Il cervello elabora le impressioni sensoriali, controlla il nostro corpo, memorizza le informazioni e dà forma alla nostra coscienza. Con i più recenti metodi tecnici e digitali, i ricercatori possono ora localizzare le aree responsabili di determinate abilità. Tuttavia, non si sa ancora esattamente quale sia il percorso degli impulsi neuronali nella rete dinamica altamente complessa di circa 100 miliardi di cellule nervose e come le diverse aree cerebrali lavorino insieme a livello spaziale e temporale.
Quasi tutti i processi sensomotori e cognitivi si basano sull’attività di grandi reti nel nostro cervello. Per scambiare e integrare le informazioni, le diverse regioni cerebrali devono accoppiarsi dinamicamente tra loro. L’esistenza di questi accoppiamenti è stata scoperta più di 30 anni fa, ma non è ancora chiaro quale sia il loro significato funzionale. Gli accoppiamenti dinamici dei segnali nella corteccia sembrano svolgere un ruolo chiave nello sviluppo della percezione, dell’attenzione, della memoria, del linguaggio, del pensiero e delle capacità di risolvere i problemi. Nella vita di tutti i giorni, il processo di integrazione multisensoriale è anche di grande importanza. Ciò consente lo scambio di informazioni tra i rispettivi sistemi sensoriali coinvolti. Nelle malattie, l’elaborazione simultanea delle impressioni sensoriali può essere alterata. Utilizzando l’elaborazione dei segnali visivi e acustici come esempio, i ricercatori berlinesi hanno usato le misurazioni EEG dell’attività cerebrale per scoprire che l’integrazione multisensoriale può aiutare a compensare i deficit di attenzione che esistono nell’elaborazione dei singoli canali sensoriali nelle persone con schizofrenia.
Riorganizzare le reti dopo un ictus
L’ictus e la capacità del cervello di superare queste limitazioni sono stati oggetto di ulteriori considerazioni. L’ictus è una delle cause più comuni di disabilità acquisita in tutto il mondo. Gli effetti tardivi includono disturbi del linguaggio o emiplegia. Nuove e sempre migliori opzioni terapeutiche, come la trombolisi e la trombectomia, hanno rivoluzionato il trattamento dell’ictus acuto negli ultimi anni. Al di là della fase acuta, tuttavia, il repertorio terapeutico si limita in gran parte a misure di addestramento speciali – con un successo moderato. Al fine di migliorare le limitate opzioni terapeutiche per la rigenerazione, l’uso della stimolazione cerebrale non invasiva tramite la stimolazione magnetica transcranica (TMS) è attualmente oggetto di studio nei pazienti con ictus. Questo ha il potenziale di modulare le reti cerebrali colpite dopo l’ictus e di mitigare i loro disturbi neurologici, al di là dell’effetto dei metodi di allenamento. Il fattore più importante per il recupero funzionale dopo un ictus è la riorganizzazione neuronale. Questo dipende da fattori sia a livello cellulare che di rete. I migliori risultati finora ottenuti nel supportare la riorganizzazione delle reti neurali provengono da una combinazione di tecniche di neuroimmagine e di neurostimolazione, come la TMS. Inoltre, l’uso dell’intelligenza artificiale potrebbe contribuire in modo significativo a migliorare i risultati del trattamento dopo un ictus in futuro. L’uso strategico di una quantità sempre crescente di dati relativi al paziente può aiutare a calcolare previsioni di esito basate su algoritmi sul decorso individuale dei singoli pazienti con ictus, sia in fase acuta che cronica. Gli approcci AI stanno diventando più precisi e stanno rivelando i fattori che possono favorire una rigenerazione rapida o un decorso complicato. In questo modo, le terapie possono essere adattate individualmente.
Neurostimolazione senza intervento chirurgico?
Che si tratti di Parkinson, Alzheimer, ictus, epilessia o dolore cronico, gli scienziati sperano che la stimolazione del cervello con stimoli elettrici o magnetici porti a nuovi approcci terapeutici per le malattie neurologiche e psichiatriche. La stimolazione cerebrale profonda è già consolidata nel trattamento del Parkinson. A questo scopo, vengono impiantati degli elettrodi nel cervello. La stimolazione cerebrale non invasiva offre nuove possibilità laddove le terapie tradizionali raggiungono i loro limiti o la chirurgia è troppo rischiosa. Finora, il metodo meglio studiato, con un corpus di dati in rapida crescita provenienti da studi sull’uomo, è la stimolazione a ultrasuoni transcranici focalizzati a bassa intensità (fTUS). Con trasduttori speciali e frequenze di ultrasuoni nell’intervallo di 0,5 MHz, è possibile modulare regioni cerebrali focali sia superficiali che profonde. La tecnica è stata studiata in pazienti con dolore cronico, demenza, epilessia, lesioni cerebrali traumatiche e depressione. Gli effetti della stimolazione a breve termine variavano a seconda dei parametri degli ultrasuoni e influenzavano positivamente l’eccitabilità, la connettività cerebrale, la plasticità e il comportamento. Il profilo degli effetti collaterali è stato caratterizzato da sintomi lievi come cefalea, deterioramento dell’umore, riscaldamento del cuoio capelluto, problemi cognitivi, dolore al collo, contrazioni muscolari, ansia e sonnolenza. La fTUS può essere utilizzata con grande precisione spaziale e non invasività per modulare anche le aree cerebrali profonde. Ciò distingue questo metodo da altre tecnologie.
Un’altra forma di neurostimolazione attualmente oggetto di ricerca è la Stimolazione Temporale Intermittente (TIS). Utilizza due stimolatori transcranici a corrente alternata («transcranial alternating current stimulation», tACS) che possono innescare un’interferenza temporale nelle regioni cerebrali profonde. Mentre non ci si aspetta alcun effetto biologico sulla superficie del cervello, a causa delle alte frequenze prevalenti (2 kHz), nella profondità del cervello il campo di interferenza elettrica (10 Hz) può portare a una modulazione dell’attività neuronale. Questo è stato dimostrato negli esperimenti sugli animali, sui topi.
Riconoscere i volti
L’aspetto più basilare della percezione del volto è il riconoscimento della presenza di un volto, che richiede l’estrazione delle caratteristiche che ha in comune con altri volti. Questo presumibilmente avviene attraverso l’abbinamento delle informazioni sensoriali ad alta dimensione con i modelli facciali interni, che si realizza attraverso un accoppiamento mediato dall’alto verso il basso tra le regioni prefrontali e le aree cerebrali della corteccia occipito-temporale. I compiti di riconoscimento illusorio dei volti possono essere utilizzati per indagare queste influenze dall’alto verso il basso. Uno studio ha indagato i meccanismi coinvolti nel riconoscimento dei volti utilizzando la risonanza magnetica funzionale (fMRI).
È stato utilizzato un paradigma di riconoscimento facciale illusorio in cui ai soggetti venivano mostrate immagini di rumore puro. Ma è stato detto loro che quella metà conteneva un volto. L’obiettivo principale era quello di indagare come l’interazione della corteccia prefrontale con il sistema nucleare porti alla percezione illusoria dei volti. L’analisi dei dati fMRI è stata suddivisa in cinque fasi. Le analisi 1-3 hanno esaminato il modello di attività cerebrale durante il riconoscimento illusorio del volto, confrontando le prove in cui è stato riconosciuto un volto con quelle in cui non è stato riconosciuto alcun volto. Nell’analisi 4, è stato studiato il modello di connettività funzionale tra il sistema centrale e la corteccia prefrontale, utilizzando un’analisi di interazione psicofisiologica (PPI). L’analisi 5 ha studiato come e quali regioni della corteccia prefrontale regolano l’attività cerebrale del sistema nucleare durante il riconoscimento illusorio del volto.
Si è potuto dimostrare che la percezione di falsi volti attiva il sistema centrale come quello dei volti reali, anche se con una lateralizzazione sinistra atipica dell’area occipitale del viso. Il sistema centrale è stato accoppiato con due diverse regioni cerebrali nell’IFG e nell’OFC. L’analisi DCM ha rivelato che l’attività del sistema nucleare durante il finto riconoscimento di un volto è stata regolata da un’influenza modulante, specifica per il volto, dell’IFG e non dall’OFC, come ipotizzato in precedenza.
Stimolazione transcranica per l’udito dicotico
Nell’ascolto dicotico (DL), due suoni diversi vengono presentati a entrambe le orecchie contemporaneamente. I partecipanti con dominanza emisferica sinistra riferiscono più suoni dall’orecchio destro, il che rappresenta un vantaggio per l’orecchio destro (REA). Per le segnalazioni dell’orecchio sinistro, le informazioni uditive devono essere trasferite dall’emisfero destro a quello sinistro (dominante). Di conseguenza, l’elettroencefalogramma (EEG) ha mostrato un aumento della connettività funzionale tra entrambe le cortecce uditive durante i rapporti con l’orecchio sinistro. In uno studio, questa connettività tra le due cortecce uditive è stata modulata durante la DL utilizzando la stimolazione transcranica a corrente alternata gamma (tACS). L’ipotesi di fondo era che la sincronizzazione e la de-sincronizzazione dell’attività di entrambe le cortecce uditive da parte del tACS interagisse con l’attività cerebrale e quindi influenzasse le prestazioni comportamentali durante la DL.
Ventinove partecipanti destrimani sono stati reclutati per cinque sessioni nell’arco di cinque settimane (a distanza di una settimana l’una dall’altra). In ogni sessione, hanno eseguito due blocchi DL con registrazione EEG e tACS simultanei. Ogni sessione comprendeva 20 minuti di stimolazione bilaterale a 40 Hz delle aree temporali con un’ampiezza di 1 mA (da picco a picco). Sono state applicate cinque diverse condizioni di stimolazione (una per sessione): stimolazione sham e 4 stimolazioni verum con 4 diversi spostamenti di fase (di 0°, 45°, 90° e 180°) tra i siti di stimolazione tACS sinistro e destro.
A livello comportamentale, i partecipanti hanno mostrato il tipico vantaggio dell’orecchio destro durante la condizione di stimolazione sham. Coerentemente con uno studio precedente simile, le altre condizioni non hanno mostrato cambiamenti significativi a livello comportamentale. Il calcolo dello spostamento di fase tra entrambe le cortecce uditive ha mostrato una differenza significativa tra i rapporti per l’orecchio sinistro e quello destro nella finestra temporale 84-108 ms dopo la presentazione dello stimolo. I singoli ritardi di fase all’interno di questa finestra temporale erano circolarmente correlati con i cambiamenti a livello comportamentale solo durante la condizione di stimolazione a 180°. Un’analisi personalizzata post-hoc ha mostrato che la condizione di stimolazione più vicina al ritardo di fase individuale (endogeno) ha determinato un FGD inferiore.
I risultati suggeriscono che non è la stimolazione in sé a influenzare la connettività interemisferica, ma piuttosto l’interazione tra il ritardo di fase della stimolazione e il ritardo di fase endogeno. In questo senso, la condizione di stimolazione con il minor ritardo di fase rispetto al ritardo di fase endogeno può migliorare la comunicazione interemisferica tra entrambe le cortecce uditive e quindi ridurre la FGD. Dal punto di vista clinico, questo studio può aiutare a identificare potenziali bersagli cerebrali per la neurostimolazione per il trattamento delle allucinazioni uditive nella schizofrenia, che sono associate a una maggiore connettività interemisferica e quindi a un REA anormalmente ridotto.
Congresso: Deutsche Gesellschaft für klinische Neurophysiologie und funktionelle Bildgebung (DGKN)
Ulteriori letture:
- Engel A: Come funziona il cervello: nuove intuizioni sulla dinamica delle reti neuronali. 28.02.2023. DGKN
- Moran JK, Keil J, Masurovsky A, et al. (2021): L’elaborazione multisensoriale può compensare i deficit di attenzione top-down nella schizofrenia. Cereb Cortex 31: 5536-5548. https://doi.org/10.1093/cercor/bhab177.
- Grefkes-Hermann C: Hirnnetzwerke und Neurorehabilitation: wie das Gehirn einen Schlaganfall überwinden kann. 28.02.2023. DGKN.
- Grefkes C, Fink GR: Recovery from stroke: current concepts and future perspectives. Neurol Res Pract 2020; 2: 17. Published 2020 Jun 16.
www.doi.org/10.1186/s42466-020-00060-6 - Bonkhoff AK, Grefkes C: Precision medicine in stroke: towards personalized outcome predictions using artificial intelligence. Brain 2022; 145(2): 457–475.
www.doi.org/10.1093/brain/awab439. - Ziemann U: Neurostimulation ohne Operation: neue Behandlungsoptionen für neurologische und psychiatrische Erkrankungen in Aussicht. 28.02.2023. DGKN
- Sarica C, Nankoo NF, Fomenko A, et al.: Human Studies of Transcranial Ultrasound neuromodulation: A systemic review of effectiveness and safety. Brain Stimulation 15 (2022) 737e746. https://doi.org/10.1016/j.brs.2022.05.002
- Grossman N, Bono D, Dedic N, et al.: Noninvasive Deep Brain Stimulation via Temporally Interfering Electric Fields. Cell. 2017; 169(6): 1029–1041.e16.
https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.05.024 - Jansen A Rusch KM, Hohmann DM, Thome I: Brain networks for illusory object detection. FV 5. DGKN. doi:10.1016/j.clinph.2023.02.006
- Elyamany O, Bak J, Claßen C, et al.: The effects of transcranial alternating current stimulation on auditory perception during dichotic listening. FV 8. DGKN. doi:10.1016/j.clinph.2023.02.009.
InFo NEUROLOGIE & PSYCHIATRIE 2023; 21(2): 18–19
