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Dott. Jordi Manuello

Tesi di dottorato

Insula Co-alteration Network: analisi metanalitica della propagazione dell'alterazione strutturale nella patologia cerebrale

Le Neuroscienze contemporanee poggiano largamente sul contributo portato dall'evoluzione delle tecniche di neuroimaging, realizzatosi nel corso degli ultimi quarant'anni. La possibilità di osservare in-vivo, in maniera sempre più precisa, la struttura ed il funzionamento cerebrale ha allargato il focus delle ricerche dal singolo neurone, o piccoli aggregati di essi, a complesse reti neurali capaci di coinvolgere buona parte dell'encefalo. S'inaugurava così, agl'inizi degli anni '80, la stagione della connettomica, disciplina che, coinvolgendo psicologia sperimentale, neuroscienze e neuroimmagini, mira a ricostruire il totale delle connessioni intercorrenti tra i neuroni, e stabilirne le relazioni con il funzionamento cerebrale. In questo contesto, negli ultimi anni si è distinta una nuova branca, che ha preso il nome di patoconnettomica, interessata a comprendere le relazioni tra patologia cerebrale, sia questa primariamente neurodegenerativa o psichiatrica, e connettività anatomo-funzionale. La realizzabilità degli studi in questo settore è strettamente legata allo sviluppo di grandi database e di tecniche statistiche capaci di operare su grosse moli di dati, prime tra queste la "Activation Likelihood Estimate" (ALE) ed il "Metaanalytic Connectivity Modelling" (MACM).

Nel lavoro presentato in questa tesi è stata proposta un'innovazione metodologica, al momento non attestata nella letteratura di settore; ALE ed MACM sono state impiegate su dati di Voxel Based Morphometry (VBM), quindi di natura anatomica, anziché su profili di attivazione risultanti da studi fMRI, come da consuetudine. Con tale procedura è stato possibile determinare, sulla base del materiale presente nel database BrainMap, quali siano le aree cerebrali che subiscono un'alterazione morfologica dal momento che, a causa di una patologia psichiatrica o neurodegenerativa, viene colpita l'insula. Il pattern osservato è stato definito insula co-alteration network, e le principali aree cerebrali che risultano farne parte sono il giro frontale inferiore bilaterale, il giro frontale mediale bilaterale, la circonvoluzione retta sinistra, la corteccia cingolata anteriore bilaterale, il giro postcentrale destro, il giro temporale superiore e medio bilaterale, il giro temporale trasverso sinistro, il giro fusiforme sinistro, l'uncus sinistro, il nucleo caudato bilaterale, il putamen sinistro, il nucleo mediale dorsale del talamo bilaterale, il giro paraippocampale e l'ippocampo bilaterali, l'amigdala bilaterale, il nucleo rosso sinistro oltre che, come ovvio, le insule anteriori e posteriori bilaterali.

Questo risultato, in linea con le più recenti evidenze, mostra che l'alterazione patologica non si diffonde casualmente all'interno dell'encefalo, bensì colpisce con maggio probabilità alcune regioni. E' rilevante notare come l'insula co-alteration network correli consistentemente (r = 0,5) col profilo MACM standard dell'insula. Il contributo delle patologie maggiormente rappresentate nel dataset analizzato, quali schizofrenia, morbo di Alzheimer, depressione ed epilessia, è stato messo in relazione con le principali ipotesi riguardo i meccanismi di propagazione dell'alterazione all'interno dell'encefalo, vale a dire l'ipotesi oscillatoria, l'ipotesi prionica e l'ipotesi genetica.
Con la presente tesi si è voluto proporre una nuova metodica di ricerca, dimostratasi idonea nell'analizzare profili di alterazione cerebrale a partire da una regione anatomica d'interesse.

Attività di ricerca

PANDA: PAthological Networking Detection and Analysis

Pathoconnectomics is a subfield of connectomics that deals with the in vivo identification and analysis of the patterns of brain alterations caused by pathological processes. In this research project I intend to improve a recently developed methodology capable of identifying pathological networking in neurodegenerative and psychiatric disorders. In addition to identify patterns of brain alterations, this methodology will allow us to describe how these alterations spread across the brain, so as to understand better the progression and development of brain disorders. This project combines anatomical likelihood estimation and meta-analytic connectivity modelling techniques with Bayesian statistics; it is therefore a method suitable for processing a large amount of neuroimaging data (the so-called big data). Notably, this research project is not bound to new data acquisitions, as it can operate on data already obtained from neuroimaging studies and stored in international repositories and databases.

Manuello J., Vercelli U., Nani A., Costa T., Cauda F. (2016) "Mindfulness meditation and consciousness: An integrative neuroscientific perspective". Consciousness and Cognition, 40, 67-78 

 

Manuello J., Nani A., Premi E., Borroni B., Costa T., Tatu K., Liloia D., Duca S., Cauda F. (2018) "The Pathoconnectivity Profile of Alzheimer's Disease: A Morphometric Coalteration Network Analysis". Front. Neurol. 8:739. doi: 10.3389/fneur.2017.00739

Cauda F.Nani A.Costa T., Palermo S., Tatu K., Manuello J., Duca S., Fox P.T., Keller R. (2018) "The morphometric co-atrophy networking of schizophrenia, autistic and obsessive spectrum disorders"Hum Brain Mapp001-31https://doi.org/10.1002/hbm.23952

Cauda F.Nani A.Manuello J., Premi E., Palermo S., Tatu K., Duca S., Fox P.T., Costa T. (2018) "Brain structural alterations are distributed following functional, anatomic and genetic connectivity". Brain. https://doi.org/10.1093/brain/awy252

 

Cauda F.Nani A.Manuello J., Liloia D., Tatu K., Vercelli U., Duca S., Fox P.T., Costa T. (2019) "The alteration landscape of the cerebral cortex"NeuroImage. 184: 359-371.

Liloia D., Cauda F., Nani A., Manuello J., Duca S., Fox P.T., Costa T. (2019) " Low entropy maps as patterns of the pathological alteration specificity of brain regions: A meta-analysis dataset". Data In Brief. 21: 1483–1495. doi:10.1016/j.dib.2018.10.142

Mancuso L., Costa T., Nani A., Manuello J., Liloia D., Gelmini G., Panero M., Duca S., Cauda F. (2019) "The homotopic connectivity of the functional brain: a meta-analytic approach". Scientific Reports. https://doi.org/10.1038/s41598-019-40188-3

Cauda F., Mancuso L., Nani A., Manuello J., Liloia D., Gelmini G., Ficco L., Premi E., Duca S., Costa T. (2019) “Hubs of long-distance co-alteration in brain pathology”. bioRxiv https://doi.org/10.1101/846642

Nani A., Manuello J., Mancuso L., Liloia D., Costa T., Cauda F. (2019) “The neural correlates of consciousness and attention: Two sister processes of the brain”. Frontiers in Neuroscience https://doi.org/10.3389/fnins.2019.01169

Nani A., Manuello J., Liloia D., Duca S., Costa T., Cauda F. (2019) “The Neural Correlates of Time: A Meta-analysis of Neuroimaging Studies”. Journal of Cognitive Neuroscience https://doi.org/10.1162/jocn_a_01459

 

Cauda F., Nani A., Liloia D., Manuello J., Premi E., Duca S., Fox P.T., Costa T. (2020) “Finding specificity in structural brain alterationsthrough Bayesian reverse inference”. Human Brain Mapping

Cauda F., Mancuso L., Nani A., Ficco L., Premi E., Manuello J., Liloia D., Gelmini G., Duca S., Costa T. (2020) “Hubs of longdistance coalteration characterize brain pathology”. Human Brain Mapping https://doi.org/10.1002/hbm.25093

Mancuso L., Fornito A., Costa T., Ficco L., Liloia D., Manuello J., Duca S., Cauda F. (2020) “A meta-analytic approach to mapping co-occurrent grey matter volume increases and decreases in psychiatric disorders”. bioRxiv https://doi.org/10.1101/2020.05.18.101436

 

Nani A., Manuello J., Costa T., Tatu K., Vercelli U., Moia S., Duca S., Cauda F., "The pattern of damage propagation of the left and right insulae". Poster presented at OHBM's (Organization for Human Brain Mapping) 2016, Annual Meeting June 26-30, 2016 Geneva, Switzerland.

Nani A., Manuello J., Costa T., Tatu K., Vercelli U., Moia S., Duca S., Cauda F., "What is the most frequently altered area of the cortex in brain disorders?". Poster presented at OHBM's (Organization for Human Brain Mapping) 2016, Annual Meeting June 26-30, 2016 Geneva, Switzerland.

Vercelli U., Nani A., Costa T., Manuello J., Tatu K., Duca S., Cauda F., "The pattern distribution of alterations caused by brain disorders in the cingulate cortex". Poster presented at OHBM's (Organization for Human Brain Mapping) 2016, Annual Meeting June 26-30, 2016 Geneva, Switzerland.

Tatu K., Costa T., Diano M., Vercelli U., Manuello J., Moia S., Geminiani G., Duca S., Cauda F., "Gray Matter Damage Propagation Network In Multiple Sclerosis: A Meta-Analytic Study". Poster presented at Images of the Mind 2015: New Frontiers in Brain Imaging. Milano April 9-10, 2015.

Tatu K., Costa T., Diano M., Palermo S., Duca S., Geminiani G., Vercelli U., Manuello J., Moia S., Cauda F., "Damage propagation network in chronic pain: A meta-analytic study." Poster presented at OHBM's (Organization for Human Brain Mapping) 2015, Annual Meeting June 14-18, 2015 Honolulu, Hawaii, USA.

Tatu K., Costa T., Diano M., Vercelli U., Manuello J., Moia S., Geminiani G., Bertolotto A., Duca S., Cauda F., "Gray Matter Damage Propagation Network In Multiple Sclerosis : A Meta-Analytic Study". Oral presentation at the International PhD Course on The Aging Brain: Cellular Mechanisms Interfacing Human Pathology, September 28 - October 2, 2015, Turin, Italy.

 

Manuello J., Ferrara M., Nani A., Costa T., Vercelli U., Tatu K., Duca S., Cauda F., "A meta-analytical study of neuropathological signatures on the insula.A clustering approach". Poster presented at OHBM's (Organization for Human Brain Mapping) 2017, Annual Meeting June 25-29, 2017 Vancouver, Canada.

Vercelli U., Moia S., Manuello J., Nani A., Costa T., Tatu K., Duca S., Cauda F.,  "Autocorrelation of BOLD signal used as a parameter to classify autistic subjects". Poster presented at OHBM's (Organization for Human Brain Mapping) 2017, Annual Meeting June 25-29, 2017 Vancouver, Canada.

Tatu K., Costa T., Nani A., Vercelli U., Manuello J., Gaminiani G., Duca S., Cauda F., "The Propagation Pattern of Brain Alterations in Multiple Sclerosis. A Meta-Analytic Network Approach". Poster presented at OHBM's (Organization for Human Brain Mapping) 2017, Annual Meeting June 25-29, 2017 Vancouver, Canada.

Liloia D., Nani A., Manuello J., Costa T., Vercelli U., Duca S., Cauda F., "Structural Abnormalities in Autism Spectrum Disorder: A Meta-analytic and Network-based Study". Poster presented at OHBM's (Organization for Human Brain Mapping) 2017, Annual Meeting June 25-29, 2017 Vancouver, Canada.

 

Manuello J., Verdejo-Román J., Torres Espínola F.J., Arias M., Catena A., Campoy C. "Maternal excess weight and gestational diabetes determine long-term changes in the brain structure of their offspring: an MRI study on PREOBE children at 6 years old".Poster presented at ESPGHAN, (European Society for Paediatric Gastroenterology Hepatology and Nutrition) 2018, 51st Annual Meeting, May 9-12, Geneva, Switzerland.

Manuello J., Costa T., Nani A., Tatu K., Liloia D., Vercelli U.,  Duca S., Cauda F. "A quantitative evaluation of the transdiagnostic meaning of social cognitive dysfunction", poster and pitch presentation at MeeTo 2018, May 25-26-27, Turin, Italy.

Manuello J., Nani A., Premi E., Borroni B., Costa T., Tatu K., Liloia D., Duca S., Cauda F. “Analyzing gray matter co-atrophy network in Alzheimer’s disease: A new meta- analytical approach”, poster presented at OHBM 2018, June 17-21, Singapore.

Manuello J., Verdejo-Romaށn J., Torres Espiށnola F.J., Arias M., Catena A., Cauda F., Campoy C. “Detecting transgenerational effects of gestational diabetes and maternal BMI on the offspring brains”, poster presented at OHBM 2018, June 17-21, Singapore.

Cauda F., Nani A., Manuello J., Premi E., Palermo S., Tatu K., Duca S., Fox P.T., Costa T. “Can functional, anatomic and genetic connectivity influence the spread of structural brain alteration?”, poster presented at SIPF 2018, November 15-17, Turin.

Mancuso L., Costa T., Nani A., Manuello J., Liloia D., Gelmini G., Panero M., Duca S., Cauda F. “Interhemispherical co-activations, a meta-analytic approach to homotopic connectivity”, poster presented at SIPF 2018, November 15-17, Turin. 

 

Manuello J., Palumbo E., Rizzo G., Nani A., Costa T., Duca S., Cauda F. “Clustering insula structural alteration using density-based approach: a DBSCAN application to brain”, 2019

Manuello J., Mancuso L., Ficco L., Polchi G., Teneggi A., Liloia D., Nani A., Costa T., Duca S., Cauda F. “The co-alteration pro le of the cingulate cortex”, 2019

Nani A., Manuello J., Liloia D., Duca S., Costa T., Cauda F. “The Neural Substrates of Time Perception: A meta-analysis of Neuroimaging Research”, 2019

Liloia D., Nani A., Manuello J., Mancuso L., Costa T., Rocca P., Brasso C., Polchi G., Duca S., Cauda F. “Morphometric co-alteration networking in schizophrenia: a voxel-based and meta-analytical analysis”, 2019

Mancuso L., Nani A., Manuello J., Liloia D., Gelmini G., Ficco L., Duca S., Costa T., Cauda F. “Degree Centrality of Co-alteration Networks: Meta-analytic Hubs of Pathological Spread”, 2019

Mancuso L., Costa T., Nani A., Manuello J., Liloia D., Gelmini G., Panero M., Duca S., Cauda F. “A meta-analysis on homotopic co-activations, interhemispheric functional connectivity revisited”, 2019

 

Manuello J., Mancuso L., Ficco L., Liloia D., Nani A., Costa T., Duca S., Cauda F. “Behind brain structural alteration patterns. Can clustering reveal organizational principles?”, 2020

Gray J.P., Manuello J., Cauda F., Price L.R., Fox P.T. “Structural and Functional Brain Network Alterations in Major Depressive Disorder from Meta-Analysis”, 2020

Mancuso L., Fornito A., Costa T., Ficco L., Liloia D., Manuello J., Duca S., Cauda F. “Meta-analysis of coincident grey matter volume increases and decreases in psychiatric diseases”, 2020

Liloia D., Nani A., Manuello J., Mancuso L., Costa T., Keller R., Ficco L., Duca S., Cauda F. “Gray matter co-alteration networks in autism spectrum disorder: a meta-connectomic approach”, 2020

Premio Mente e Cervello. October 19th, 2016. Aula Magna del Rettorato dell'Università di Torino, Torino, Italy.

L'Università di Torino verso il futuro. Ricerca, innovazione e formazione al tempo dei Big Data. November 8th, 2016. Collegio Carlo Alberto,  Moncalieri (TO), Italy.

HackUniTO for Ageing. November 22nd-23rd, 2016. CLE, Torino, Italy.

 

La gestione inter-disciplinare del paziente con grave lesione cerebrale: dalle conseguenze cognitive a quelle emozionali. GIRN National Congress 2018. Invited speaker for the lecture "Patoconnettomica: nuovi orizzonti tra connettività e patologia". May 11-12, Torino, Italy.

MeeTo 2018. Selected for pitch presentation "A quantitative evaluation of the transdiagnostic meaning of social cognitive dysfunction". May 25-26-27, Turin, Italy.

 

OHBM annual meeting 2019. 9th-13th June, Rome.

New frontiers of connectivity analysis: from healthy brain to pathoconnectomics. 15th June 2019, Turin.

Eating disorders and substance abuse. The impact of stressful lifestyles on brain functioning. 1st March 2019, Turin.

 

OHBM annual meeting 2020. 23th June - 3rd July, Virtual conference. Oral communication “Gray matter co-alteration networks in autism spectrum disorder: a meta-connectomic approach”.

Giornata dedicata alla valorizzazione delle competenze dei dottori di ricerca e al postdoc. October 4th, 2016. Aula Magna Cavallerizza Reale, Torino, Italy.

Using conduct problem phenotypes to highlight the challenge of uncovering how genes and environments influence the development of social minds. Essi Viding, University College London. October 20th, 2016. Sala lauree dell'Università di Torino, Torino, Italy.

Focus on CDKL5. November 18th, 2016. Auditorium della Banca Popolare di Novara, Torino, Italy.

Il Trasferimento Tecnologico: un'opportunità per l'evoluzione della propria ricerca. November 23rd, 2016. Sala multifunzione Cavallerizza Reale, Torino, Italy.

Premio Aldo Fasolo 2016. December 16th, 2016.  Accademia delle Scienze, Torino, Italy.

 

Examining mechanisms of social cognition with the use of humanoid robots and cognitive neuroscience methods. Agnieszka Wykowska, Italian Institute of Technology (IIT) Genova. February 13th, 2017. Sala lauree dell'Università di Torino, Torino, Italy.

Winter School of High Altitude Physiology, Medicine & Neuroscience. February 27th-28th, 2017. Plateau Rosà Laboratories, Center for Hypoxia, Breuil-Cervinia, Italy.

Bibliography and bibliometrics like pros. May 5th, 9th, 12th, 2017. Molinette Hospital, Turin, Italy.

Cognitive Neuroscience Robotics.  May 16th, 22nd, 29th, 2017.  University of Turin, Turin, Italy.

Neuro-psychology of cognitive impairment in minor and major neurocognitive disorders. September 6th, 13th 2017 (Prof. Rainero module); September  15th, 22nd 2017 (Prof. Amanzio module). Molinette Hospital and University of Turin, Turin, Italy.

D-Day SCIVISA 2017. September 19th 2017. M.B.C., Turin, Italy. 

 

Understanding autisms: from cognitive models to robot-mediated applications. February 13, 20, 27 2018 (Prof. Ansuini). Turin, Italy.

Biostatistica. March 12,13,16 2018. Turin, Italy.

Patient H.M.: from history to the future of neuroscience. Jacopo Annese. April 6, 2018. Turin, Italy.

Inglese scientifico livello B1/B2. March-July 2018. Turin, Italy

D-Day SCIVISA 2018. September 13th 2018. M.B.C., Turin, Italy. 

 

D-Day SCIVISA 2019. September 30th 2019. M.B.C., Turin, Italy. 

Introduzione alle reti complesse. Tommaso Costa, Università degli studi di Torino. December 6th, 2016. Torino, Italy.

How can we measure conscious awareness. Paul Azzopardi, University of Oxford UK. December 7th, 2016. Sala lauree dell'Università di Torino, Torino, Italy.

 

FSL Course. April 9-13 2018. Oxford, UK.

'PredPsych', a R based toolbox for machine learning in experimental psychology. April 24, 2018. Turin, Italy.

HCP course: Exploring the Human Connectome. June 25-29 2018. Oxford, UK.

Training in Europrogettazione. September 25-26 2018. Turin, Italy.

 

 

3/10/2017-29/01/2018 Research experience working with the group PNinsula (CTS-581), directed by Prof. Miguel Pérez García. CIMCYC, University of Granada, Spain.

 

11/11/2019-20/03/2020 academic visitor at NDCN Department (WIN) of Oxford University, UK, under the supervision of Prof. Gwenaëlle Douaud.

Ultimo aggiornamento: 13/07/2020 09:18
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