Azioni semplici e quotidiane quali la prensione di oggetti possono risultare complesse in pazienti con Morbo di Parkinson (PD, Parkinson Disease). Alcuni studi sostengono che, oltre ai noti sintomi motori, le alterazioni a carico del sistema dopaminergico caratterizzanti il PD determinano anche deficit a livello dei sistemi di monitoraggio della performance e detezione dell'errore (Farooqui et al., 2011). In soggetti sani, l'attuale conoscenza dei meccanismi legati all'errore indica che sia l'esecuzione che l'osservazione di movimenti erronei elicita segnali elettro-corticali specifici, tra cui un incremento di potenza delle oscillazioni in theta (Cohen et al., 2011) e una negatività precoce nei potenziali evento-relati (Ullsperger et al., 2014). Analogamente, tali segnali vengono elicitati anche durante l'osservazione di azioni errate in ambienti virtuali, come è stato recentemente dimostrato da uno studio presso il nostro laboratorio di ricerca (Pavone et al., 2016).
Lo scopo del presente progetto è investigare l'attività corticale in pazienti con PD durante l'osservazione di azioni motorie in un ambiente di realtà virtuale (VR). Mediante l'utilizzo dell'Head Mounted Display i partecipanti osserveranno passivamente il movimento di prensione di un bicchiere compiuto dalle braccia virtuali di un avatar posizionato in prima prospettiva, che eseguirà le azioni in modo corretto o scorretto. L'induzione del senso di embodiment, ovvero la sensazione di possedere il corpo virtuale e generare le azioni, permette di elicitare i segnali corticali di errore simulando la sensazione che a compiere l'azione sia il proprio braccio (Pavone et al., 2016).
Tale progetto permetterà una migliore comprensione dei meccanismi di monitoraggio della performance in pazienti con alterazioni al sistema dopaminergico. Inoltre si potrà valutare l'impatto della realtà virtuale come strumento innovativo di valutazione e intervento riabilitativo.
Il presente studio investiga cambiamenti delle componenti legate all'errore in pazienti con morbo di Parkinson e tali cambiamenti vengono investigati sia a livello neurofisiologico (analisi EEG) sia a livello neuroanatomico (analisi VBM) avvalendosi della moderna tecnologia virtuale per ricreare ambienti altamente ecologici.
Esistono vari punti di innovatività del progetto proposto, che si propone in modo competitivo nel panorama scientifico attuale.
Il primo è rappresentato dall'utilizzo della realtà virtuale per lo studio di processi cognitivi legati a performance motorie. Tale tecnologia permette di ricreare setting sperimentali 3D interattivi, apportando un avanzamento notevole rispetto agli studi 2D computer-based, pur mantenendo una precisa adattabilità sperimentale. La tecnica dell'osservazione di azioni motorie, così come la tecnica dell'immaginazione del movimento stanno difatti iniziando ad acquisire spazio nel contesto riabilitativo (Heremans et al., 2011; Avanzino et al., 2013). L'osservazione di movimenti quotidiani mediante video-terapia ha recentemente riscontrato effetti positivi nella riabilitazione da deficit motori (Ertelt et al., 2012). Mediante la VR e l'induzione dell'illusione che a compiere il movimento sia il proprio braccio ci aspettiamo risultati ancora più promettenti e utilizzabili nell'ambito della neuro-riabilitazione motoria (Pavone et al.,2016).
In particolare l'avvalersi della VR si prospetta come un mezzo eccellente e innovativo per lo studio dei pazienti PD. Tali pazienti mostrano difatti un forte rallentamento motorio, accompagnato da vari deficit visuomotori e una discrepanza tra lo sviluppo del piano motorio e l'effettiva messa in atto, a causa del tremore e del rallentamento psicomotorio. Mediante la tecnica di osservazione senza esecuzione e la contemporanea registrazione EEG è possibile monitorare l'attività corticale dei pazienti, a prescindere dalla messa in atto del movimento.
Dal punto di vista neurofisiologico, esistono ragioni teoriche e pragmatiche che motivano l'utilizzo di analisi avanzate. Da un punto di vista teorico l'attività oscillatoria (rispetto alle analisi basate sul dominio temporale, come Event-related Potentials o Event-related Fields) sembra essere maggiormente correlata e integrabile con le misurazioni ottenute tramite altre tecniche e inoltre permette di ottenere un quadro più informativo dell'attività corticale sottostante. Con le analisi ERP difatti una quantità considerevole di informazioni potrebbe andare persa durante l'avaraging dei trial, mentre mediante lo studio dell'attività oscillatoria possiamo catturare anche dati non phase-locked all'evento (Cohen, 2011) e quindi più informativi in soggetti di età avanzata. Inoltre è stato proposto che la ERN sia generata da un aumento della potenza in Theta o meglio dal phase resetting delle oscillazioni EEG nella frequenza theta (Yeung et al., 2006) durante la detezione di un errore. Allo stato d'arte pochi studi EEG hanno indagato la capacità di monitoraggio dell'errore nei PD mediante analisi oscillatorie (Schmiedt-Fehra et al., 2006). Come citato nell'introduzione, le dinamiche oscillatorie nella banda theta in parte sottintendono un meccanismo di comunicazione tra networks coinvolti nel monitoraggio dell'azione e nel controllo cognitivo. Lo studio sugli stessi pazienti testati nella fase di Dopa-ON e -OFF permette di chiarire l'influenza della somministrazione di farmaci sul sistema dopaminergico del Parkinson e le ripercussioni sui circuiti neurali (Willemssen et al., 2011).
In combinazione ai dati neurofisiologici, lo studio della volumetria cerebrale tramite VBM permetterà di chiarire il meccanismo di processamento dell'errore in pazienti con deficit al sistema dopaminergico, gettando luce anche sulle basi neuroanatomiche e funzionali del processo stesso. Tale tecnica individua cambiamenti nelle strutture cerebrali (Mechelli et al., 2005), permettendo così di localizzare la zona e relazionarla alle modulazioni elettro-corticali e oscillatorie. Simile studio è stato condotto nella patologia di Huntington, ma non ancora sul morbo di Parkinson (Beste et al., 2008).
La combinazione di tale tecnologia con la tecnica EEG permetterà di studiare il fenomeno dell'osservazione di azioni motorie errate nei pazienti PD sia a livello neurofisiologico-strutturale/oggettivo che a livello soggettivo. Non di minor importanza inoltre tali dati ci permetteranno di chiarire il ruolo della realtà virtuale e la possibilità di un suo utilizzo sia per la ricerca di base che per l'applicazione in ambito di diagnosi e intervento riabilitativo, per esempio la modulazione delle oscillazioni tramite tecniche di neurostimolazione (tDCS/TMS).
Lo ricerca sarà svolto presso il laboratorio di Neuroscienze Sociali e Cognitive, situato presso il Dipartimento di Psicologia della Sapienza, affiliato con l'I.R.C.C.S. Fondazione Santa Lucia presso cui avverrà il reclutamento dei pazienti.