Training cognitivo e demenza di Alzheimer: dati sulla plasticità cerebrale in patologie neurodegenerative

The objective of this thesis is to study the behavioural and brain changes in patients with Alzheimer’s disease (AD) following non-pharmacological treatments. The aim of the studies was to identify useful interventions to slow down the progressive cognitive decline of the disease by observing changes in cognitive functions, mood and functional abilities. In addition we analysed the changes in brain networks. Three studies were carried out with patients with mild to moderate AD, analysing different interventions and using different assessment. 1. In the first study the effectiveness of a one-year cognitive training (CT) on cognitive performance, functional abilities and emotional level has been evaluated. Results showed that repeated cycles of CT in AD patients treated with cholinesterase inhibitors were associated with autonomy in daily life and with benefits on performance tests involving mainly executive functions. These results were compared with performances of patients who did general exercise in a Day Centre. 2. In the second study changes in brain networks were also analysed, using Event- Related Potentials (ERPs), after a cycle of CT with repetition of a cognitive task. Data suggested that after repetition of a cognitive exercise there was change of strategy related to the task execution, as well as plastic re-reorganisations of cerebral networks. This functional adjustment probably arises from compensatory cognitive strategies that activated cortical networks spared by the neurodegenerative progression, especially language networks. 3. In the third study, one cycle of CT was combined with one cycle of exercise and physical activity, increasing the period of stimulation from two to four hours a day. In this case there was no evidence of a specific task strategy for implementation of the cognitive task trained every day, but there was an equally distributed pattern of activation in anterior and posterior regions, without any kind of plastic reorganisation due to the use of functional strategies for the performance of the task itself. Unlike the second study, the control task (not trained every day) showed a significant redistribution of cortical areas from the posterior (before training) to the anterior (after training) areas. This greater involvement of frontal areas was confirmed by the neuropsychological data that showed an improvement on performance tests involving mainly executive functions. Moreover, mood, perceived well-being and quality of life improves, as well as gait. The analysis of the automatic components of language showed, in both studies 2 and 3, a plastic potentiating effect indicating how learning, resulting from training conducted in an ecological context, is detectable by the technique of ERPs in AD patients. Therefore it is still possible for patients with a neurodegenerative disease to have plastic phenomena of enhancement of neural networks in linguistic areas. These studies allowed us to verify the effectiveness of CT for patients with mild to moderate AD, showing the maintenance of cognitive performance and functional activities after one year, and also cortical changes in still operating networks.

L’argomento della presente attività di ricerca è stato lo studio delle modificazioni comportamentali e cerebrali in pazienti con deterioramento cognitivo di tipo Alzheimer (AD) in seguito a trattamenti non-farmacologici. Obiettivo dei diversi studi è stato quello di identificare interventi utili al rallentamento della patologia osservando le modificazioni cognitive, emotive, e funzionali. Inoltre, a livello elettrofisiologico, sono state analizzate le modificazioni dei network cerebrali. Sono stati condotti tre studi con pazienti con AD probabile di grado lieve-moderato con i quali si sono sperimentati diversi interventi aumentando e modificando progressivamente il tipo di stimolazione e le analisi effettuate. Nel primo studio si è valutata l’efficacia di cicli di training cognitivo (CT) svolti nell’arco di un anno sulla performance cognitiva e a livello emotivo e funzionale. I risultati hanno mostrato che cicli intensivi di CT, in associazione al trattamento farmacologico, permettono di migliorare la prestazione ai test che coinvolgono principalmente le funzioni esecutive di controllo, e di non perdere l’autonomia nel quotidiano. Questi risultati sono stati confrontati con pazienti che hanno svolto attività più generali e meno specifiche frequentando un Centro Diurno. Nel secondo studio sono state analizzate anche le modificazioni dei network cerebrali, utilizzando indici elettrofisiologici quali i potenziali evento-relati (ERP), dopo un ciclo di CT all’interno del quale un compito cognitivo è stato intensivamente esercitato. I dati ottenuti suggeriscono come dopo l’esercitazione di un compito cognitivo ci sia stato un apprendimento e un cambiamento delle strategie legate all’esecuzione del compito stesso, che si riflette nei cambiamenti d’attivazione corticale ottenuti al post-training, segnalando una riorganizzazione plastica dei network corticali ancora funzionanti. La maggior attivazione registrata durante il compito riproposto per tutta la durata del training a livello dei siti anteriori sinistri può essere, infatti, interpretata come un meccanismo strategico compensatorio che attiva le reti linguistiche per sopperire alla compromissione della memoria. Nel terzo studio l’intervento ha incluso CT associato a esercizi e attività fisica, aumentando la stimolazione da due a quattro ore al giorno. In questo caso non si è evidenziata una strategia compito-specifica per l’esecuzione del compito proposto, ma un pattern d’attivazione ugualmente distribuito alle regioni anteriori e posteriori, senza fenomeni di riorganizzazione plastica dovuti all’utilizzo di strategie funzionali allo svolgimento del compito stesso. A differenza del secondo studio, in questo terzo studio, il compito di controllo (non esercitato) ha mostrato la maggiore modulazione tra prima e dopo il training. In questo caso, infatti, si è osservata una significativa ridistribuzione dell’attivazione corticale dalle aree posteriori (prima del training) a quelle anteriori (dopo il training). Questo maggior coinvolgimento delle aree frontali è stato confermato ai dati neuropsicologici che hanno evidenziato un miglioramento alla performance dei test che elicitano le funzioni esecutive di controllo. Inoltre l’umore, il benessere percepito e la qualità di vita migliorano, così come anche l’andatura. Per quanto riguarda l’analisi delle componenti automatiche del linguaggio emerge chiaramente, in entrambi gli studi 2 e 3, un marcato effetto di potenziamento plastico che ha mostrato come fenomeni di apprendimento, conseguenti ad un training intensivo condotto in un contesto ecologico, siano individuabili mediante la tecnica dei potenziali evocati anche in pazienti con AD. Sono quindi ancora possibili, per questi pazienti con una patologia neurodegenerativa, fenomeni plastici di potenziamento delle reti neurali in aree fondamentali per il linguaggio. Questi studi hanno permesso di verificare l’efficacia di CT per pazienti in fase lieve-moderata evidenziando non solo un mantenimento del quadro cognitivo e funzionale a distanza di tempo, ma anche modificazioni di network cerebrali ancora funzionanti.