La ricerca è stata condotta nell’ambito del gruppo di lavoro ENIGMA (Enhancing NeuroImaging Genetics through Meta-Analysis) sulla riabilitazione post-ictus. Gli scienziati hanno analizzato le scansioni cerebrali di oltre 500 pazienti sopravvissuti a un ictus, raccolte in 34 centri di ricerca in otto paesi. Applicando modelli di apprendimento profondo addestrati su decine di migliaia di risonanze magnetiche, il team ha stimato l'”età cerebrale” di diverse regioni in ciascun emisfero e ha esaminato come l’ictus influisce sia sulla struttura che sul recupero.

“Abbiamo scoperto che gli ictus di maggiore entità accelerano l’invecchiamento nell’emisfero danneggiato, ma paradossalmente fanno apparire più giovane il lato opposto del cervello”, ha affermato Hosung Kim, PhD, professore associato di neurologia presso la Keck School of Medicine della USC e coautore senior dello studio. “Questo schema suggerisce che il cervello potrebbe riorganizzarsi, ringiovanendo essenzialmente le reti non danneggiate per compensare la perdita di funzionalità.”

L’intelligenza artificiale rivela i cambiamenti cerebrali successivi a un ictus.

Per condurre l’analisi, i ricercatori hanno utilizzato un tipo di intelligenza artificiale chiamato rete neurale convoluzionale su grafi. Questo sistema ha stimato l’età biologica di 18 regioni cerebrali basandosi sui dati della risonanza magnetica. Hanno poi confrontato l’età prevista con l’età reale di ciascun individuo, una misura nota come differenza tra età cerebrale ed età effettiva (brain-PAD), che funge da indicatore della salute cerebrale.

Quando queste misurazioni dell’età cerebrale sono state confrontate con i punteggi della funzione motoria, è emerso un modello chiaro. I pazienti sopravvissuti a un ictus con gravi deficit motori, anche dopo più di 6 mesi di riabilitazione, mostravano un’età cerebrale inferiore al previsto nelle regioni opposte al sito della lesione. Questo effetto era particolarmente marcato nella rete frontoparietale, che svolge un ruolo importante nella pianificazione del movimento, nell’attenzione e nella coordinazione.

“Questi risultati suggeriscono che, quando il danno causato da un ictus porta a una maggiore perdita di movimento, le regioni non danneggiate sul lato opposto del cervello potrebbero adattarsi per compensare”, ha spiegato Kim. “Abbiamo osservato questo fenomeno nella rete frontoparietale controlaterale, che ha mostrato un pattern più ‘giovanile’ ed è nota per supportare la pianificazione motoria, l’attenzione e la coordinazione. Piuttosto che indicare un pieno recupero del movimento, questo pattern potrebbe riflettere il tentativo del cervello di adattarsi quando il sistema motorio danneggiato non è più in grado di funzionare normalmente. Questo ci offre un nuovo modo di osservare la neuroplasticità che le tecniche di imaging tradizionali non potevano rilevare.”

I dati su larga scala rivelano schemi nascosti

Lo studio si è basato su ENIGMA, una collaborazione globale che combina dati provenienti da oltre 50 paesi per comprendere meglio il cervello in diverse condizioni. Standardizzando i dati di risonanza magnetica e le informazioni cliniche provenienti da numerosi gruppi di ricerca, il team ha creato il più grande set di dati di neuroimaging sull’ictus del suo genere.

“Aggregando i dati di centinaia di persone sopravvissute a un ictus in tutto il mondo e applicando un’intelligenza artificiale all’avanguardia, possiamo individuare sottili schemi di riorganizzazione cerebrale che sarebbero invisibili in studi più piccoli. Questi risultati sull’invecchiamento cerebrale differenziato a livello regionale nei pazienti con ictus cronico potrebbero in futuro guidare strategie di riabilitazione personalizzate”, ha affermato Arthur W. Toga, PhD, direttore dello Stevens INI e professore ordinario presso la USC.

Verso un recupero personalizzato dopo l’ictus.

I ricercatori intendono proseguire questo lavoro seguendo i pazienti nel tempo, dalle prime fasi successive a un ictus fino al recupero a lungo termine. Monitorare l’evoluzione dei processi di invecchiamento cerebrale e dei cambiamenti strutturali potrebbe aiutare i medici a personalizzare i trattamenti in base al percorso di recupero individuale, con l’obiettivo di migliorare i risultati e la qualità della vita.

Lo studio, intitolato “Previsione dell’età cerebrale regionale basata sulla risonanza magnetica tramite apprendimento profondo che rivela la neuroplasticità controlaterale associata a grave compromissione motoria nell’ictus cronico: uno studio ENIGMA a livello mondiale”, è stato finanziato dalla sovvenzione R01 NS115845 del National Institutes of Health (NIH) e supportato da collaboratori internazionali provenienti da istituzioni quali l’Università della British Columbia, la Monash University, la Emory University e l’Università di Oslo.