I potenziali evento correlati (ERP) sono modificazioni dell'attività neuro-elettrica del cervello causate dalla somministrazione di uno stimolo esterno e rilevate mediante EEG. Tra i diversi ERP, la P300, deflessione positiva registrata intorno ai 300 ms dalla presentazione dello stimolo di interesse, è una delle risposte evocate più studiate in quanto indicatore della funzionalità dei processi cognitivi di base. Tale risposta evocata non gode di un elevato rapporto segnale-rumore rispetto all'attività elettrica di fondo. Pertanto si richiede la necessità di somministrare diverse ripetizioni dello stimolo di interesse e poi operare una media sincronizzata delle risposte evocate, al fine di aumentarne il rapporto segnale-rumore. La media sincronizzata si fonda sull'ipotesi forte di stazionarietà (identica morfologia e latenza) delle risposte evocate nelle diverse osservazioni. Tale ipotesi è difficile da verificare soprattutto in pazienti con
disturbi cognitivi gravi quali i pazienti con Disordine di Coscienza (DOC), che presentano un forte jitter nella latenza della P300. In presenza di tale jitter, la media sincronizzata perde di accuratezza e porta a mascherare l'esistenza del potenziale. Inoltre il jitter preclude la possibilità di applicare altre metodiche tempo-varianti di elaborazione del segnale, quali la stima della connettività, che permetterebbero di descrivere i meccanismi di generazione (reti funzionali cerebrali) alla base della P300. Nel presente progetto,
l'obiettivo è di sviluppare un toolbox per l'analisi dei potenziali evento correlati in presenza di variabilità inter-trial (jitter) da impiegare nel rilevamento del picco P300 e nella caratterizzazione dei circuiti cerebrali che lo generano a partire da registrazioni EEG. Tale toolbox si baserà sull'integrazione di metodiche di elaborazione del segnale quali la trasformata wavelet e il filtro di Woody e tecniche
di stima della connettività quali la Partial Directed Coherence adattativa.
Il successo nella creazione di un toolbox per l'analisi dei potenziali evento correlati in presenza di jitter può avere grande impatto nei seguenti ambiti:
1 . Conoscenza sui meccanismi neurofisiologici di generazione della P300
Il toolbox proposto nel presente proposal permetterà per la prima volta di applicare le metodiche di connettività tempo-variante a segnali acquisiti durante risposte evocate da stimoli di interesse. La stringente ipotesi di stazionarietà delle risposte evocate nelle diverse osservazioni, requisito indispensabile per realizzare la stima di connettività, ne precludeva infatti il loro impiego. Il superamento di tale limite permetterà di fornire una descrizione dei meccanismi cerebrali che sottendono la P300 in termini di relazioni funzionali tra
le diverse aree cerebrali, a partire da segnali EEG di scalpo. L'applicazione del toolbox a un gruppo di pazienti DOC, seppur limitato, fornirà le prime indicazioni su come le proprietà delle reti cerebrali cambiano nel caso di patologie nella generazione di tali potenziali.
2. Supporto alla diagnosi dei livello di incoscienza nei pazienti DOC
Negli ultimi anni i potenziali evento-correlati e in particolare la P300 sono stati studiati come supporto alla diagnosi e alla prognosi dei pazienti con disturbo di coscienza. Sono state individuate riduzioni di ampiezza e aumento di latenza nella P300 in pazienti con livello di coscienza più basso. Inoltre, la presenza o meno della P300 al momento del ricovero di tali pazienti è stata messa in relazione all'esito del trattamento riabilitativo a cui sono sottoposti questi pazienti. L'impiego dell'algoritmo della riduzione del jitter aumenterà l'accuratezza e la sensibilità di questo approccio diagnostico basato sulla morfologia e latenza della P300. Permetterà infatti di discriminare quando le variazioni in ampiezza e latenza del potenziale sono imputabili al jitter e quindi al metodo di analisi o quando realmente possono essere associate ad un mancato processamento dello stimolo di interesse.
3. Generalizzazione degli avanzamenti metodologici
Il toolbox prodotto nell'ambito di questo progetto potrà essere impiegato per il rilevamento di altri potenziali cognitivi come l'N400 e la P600. Costituirà inoltre un passo preliminare a qualunque analisi tempo-variante si voglia condurre su questi dati che richiede l'allineamento temporale delle risposte evocate nelle diverse osservazioni.