del dolore non è associato ad un aumento del rischio di morte, mentre la mancanza di appetito e sonnolenza sono associati ad un aumento del rischio di morte. In conclusione, i dati a nostra disposizione hanno dimostrato che un'analisi approfondita dei sintomi attraverso lo strumento ESAS è fattibile e necessaria portando informazioni fondamentali per una gestione ottimale del paziente, dandoci la possibilità di muoverci verso l'opportunità di trattamenti sempre più personalizzati e individualizzati in base alle caratteristiche dei singoli pazienti.