Direction-Specific Effects of Biphasic Transcranial Magnetic Stimulation on Cortical and Cortico-spinal Excitability

Immagina il tuo cervello come una città frenetica dove miliardi di piccoli messaggeri (neuroni) si scambiano costantemente bigliettini per far sì che tutto funzioni correttamente. A volte, gli scienziati vogliono sbirciare dietro le quinte per vedere come reagiscono questi messaggeri quando le cose si fanno un po' eccitanti. Per farlo, usano uno strumento chiamato Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS). Pensa alla TMS come a un enorme magnete invisibile che fluttua sopra la testa. Quando scatta, crea un impulso magnetico che attraversa il cranio e dà una piccola scossa innocua alle cellule cerebrali che si trovano proprio sotto. È come percuotere un tamburo per vedere come vibra la pelle, ma invece di un tamburo, stai percuotendo il cervello per vedere come "vibra" con l'elettricità.

Di solito, gli scienziati usano questo metodo per controllare se il dipartimento "motore" del cervello sta funzionando correttamente. Quando colpiscono con la scossa la parte del cervello che controlla la tua mano, la tua mano potrebbe avere un sussulto. Questo sussulto è chiamato Potenziale Evocato Motorio (MEP). Ma ecco la parte complicata: il magnete non colpisce solo in una direzione. L'elettricità che crea può scorrere in avanti o all'indietro, come un fiume che cambia la sua corrente. Per molto tempo, gli scienziati non erano del tutto sicuri se la direzione di questo "fiume elettrico" importasse. La direzione del flusso da davanti a dietro o da dietro a davanti conta? Cambia il volume del "battito del tamburo" del cervello, o la velocità con cui il segnale viaggia? Questa domanda è importante perché se la direzione cambia la reazione del cervello, allora gli scienziati devono essere super attenti a quale verso puntano le loro bacchette magnetiche per ottenere risultati accurati.

In questo studio, un team di ricercatori ha deciso di risolvere il dibattito giocando a "trova le differenze" con l'elettricità del cervello. Hanno invitato 23 volontari sani e hanno usato un braccio robotico hi-tech per tenere una bobina magnetica perfettamente ferma sopra la parte sinistra dei loro cervelli — l'area che controlla la mano destra. Il robot era fondamentale perché anche un minimo sussulto avrebbe potuto rovinare l'esperimento. I ricercatori hanno colpito il cervello con due diverse direzioni di corrente: una che scorre da davanti a dietro (AP-PA) e l'altra da dietro a davanti (PA-AP). Lo hanno fatto con una forza appena sufficiente a far sussultare la mano, precisamente al 110% della "soglia motoria di riposo" (la potenza minima necessaria per ottenere una reazione).

Mentre il cervello veniva colpito, il team registrava due cose contemporaneamente. Primo, osservavano i muscoli della mano per vedere il sussulto fisico (il MEP). Secondo, usavano un cappello con 64 sensori per ascoltare il chiacchiericcio elettrico del cervello (l'EEG) per vedere la reazione o il "pensiero" immediato che avviene all'interno del cranio. Volevano vedere se la direzione della corrente cambiava la dimensione del sussulto, la velocità con cui avveniva o l'aspetto della "canzone elettrica" del cervello.

I risultati hanno mostrato che la direzione della corrente conta sicuramente, ma non in ogni singolo modo. Quando la corrente fluiva da davanti a dietro (AP-PA), il cervello era più facile da svegliare: i ricercatori avevano bisogno di meno potenza per far sussultare la mano e il sussulto avveniva più velocemente. Tuttavia, quando la corrente fluiva da dietro a davanti (PA-AP), il cervello era un po' più testardo, richiedendo più potenza e impiegando un po' più di tempo per inviare il segnale alla mano. Interessantemente, la dimensione del sussulto della mano non cambiava molto tra le due direzioni; il cervello prendeva solo un percorso diverso per arrivarci.

La storia diventa ancora più interessante guardando la canzone elettrica interna del cervello. I ricercatori hanno scoperto che la direzione della corrente cambiava le note specifiche della melodia del cervello. Ad esempio, un'ondata cerebrale specifica chiamata "P60" avveniva leggermente prima quando la corrente fluiva da dietro a davanti. Un'altra onda, la "N100", che si pensa sia legata a come il cervello elabora la sensazione del sussulto o forse a un momento di "frenata" o inibizione, era molto più forte (più negativa) quando la corrente fluiva da dietro a davanti. Ciò suggerisce che la direzione da dietro a davanti potrebbe alzare il volume sui sistemi di elaborazione interna o di inibizione del cervello.

Il team ha anche osservato il quadro generale dell'attività cerebrale, misurando la "potenza" complessiva del campo elettrico. Hanno scoperto che nella parte centrale della reazione cerebrale (tra 51 e 110 millisecondi dopo la scossa), la corrente da dietro a davanti creava un segnale più forte e attivo in tutto il cervello rispetto alla corrente da davanti a dietro.

Infine, i ricercatori hanno cercato di collegare i puntini tra la canzone elettrica interna del cervello e il sussulto fisico della mano. Hanno trovato un legame: quando il sussulto della mano era più grande, anche l'onda cerebrale "N100" era più grande, indipendentemente dalla direzione della corrente. C'era anche un legame tra il sussulto della mano e l'onda "P30", ma solo quando la corrente fluiva da davanti a dietro. Questo suggerisce che la reazione interna del cervello e il movimento fisico del corpo si stanno parlando, ma la conversazione cambia a seconda di come viene somministrato il colpo magnetico.

In breve, questo articolo conferma che la direzione della corrente magnetica è come un registro che regola la risposta del cervello. Non si limita ad alzare o abbassare il volume; cambia il tempo e le note specifiche che il cervello suona. Sebbene il sussulto della mano possa sembrare simile, il viaggio interno del cervello per arrivarci è diverso. Ciò significa che per gli scienziati e i medici che utilizzano questa tecnologia, prestare attenzione alla direzione della corrente è essenziale per capire esattamente cosa stia facendo il cervello. Lo studio non ha scoperto che una direzione sia "migliore" dell'altra, ma piuttosto che sono strumenti distinti che attivano il cervello in modi unici, e la ricerca futura dovrà tenere conto di questa direzionalità per costruire migliori mappe di come funziona il nostro cervello.