Le scansioni cerebrali mostrano gli effetti della stimolazione cerebrale terapeutica

Una nuova sorprendente ricerca fornisce ai medici prove visive delle reti cerebrali e di come la stimolazione elettrica del cervello aiuta a ripristinare o stimolare specifiche regioni del cervello.

È noto che la stimolazione del cervello tramite elettricità o altri mezzi può aiutare ad alleviare i sintomi di vari disturbi neurologici e psichiatrici. Le pratiche cliniche utilizzano spesso l'approccio per trattare condizioni che vanno dall'epilessia alla depressione.

Ma cosa succede davvero quando i medici fanno uno zapping al cervello?

Poco si sa su cosa renda questa tecnica efficace o su quali aree del cervello dovrebbero essere mirate per trattare diverse malattie.

Un nuovo studio condotto dall'Università della Pennsylvania e dall'Università di Buffalo segna un passo avanti nel colmare queste lacune nella conoscenza. La ricerca descrive come la stimolazione di una singola regione del cervello influenzi l'attivazione di altre regioni e l'attività su larga scala all'interno del cervello.

"Non abbiamo una buona comprensione degli effetti della stimolazione cerebrale", ha detto la prima autrice Sarah Muldoon, Ph.D., assistente professore di matematica presso l'Università di Buffalo

“Quando un medico ha un paziente con un certo disturbo, come può decidere quali parti del cervello stimolare? Il nostro studio è un passo verso una migliore comprensione di come la connettività cerebrale possa meglio informare queste decisioni ".

“Se guardi l'architettura del cervello, sembra essere una rete di regioni interconnesse che interagiscono tra loro in modi complicati. La domanda che ci siamo posti in questo studio era quanta parte del cervello viene attivata stimolando una singola regione.

"Abbiamo scoperto che alcune regioni hanno la capacità di guidare il cervello in una varietà di stati molto facilmente quando vengono stimolate, mentre altre regioni hanno un effetto minore", ha detto Danielle S. Bassett, Ph.D., professore associato di bioingegneria in la University of Pennsylvania School of Engineering and Applied Science.

La ricerca è stata condotta in collaborazione con il neuroscienziato cognitivo Jean M. Vettel, Ph.D., dell'Esercito Research Laboratory; il teorico del controllo Fabio Pasqualetti della University of California, Riverside; Scott T. Grafton, M.D. e Matthew Cieslak dell'Università della California, Santa Barbara; e Shi Gu del Dipartimento di Psichiatria dell'Università della Pennsylvania.

Lo studio, pubblicato in Biologia computazionale PLOS, ha utilizzato un modello computazionale per simulare l'attività cerebrale in otto individui la cui architettura cerebrale è stata mappata utilizzando dati derivati ​​dall'imaging dello spettro di diffusione. Questa tecnica di imaging crea un tipo di immagine del cervello presa da uno scanner MRI.

I ricercatori hanno esaminato l'impatto della stimolazione di ciascuna delle 83 regioni all'interno del cervello di ciascun soggetto. Mentre i risultati variavano da persona a persona, sono emerse tendenze comuni.

Gli hub di rete - aree del cervello che sono fortemente collegate ad altre parti del cervello attraverso la materia bianca del cervello - hanno mostrato quello che i ricercatori chiamano un "effetto funzionale elevato". Hanno scoperto che stimolare queste regioni ha portato all'attivazione globale di molte regioni del cervello.

Questo effetto è stato particolarmente evidente in due sottoreti del cervello che sono note per contenere più hub regionali.

Le aree includono la rete sottocorticale (che è composta da regioni che si sono evolute relativamente presto e sono fondamentali per l'elaborazione delle emozioni) e la rete in modalità predefinita (che è composta da regioni che si sono evolute in seguito e sono fondamentali per l'elaborazione autoreferenziale quando una persona è a riposo o non completare alcuna attività).

La stimolazione delle regioni nella rete subcorticale è culminata in cambiamenti globali, in cui si è illuminata una diversità di aree all'interno del cervello di un soggetto.

Stimolare le regioni nella rete in modalità predefinita ha anche portato facilmente a una pletora di nuovi stati cerebrali, sebbene i modelli di attivazione fossero vincolati dall'architettura sottostante del cervello, dai collegamenti della materia bianca tra i nodi della rete e altre parti del cervello.

Nonostante questa limitazione, l'agilità della rete supporta l'idea che il cervello a "riposo" sia adatto per spostarsi rapidamente in una serie di nuovi stati orientati al completamento di compiti specifici.

A differenza delle regioni all'interno della rete in modalità predefinita e delle reti subcorticali, le aree più deboli connesse, come la corteccia sensoriale e associativa, hanno avuto un effetto più limitato sull'attività cerebrale quando attivate.

Questi modelli suggeriscono che i medici potrebbero perseguire due classi di terapie quando si tratta di stimolazione cerebrale: un "reset generale" che altera le dinamiche cerebrali globali o un approccio più mirato che si concentra sulle dinamiche di poche regioni.

Lo studio conferma i risultati della ricerca passata di Bassett e altri sulla controllabilità delle reti strutturali del cervello. In contrasto con il lavoro passato che utilizzava la modellazione lineare per arrivare ai risultati, il nuovo studio ha utilizzato modelli non lineari che riflettono in modo più accurato la complessa attività del cervello, ha detto Muldoon.

Fonte: University of Buffalo