Analisi EEG in un soggetto con scoliosi idiopatica adolescenziale

Adolescent idiopathic scoliosis is characterized by a three-dimensional deformation of the spinal column, namely a lateral curvature and vertebral rotation. It typically begins to manifest during puberty, but the causes are still unknown. Several studies have suggested the involvement of the central nervous system. The aim of this thesis is to quantify brain activity, measured through electroencephalography (EEG), in a subject with adolescent idiopathic scoliosis recorded in different static positions. EEG data were recorded in three positions: seated, standing on a stable surface, and standing on foam, both with eyes open and closed, using 64 sensors placed on the scalp. The data were preprocessed using filtering in the [1-40] Hz band, electrode interpolation, and removal of ocular and muscular artifacts through independent component analysis. Subsequently, spectral power density and absolute and relative powers for each frequency band (delta [1-4 Hz], theta [4-7 Hz], alpha [8-12 Hz], beta [13-30 Hz]) were calculated on the EEG signal and on the current density localized on a model of the cerebral cortex. EEG signal evaluations showed involvement of specific anatomical areas, particularly in the condition where the subject was on foam. An increase in alpha rhythm [8-13 Hz] was observed in the hippocampal area, which is associated with spatial memory. Theta rhythm [4-7 Hz], on the other hand, was elevated in fronto-central regions, especially when the subject's eyes were closed; increased activity in these regions indicates involvement of cognitive processes such as attention, memory consolidation, and sensory integration.These results suggest that adolescents with AIS are able to adapt their brain activity to prevent large body oscillations caused by scoliosis. EEG data analysis, both scalp and source-based, could be a promising tool for understanding the cerebral dynamics characterizing this condition and providing new tools for monitoring adolescent idiopathic scoliosis.

La scoliosi idiopatica adolescenziale è caratterizzata da una deformazione tridimensionale della colonna vertebrale ossia una curvatura laterale e una rotazione vertebrale. Essa inizia a manifestarsi in pubertà ma le cause non sono ancora note. Vi sono diversi studi in cui è stata evidenziata la possibilità di un coinvolgimento del sistema nervoso centrale. Lo scopo della tesi è di quantificare l’attività cerebrale, misurata tramite elettroencefalogramma (EEG), di un soggetto con scoliosi idiopatica adolescenziale registrato in diverse posizioni statiche. I dati EEG sono stati registrati in tre posizioni: da seduto, in piedi su una superficie stabile ed in piedi su una gommapiuma, sia ad occhi aperti che ad occhi chiusi, con l’utilizzo di 64 sensori posizionati sullo scalpo. I dati sono stati pre-elaborati utilizzando un filtraggio nella banda [1-40] Hz, interpolazione degli elettrodi e rimozione di artefatti oculari e muscolari tramite analisi delle componenti indipendenti. Successivamente sono state calcolate, sul segnale EEG e sulla densità di corrente localizzate su un modello di corteccia cerebrale, la densità spettrale di potenza e le potenze assolute e relative per ogni banda (delta [1-4 Hz], theta [4-7 Hz], alpha [8-12 Hz], beta [13-30 Hz]). Le valutazioni del segnale EEG hanno mostrato un coinvolgimento di specifiche aree anatomiche, in particolar modo nella condizione in cui il soggetto si trova sulla gommapiuma. Si è osservato un aumento del ritmo alpha [8-13 Hz] nell’area ippocampale, la quale è associata alla memoria spaziale. Il ritmo theta [4-7 Hz] risulta invece elevato nelle regioni fronto-centrali, in particolar modo quando il soggetto ha gli occhi chiusi, l’aumento dell’attività in queste regioni indica un coinvolgimento dei processi cognitivi come l’attenzione, la consolidazione della memoria e l’integrazione sensoriale. Questi risultati suggeriscono come l’adolescente con AIS riesca ad adattare la propria attività cerebrale per prevenire grandi oscillazioni del corpo causate dalla scoliosi. L’ analisi dei dati EEG, sullo scalpo ed in sorgente, potrebbe essere uno strumento promettente per comprendere le dinamiche cerebrali che caratterizzano questa patologia e per fornire nuovi strumenti per il monitoraggio della scoliosi idiopatica adolescenziale.