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La TDCS: una stimolazione – non stimolazione dalle grandi potenzialità

La tDCS é una tecnica con cui si stimolano diverse parti del cervello in modo non invasivo, efficace, indolore e senza effetti collaterali significativi

Di Giuseppe Murelli, Mara Compagnoni

Pubblicato il 23 Set. 2015

Aggiornato il 27 Set. 2019 14:43

Immagine: Fotolia_78706954_La TDCS una stimolazione- non stimolazione dalle grandi potenzialità

Giuseppe Murelli, Mara Compagnoni, OPEN SCHOOL STUDI COGNITIVI 

La tDCS, nata in Italia e oggi usata in tutto il mondo, é una tecnica di facile applicazione con cui é possibile stimolare diverse parti del cervello in modo non invasivo, efficace, indolore e senza effetti collaterali significativi.

INTRODUZIONE

Oggi lo studio del cervello e del suo funzionamento sta progredendo sempre di più grazie alle tecniche di neuroimmagine e di stimolazione e modulazione cerebrale. I disturbi neuropsicologici congeniti, degenerativi o dovuti a traumi e ictus sono ormai all’ordine del giorno. Non solo la farmacologia ma anche la psicoterapia si é rivelata in grado di produrre modificazioni nel funzionamento cerebrale. Comprendere quindi tale funzionamento e i modi per favorirne il miglioramento sembra essere un obiettivo importante per interventi che spaziano dalla prevenzione e riabilitazione di deficit specifici al trattamento dei disturbi emotivi.
La tDCS (stimolazione transcranica a corrente diretta continua) potrebbe rappresentare un’importante risorsa in tale percorso, viste le sue capacità di modulazione dell’eccitabilità corticale in assenza di effetti collaterali di rilievo.

 

La tDCS e i suoi meccanismi

La tDCS, nata in Italia e oggi usata in tutto il mondo, é una tecnica di facile applicazione con cui é possibile stimolare diverse parti del cervello in modo non invasivo, efficace, indolore e senza effetti collaterali significativi (le più frequenti percezioni riscontrate sono un leggero pizzicorio/prurito/calore all’inizio della stimolazione nei punti in cui sono posizionati gli elettrodi). Nonostante sia una tecnica “giovane”, molti studi la indicherebbero come un possibile prezioso strumento per il trattamento di condizioni neuropsichiatriche quali depressione, ansia, morbo di Parkinson, demenza di Alzheimer, dolore cronico, dipendenze, riabilitazione post ictus o traumi.

La tDCS permette due tipi di stimolazioni: anodica e catodica. La stimolazione anodica provoca un’eccitazione dell’attività neuronale e quella catodica la inibisce o la riduce.
La stimolazione tDCS consiste in una debole corrente elettrica continua all’intensità costante di 1-2 mA, non percepibile dalla persona, che viene applicata allo scalpo tramite una coppia di elettrodi (uno eccitatorio, l’anodo, e uno inibitorio, il catodo) di 35 cm² di superficie. Gli elettrodi sono rivestiti da una spugna sintetica imbevuta di una soluzione salina per aumentare la conduttività (consentendo di attraversare le ossa craniche e raggiungere l’area cerebrale d’interesse) ed evitare possibili effetti fastidiosi causati dall’applicazione diretta di corrente.

A questo punto vengono inseriti all’interno di una cuffia di gomma (non conduttiva) che ne facilita il fissaggio sulla testa. Generalmente viene utilizzato un montaggio in cui l’elettrodo attivo viene posizionato sull’area che si intende stimolare mentre l’elettrodo di riferimento viene posizionato sull’area sovraorbitale controlaterale o in un’area non cefalica (ad esempio sulla spalla).

Questa tecnica, attraverso il flusso di corrente da un elettrodo all’altro, modifica i potenziali di membrana dei neuroni permettendo di modulare l’eccitabilità della corteccia cerebrale e quindi l’attività neuronale del cervello, aumentando o diminuendo la funzionalità dell’area stimolata (producendo effetti a livello cognitivo e comportamentale) per un tempo che permane oltre la durata della stimolazione. In particolare, la stimolazione anodica depolarizza i neuroni aumentando l’eccitabilità corticale dell’area stimolata, mentre la stimolazione catodica iperpolarizza i neuroni con effetti inibitori. Se la stimolazione viene ripetuta più volte é possibile rendere tali modificazioni più stabili e durature (Bolognini et al. 2009).

A differenza di altre tecniche (ad esempio la TMS) la tDCS eccitatoria non stimola gli assoni dei neuroni inducendoli a scaricare potenziali d’azione, poiché induce un cambiamento di potenziale (eccitabilità neuronale spontanea) lento e di lieve entità. In particolare gli effetti sembrano essere dovuti alla modificazione della conduttività dei canali di sodio e calcio e allo spostamento di gradienti elettrici che influenzano il bilancio ionico all’interno e all’esterno della membrana neuronale, modulandone la soglia di attivazione (Ardolino et al. 2005).

Questi effetti variano al variare di:
– Densità della corrente (rapporto tra intensità di corrente e dimensione dell’elettrodo)
– Direzione del flusso di corrente (dal catodo all’anodo o dall’anodo al catodo)
– Durata della stimolazione
– Geometria neuronale su cui agisce la stimolazione
– Caratteristiche del tessuto neuronale stimolato.

Studi farmacologici associati alla tCDS hanno rilevato che:
– La somministrazione di carbamazepina (farmaco sodio-antagonista che blocca i canali del sodio rallentando l’afflusso di ioni Na⁺ all’interno della membrana neuronale e riducendone così la depolarizzazione) elimina l’aumento dell’eccitabilità neuronale indotto dalla stimolazione anodica durante la stimolazione tDCS.
– Lo stesso effetto si produce somministrando flunarizina (farmaco calcio-antagonista che rallenta l’afflusso di ioni Ca²⁺ all’interno della membrana neuronale bloccando i canali calcio-dipendenti).
Gli effetti sull’eccitabilità corticale durante la stimolazione dipenderebbero cioè dall’azione sul potenziale di membrana attraverso l’azione sui canali del sodio e del calcio.
– Gli effetti post-stimolazione sono stati ridotti dalla somministrazione di destrometorfano (antagonista per i recettori dei canali NMDA, che una volta attivati fanno fluire ioni sodio e ioni calcio all’interno della membrana neuronale).
– Ne viene invece aumentata la durata somministrando D-cicloserina (parziale agonista per i recettori NMDA) (Nitsche et al. 2004).
Anche gli effetti che permangono una volta interrotta la stimolazione tDCS dipenderebbero quindi dall’azione sul potenziale di membrana attraverso l’azione sui canali ionici.

Le modificazioni prodotte diventano più stabili e durature (effetti a lungo termine) quando la stimolazione viene ripetuta molte volte (Bolognini et al. 2009). I meccanismi alla base di questa stabilizzazione degli effetti potrebbero includere la formazione di nuove sinapsi sfruttando i meccanismi di potenziamento a lungo termine (LTP) e depressione a lungo termine (LTD). Per questi processi sembra avere un ruolo importante il sistema del glutammato e in particolare i recettori NMDA.

 

tDCS, plasticità cerebrale e implicazioni per la riabilitazione

Quando si produce una lesione cerebrale, nell’area controlaterale corrispondente (che generalmente svolge la stessa funzione) si attivano meccanismi simili all’LTP, cosicché l’area intatta possa compensare quella lesionata (Bury & Jones 2002). Una lesione cerebrale perciò diminuisce l’attivazione dell’area lesionata e aumenta l’inibizione che l’area corrispondente nell’emisfero intatto (area rivale) esercita. É stato quindi proposto che un trattamento con la stimolazione tDCS efficace per i deficit post-lesione, soprattutto per i disordini motori primari, consista nell’aumento dell’eccitabilità dell’area lesionata (stimolazione anodica) e/o nell’inibizione dell’area intatta al fine di ridurne l’iperattivazione (stimolazione catodica).

 

tDCS e trattamento comportamentale per favorire la plasticità cerebrale

Gli stessi effetti di LTP ottenuti con la stimolazione tDCS si producono nell’area trattata a seguito di un trattamento comportamentale, anche in soggetti sani.
A questo punto si può ipotizzare che training comportamentale e tDCS condividano simili meccanismi d’azione per indurre quei fenomeni di plasticità cerebrale che sono alla base del recupero post-lesione cerebrale, per cui l’uso additivo della tDCS e la sua capacità di produrre effetti a lungo termine dovrebbe aumentare gli effetti della riabilitazione comportamentale.

Per questo motivo si può ragionevolmente supporre che la loro combinazione possa massimizzare i loro effetti individuali. Ciò poiché la stimolazione anodica faciliterebbe l’attivazione dei neuroni dell’area danneggiata mentre la stimolazione catodica ridurrebbe l’azione dell’area intatta e l’inibizione che questa esercita verso l’area lesionata attraverso le connessioni interemisferiche callosali. In un tale quadro il trattamento comportamentale qualora sia associato a stimolazione cerebrale non invasiva potrebbe produrre modificazioni corticali più intense, con conseguente ripresa funzionale maggiore della funzione trattata. Inoltre, considerando che i processi spontanei di riorganizzazione plastica dopo un ictus si riducono rapidamente fino ad esaurirsi in pochi mesi, la combinazione della stimolazione tDCS, e quindi l’induzione di meccanismi di riorganizzazione plastica aggiuntivi, potrebbe permettere di allungare la finestra temporale in cui é possibile somministrare positivamente il trattamento riabilitativo.
Gli studi mostrano che:
– Il beneficio funzionale in un setting riabilitativo dopo somministrazione della sola stimolazione tDCS é risultato limitato a circa il 10-20% (Talelli & Rothwell 2006).
– Anche il solo trattamento comportamentale, pur essendo fondamentale per promuovere il recupero, non é risultato totalmente efficace (ad esempio il 50-60% dei pazienti che hanno subito un ictus mantengono dei disordini motori residui che necessitano di una qualche forma di assistenza).
– Il trattamento combinato delle due tecniche potrebbe massimizzare i loro effetti individuali, poiché la tDCS preattiverà i circuiti neurali danneggiati in modo specifico, rendendoli più responsivi alla stimolazione riabilitativa comportamentale.

É importante osservare che la tDCS si configura come una tecnica estremamente promettente ma allo stesso tempo di semplice uso e priva di effetti collaterali qualora utilizzata seguendo le linee guida (Rossi et al. 2009).

 

Alcuni studi precedenti in cui é stata utilizzata la tDCS

Gli studi neuropsicologici con la tDCS non sono ancora numerosissimi, nonostante le potenzialità di questa tecnica, ma stanno pian piano aumentando.
Gli effetti della tDCS sono stati valutati rispetto a:
– Corteccia motoria:
La risposta dell’area motoria primaria (M1), valutata misurando i potenziali motori evocati, é risultata maggiore dopo una stimolazione tDCS anodica e minore dopo una stimolazione catodica (Lang et al. 2004). Numerose modificazioni sono state riportate anche a livello comportamentale.

– Corteccia visiva:
Il picco del potenziale visivo evocato N70 é aumentato dopo una stimolazione anodica e ridotto dopo una stimolazione catodica (Antal et al. 2004a).
Il picco del potenziale visivo evocato P100 viene ridotto dopo una stimolazione anodica e amplificato dopo una stimolazione catodica.
Modificazioni della percezione visiva sono state descritte, in termini sia di facilitazione che di inibizione.

– Corteccia somatosensoriale:
La stimolazione anodica della corteccia sensomotoria aumenta i potenziali sensomotori prodotti stimolando il nervo mediano destro (Matsunaga et al. 2004), mentre la stimolazione catodica li riduce lievemente (non le componenti ad alta frequenza) (Dieckhöfer et al. 2006).
La stimolazione catodica della corteccia somatosensoriale riduce la capacità di discriminazione tattile per la stimolazione vibratoria dell’anulare sinistro (Rogalewski et al. 2004).

– Funzioni cognitive:
La stimolazione anodica della corteccia prefrontale sinistra facilita la classificazione probabilistica implicita (Kincses et al. 2004) e le capacità della memoria di lavoro durante un compito di sequenziamento di lettere (Fregni et al. 2005).
La stimolazione catodica della corteccia prefrontale anteriore aumenta il comportamento ingannevole in compiti in cui si può scegliere se dire la verità o mentire. Ciò viene riscontrato parallelamente a tempi di reazione minori quando la risposta é falsa provando anche un senso di colpa minore (Karim et al. 2009).
La stimolazione anodica della corteccia prefrontale dorsolaterale sinistra determina un miglioramento nella prestazione di un compito complesso di problem-solving verbale che richiede l’attivazione delle funzioni esecutive (Cerruti & Schlaug 2008).
La stimolazione anodica della corteccia prefrontale dorsolaterale, destra o sinistra, e catodica dell’area controlaterale riducono il rischio di comportamento impulsivo durante compiti ambigui di presa di decisione (Fecteau et al. 2007).
La stimolazione catodica della corteccia prefrontale dorsolaterale sinistra durante le fasi iniziali di apprendimento del test della Torre di Londra, e la stimolazione anodica della stessa area nelle fasi successive in cui lo svolgimento del test é stato appreso, producono un miglioramento della prestazione. La stimolazione catodica iniziale sembra funzionare come un riduttore di rumore neuronale che facilita l’acquisizione delle funzioni esecutive alla base del test della torre di Londra, mentre la stimolazione anodica successiva faciliterebbe l’attivazione dei neuroni che hanno ormai stabilito una configurazione di connessioni neuronali funzionale (Dockery et al. 2009).

Dal punto di vista neuropsicologico, gli effetti benefici della tDCS sono stati dimostrati principalmente per la negligenza spaziale unilaterale (Sparing et al. 2009), e nel trattamento dell’afasia (Monti et al. 2008).

 

La stimolazione magnetica transcranica (TMS)

La TMS è una tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva basata sul principio dell’induzione elettromagnetica, che può essere usata sia per studiare la relazione tra cervello e comportamento che per esplorare l’eccitabilità di differenti regioni cerebrali.

Il meccanismo di azione della TMS utilizza un impulso di corrente elettrica, che passando attraverso una bobina di metallo (usualmente rame) genera un campo magnetico. I moderni apparecchi per la stimolazione magnetica utilizzano un condensatore connesso a una bobina stimolante contenente una spirale (coil), che può essere appoggiata direttamente sullo scalpo permettendo una più semplice stimolazione mirata. Da essa fluisce un campo elettromagnetico di elevata potenza (da 0.2 a 4.0 T) e breve durata (~200 µs) che attraversa i tessuti cutanei, muscolari e ossei del cranio, e raggiunge la corteccia cerebrale inducendo una corrente elettrica transitoria capace di elicitare potenziali d’azione, che causa la depolarizzazione delle membrane cellulari (Barker et al., 1987; 1985) e la depolarizzazione transinaptica della popolazione di neuroni corticali.
Un’interessante proprietà della TMS é che la stimolazione prolungata produce un blocco temporaneo e reversibile della funzione dell’area corticale sottostante al punto di posizionamento della bobina. Questa tecnica è tuttora utilizzata in laboratorio per simulare e studiare le conseguenze di una disattivazione temporanea di specifiche aree cerebrali sull’esecuzione di compiti cognitivi complessi (ad esempio rispetto al linguaggio, al movimento, all’attenzione…), e quindi conoscerne meglio il ruolo funzionale (ad esempio la TMS può rappresentare un’alternativa semplice e non invasiva al test di Wada).

 

TDCS vs TMS

Sia la tDCS che la TMS sembrano portare a risultati simili: la possibilità di modificare l’eccitabilità corticale e la conseguente (ri)modulazione dei meccanismi di rilascio e reuptake dei neurotrasmettitori.
La differenza principale sta nel fatto che la TMS, attraverso la produzione di campi magnetici, induce campi elettrici in grado di elicitare potenziali d’azione, che a loro volta portano a dirette modificazioni della risposta neuronale (depolarizzazione corticale e scarica dei neuroni in caso di stimolazione eccitatoria o iperpolarizzazione corticale in caso di stimolazione inibitoria). La tDCS, invece, produce deboli campi elettrici che inducono nel cervello correnti elettriche di bassa o bassissima intensità, capaci di modulare il potenziale di membrana dei neuroni in modo da facilitare (stimolazione eccitatoria) o inibire (stimolazione inibitoria) la scarica neuronale, che non viene mai direttamente indotta.
Altre differenze tra le due tecniche riguardano aspetti “pratici”: la TMS è focale e quindi precisa nell’induzione degli effetti ma d’altro canto più costosa, più complessa nell’utilizzo e, a causa del campo magnetico che viene creato, attualmente é sconsigliata ai portatori di pacemaker e di protesi acustiche, a chi “indossa” delle protesi metalliche craniofacciali di ricostruzione e alle donne in gravidanza; é controindicata in particolar modo per chi soffre di epilessia o presenti una storia clinica con simili episodi.
La scelta tra le due tecniche va quindi fatta di volta in volta a seconda del caso specifico, valutando con attenzione il rapporto costi-benefici.

 

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BIBLIOGRAFIA:

Si parla di:
Stimolazione transcranica con correnti dirette (tdcs)Neuroscienze
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