La stimolazione elettrica transcranica (tDCS) è sempre più impiegata sia in ambito clinico sia sperimentale, nonostante questo i suoi precisi meccanismi di funzionamento rimangono in gran parte sconosciuti. È noto che a livello neuronale, la tDCS modula l’eccitabilità corticale modificando il potenziale di membrana a riposo in modo polarità-dipendente: la stimolazione anodica aumenta il firing rate spontaneo delle regioni direttamente stimolate, al contrario quella catodica lo diminuisce (Bindman et Al, 1964). Tuttavia, le basi neurofisiologiche degli effetti della tDCS, diretti e post-stimolazione, sono ancora poco chiare, così come non si è ancora del tutto compreso come la stimolazione di una data area possa indurre degli effetti anche in regioni anatomicamente connesse a essa (Jacobson et al. 2012). In un precedente lavoro sono stati esplorati gli effetti della stimolazione tDCS anodica sull’eccitabilità corticale tramite l’utilizzo di una tecnica che combina la Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS) alla registrazione Elettroencefalografica (EEG). I risultati hanno mostrato un diffuso aumento dell’eccitabilità corticale in un network bilaterale fronto-parietale (Romero Lauro et al., 2014). Nel presente studio è stata utilizzata la stessa tecnica e il medesimo setting sperimentale al fine di esplorare gli effetti di modulazione dell’eccitabilità corticale indotti dalla stimolazione tDCS catodica, sia a livello globale sia a livello locale. Materiali e Metodi È stata applicata la TMS a impulso singolo sulla corteccia parietale posteriore (PPC) sinistra, prima, durante e dieci minuti dopo la stimolazione tDCS in corrispondenza della PPC destra. Durante le tre sessioni di stimolazione sono stati registrati i potenziali evocati dalla TMS (TEPs) mediante una cuffia a sessanta canali. Dei TEPs sono state considerate per l’analisi quattro diverse finestre temporali: 0 (onset TMS) -50, 50-100, 100-150 and 150-200 millisecondi. Per ognuna di esse sono stati ricavati gli indici di eccitabilità corticale, sia globale sia locale, calcolando rispettivamente il Global e Local Mean Field Power (GMFP e LMFP) sulla media dei TEPs. Il GMFP è stato ottenuto analizzando il segnale derivante da tutti i sessanta canali EEG. Il LMFP, invece, è stato calcolato su quattro clusters di elettrodi: parietale destro (CP2, CP4, P2, e P4), parietale sinistro (CP1, CP3, P1, e P3), frontale destro (F2, F6, FC2, e FC6) e frontale sinistro (F1, F5, FC1, e FC3). Risultati e Discussione I risultati preliminari mostrano un’assenza di differenze significative tra le tre condizioni di stimolazione. Un’analisi bayesiana mostra un’indicazione moderata per l’ipotesi nulla. Questi risultati sono in linea con gli studi in letteratura che riportano come gli effetti della tDCS catodica risultino piuttosto controversi quando sono interessate aree che sottendono a funzioni cognitive di ordine superiore (Jacobson et al., 2012). Bibliografia 1. Bindman, L. J., Lippold, O. C., & Redfearn, J. W. (1962). Long-lasting changes in the level of the electrical activity of the cerebral cortex produced by polarizing currents. Nature, 196, 584e585. 2. Jacobson, L., Koslowsky, M., & Lavidor, M. (2012). tDCS polarity effects in motor and cognitive domains: a meta-analytical review. Experimental brain research, 216(1), 1-10. 3. Romero Lauro, L. J., Rosanova, M., Mattavelli, G., Convento, S., Pisoni, A., Opitz, A., et al. (2014). TDCS increases cortical excitability: direct evidence from TMS-EEG. Cortex, 58, 99e111.
Varoli, E., Pisoni, A., Mattavelli, G., Rosanova, M., Bolognini, N., Vallar, G., et al. (2017). Tracciare gli effetti della stimolazione elettrica transcranica catodica sull’eccitabilità e connettività corticale tramite TMS-EEG. In Atti del VI Congresso della Società Italiana di Neuropsicologia – SINP (pp.64-65).
Tracciare gli effetti della stimolazione elettrica transcranica catodica sull’eccitabilità e connettività corticale tramite TMS-EEG
Varoli, E;Pisoni, A;Mattavelli, G;Bolognini, N;Vallar, G;Romero Lauro, LJ
2017
Abstract
La stimolazione elettrica transcranica (tDCS) è sempre più impiegata sia in ambito clinico sia sperimentale, nonostante questo i suoi precisi meccanismi di funzionamento rimangono in gran parte sconosciuti. È noto che a livello neuronale, la tDCS modula l’eccitabilità corticale modificando il potenziale di membrana a riposo in modo polarità-dipendente: la stimolazione anodica aumenta il firing rate spontaneo delle regioni direttamente stimolate, al contrario quella catodica lo diminuisce (Bindman et Al, 1964). Tuttavia, le basi neurofisiologiche degli effetti della tDCS, diretti e post-stimolazione, sono ancora poco chiare, così come non si è ancora del tutto compreso come la stimolazione di una data area possa indurre degli effetti anche in regioni anatomicamente connesse a essa (Jacobson et al. 2012). In un precedente lavoro sono stati esplorati gli effetti della stimolazione tDCS anodica sull’eccitabilità corticale tramite l’utilizzo di una tecnica che combina la Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS) alla registrazione Elettroencefalografica (EEG). I risultati hanno mostrato un diffuso aumento dell’eccitabilità corticale in un network bilaterale fronto-parietale (Romero Lauro et al., 2014). Nel presente studio è stata utilizzata la stessa tecnica e il medesimo setting sperimentale al fine di esplorare gli effetti di modulazione dell’eccitabilità corticale indotti dalla stimolazione tDCS catodica, sia a livello globale sia a livello locale. Materiali e Metodi È stata applicata la TMS a impulso singolo sulla corteccia parietale posteriore (PPC) sinistra, prima, durante e dieci minuti dopo la stimolazione tDCS in corrispondenza della PPC destra. Durante le tre sessioni di stimolazione sono stati registrati i potenziali evocati dalla TMS (TEPs) mediante una cuffia a sessanta canali. Dei TEPs sono state considerate per l’analisi quattro diverse finestre temporali: 0 (onset TMS) -50, 50-100, 100-150 and 150-200 millisecondi. Per ognuna di esse sono stati ricavati gli indici di eccitabilità corticale, sia globale sia locale, calcolando rispettivamente il Global e Local Mean Field Power (GMFP e LMFP) sulla media dei TEPs. Il GMFP è stato ottenuto analizzando il segnale derivante da tutti i sessanta canali EEG. Il LMFP, invece, è stato calcolato su quattro clusters di elettrodi: parietale destro (CP2, CP4, P2, e P4), parietale sinistro (CP1, CP3, P1, e P3), frontale destro (F2, F6, FC2, e FC6) e frontale sinistro (F1, F5, FC1, e FC3). Risultati e Discussione I risultati preliminari mostrano un’assenza di differenze significative tra le tre condizioni di stimolazione. Un’analisi bayesiana mostra un’indicazione moderata per l’ipotesi nulla. Questi risultati sono in linea con gli studi in letteratura che riportano come gli effetti della tDCS catodica risultino piuttosto controversi quando sono interessate aree che sottendono a funzioni cognitive di ordine superiore (Jacobson et al., 2012). Bibliografia 1. Bindman, L. J., Lippold, O. C., & Redfearn, J. W. (1962). Long-lasting changes in the level of the electrical activity of the cerebral cortex produced by polarizing currents. Nature, 196, 584e585. 2. Jacobson, L., Koslowsky, M., & Lavidor, M. (2012). tDCS polarity effects in motor and cognitive domains: a meta-analytical review. Experimental brain research, 216(1), 1-10. 3. Romero Lauro, L. J., Rosanova, M., Mattavelli, G., Convento, S., Pisoni, A., Opitz, A., et al. (2014). TDCS increases cortical excitability: direct evidence from TMS-EEG. Cortex, 58, 99e111.
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