Stimolazione elettrica transcranica (tES)

Principi di base
La tecnica tES (Nitsche et al., 2008; Priori, 2003) prevede l’applicazione di deboli correnti elettriche (~1-2 mA) direttamente sulla testa per diversi minuti (~5-30 minuti). La corrente è erogata grazie all’applicazione di due elettrodi posizionati sullo scalpo, attraverso uno stimolatore di corrente alimentato a batterie. Queste correnti generano un campo elettrico che modula l’attività neurale in base alla modalità di applicazione, che può essere continua (stimolazione transcranica a corrente continua, tDCS), rumore casuale (stimolazione transcranica random noise, tRNS) o alternata (stimolazione transcranica a corrente alternata, tACS). La tDCS altera la frequenza di scarica dei neuroni. Numerosi studi su modello animale (Bindman et al., 1964; Creutzfeldt et al., 1962) suggeriscono che la tDCS catodica riduca la frequenza spontanea di scarica dei neuroni, mentre la tDCS anodica abbia un effetto opposto. L’attività neurale aumenta quando il polo positivo (anodo) è collocato vicino al corpo cellulare ed ai dendriti e diminuisce quando il campo è opposto. In accordo a questo sono stati osservati nell’uomo effetti neurofisiologici simili (Nitsche and Paulus, 2000). Infatti la polarizzazione catodica applicata sulla corteccia motoria può indurre una robusta riduzione dell’eccitabilità corticale, mentre la polarizzazione anodica aumenta l’eccitabilità della corteccia motoria (Nitsche and Paulus, 2000). Gli effetti a breve termine della tDCS sono probabilmente indotti da un cambiamento nella polarizzazione della membrana neurale: depolarizzazione (anodica) o iperpolarizzazione (catodica) (Liebetanz et al., 2002). In modo simile alla rTMS questi cambiamenti durano anche dopo la fine della stimolazione per periodi che variano da minuti a ore, a seconda dei parametri di stimolazione utilizzati (es., intensità e durata). La tDCS è quindi in grado di modificare la prestazione in numerosi compiti cognitivi (Fertonani et al., 2010; Fertonani et al., 2011; Sandrini et al., 2012)
Per quanto riguarda la tACS si conosce ancora molto poco. Con questa tecnica è possibile applicare sulla corteccia una corrente che oscilla ad una determinata frequenza per indurre una sincronizzazione (entrainment) neurale (Kanai et al., 2008). La tACS può dunque essere uno strumento in grado di interagire con le oscillazioni corticali inducendo un entrainment delle frequenze stesse (Thut and Miniussi, 2009) contribuendo quindi ad una migliore comprensione delle comunicazioni corticali nei processi cognitivi.
Più recentemente è nato molto interesse nei confronti di un nuovo metodo di stimolazione elettrica, la tRNS (transcranial random noise stimulation). La tRNS consiste nell’applicazione sulla corteccia di una corrente alternata a frequenze random che variano tra 0,1 e 640 Hz. Terney et al. (2008) ha dimostrato sulla corteccia motoria che la tRNS ad alta frequenza (101-640 Hz) induce una modulazione positiva dell’eccitabilità corticale. Un risultato simile è stato trovato da Fertonani et al. (2011) durante l’esecuzione di un compito di apprendimento percettivo visivo, nel quale la tRNS ad alta frequenza migliorava la prestazione più delle altre tecniche [tRNS a bassa frequenza (0,1-100 Hz), tDCS anodica e catodica]. Gli autori suggeriscono che il meccanismo attraverso il quale la tRNS migliora la prestazione potrebbe essere basato sulla stimolazione ripetuta a frequenza random, che può prevenire l’omeostasi del sistema e potenziare l’attività neurale correlata al compito. Questi risultati sottolineano il grande potenziale di questa nuova tecnica.

Meccanismi di azione a livello sinaptico
La tES (nello specifico, la tDCS) induce una polarizzazione che è troppo debole per elicitare potenziali d’azione nei neuroni . Comunque, essa è in grado di modificare efficacemente le risposte corticali evocate e il livello di attività post-sinaptica dei neuroni corticali, presumibilmente inducendo un cambiamento nell’eccitabilità neurale intrinseca (come mostrato da studi sull’animale: Bindman et al., 1979; Bindman et al., 1962; 1964; Purpura and McMurtry, 1965). I cambiamenti indotti da una singola sessione di tDCS sono reversibili (come per la TMS), durano da pochi minuti a più di un’ora e sono dipendenti dai recettori N-Metil D-Aspartato (NMDA) (Ridding and Ziemann, 2010). I risultati di TMS e tDCS sono quindi simili per quanto riguarda i neuromodulatori coinvolti: gli effetti della tDCS scompaiono dopo la somministrazione di un antagonista dei recettori NMDA (Liebetanz et al., 2002; Nitsche et al., 2003). Bloccare i canali del Na+ e stabilizzare il potenziale di membrana elimina gli effetti della stimolazione anodica sia a lungo che a breve termine (Liebetanz et al., 2002; Nitsche et al., 2003).

Trattamento dei deficit cognitivi
La tES ha dimostrato lo stesso potenziale della rTMS nel trattamento di disordini neurologici come dolore cronico, malattia di Parkinson, deficit motori ed epilessia, (Miniussi e Vallar, 2011; Miniussi et al., 2008; Celnik et al., 2009; Fregni and Pascual-Leone, 2007; Harris-Love and Cohen, 2006). Recentemente è stato mostrato che una singola sessione tES può migliorare i deficit di attenzione visuospaziale in pazienti con neglect in seguito ad ictus (Sparing et al., 2009), le abilità di denominazione nell’afasia vascolare (Baker et al., 2010) e la memoria di riconoscimento nella demenza di Alzheimer (Ferrucci et al., 2008).
I meccanismi neurali responsabili dei miglioramenti cognitivi indotti dalla tES sono principalmente sconosciuti e per questo motivo è necessario approfondire la ricerca in questo campo. In sintesi, le NIBS hanno mostrato di essere in grado di indurre modificazioni della plasticità corticale che possono durare anche oltre la fine del periodo di stimolazione. Considerato questo potenziale, esiste un crescente interesse nell’applicazione di queste tecniche in ambito terapeutico, per ridurre i deficit cognitivi in pazienti con stroke e con disordini neurodegenerativi.

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