1° PEAK (± 2 DS) 2° PEAK (± 2 DS) PEAK VALUE (± 2 DS)
COERENZA Right pre-SMA versus left M1:
laparoscopia 0.46 ± 0.08 0.51 ± 0.12 0.48 ± 0.1
chirurgia robotica 0.65 ± 0.04 0.64 ± 0.09 0.65 ± 0.07
Right pre-SMA versus left S1:
laparoscopia 0.49 ± 0.1 0.45 ± 0.12 0.48 ± 0.11
chirurgia robotica 0.71 ± 0.11 0.65 ± 0.08 0.68 ± 0.1
Valori assoluti della funzione coerenza espressi per il primo ed il secondo picco e loro valore medio al confronto interlato fra l’area pre-motoria supplementare di un lato e l’area motoria primaria (in alto) e l’area somatosensoriale primaria (in basso) del lato opposto. Si notino, al contrario di quanto emerso al confronto ipsilaterale, i valori significativamente più elevati della funzione coerenza nelle registrazioni in chirurgia robotica.
31 CONFRONTO INTERLATO
PEAK VALUE (± 2 DS) P VALUE
COERENZA Right pre-SMA versus left M1:
laparoscopia 0.48 ± 0.1 P<0,01**
chirurgia robotica 0.65 ± 0.07 P<0,01**
Right pre-SMA versus left S1:
laparoscopia 0.48 ± 0.11 P<0,01**
chirurgia robotica 0.68 ± 0.1 P<0,01**
Tabella 4.
Figura 2. A -Valore assoluto della funzione coerenza nella prova in laparoscopia (in alto) e nella registrazione durante l’esecuzione della procedura in chirurgia robotica (grafici in basso), nello stesso soggetto al confronto interlato: l’area pre-motoria supplementare di un lato è stata confrontata con le aree motoria e somatosensoriale primarie del lato opposto. Si noti l’aumento dei valori in tutti i casi, nelle prove in chirurgia robotica rispetto alle condizioni in laparoscopia, esattamente all’opposto di quanto avviene al confronto fra aree corticali ipsilaterali
32 Se andiamo ad analizzare le mappe di frequenza allo scalpo nello stesso soggetto mentre veniva eseguito il task per via laparoscopia e mentre eseguiva la stesso compito motorio in chirurgia robotica abbiamo una rappresentazione grafica più evidente di tutto quello che fino ad ora abbiamo detto (Figura 3). Le frequenze cerebrali più rappresentate nella robotica sono quelle di banda alfa e beta sulle regioni posteriori e temporocentrali, a maggior frequenza ed a breve latenza tipiche di un minore affaticamento neuronale, mentre nella laparoscopia sono maggiormente rappresentate le frequenze theta e delta, a minor frequenza ed a maggior latenza confermando un maggiore affaticamento neuronale. Tutti questi risultati vengono mostrati nella tabella ad istogrammi riassuntiva a seguito (Figura 4).
Figura 3. Esempi di mappe di frequenza nello stesso soggetto, mentre eseguiva il task in chirurgia laparoscopica (A, in alto) e mentre eseguiva lo stesso compito motorio con l’ausilio del robot (B, immagini in basso). Meritevole di nota è la maggiore rappresentazione delle frequenze di banda alfa e beta sulle regioni posteriori e temporo-centrali nel secondo caso.
33 Figura 4. Rappresentazione grafica dei dati riportati nelle tabelle precedenti. In alto gli istogrammi mostrano i valori assoluti di coerenza fra le varie aree per il confronto ispilaterale; le colonne grigie scure rappresentano i valori ottenuti dalle
registrazioni in chirurgia laparoscopica, quelle più chiare i valori ottenuti durante l’esecuzione del task motorio con l’ausilio del robot (M1 = area motoria primaria; S1 = area somatosensoriale primaria; V1 = area visiva primaria; SMA = area supplementare motoria; Pre-SMA = area pre-supplementare motoria). In basso, invece (B) è riportato espresso in Hz il valore di frequenza temporale dei due picchi principali ai quali si raggiunge il massimo valore assoluto della funzione coerenza: si noti come nelle acquisizioni in chirurgia robotica siano maggiormente rappresentate le frequenze rapide ed ultrarapide di banda alfa e beta (* p<0.05; **p<0.01).
34 Figura 5. Coerenza interemisferica. In alto (A) gli istogrammi mostrano i valori assoluti di coerenza fra le varie aree per il confronto fra aree non omologhe controlaterali (M1 = area motoria primaria; S1 = area somatosensoriale primaria; Pre-SMA = area pre-supplementare motoria); le colonne grigie scure rappresentano i valori ottenuti dalle registrazioni in chirurgia
laparoscopica, quelle più chiare i valori ottenuti durante l’esecuzione del task motorio con l’ausilio del robot. In basso (B) è riportato espresso in Hz il valore medio di frequenza temporale dei due picchi principali ai quali si raggiunge il massimo valore
assoluto della funzione coerenza. Al contrario di quanto emerso al confronto ipsilaterale, i valori assoluti di coerenza EEG sono
35 CONCLUSIONI
Nel presente studio sono state evidenziate importanti differenze nei valori di coerenza EEG tra i due gruppi (laparoscopico vs robotico) per quel che riguarda i confronti M1 vs SMA, S1 vs SMA, S1 vs pre-SMA e M1 vs S1 (p<0.01); tali dati sembrerebbero suggerire che i soggetti che operano in laparoscopia reclutano contemporaneamente molteplici aree cerebrali per eseguire lo stesso task motorio, come se il cervello fosse costretto a lavorare più intensamente, più a lungo e ad affaticarsi prima per ottenere lo stesso risultato. Tale conclusione potrebbe essere supportata dal fatto che non esistono differenze statisticamente significative fra i valori assoluti di coerenza EEG fra l’area motoria primaria (M1) e l’area pre-motoria supplementare (pre-SMA) ipsilaterale; secondo quanto emerge da precedenti studi (4, 5), infatti, tali aree non presentano connessioni in parallelo, ma la loro attivazione reciproca è unicamente modulata da complessi circuiti cortico-talamici: pertanto, i valori di coerenza non si discostano molto in quanto la frequenza di scarica dei neuroni piramidali nelle due regioni sarebbe costantemente regolata dallo stesso trigger sottocorticale. I maggiori valori di coerenza spettrale per quanto concerne gli esperimenti eseguiti in chirurgia robotica sono stati evidenziati per le alte frequenze, nelle bande alfa e beta; al contrario, l’esecuzione dello stesso compito motorio in chirurgia laparoscopica sembra accompagnarsi alla slatentizzazione di basse frequenze temporali, anche se non è da escludere la possibilità che alcune tracce siano state significativamente parassitate dai numerosi artefatti da movimento oculare. Tipicamente, si ritiene che frequenze rapide ed ultrarapide originino dalla corteccia motoria pre-centrale e si potenzino sia durante l’esecuzione sia nel corso della semplice osservazione di un gesto, insinuando il forte sospetto che le procedure robotiche siano maggiormente in grado di attivare la complessa circuiteria prefrontale dei mirror neurons (4, 7). Si potrebbe facilmente contestare che la maggiore durata degli esperimenti in laparoscopia abbia inevitabilmente condizionato le variazioni in termini di coerenza EEG, falsando l’interpretazione dei dati: in realtà tale possibilità viene esclusa sia dalla mancanza, in accordo con i dati neuroanatomici in nostro possesso, di significative modificazioni al confronto fra l’area motoria primaria e l’area pre-SMA, sia dall’inversione dei risultati al confronto interlato.
36 Un’ulteriore limitazione potrebbe essere costituita dalla non ottimale risoluzione spaziale dell’analisi di coerenza a partire da mappe EEG, a causa di fenomeni di volume condotto; se da un lato non è ovviamente possibile eseguire in soggetti normali una registrazione elettrocorticografica, dall’altro è utile ricordare che nel presente studio è stato impiegato un innovativo sistema di registrazione EEG ad alta frequenza che, seppur non del tutto, contribuisce a ridurre significativamente i limiti legati alla scarsa risoluzione spaziale delle tecniche elettrofisiologiche tradizionali. È auspicabile nel prossimo futuro un ulteriore miglioramento del protocollo di studio, grazie per esempio all’aumento del numero dei canali elettroencefalografici o all’adozione di metodiche di co-registrazione EEG-fMRI.
Curiosa e meritevole di segnalazione è invece la differenza (p<0.01) riscontrata per quel che pertiene il raffronto fra l’area somatosensoriale primaria e l’area pre-motoria supplementare: gli stessi studi citati in precedenza sostengono che fra tali regioni non esistono connessioni dirette, ma solo connessioni mediate da nuclei di relè talamico. Tuttavia, studi successivi hanno contestato tale ipotesi e hanno evidenziato che potrebbero esistere anche connessioni in parallelo, tali da spiegare nel caso specifico la presenza di differenze significative nei due gruppi posti a confronto (7, 8). La nostra ricerca, quindi, supporta indirettamente l’idea che fra le aree S1 e pre-SMA esistano collegamenti diretti e non solo intermediati da nuclei sottocorticali.
Si potrebbe facilmente contestare che gli elevati valori di coerenza fra aree non omologhe ipsilaterali siano determinati dal reclutamento di comuni circuiti sottocorticali che sincronizzano l’attività dei centri superiori; tale ipotesi sembra esclusa dal rapporto inversamente proporzionale fra valori di coerenza e frequenze alle quali tali valori risultano maggiormente espressi, nonché dalla netta prevalenza delle alte frequenze, tipicamente espressione dell’attivazione di connessioni intracorticali. Inoltre, è significativo che i valori di coerenza non si modifichino significativamente esaminando aree, quali la pre-motoria supplementare e la motoria primaria, fra le quali non sussistono connessioni in parallelo ma solo connessioni in serie attraverso nuclei di relè talamico.
37 Una terza intrigante conclusione a cui il nostro studio è giunto concerne l’attivazione di aree omologhe e non omologhe controlaterali: abbiamo posto a confronto i valori di coerenza EEG fra l’area motoria primaria di un lato e l’area pre-motoria supplementare controlaterale. In tal caso, come già accennato, è possibile isolare completamente il contributo offerto al processamento del segnale corticale da parte delle fibre di connessione interemisferica, poiché le due aree non sono direttamente collegate se non attraverso strutture sottocorticali. In termini neurofisiologici, l’attività elettrica dei due emisferi può sincronizzarsi o grazie ad un input talamico diretto che coordina l’attività dei centri superiori o in virtù di un’attivazione riverberante fra aree omologhe e non omologhe controlaterali. Al contrario di quanto emerso al confronto ipsilaterale, i valori assoluti di coerenza EEG sono risultati maggiori nelle registrazioni ottenute in chirurgia robotica; si potrebbe pertanto arguire che l’esecuzione di uno specifico compito in chirurgia robotica attivi preferenzialmente le afferenze trans-callosali. Classicamente, i fenomeni di plasticità interemisferica, a differenza dei più complessi processi di plasticità sinaptica intracorticale, presentano una più breve latenza di comparsa e una più rapida esauribilità. I fenomeni di coerenza interemisferica, inoltre, sono specifici per stimolo, area esplorata e frequenza temporale (7, 8). Si potrebbe pertanto immaginare, interponendo tali concetti ai dati emersi dal presente studio, che l’esecuzione di una procedura interventistica in chirurgia robotica sia di più facile e rapido apprendimento per il nostro cervello, senza che sia necessario alcun tipo di training cognitivo o di feed-back somatosensoriale, ottimizzando quindi il tempo a disposizione del chirurgo in sala operatoria e riducendo significativamente gli anni di apprendistato del giovane medico.
In considerazione della complessità del protocollo di ricerca e della assoluta novità dei dati esposti, saranno necessari ulteriori studi al fine di confermare i risultati ottenuti.
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