Topografie EEG nella scoliosi idiopatica adolescenziale

Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a three-dimensional morphological spinal deformity whose causes are not yet fully understood, but we can hypothesise a central nervous system involvement. Several studies have underlined the presence of abnormalities in the electroencephalographic signal (EEG) probably due to an adaptation of brain activity to compensate for postural dysfunction caused by scoliosis. The EEG signal recorded by all electrodes on the scalp can be represented by a topography and its instantaneous amplitude is depicted by colour coding. This global representation of the functional brain state is called a microstate. Microstates are topographic maps that remain stable for about 80-120 ms, abruptly alternating during EEG recording. Their spatiotemporal characteristics, such as duration and frequency of occurrence, vary according to behavioural states or according to the presence of pathology. In this thesis, an EEG dataset recorded in 8 adolescents with AIS with a right curve, 3 with a left curve, and 14 control subjects, evaluated during the performance of a static balance task, was analysed to test whether there are variations in the spatiotemporal characteristics of the microstates that may be associated with the condition of idiopathic scoliosis. Certain spatiotemporal characteristics (topography, duration, and frequency of occurrence) of microstates revealed statistically significant differences between the groups. For example, a representative map of the same state with an asymmetric spatial configuration was found in only the scoliosis group of subjects. Such differences might suggest how these subjects have greater difficulty performing the required motor task. The analysis of microstates could be a promising tool to understand the brain dynamics that characterise this pathology and to provide new tools for the detection and monitoring of adolescent idiopathic scoliosis.

La scoliosi idiopatica adolescenziale (SIA) è una malformazione tridimensionale della colonna vertebrale le cui cause precise non sono ancora ben chiare, ma si ipotizza un coinvolgimento del sistema nervoso centrale. Diversi studi hanno, infatti, sottolineato la presenza di anomalie nel segnale elettroencefalografico (EEG) probabilmente dovute ad un adattamento dell’attività cerebrale per compensare la disfunzione posturale causata dalla scoliosi. Il segnale EEG registrato da tutti gli elettrodi sullo scalpo può essere rappresentato tramite una topografia e la sua ampiezza istantanea raffigurata tramite un codice colore. Questa rappresentazione globale dello stato funzionale cerebrale prende il nome di microstate. I microstate sono mappe topografiche che rimangono stabili per circa 80-120 ms, alternandosi durante la registrazione EEG. Le loro caratteristiche spazio-temporali, come durata e frequenza di comparsa, variano a seconda degli stati comportamentali o in base alla presenza di patologie. In questa tesi è stato analizzato un dataset EEG registrato in 8 adolescenti con SIA con curva a destra, 3 con curva a sinistra e 14 soggetti di controllo, valutati durante l’esecuzione di un compito di equilibrio statico, per verificare se esistono delle variazioni nelle caratteristiche spazio-temporali dei microstates che possano essere associate alla condizione di scoliosi idiopatica. Alcune caratteristiche spazio-temporali (topografia, durata e frequenza di comparsa) dei microstates hanno permesso di evidenziare delle differenze statisticamente significative tra i gruppi. Ad esempio, è stata rilevata una mappa rappresentativa dello stesso stato con una configurazione spaziale asimmetrica nel solo gruppo di soggetti con scoliosi. Tali differenze potrebbero suggerire come questi soggetti abbiano una difficoltà maggiore ad eseguire il compito motorio richiesto. L’analisi dei microstates potrebbe essere uno strumento promettente per comprendere le dinamiche cerebrali che caratterizzano questa patologia e per fornire nuovi strumenti per il rilevamento e il monitoraggio della scoliosi idiopatica adolescenziale.