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Title: La neuromodulazione nel trattamento dei disturbi psicologici e nel potenziamento delle funzioni cognitive
Other Titles: Neuromodulation in the treatment of psychological disorders and in the development of cognitive functions
Authors: Falco, Enrica
Issue Date: 8-Nov-2019
Publisher: Università di Parma. Dipartimento di Medicina e Chirurgia
Document Type: Bachelor thesis
Abstract: In questo elaborato verrà presentata una ricerca condotta attraverso un nuovo prototipo di Brain-Computer Interface (BCI) chiamato Neuro-Upper (NU), presso il Laboratorio di Psicologia Cognitiva del Dipartimento di Medicina e Chirurgia di Parma. Le BCI (letteralmente “Interfaccia cervello-computer”) sono dispositivi in grado di far comunicare il sistema nervoso centrale con una periferica esterna, tramite la registrazione dell’attività elettrica dell’elettroencefalogramma (EEG). I loro usi sono svariati, possono essere utili per la comunicazione, per trattamenti clinici e per la riabilitazione motoria. Questo nuovo studio nasce con l’obiettivo di verificare l’effetto di NU sia dal punto di vista clinico che neurocognitivo. Gli studi precedenti (Pino e La Ragione, 2016; Pino, 2017) hanno messo in rilievo l’inaspettato aumento del QI, per tale motivo il seguente studio intende esplorare dettagliatamente la natura di tale cambiamento, individuando quali funzioni traggano il miglior vantaggio e far luce sulle ragioni di tale miglioramento. Questa ricerca aggiunge alle precedenti qualcosa di nuovo: innanzitutto, è stata utilizzata la WAIS- IV, come batteria ritenuta idonea a valutare le differenti funzioni neuropsicologiche, con due tipologie di informazioni in più rispetto alla precedente versione (WAIS-R), ovvero un indice sulla Memoria di Lavoro (IML) e uno sulla Velocità di Elaborazione (IVE). Gli altri indici misurati dalla WAIS-IV sono Comprensione Verbale (ICV), Ragionamento Percettivo (IRP) e Quoziente intellettivo (QI). In secondo luogo, nell’analisi dei dati, il presente studio ha considerato i pattern delle onde cerebrali registrati nei soggetti in ogni seduta, contrariamente agli studi antecedenti che avevano confrontato solo quelli della prima con l’ultima seduta. Così facendo è possibile osservare con più precisione l’andamento medio di ogni onda cerebrale e verificarne le relazioni con i dati clinici e neuropsicologici. Nel primo capitolo di questo elaborato verranno descritte inizialmente le proprietà dell’entrainment audio-visivo, il quale permette, tramite l’osservazione di luci intermittenti e l’ascolto di suoni, la sincronizzazione delle onde cerebrali sulle stesse frequenze degli stimoli presentati. Verranno trattate le 5 tecniche di entrainment audio-visivo come l’utilizzo delle “flickering lights”, dei toni monoaurali e binaurali e infine l’uso di brani musicali. Nel secondo capitolo saranno analizzate le origini, le caratteristiche e il funzionamento delle Brain Computer Interface, verranno descritte le tecniche di registrazione cerebrale e verrà trattata anche la tecnica del Neurofeedback. Infine, nel terzo e ultimo capitolo, sarà discusso lo studio sperimentale condotto con la tecnologia Neuro-Upper (NU), la quale utilizza stimolazioni sia visive sia acustiche che generano una sincronizzazione delle onde cerebrali e che forniscono un feedback, in tempo reale, della propria attivazione cerebrale per ottenere, tramite un apprendimento di tipo inconsapevole, un cambiamento dei pattern cerebrali e del comportamento. Lo studio ha preso in esame 7 soggetti (4 femmine e 3 maschi) di cui 6 con disturbi della personalità e del comportamento e 1 senza disturbi psicologici. Ognuno di loro è stato valutato prima e dopo il trattamento (consistente in circa 90 sedute da 30 minuti ciascuna) tramite misure cliniche e neuropsicologiche (SCID-5-PD; SCID-5-CV; Hamilton; STAI; WAIS-IV; Matrici di Raven). Dai risultati del precedente studio (Pino, 2017) erano stati riscontrati miglioramenti in tutti gli indici della WAIS-R (QIV, QIP, QIT) sia nel gruppo sperimentale che nel gruppo di controllo (composto da soggetti in lista d’attesa). In particolare, i risultati migliori nel gruppo sperimentale erano stati ottenuti nei seguenti indici: vocabolario, ragionamento aritmetico, disegno con i cubi e completamento di figure. Nel presente studio è stato ottenuto un incremento nella maggior parte degli indici misurati dalla WAIS-IV, nel gruppo sperimentale e nel soggetto di controllo. Nello specifico, nel gruppo sperimentale c’è stato un aumento dei punteggi ICV, IVE e QI. Diversamente, gli indici IRP e IML non presentano un miglioramento. Nel soggetto di controllo, invece, sono stati ottenuti miglioramenti in tutti gli indici, tranne in quello di velocità di elaborazione che è rimasto invariato. Le matrici di Raven (SPM), che nel precedente studio non avevano mostrato una crescita significativa, anche in questo caso non confermano l’aumento del QI osservato con la WAIS-IV. Per quanto riguarda i test clinici, invece, i partecipanti al precedente studio avevano ottenuto 6 miglioramenti al test Hamilton, cosa che si verifica anche in questo caso per due soggetti sperimentali. Un miglioramento era stato ottenuto anche nell’ansia di stato misurata con la STAI-Y1 e nell’ansia di tratto misurata con la STAI-Y2. In questa ricerca, invece, ci sono stati miglioramenti nella STAI-Y1 solo per un soggetto sperimentale e per il soggetto di controllo, mentre nella STAI-Y2 per due soggetti sperimentali.
This paper will discuss a research carried out through a new Brain-Computer Interface (BCI) prototype called Neuro-Upper (NU), at the Cognitive Psychology Laboratory of the Department of Medicine and Surgery in Parma. BCI are devices that provide the users to communicate through channels that do not depend on peripheral nerves and muscles, with an external peripheral device, by recording the electrical activity of the brain (EEG). They have several uses, a BCI can be useful for communication, for clinical treatments and for motor rehabilitation. This new study aims to verifying the effect of NU both from the clinical and neurocognitive point of view. Previous studies (Pino e La Ragione, 2016; Pino, 2017) have highlighted the unexpected IQ increasing, for this reason the following study intends to explore in detail the nature of this changes, identifying which functions take the best advantage and explain the reasons of this improvement. This research adds something new to the previous ones: first of all, WAIS-IV is used as a battery suitable for assessing the different neuropsychological functions, it adds two more information than the previous version (WAIS-R), that is an index on the working memory (IML) and one on the subject's processing speed (IVE). The other indices measured by WAIS-IV are Verbal Understanding (ICV), Perceptual Reasoning (IRP) and Intelligence Quotient (IQ). Moreover, the analysis of the data, in contrast with the previous studies that only compared those of the first session with those of the last ones, considered the brainwaves’ patterns for each session. In this way, it was possible to observe more accurately the average trend of each brainwave and verify the relationships with clinical and neuropsychological data. In the first chapter of this paper are described the properties of the audio-visual entrainment: this technique allows the brainwaves to synchronize on the same frequencies of the presented stimuli through the observation of flashing lights and listening to sounds. Audio-visual entrainment techniques such as the use of flickering lights, monoaural and binaural bits and, lastly, the use of musical pieces, are discussed. After that, the origins, characteristics and functioning of Brain Computer Interface and Neurofeedback techniques are discussed. Finally, in the third and last chapter the experimental study conducted with the Neuro-Upper (NU) technology will be presented, which used both visual and acoustic stimulations that generates synchronization of brainwaves and provides real-time feedback and obtain, through an unaware learning, a change of both the brain patterns and behaviors. The study examined 7 subjects (4 females and 3 males) 6 of them with personality and behavioral disorders and 1 without psychological disorders. Each of them was evaluated before and after treatment (consisting of about 90 sessions of 30 minutes each) through clinical and neuropsychological measures (SCID-5-PD; SCID5-CV; Hamilton; STAI; WAIS-IV; SPM). From the results of the previous study (Pino, 2017) improvements were found in all the WAIS-R indexes (QIV, QIP, QIT) both in the experimental group and in the control group (consisting of subjects on a waiting list). In particular, the best results in the experimental group had been obtained in the following indices: Vocabulary, Arithmetic reasoning, Drawing with cubes and Completion of figures. In the present study an improvement was obtained in most of the indices measured by the WAIS-IV, in the experimental group and in the control subject. Specifically, in the experimental group there was an increase in ICV, IVE and QI scores. Otherwise, the IRP and IML indices do not show an improvement. The control subject, on the other hand, showed improvements in all indexes, except for the working memory, that has remained unchanged. For the Raven matrices (SPM) it was not confirmed the increase in IQ observed with WAIS-IV in the present investigation. About the clinical tests, the participants in the previous study had obtained improvements in the Hamilton test, result that also was confirmed for two experimental subjects. Finally, an improvement has been obtained in the state anxiety measured with STAI-Y1, and in the tract anxiety measured with STAI-Y2. Conversely, in the present research there have been improvements in STAI-Y1 only for an experimental subject and for the control subject, and in STAI-Y2 for two experimental participants.
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