La stimolazione cerebrale non invasiva migliora l’apprendimento motorio

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Flyazure / 2023 EPFL
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Utilizzando una nuova tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva, gli scienziati dell’EPFL hanno dimostrato che è possibile potenziare l’attività delle strutture cerebrali profonde e migliorare l’apprendimento motorio. La loro ricerca apre nuove strade per il trattamento non invasivo dei disturbi cerebrali.

Video: Il laboratorio di Friedhelm Hummel ha dimostrato che la neuromodulazione non invasiva di un’area cerebrale profonda, lo striato, può migliorare l’apprendimento motorio negli anziani. È la prima volta che nell’uomo le strutture cerebrali profonde sono state trattate in modo non invasivo. Credit: Mohesh Mohan Sempre più trattamenti neurologici iniziano a basarsi sulla neuromodulazione. Si tratta di una tecnica che utilizza una stimolazione elettrica mirata o agenti chimici per modificare l’attività di specifiche aree neurologiche del cervello e del corpo in generale. La stimolazione del cervello per la neuromodulazione è essenziale anche per comprendere meglio il suo funzionamento. Influenzando direttamente l’attività e i circuiti neurali, i ricercatori possono studiare le relazioni causali tra attività cerebrale e comportamento e svelare i misteri della neuroplasticità, dell’apprendimento e della memoria in vari disturbi neurologici e psichiatrici.

Le tecnologie di stimolazione cerebrale profonda non invasiva promettono nuovi interventi terapeutici per disturbi neurologici e psichiatrici come ictus, demenza e lesioni cerebrali traumatiche. Sebbene le strutture cerebrali profonde siano importanti per il trattamento di questi disturbi, i metodi tradizionali di stimolazione cerebrale non invasiva non possono raggiungerle senza influenzare l’intera corteccia sovrastante. Ciò significa che attualmente è possibile intervenire sulle strutture cerebrali profonde solo con tecniche invasive.

Gli scienziati guidati da Friedhelm Hummel Hummel, Cattedra Defitech di Neuroingegneria Clinica presso l’EPFL, hanno sviluppato una nuova tecnica chiamata "stimolazione elettrica transcranica per interferenza temporale" (tTIS) per la neuromodulazione non invasiva nell’uomo, al fine di colpire le strutture profonde e migliorare l’apprendimento motorio in soggetti anziani sani. La ricerca, i cui autori principali sono Maximilian J. Wessel ed Elena Beanato, è pubblicata su Nature Neuroscience.

Gli scienziati hanno combinato modellazione computerizzata, studi di fMRI e valutazioni comportamentali per dimostrare, per la prima volta, che la tTIS può modulare in modo specifico un’area cerebrale profonda chiamata striato, che è il centro di elaborazione del controllo motorio e dell’apprendimento. A differenza di altre tecniche di neuromodulazione profonda, la tTIS è stata in grado di raggiungere lo striato senza procedure invasive.

"Eravamo interessati all’apprendimento perché è essenziale per l’acquisizione continua di competenze nel corso della vita e per il recupero dalle disabilità motorie", affermano Maximilian J. Wessel ed Elena Beanato.

Gli scienziati hanno applicato raffiche di impulsi elettrici secondo uno schema specifico ("burst theta") per modulare l’attività cerebrale in soggetti umani. È stato dimostrato che questo schema induce cambiamenti nell’eccitabilità neuronale e nelle proprietà neuroplastiche, con un grande potenziale di applicazione nel miglioramento cognitivo e nella neuroriabilitazione.

Il Theta burst tTIS ha rivelato una forte attività nello striato e nella rete motoria associata. I partecipanti anziani sani, le cui capacità naturali di apprendimento sono generalmente inferiori a quelle dei giovani, hanno mostrato un effetto maggiore della stimolazione con un miglioramento più pronunciato delle prestazioni motorie. Ciò suggerisce che la TTIS potrebbe, in particolare, migliorare l’apprendimento in popolazioni con disturbi motori.

"È la prima volta che abbiamo dimostrato nell’uomo la possibilità di neuromodulare in modo non invasivo e specifico lo striato e di migliorare il comportamento corrispondente", afferma Friedhelm Hummel.

La natura non invasiva della tTIS e la sua capacità di modulare selettivamente le strutture cerebrali profonde senza influenzare la corteccia sovrastante o altre aree funzionali ne fanno un nuovo ed entusiasmante strumento per la ricerca nel campo delle neuroscienze. Inoltre, fornisce la base per strategie di trattamento innovative e non invasive per i disturbi cerebrali in cui le strutture striatali profonde svolgono un ruolo chiave, come la demenza, la dipendenza o l’ictus.

Altri collaboratori

Ospedale universitario di Wurzburg, Università Cattolica di Lovanio, ETH di Zurigo, Centro di Neuroscienze di Zurigo, Università del Surrey, Ospedale di Sion (Svizzera), Imperial College di Londra, Fondazione IT’IS, Facoltà di Medicina dell’Università di Ginevra, Istituto di Ricerca sulla Demenza del Regno Unito.

Riferimenti

Maximilian J. Wessel, Elena Beanato, Traian Popa, Fabienne Windel, Pierre Vassiliadis, Pauline Menoud, Valeriia Beliaeva, Ines R. Violante, Hedjoudje Abderrahmane, Patrycja Dzialecka, Chang-Hyun Park, Pablo Maceira-Elvira, Takuya Morishita, Antonino Cassara, Melanie Steiner, Nir Grossman, Esra Neufeld, Friedhelm C. Hummel. La stimolazione non invasiva del theta burst dello striato umano migliora l’attività striatale e l’apprendimento di abilità motorie. Nature Neuroscience 19 ottobre 2023. DOI: 10.1038/s41593’023 -01457-7