Knee extension motor imagery paired with single-pulse TMS facilitates corticospinal excitability in the tibialis anterior muscle, but not in the rectus femoris muscle
Questo studio dimostra che, sebbene la combinazione dell'immaginazione motoria dell'estensione del ginocchio con la TMS a impulso singolo aumenti significativamente l'eccitabilità corticospinale nel muscolo tibiale anteriore, essa non riesce a produrre effetti facilitatori simili nel muscolo retto femorale, suggerendo un limite della plasticità specifico per quest'ultimo.
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Il cervello umano è un maestro dell'adattamento. Quando apprendiamo una nuova abilità, dal suonare un brano al pianoforte al padroneggiare un servizio nel tennis, i percorsi neurali che controllano i nostri muscoli si riorganizzano fisicamente per diventare più efficienti. Questa capacità di cambiare, nota come plasticità, è la base della riabilitazione per le persone che si riprendono da ictus o lesioni. Gli scienziati cercano da tempo modi per sfruttare questo potere naturale, utilizzando strumenti come la stimolazione magnetica transcranica, una tecnica che utilizza una bobina magnetica tenuta contro il cuoio capelluto per dare una leggera spinta alla corteccia motoria del cervello. Accoppiando questa spinta esterna con la pratica mentale, i ricercatori sperano di amplificare la capacità del cervello di rafforzare le sue connessioni con muscoli specifici. Questo approccio è particolarmente rilevante per la parte inferiore del corpo, dove muscoli come il retto femorale, un grande muscolo nella parte anteriore della coscia responsabile dell'estensione del ginocchio, sono vitali per camminare, stare in piedi e saltare. Eppure, nonostante l'importanza di questi muscoli, i tentativi precedenti di potenziare le loro connessioni neurali utilizzando metodi standard sono spesso falliti, lasciando un vuoto nella nostra comprensione di come riaddestrare efficacemente il centro di comando della parte inferiore del corpo.
Un team di ricercatori dell'Università di Tokyo si è posto l'obiettivo di indagare se una specifica combinazione di rimembranza mentale e stimolazione magnetica potesse superare questo ostacolo. Si sono concentrati sul retto femorale, un muscolo che si è dimostrato ostinatamente resistente ai precedenti tentativi di potenziamento neurale. Lo studio ha coinvolto venti adulti sani che sedevano su una sedia ed eseguivano un rigoroso esercizio mentale: immaginare se stessi mentre spingono la gamba in avanti con il massimo sforzo per estendere il ginocchio. Questa immagine mentale era sincronizzata precisamente con impulsi singoli di stimolazione magnetica somministrati sul lato sinisto del cervello, l'area che controlla la gamba destra. I partecipanti hanno ripetuto questa associazione centoventi volte nel corso di circa sedici minuti. Per misurare i risultati, i ricercatori hanno utilizzato gli impulsi magnetici per evocare piccoli, involontari tic muscolari, noti come potenziali evocati motori, in quattro diversi muscoli della gamba: il retto femorale, il bicipite femorale nella parte posteriore della coscia, il muscolo dello stinco e il muscolo del polpaccio. Hanno misurato queste risposte immediatamente dopo la sessione, e di nuovo a quindici e trenta minuti di distanza, per vedere se la connessione del cervello con questi muscoli si fosse rafforzata.
I risultati hanno rivelato una differenza sorprendente e specifica nel modo in cui il cervello rispondeva al trattamento. Mentre il metodo ha saputo potenziare con successo la spinta neurale verso il muscolo dello stinco, rendendolo più eccitabile per un massimo di quindici minuti, non è riuscito a produrre alcun cambiamento duraturo nel retto femorale. Infatti, il muscolo nella parte anteriore della coscia ha mostrato un calo significativo della sua capacità di generare forza durante una contrazione volontaria massima poco dopo la sessione, suggerendo uno stato temporaneo di fatica centrale piuttosto che un rafforzamento del percorso neurale. I ricercatori hanno anche testato un gruppo di controllo in cui i partecipanti eseguivano la stessa rimembranza mentale senza gli impulsi magnetici; questo gruppo non ha mostrato cambiamenti in alcun muscolo, confermando che l'esercizio mentale da solo non era sufficiente a guidare i cambiamenti plastici. I risultati suggeriscono che l'autostrada neurale che collega il cervello al retto femorale è fondamentalmente diversa dai percorsi che portano ad altri muscoli della gamba. Sembra che questo specifico muscolo sia meno responsivo al tipo di plasticità indotta combinando la rimembranza mentale con la stimolazione magnetica, probabilmente perché dipende maggiormente da sistemi di controllo più antichi, basati sul tronco encefalico, piuttosto che dai percorsi corticali diretti che la stimolazione mira a colpire.
Questo esito sfida l'assunto che una singola strategia di riabilitazione possa funzionare ugualmente bene per tutti i muscoli. Lo studio indica che il retto femorale può essere meno suscettibile ai cambiamenti facilitatori che si verificano nei muscoli più distali come lo stinco, che sono controllati più direttamente dalla corteccia motoria. I ricercatori hanno osservato che, sebbene alcuni individui abbiano mostrato un aumento temporaneo della reattività, il gruppo nel suo insieme non l'ha fatto, indicando un alto grado di variabilità tra le persone. Il fatto che il muscolo dello stinco abbia risposto mentre il muscolo della coscia no, evidenzia che la capacità del cervello di riconfigurarsi non è uniforme in tutto il corpo. Invece di una chiave universale, il cervello sembra richiedere chiavi diverse per serrature diverse. Lo studio conclude che, sebbene la combinazione di rimembranza mentale e stimolazione magnetica sia uno strumento potente per alcuni muscoli, potrebbe non essere l'approccio ottimale per il retto femorale, suggerendo che i futuri sforzi di riabilitazione per questo specifico muscolo dovranno esplorare strategie alternative che mirino ai diversi circuiti neurali di cui esso si affida.
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