Appunti esame Valutazione del funzionamento cognitivo tramite neuroimaging

APPUNTI ESAME VALUTAZIONE DEL FUNZIONAMENTO COGNITIVO TRAMITE

NEUROIMAGING

PROF. VALERIO SANTANGELO

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PERUGIA CRISTIANA

La comprensione degli articoli scientifici è funzionale agli scopi del corso, al termine del quale si

assume il fatto che lo studente possa essere in grado di gestire queste informazioni, soprattutto

sulle neuroimmagini, inoltre, è funzionale alla stesura della tesi assieme al metodo Prisma, un

metodo che ci aiuta a condurre delle ricerche bibliografiche sistematiche.

Sistematiche nel senso che non bisogna “perdersi per strada” gli articoli rilevanti e quindi è un

modo che ci garantisce di includere tutti gli articoli importanti.

Per spiegare come leggere seriamente un articolo scientifico faremo riferimento ad un articolo

divulgativo pubblicato sulla rivista Science, in cui troviamo indicazioni di persone di livelli diversi:

ricercatori, dottorandi etc. che offrono la loro esperienza su come approcciarsi agli articoli

scientifici, vedremo quindi: la distinzione tra articoli empirici e articoli teorici, dove e come reperire

un articolo scientifico, ci chiederemo se è possibile valutare la qualità dell’articolo ancor prima di

leggerlo, parleremo quindi di: Impact Factor, indici bibliometrici e di “buon senso”, perché non è

detto che un articolo che compare su una rivista con un alto Impact Factor sia necessariamente

migliore di uno che compare su una rivista che ha un basso Impact Factor.

Faremo poi riferimento ad alcuni suggerimenti pratici che derivano proprio dall’articolo pubblicato

su Science i cui sono riportate diverse esperienze personali.

La prima cosa da fare è definire cos’è un articolo scientifico e quando un lavoro può essere detto

scientifico e quando invece è di natura divulgativa.

Proveremo a farlo mettendo a confronto due riviste: Science e Focus, la prima scientifica, la

seconda divulgativa.

L’articolo divulgativo ha una bibliografia molto ridotta, rispetto all’articolo scientifico, inoltre, manca

di “referaggio”, termine che deriva dall’inglese “referee”, ovvero arbitro, giudice.

L’arbitro o il giudice sono persone che hanno pubblicato altri articoli scientifici, in quell’ambito e su

quella rivista, e quindi valutano il lavoro dei colleghi, si tratta di una valutazione cosiddetta alla pari,

ovvero colleghi che valutano altri colleghi, possono esserci delle riviste divulgative che chiedono

questo rapporto, ma è molto raro.

Un articolo scientifico si distingue perché ha una sezione che sicuramente manca all’articolo

divulgativo, che è il metodo.

Il metodo è quello che di fatto contraddistingue un articolo scientifico, vengono indicati: il numero di

partecipanti, quanti maschi e quante femmine, età, se erano tipologie particolari di soggetti, ad

esempio, se presentavano deficit, in che modo è stato somministrato.

Nell’articolo scientifico è presente il metodo perché la cosa fondamentale dell’approccio scientifico

è la replicabilità: una cosa è scientifica all’interno del report, articolo, se ci sono le basi per

riprodurre il risultato che si trova.

L’articolo divulgativo, invece, riporta cose trovate in altri articoli, ma questo non vuol dire che la

divulgazione non è scientifica, non stiamo sostenendo che l’articolo scientifico è di serie A e

l’articolo divulgativo di serie B, hanno semplicemente obiettivi diversi.

Esistono tuttavia varie forme di articoli che magari non riportano un metodo, ma sono comunque

scientifici e non sono comunque divulgativi.

Mentre l’articolo divulgativo, pubblicato su Focus, mediamente viene letto da non esperti, ci sono

invece degli articoli dedicati ad esperti del settore in vari ambiti di conoscenza.

Da una parte troviamo l’articolo empirico vero e proprio, che ha un data-set, riporta dei dati e dei

risultati su dati che compaiono lì per la prima volta, poi abbiamo altre tipologie di articoli scientifici,

che riportano: data-set, dati partecipanti ed esperimento, ma in maniera meno rigorosa mettono

insieme i risultati ottenuti e pubblicati in articoli empirici precedenti, ovvero si tenta di mettere

insieme, di fare il punto teorico in una determinata materia e all’interno di questa branca di articoli

teorici possiamo distinguere: meta-analisi e revisione critica sistematica.

Nella meta-analisi prendo i risultati precedenti pubblicati in altri articoli cercando di metterli insieme

numericamente, tipicamente si fa una statistica che è basata sulla dimensione dell’effetto trovato

negli articoli empirici.

Abbiamo, ad esempio, reperito in letteratura 10 articoli empirici su studi empirici sull’effetto legato

alla memoria di pazienti affetti da Alzheimer, questi 10 studi avranno trovato un risultato e questo

risultato avrà una certa dimensione, nella meta-analisi si fa una statistica che deriva da questi

differenti effetti trovati nei 10 articoli di partenza, è quindi vero che in ultima analisi è una revisione

teorica, ma mette insieme anche qualcosa di numerico, è quindi possibile considerarla una via di

mezzo tra teorico ed empirico.

Ci possono poi essere delle revisioni teoriche dove non c’è una statistica e in questo caso, su quei

10 articoli di partenza si fa il punto teorico, ovvero: “un articolo dice questo, un altro articolo dice

questo”, e così via, alla fine si delinea un quadro privo di valore numerico.

In particolare, in un articolo empirico ci sono sezioni in cui è scritto: metodi, oppure materiali e

metodi, poi c’è la sezione partecipanti, procedura e delle immagini che mostrano il compito a cui il

soggetto è sottoposto e la pecularietà di un prodotto scientifico è la riproducibilità che si basa sui

data-set.

Meta-analisi e revisioni sistematiche pur essendo articoli scientifici mancano di data-set, ma non di

riproducibilità, perché nelle meta-analisi abbiamo le statistiche precedenti e le revisioni

sistematiche della letteratura si basano su metodi consolidati, come ad esempio il Prisma.

In questo caso la riproducibilità non è tanto sul singolo risultato, ma è sull’analisi della letteratura e

la metodologia è quella della ricerca bibliografica ed è un qualcosa legato al fatto che non mi stia

sfuggendo nessun articolo.

In sostanza io cerco di fare un punto su quell’ambito di ricerca, per fare questo punto devo

selezionare degli articoli pubblicati su quell’argomento e metodi come il Prisma ci consentono di

fare questo.

Quindi, anche qui ci sono dei passi che garantiscono la riproducibilità, perché se un autore

successivo vuole riprodurre uno stesso risultato, a parità di selezione degli stessi articoli, alla fine

potrà farlo, perché nell’articolo originale ci saranno i passi che hanno permesso di capire in che

modo sono stati selezionati quegli articoli.

Quindi, assenza di data-set non necessariamente implica assenza di riproducibilità.

Il data-set è un insieme di dati che raccolgo somministrando un determinato compito ad un insieme

di soggetti, tipicamente negli articoli scientifici: quanti soggetti ho reclutato per fare l’esperimento,

che esperimento ho fatto, quindi ho somministrato degli stimoli e ho misurato delle variabili,

possono essere, ad esempio, tempi di reazione, accuratezza delle risposte al compito o dati di

neuroimaging.

Alla fine questi dati che ho raccolto sono i data-set, ovvero l’insieme di dati che utilizzerò per

arrivare al mio risultato principale.

Una meta-analisi è appunto un analisi della letteratura di tipo quantitativo in cui io cerco di stabilire

qual è l’effetto medio che quel tipo di compito tipicamente comporta.

La potenza degli articoli di meta-analisi si basa sul fatto che io dispongo di una grossa mole di dati:

se ad esempio trovo 10 articoli per fare una meta analisi, ogni articolo avrà al suo interno un

gruppo di 15/20 soggetti e sulla meta-analisi io scrivo che il risultato non deriva da 15/20 soggetti

come ha fatto l’articolo1, l’articolo 2 e così via, ma da 200 soggetti, perché vado a sommare tutti i

soggetti di tutti gli articoli che io trovo su quell’argomento, è quindi anche un metodo che a livello

statistico ci da molta affidabilità per poter dire l’effetto c’è, l’effetto con c’è, eccetera.

Il metodo Prisma lo riconosciamo perché usa un diagramma, i dati in questo caso sono degli

articoli scientifici pubblicati su quell’argomento, quindi per l’identificazione si deve partire

dall’inserimento di parole chiave all’interno di un database, che può essere: Scholar o Pubmed.

Inserisco delle parole chiave e trovo quanto articoli contengono al loro interno quelle parole chiave

e a questo punto si fa uno screening per vedere quanti di questi articoli possono essere esclusi

perché anche se contengono quelle parole chiave trattano argomenti completamente diversi.

Questo è un processo che, di fatto, continua, il terzo passo fa riferimento all’eligibility, quali sono

quegli articoli che effettivamente riguardano quell’argomento e si inizia a scremare molto, da 2.800

articoli si può arrivare a 162, facendo vari passaggi inizialmente ci si basa solo sull’abstract, poi è

necessario cominciare a leggere il testo, chiaramente più faccio un analisi in profondità più mi

porta via tempo, ma inizio sempre di più a scremare, si arriva infine ad un numero finale,

tipicamente vengono riportate le ragioni dell’esclusione e l’anno di conclusione: “questa ricerca è

stata conclusa il…”

Tornando alle meta-analisi come già detto alla fine avremo un nuovo dato empirico.

La forza di questo tipo di studi è quella di accorpare moltissimi dati, la precisione della nostra

misura dipende effettivamente dal numero totale di misure che siamo in grado di fare, altro punto

di forza è l’inclusione di una serie di statistiche che mostrano qual è la dimensione dell’effetto.

La meta-analisi è una via di mezzo, è teorica, ma anche empirica e questo vuol dire che è un

approccio molto utile se voglio diventare presto competente di una materia che non conosco,

perché, di fatto leggendo un solo articolo ho un panorama molto ampio su cui poter fare il punto di

tutto.

Spesso le meta-analisi vengono commissionate ad autori noti dalle riviste, sarebbe ottimale

utilizzare sempre il metodo Prisma, ovvero prima vedo di trovare tutti gli articoli disponibili

seguendo il metodo Prisma e poi su questi risultati farci la meta-analisi, in questo caso si parla di

sistematic meta analysis review.

Un particolare tipo di meta-analisi è la Ale meta-analysis, Ale è l’acronimo di “activation likelihood

estimation” vuol dire che si selezionano gli articoli di neuroimaging che hanno studiato un certo

aspetto, un determinato quesito di ricerca, questa Ale meta analysis mette insieme le coordinate di

attivazione trovate in ogni singolo articolo empirico.

Poniamo, ad esempio, di avere 20 articoli che hanno affrontato il problema del deficit di memoria

nell’Alzheimer, l’articolo 1 trova che questo deficit è nella regione para ippocampale con coordinate

X;Y;Z (ci sono dei numeri precisi che indicano le sede della lesione), l’articolo 2 ci dice invece che

non è quella area e così via, la Ale meta analysis alla fine prende tutti questi dati e sommando

insieme 17/20 lavori (il minimo è 17 lavori) ci dice qual è l’attivazione più probabile, questo tipo di

analisi permette di fare ottime tesi di laurea.

Ci sono diversi software che si possono utilizzare per condurre una Ale meta analysis e il risultato

che otterrò saranno delle attivazioni medie.

Per ottenere la pubblicazione di una Ale meta analysis occorre individuare che non sia già stata

fatta di recente nello stesso ambito.

Uno dei motori più famosi per reperire articoli scientifici è Pubmed, funziona come Google, ma

contiene articoli scientifici, digito quindi una parola chiave e il motore mi fornisce tutti gli articoli che

contengono quella parola chiave o nel titolo o nell’abstract, ho anche la possibilità di andare nelle

specifiche avanzate posso chiedere di cercare la parola chiave in tutto l’articolo, ma può essere

troppo, tipicamente infatti ci si ferma a titolo e abstract.

Se, ad esempio, volessi fare una ricerca sulla memoria mettendo come parola chiave “memory”

uscirebbero moltissimi articoli e la ricerca non sarebbe utile, mettendo invece “short-term

memory”, memoria a breve termine i risultati si restringono.

L’uso delle virgolette fa in modo che, come su Google quelle parole devono essere presenti in

quella sequenza.

Per restringere ancora metto: “short-term memory” e fuori dalle virgolette metto Fmri, ovvero quello

che sarà l’oggetto principale, questo dovrebbe fornirmi articoli che hanno studiato la memoria di

lavoro non solo da un punto di vista comportamentale, ma in modo specifico i meccanismi

cerebrali.

Aggiungendo altri criteri restringo sempre di più la ricerca, posso anche selezionare sulle tendine a

sinistra, ad esempio, “review” e quindi non farmi restituire articoli scientifici, ma revisioni della

letteratura su questo stesso argomento e restringere ancora di più la ricerca.

Chiaramente le revisioni della letteratura sono molte meno rispetto agli articoli teorici.

La ricerca bibliografica la posso definire buona se arrivo a varie decine di articoli, con varie

centinaia perderei troppo tempo, quando ne ho un numero tra i 30 e i 60 posso cominciare a

scorrere titoli e abstract.

Una volta trovai gli articoli che mi interessano devo procurarmi il full-text e lo posso fare

collegandomi alla rete di Ateneo (Forticlient) e cliccare sul DOI, un identificativo che è anche un

link che mi porta alla pagina web su cui è pubblicato l’articolo, che tipicamente è quella dell’editore,

altrimenti posso provare a digitare su Google il titolo dell’articolo tra virgolette e fuori dalle

virgolette PDF, inoltre, ci sono dei portali, uno dei quali è Researchgate una sorta di Fb volto alla

ricerca, in cui è possibile creare un account ed entrare a far parte della community, dove è

possibile trovare l’articolo caricato dagli autori.

Se non riesco a trovare l’articolo posso usare il tasto “Request Full Text” che vuol dire che arriva

una mail all’autore che girerà l’articolo direttamente nel portale.

In linea generale le riviste scientifiche funzionano in base ad un sistema legato al numero di

citazioni, le riviste tanto sono più importanti, quanto effettivamente impattano sulla comunità

scientifica, da qui il concetto di Impact Factor che è un indice sintetico che misura il numero medio

di citazioni ricevute in un particolare anno da articoli pubblicati da una determinata rivista

scientifica.

Esiste anche il “Five years impact factor” che va a misurare un lasso di tempo più consistente.

Per trovare l’impact factor basta digitare su Google il nome della rivista e impact factor e appare

sui risultati, oppure andare sul sito della rivista e nella prima pagina dove sono gli indici

bibliometrici si può trovare l’impact factor.

L’Impact Factor è un indice molto importante ed è anche direttamente proporzionale al Rejection

Index, ovvero alla probabilità di rifiuto dell’articolo da parte della rivista.

Una rivista con un Impact Factor molto alto riceverà molte richieste di pubblicazioni, ma ogni rivista

può pubblicare solo un Tot. di articoli l’anno, quindi ne rifiuterà molti.

Ad esempio, Science ha un Rejection Index intorno al 95%, su 100 articoli ne approva 5.

Nonostante sia un indice importante, è bene sottolineare che l’Impact Factor, non è di per sé un

indice assoluto di qualità, misura l’impatto medio della rivista, alla fine ci vuole buon senso.

Non è detto che un articolo pubblicato su una rivista con meno Impact Factor di Science sia meno

buono.

Su Science pubblicano tutte le branche del sapere è quindi molto citata perché coinvolge diversi

settori di ricerca, una rivista più settoriale avrà inevitabilmente meno citazioni.

Le neuroimmagini sono un insieme di tecniche che consentono di creare immagini del sistema

nervoso centrale.

Le tecniche anatomiche vengono usate su tutte le parti del corpo, mentre e tecniche funzionali ha

senso utilizzarle solo in quelle parti del corpo che mostrano attività dinamica nel corso del tempo,

come ad esempio, il cervello.

Tra le tecniche anatomiche, troviamo:

- La radiografia convenzionale, la cosiddetta lastra che ci consente, ad esempio, di vedere

se ci sono lesioni alle ossa o di diagnosticare una polmonite.

- La tomografia assiale computerizzata (TAC), molto usata nel sistema sanitario nazionale,

consente la visualizzazione anatomica del corpo umano, ma sempre più spesso viene

soppiantata dalla risonanza magnetica (MR).

- La risonanza magnetica (MR), è migliore rispetto alla TAC in termini di risoluzione spaziale,

che in estrema sintesi si riferisce al grado di accuratezza con cui riesco a visualizzare i

tessuti del corpo umano, confrontando due sezioni del cervello vedremo che con la TAC

abbiamo un’idea vaga di quello che c’è in quella sezione, mentre con la MR abbiamo una

risoluzione maggiore e possiamo distinguere in maniera dettagliata le varie strutture

anatomiche del cervello: solchi, giri e così via.

Ci sono poi le tecniche funzionali e durante il corso ci focalizzeremo su:

- Risonanza magnetica funzionale (Fmri)

- Tomografia a emissione di positroni (PET)

- Tomografia a emissione di fotone singolo (Spect)

Queste sono le tecniche maggiormente usate e rispetto alla risonanza magnetica sono più

invasive, per questo laddove possibile si pre