Stimolazione transcranica con corrente alternata su più aree cerebrali senza

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12710 (2023) Citare questo articolo

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Sebbene la sincronizzazione con ritardo di fase zero tra più regioni cerebrali sia stata ampiamente osservata, rapporti relativamente recenti indicano che ritardi di fase sistematici tra regioni corticali riflettono la direzione delle comunicazioni tra regioni corticali. Ad esempio, è stato suggerito che un ritardo di fase diverso da zero dei segnali elettroencefalografici (EEG) nella banda di frequenza gamma tra le aree parietali bilaterali possa riflettere la direzione della comunicazione tra queste aree. Abbiamo ipotizzato che la direzione della comunicazione tra aree cerebrali distanti potrebbe essere modulata dalla stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS) multi-sito con ritardi di fase specifici diversi da 0° e 180°. In questo studio è stato proposto un nuovo metodo di stimolazione cerebrale non invasiva (NIBS) chiamato tACS multifase multisito (msmp-tACS). L'efficacia del metodo proposto è stata testata in un caso di studio utilizzando un paradigma di memoria di lavoro visuospaziale (VWM) in cui le condizioni ottimali di stimolazione, comprese le ampiezze e le fasi di più elettrodi del cuoio capelluto, sono state determinate utilizzando l'analisi degli elementi finiti adottando la rappresentazione del fasore. msmp-tACS è stato applicato sui solchi intraparietali bilaterali (IPS) e ha mostrato che tACS a 80 Hz con la fase per l'IPS destro che precede quella per l'IPS sinistro di 90° (= 3,125 ms) parzializzava le prestazioni VWM verso l'emicampo visivo destro. Le tre condizioni di stimolazione erano sincronizzate, RL e LR, che si riferisce alla condizione di stimolazione senza ritardo di fase, fase di stimolazione dell'IPS destro (rIPS) che precede l'IPS sinistro (lIPS) di 90° e stimolazione dell'IPS che precede rIPS di 90°, rispettivamente. La lateralizzazione del VWM si è spostata in modo significativo verso l'emicampo visivo destro nella condizione RL rispetto alle condizioni sincronizzate e LR. Lo spostamento nel VWM era il risultato della stimolazione che influenzava in una certa misura sia le prove dell'emicampo visivo sinistro che quello destro, piuttosto che aumentare o diminuire significativamente la capacità VWM di uno specifico emicampo visivo. Dinamica cerebrale alterata causata dalle prestazioni VWM parzializzate da msmp-tACS, probabilmente a causa della modulazione della connettività effettiva tra rIPS e lIPS. I nostri risultati suggeriscono che msmp-tACS è un metodo NBS promettente in grado di modulare efficacemente le reti corticali che non possono essere facilmente modulate con i metodi convenzionali di stimolazione multi-sito.

La stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS) è un metodo di stimolazione cerebrale non invasiva (NIBS) che consente la modulazione delle oscillazioni neuronali. Si ritiene che il tACS trascini le attività cerebrali endogene nelle forme d'onda della corrente in ingresso applicando una debole corrente alternata attraverso gli elettrodi del cuoio capelluto1. È stato dimostrato che l’ampiezza, la frequenza e la fase della corrente di stimolazione sono considerati fattori importanti che determinano l’efficacia della tACS. In effetti, gli effetti frequenza-specifici del tACS sono stati riportati in numerosi studi2,3,4, in cui le frequenze di stimolazione sono state selezionate sulla base di metodi di imaging cerebrale tra cui l'elettroencefalografia (EEG) e la risonanza magnetica funzionale (fMRI). Inoltre, studi recenti hanno determinato una frequenza di simulazione utilizzando caratteristiche EEG complesse, come l'accoppiamento di frequenze incrociate5, la neutralizzazione delle bande EEG6 o i componenti P3007.

Mentre la maggior parte degli studi precedenti si concentravano sulla modulazione delle attività di singole regioni cerebrali, le prove suggeriscono che la sincronizzazione tra regioni corticali distanti può anche fornire informazioni utili per comprendere la percezione e la cognizione conscia8,9,10. Questi studi hanno riportato che la comunicazione tra le aree corticali viene osservata sotto forma di accoppiamento sincrono nella banda gamma (30–100 Hz), che viene anche definita ipotesi di comunicazione attraverso la coerenza (CTC)11. In conformità con l'ipotesi CTC, è stato introdotto il tACS multisito per modulare la sincronizzazione tra più regioni cerebrali. Tuttavia, i risultati riportati erano confusi; La sincronizzazione indotta da tACS di due regioni corticali ha migliorato la percezione della forma8 e la memoria di lavoro (WM)12, mentre la mappatura motoria uditiva13 e il vantaggio dell'orecchio destro14 non sono rimasti influenzati. Inoltre, la percezione del movimento bistabile è stata migliorata quando la corteccia parietale-occipitale è stata desincronizzata applicando tACS15.