Vladimiro Colombi

Tag: malattie neurodegenerative

  • L’UTILIZZO DEI BIOMARCATORI VOCALI PER LO STUDIO DELLE NEURODEGENERAZIONI

    Uno studio, pubblicato di recente e intitolato “Vocal Biomarkers for Parkinson’s Disease Classification Using Audio Spectrogram Transformers” (edito su riviste del circuito ScienceDirect / Journal of Voice), rappresenta un passo avanti molto importante nell’uso dell’intelligenza artificiale per la diagnosi precoce e non invasiva del morbo di Parkinson.

    Ecco una spiegazione dettagliata e strutturata di come funziona lo studio, degli strumenti utilizzati e dei risultati ottenuti.

    Il contesto: perché la voce?

    Il morbo di Parkinson è una malattia neurodegenerativa che colpisce il sistema motorio. Tra i primissimi sintomi, che spesso compaiono molto prima dei classici tremori visibili, ci sono le alterazioni della voce e della parola (una condizione nota come disartria, che colpisce fino al 90% dei pazienti). I pazienti affetti da Parkinson mostrano spesso:

    • Riduzione del volume della voce (ipofonia).
    • Parlata monotona e priva di intonazione.
    • Voce roca, affannata o tremula.
    • Articolazione imprecisa delle parole.

    Poiché registrare la voce è un’operazione economica, rapida e totalmente non invasiva (eseguibile anche da remoto tramite uno smartphone), la ricerca scientifica sta cercando di trasformare la voce in un biomarcatore digitale per diagnosticare la malattia.

    L’innovazione tecnologica: l’Audio Spectrogram Transformer (AST)

    I metodi tradizionali di intelligenza artificiale analizzavano la voce estraendo parametri acustici manuali (come il jitter per l’instabilità della frequenza o lo shimmer per l’ampiezza), oppure trasformavano l’audio in un’immagine (lo spettrogramma) per poi analizzarlo con reti neurali nate per le immagini (i CNN).

    Questo studio introduce l’uso dell’Audio Spectrogram Transformer (AST).

    • Cos’è uno spettrogramma? È una rappresentazione visiva di un suono che mostra come variano le frequenze nel tempo.
    • Cos’è un Transformer? È l’architettura di intelligenza artificiale alla base dei moderni modelli di linguaggio (come GPT o Gemini). I Transformer utilizzano un meccanismo chiamato “self-attention” (auto-attenzione).

    Come funziona l’AST nel Parkinson: Il modello non guarda l’audio come un semplice blocco, ma lo scompone in “patch” (frammenti) di tempo e frequenza, analizzando le relazioni tra i diversi momenti della parlata. L’auto-attenzione permette al modello di catturare anomalie micro-acustiche e correlazioni a lungo termine nel parlato che i modelli tradizionali non riuscivano a rilevare.

    Come è stato condotto lo studio (I Dati)

    I ricercatori hanno testato il modello AST su registrazioni vocali provenienti da 150 partecipanti, suddivisi in due database principali:

    1. PC-GITA (Colombia): 100 partecipanti (50 pazienti con Parkinson e 50 controlli sani) di lingua spagnola.
    2. ITA (Italia): 50 partecipanti (28 pazienti con Parkinson e 22 controlli sani) di lingua italiana.

    I partecipanti hanno eseguito diversi compiti vocali, tra cui la fonazione di vocali sostenute (ad esempio, tenere la “A” o la “O” per diversi secondi) e la lettura di frasi o testi continui.

    L’AST è stato messo a confronto con i modelli di deep learning tradizionali più forti del settore (come le reti ResNet, VGG16, VGG19 e i classici Vision Transformer). Il modello AST ha superato nettamente tutte le altre architetture tradizionali, dimostrando un’accuratezza straordinaria:

    • 97,14% di accuratezza sul dataset italiano (ITA).
    • 91,67% di accuratezza sul dataset colombiano (PC-GITA).
    • 92,73% di accuratezza combinando insieme i dati.

    I risultati migliori in assoluto sono stati ottenuti analizzando le vocali sostenute (con una precisione del 97% e un recupero/recall del 96%). Questo accade perché mantenere una vocale stabile richiede un controllo motorio fine e continuo delle corde vocali, che nel Parkinson viene a mancare precocemente, creando micro-interruzioni e instabilità che l’AST intercetta perfettamente.

    La generalizzazione cross-linguistica (Il vero punto di forza)

    Uno dei problemi storici dei modelli di analisi vocale è che spesso funzionano solo sulla lingua per cui sono stati addestrati, poiché le diverse lingue hanno ritmi, accenti e fonetiche proprie. L’aspetto più rivoluzionario di questo studio è che l’AST ha dimostrato una robusta capacità di generalizzazione cross-linguistica. Superando gli altri modelli del 5%-10%, l’AST si concentra sulle alterazioni biomeccaniche universali della laringe e dell’apparato fonatorio del Parkinson, indipendentemente dal fatto che il paziente parli italiano o spagnolo.

    Conclusioni e impatto futuro

    Lo studio conclude che l’Audio Spectrogram Transformer è uno strumento estremamente affidabile per la classificazione del morbo di Parkinson.

    Cosa significa per il futuro della medicina? Apre le porte allo sviluppo di strumenti di screening clinico accessibili a tutti. In futuro, un medico di base o un paziente da casa potrebbe semplicemente registrare pochi secondi di voce su un’applicazione per smartphone. L’algoritmo AST potrebbe analizzare lo spettrogramma in tempo reale, offrendo un segnale di allarme precoce sul Parkinson, permettendo di intervenire tempestivamente con le terapie prima che i sintomi motori gravi si manifestino.

  • INTESTINO E PSICHE: CHI CONDIZIONA CHI?

    Le Malattie Infiammatorie Croniche Intestinali (IBD) rappresentano patologie complesse, multifattoriali, caratterizzate da una disregolazione cronica della risposta immunitaria, influenzata da predisposizione genetica, fattori ambientali e, in modo significativo, dal microbiota intestinale. Un’attenzione crescente è stata posta sull’interazione bidirezionale tra il sistema nervoso centrale (SNC) e il sistema nervoso enterico (SNE), definita asse intestino-cervello (Gracie et al., 2018), che modula la risposta infiammatoria e la manifestazione clinica delle IBD. Questo studio si è prefissato l’obiettivo di investigare l’associazione tra la composizione del microbiota intestinale, la presenza di disbiosi e l’entità dei sintomi depressivi, ansiosi, i livelli di stress percepito, la qualità di vita e i sintomi gastrointestinali in pazienti affetti da IBD.

    Un numero sempre maggiore di studi sembra associare psiche e intestino

    È stato condotto uno studio longitudinale su un campione di 50 pazienti adulti affetti da IBD, reclutati presso l’Ambulatorio di Gastroenterologia ed Endoscopia Digestiva dell’Ospedale “S.S. Annunziata” di Chieti. Sono stati inclusi esclusivamente pazienti in fase di quiescenza (attività di malattia clinicamente e biochimicamente in remissione).È stata effettuata la raccolta di campioni fecali per l’analisi e la caratterizzazione molecolare del microbiota intestinale e la valutazione dello stato di disbiosi. Contemporaneamente, sono stati somministrati i seguenti strumenti psicometrici standardizzati per la valutazione dei construct psicologici e clinici:

    Sintomi Gastrointestinali: Gastrointestinal Symptom Rating Scale (GSRS)

    Qualità della Vita correlata alla salute (HRQoL): Inflammatory Bowel Disease Questionnaire (IBDQ)

    Stress Percepito: Perceived Stress Scale (PSS)

    Sintomi di Depressione e Ansia: Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS)

    L’analisi del campione ha rivelato che il 55,75% dei soggetti presentava disbiosi intestinale (alterazione dell’equilibrio microbico) e il 44,25% manifestava una generica alterazione della composizione del microbiota.

    Le analisi di correlazione hanno evidenziato associazioni statisticamente significative tra:

    Elevati livelli di Actinobacteria con una maggiore sintomatologia gastrointestinale (GSRS) ed elevati livelli di Actinobacteria con una scarsa Qualità di Vita (punteggi IBDQ inferiori). Ma è stato anche osservato l’aumento della disbiosi intestinale e un incremento dello stress percepito (PSS) e dei sintomi correlati all’ansia (HADS-A).

    L’analisi di regressione ha dimostrato che lo stress percepito e la sintomatologia ansiosa risultavano essere predittori significativi dello stato di disbiosi intestinale. Specifici taxa batterici, correlati alla Qualità di Vita, mostravano anche una significativa inter-predittività.

    I risultati ottenuti indicano che le alterazioni nella composizione del microbiota intestinale e la presenza di disbiosi non erano primariamente influenzate dall’attività della malattia (essendo il campione in fase di remissione), ma mostravano una forte associazione con la sintomatologia psicologica (ansia e stress percepito).

    Queste evidenze supportano la rilevanza clinica dell’asse intestino-cervello nelle IBD in fase di quiescenza. La consapevolezza di questa interconnessione psiconeuroendocrinoimmunologica apre la strada a nuove strategie terapeutiche multimodali che integrino l’approccio gastroenterologico con interventi mirati alla salute mentale (es. gestione dello stress, psicoterapia) e alla modulazione del microbiota, per ottimizzare il benessere complessivo del paziente.

    Le alterazioni del microbiota intestinale (disbiosi) non sono solo una conseguenza diretta dell’attività infiammatoria della malattia (IBD), ma sono strettamente e indipendentemente associate alla sintomatologia psicologica, in particolare ansia e stress percepito.

    Oltre a questo studio molti altri dati suggeriscono un’associazione causale o bidirezionale in cui la disbiosi e i cambiamenti specifici nella composizione batterica possono avere un impatto diretto sul benessere mentale. Lo stress percepito e i sintomi ansiosi sono stati identificati come predittori significativi dell’entità della disbiosi intestinale, evidenziando una forte influenza dello stato mentale sulla salute microbica. La comunicazione tra intestino e cervello avviene attraverso diversi canali:

    1)     I batteri intestinali producono e modulano i livelli di neurotrasmettitori (come il GABA e la serotonina, che influenzano l’umore e l’ansia) e di acidi grassi a catena corta (SCFA come butirrato), i quali agiscono come segnali che raggiungono il cervello.

    2)     La disbiosi può aumentare la permeabilità della barriera intestinale (“leaky gut”), portando a un aumento della traslocazione batterica o dei loro prodotti. Questo innesca un’infiammazione sistemica di basso grado, la quale è strettamente correlata all’eziologia della depressione e dell’ansia.

    3)     Il Nervo Vago fornisce una connessione diretta e rapida, consentendo ai segnali enterici di influenzare direttamente l’attività cerebrale.

    La comprensione di questa relazione bidirezionale è cruciale perché apre la strada a nuove strategie di intervento note come terapie psicobiotici attraverso un approccio Olistico.

    Si tratta di promuovere un benessere ottimale e in molti casi anche la guarigione considerando la salute intestinale (tramite dieta, probiotici/prebiotici, trapianto di microbiota fecale) insieme agli aspetti psicologici (terapie per stress e ansia) e trattando la salute fisica e mentale come un unico processo.

         Fonte:

    1. Zito, L. (2025). Interazione tra il microbiota intestinale ei fattori psicologici in pazienti affetti da Inflammatory Bowel Disease in remissione; https://tesidottorato.depositolegale.it/handle/20.500.14242/190296

    2)   Burgio, E. B. E. Disturbi psicologici e malattie autoimmuni? La causa è nell’intestino;

    3)   MARASCO, M. L’asse microbiota-intestino-cervello: il ruolo di questa interazione nei disturbi psichiatrici, neurodegenerativi e del neurosviluppo. https://thesis.unipd.it/handle/20.500.12608/29030

    4) MENCHINI, L. (2021). ASSE INTESTINO-CERVELLO: CAUSE ED EFFETTI DELLA DISBIOSI NELL’INSORGENZA DI MALATTIE NEURODEGENERATIVE, DISTURBI DELLA PSICHE E POSSIBILI INTERVENTI NUTRACEUTICI. https://etd.adm.unipi.it/t/etd-05052021-115424/

  • LA RELAZIONE TRA PSICHE, MITOCONDRI E MICROBIOTA INTESTINALE

    La relazione tra i mitocondri e il microbiota intestinale è un’interazione bidirezionale e fondamentale per la salute cellulare e sistemica. I metaboliti prodotti dai batteri intestinali influenzano direttamente la funzione mitocondriale e, allo stesso modo, la salute dei mitocondri può influenzare la composizione del microbiota (https://www.nature.com/articles/ncomms13419). Tale relazione sembra manifestarsi anche con chiara evidenza nel corso di attività fisica (sportiva o altro: si veda https://www.frontiersin.org/journals/physiology/articles/10.3389/fphys.2017.00319/full)

    Il microbiota intestinale influenza in modo diretto i mitocondri e la loro funzione

    Il microbiota intestinale produce una vasta gamma di metaboliti che vengono assorbiti e agiscono come molecole segnale o fonti di energia per le cellule dell’ospite, influenzando in particolare i mitocondri. Ma quali sono i metaboliti prodotti dal microbiota intestinale?

    Acidi Grassi a Catena Corta (SCFA): Sono i mediatori più noti. Prodotti dalla fermentazione delle fibre alimentari non digeribili, gli SCFA (come butirrato, propionato e acetato) hanno un impatto diretto.

    Il butirrato è la principale fonte di energia per le cellule epiteliali del colon (colonociti). Stimola la biogenesi mitocondriale (la creazione di nuovi mitocondri) e ne ottimizza la funzione, riducendo lo stress ossidativo e l’infiammazione.

    Gli SCFA possono anche regolare la trascrizione genica di fattori cruciali per la funzione mitocondriale in diversi tessuti (es. muscolo, tessuto adiposo, fegato).

    A. Acidi Biliari Secondari: Derivati dalla modificazione degli acidi biliari primari da parte del microbiota. Questi acidi biliari fungono da segnali che possono modulare il metabolismo dell’ospite, influenzando potenzialmente anche i mitocondri.

    B. Altri Metaboliti: Alcuni composti prodotti dal microbiota possono avere effetti negativi se in eccesso, come il solfuro di idrogeno, che ad alte concentrazioni può inibire la funzione mitocondriale e danneggiare la barriera intestinale.

    I mitocondri possono influenzare direttamente il microbiota intestinale

    La funzione mitocondriale dell’ospite, in particolare nelle cellule epiteliali intestinali (enterociti) e nelle cellule immunitarie, è cruciale e può influenzare l’ambiente intestinale e, di conseguenza, la composizione del microbiota (la disbiosi).

    Mitocondri sani negli enterociti sono essenziali per l’integrità della barriera intestinale. Quando i mitocondri sono disfunzionali, può esserci un aumento dello stress ossidativo e un danno alla barriera, portando alla cosiddetta “permeabilità intestinale” (leaky gut). Questa alterazione permette il passaggio di molecole batteriche e metaboliti infiammatori, innescando l’infiammazione e alterando l’ambiente per il microbiota, favorendo la disbiosi (uno squilibrio microbico).

    I mitocondri svolgono un ruolo chiave nella risposta immunitaria delle cellule. La disfunzione mitocondriale può portare a una risposta infiammatoria eccessiva che, a sua volta, influenza la selezione e la crescita delle specie microbiche nell’intestino.

    Molteplici studi hanno suggerito che le mutazioni nel mtDNA (l’unità di energia delle cellule) possono essere collegate a specifici cambiamenti nella composizione del microbiota, indicando un’influenza diretta della genetica mitocondriale sulla popolazione batterica.

    La relazione tra microbiota intestinale e mitocondri crea un’alleanza cruciale

    Questa interazione costituisce un vero e proprio asse bidirezionale (“asse mitocondrio-microbiota”) che è essenziale per il mantenimento dell’omeostasi sistemica. La disfunzione in quest’asse è stata implicata nello sviluppo di diverse patologie, tra cui alterazioni metaboliche (come resistenza all’insulina e obesità), malattie infiammatorie intestinali e malattie neurodegenerative (come per la malattia di Alzheimer, attraverso l’asse intestino-cervello).

    Un microbiota sano supporta i mitocondri producendo “carburante” e molecole protettive, e a sua volta, mitocondri sani garantiscono un ambiente intestinale ottimale e non infiammato che mantiene il microbiota in equilibrio. E se alla luce di tutto questo partissimo dalla mente?