La dimensione frattale cerebrale: caratterizzazione e studio del cervello durante l’invecchiamento

La geometria frattale per mette un'analisi quantitativa della complessità strutturale di oggetti auto-somiglianti e con proprietà di invarianza a fattori di scala, come il cervello. Obiettivo di questo elaborato e l'analisi dell'indice di dimensione frattale (FD) delle strutture cerebrali e cerebellari di immagini di risonanza magnetica (RM) per valutarne la riproducibilità test-retest e la correlazione con l’età. A tale scopo sono stati selezionati alcuni dataset pubblici internazionali, ed è stata calcolata la FD della sostanza grigia (GM) e bianca (WM) di immagini segmentate con il software FreeSurfer mediante algoritmo di box-counting e regressione lineare con selezione automatica delle scale spaziali. L’analisi frattale è stata applicata alle immagini pesate in T1 acquisite a 3T dei dataset NKI_2 e Kirby_21 per lo studio della riproducibilità della FD e alle immagini pesate in T1 a 3T dei dataset NKI_2 e ICBM per lo studio della correlazione tra età e dimensione frattale; l'analisi è stata applicata anche a immagini 3T e 7T del dataset MMRR-3T7T per valutare l'indice FD a campo ultra alto. La correlazione risulta significativa per la GM cerebrale di NKI_2 (r = -0.71) e ICBM (r = -0.61) e per la WM cerebrale di NKI_2 (r = 0.72), mostrando che la complessità strutturale della corteccia cerebrale diminuisce con l'età. La correlazione per la GM cerebrale non è significativa se si utilizza per il calcolo della FD la scala fissa, mostrando che la scala automatica e un metodo migliore per valutare questo aspetto. La FD a 7T, rispetto ai valori calcolati a 3T, e più elevata per la GM e la WM cerebrale, mentre le scale spaziali a 7T sono inferiori per la GM del cervello, mostrando come esso possieda proprietà frattali fino a 0.7 mm.