Asimmetrie cerebrali e propagazione della patologia neurodegenerativa. Una ricerca meta-analitica

Cerebral asymmetries, specifically the ones related to gray matter alterations, raise important issues regarding the pathological covariance between the hemispheres. Since the homotopic areas are usually the most functionally connected sites between hemispheres, and since gray matter coalterations partly depend on standard connectivity patterns, it is likely that this statistical relationship might be mirrored in interhemispheric coaltered areas that are anatomically homologue. In light of this, our paper aims at answering the following issues: 1) Is there a statistical relationship between the anatomical alterations of homologous areas caused by brain diseases? 2) Can the pathological covariance of homologous areas be influenced by brain connectivity patterns? 3) Is there a directionality in the probability of homologous areas to be coaltered? To answer these questions we used gray matter alteration data from the voxel-based morphometry database of BrainMap. These data were analysed so as to calculate a map showing the pathological homotopic anatomical covariance between homologous brain areas. This map was compared with the meta-analytic homotopic connectivity map obtained from task-based fMRI data, so as to have a meta-analytic connectivity modeling map between homologous areas. Finally, we applied an empirical Bayesian technique so as to determine a directional pathological covariance on the basis of the possible tendencies in the conditional probability of being coaltered of homologous brain areas. Our analysis provides evidence that 1) the hemispheric homologous areas appear to be anatomically coaltered; 2) This pathological covariance is similar to the pattern of brain connectivity exhibited by the couples of homologues; finally, 3) we have discovered that the probability to find alterations in the areas of the left hemisphere seems to be greater when their right homologous are also altered than vice versa, an intriguing asymmetry that deserves to be further investigated and explained.

Le asimmetrie cerebrali, in particolare quelle relative alle alterazioni della materia grigia, sollevano questioni importanti riguardanti la covarianza patologica tra gli emisferi. Poiché le aree omotopiche sono di solito i siti più funzionalmente connessi tra gli emisferi, e siccome le co-alterazioni della materia grigia dipendono in parte dai modelli di connettività standard, è probabile che questa relazione statistica possa essere rispecchiata in aree co-alterate anatomicamente omologhe nei due emisferi. Alla luce di ciò, questo lavoro mira a rispondere ai seguenti problemi: 1) Esiste una relazione statistica tra le alterazioni anatomiche delle aree omologhe causate da malattie cerebrali? 2) La covarianza patologica delle aree omologhe può essere influenzata dai modelli di connettività cerebrale? 3) Esiste una direzionalità nella probabilità che le aree omologhe vengano co-alterate? Per rispondere a queste domande abbiamo utilizzato i dati di alterazione della materia grigia dal database di Voxel Based Morphometry (VBM) di BrainMap. Questi dati sono stati analizzati in modo da costruire una mappa che mostra la covarianza patologica tra aree omologhe nel cervello. Questa mappa è stata successivamente confrontata con la mappa di connettività omotopica meta-analitica ottenuta da dati fMRI funzionali. In questo modo si è arrivati a ottenere una mappa di modellazione di connettività meta-analitica tra aree omologhe. Infine, abbiamo applicato una tecnica bayesiana empirica in modo da individuare una direzionalità delle alterazioni patologiche tra aree interemisferiche omologhe. I risultati supportano le seguenti ipostesi: 1) le aree cerebrali omologhe sono anatomicamente co-alterate dalla patologia; 2) Questa covarianza patologica è simile al modello di connettività cerebrale esibito dalle coppie di omologhi; 3) abbiamo scoperto che la probabilità di trovare alterazioni nelle aree dell'emisfero sinistro sembra essere maggiore quando l'area omologa di destra è anch'essa alterata e viceversa, un risultato senza dubbio importante che andrebbe ulteriormente studiato e approfondito.