Stimolazione dell'interferenza temporale non invasiva: modulazione della memoria associativa mirando a obiettivi del cervello profondo (Deep-HiPs)

La malattia di Alzheimer e le sue fasi precliniche sono caratterizzate da progressivi cambiamenti neurodegenerativi nell'ippocampo e nella rete in modalità predefinita [1] con conseguenti disfunzioni nella memoria episodica e nella sua parte centrale, la memoria associativa [1,2]. La codifica delle informazioni associative avviene nelle reti cerebrali distribuite che coinvolgono la corteccia frontale inferiore, la corteccia fusiforme, il lobo temporale mediale, la corteccia premotoria e parietale posteriore compreso il precuneo [3,4]. Precedenti studi hanno dimostrato che prendendo di mira nodi specifici all'interno dei circuiti cortico-ippocampali tramite gli strumenti della stimolazione cerebrale non invasiva, è possibile manipolare le prestazioni della memoria associativa (AM) [5-8], tuttavia, solo aree relativamente superficiali di questo circuito erano accessibile con le attuali tecniche di stimolazione non invasive. Nuove modalità di stimolazione elettrica transcranica non invasiva come la stimolazione di interferenza temporale (TIS) promettono di stimolare strutture cerebrali più profonde senza compromettere la focalità [9].

TIS si basa su alte frequenze che possono penetrare con perdite relativamente basse. I portatori ad alta frequenza (>1 kHz) emessi da due (o più) coppie di elettrodi cutanei possono interferire temporaneamente sui bersagli dei nervi periferici profondi. La frequenza di stimolazione effettiva è uguale alla frequenza di offset tra le portanti. Controllando l'orientamento del campo e l'offset di frequenza, è possibile individuare con precisione il punto caldo dell'interferenza costruttiva. L'aspetto chiave di questo metodo è l'uso di onde portanti a frequenze superiori a 1 kHz. Le frequenze al di sopra di questo intervallo sono considerate tessuti non stimolanti e passanti con perdite relativamente basse. Sebbene queste frequenze più alte non stimolino il tessuto neurale, l'inviluppo di interferenza di due frequenze sfasate può suscitare potenziali d'azione perché la frequenza di offset (nota anche come "battito") può essere sintonizzata di conseguenza a <100 Hz. Gli ultimi studi hanno mostrato effetti comportamentali positivi del TIS applicato sulla corteccia motoria primaria [10] o sullo striato motorio [11] in giovani adulti sani. Ad oggi, nessuno studio ha indagato l'effetto del TIS sulla MA.

Gli obiettivi specifici includono: 1) Implementazione di una nuova tecnica di stimolazione dell'interferenza temporale (TIS) in uno studio proof-of-concept mirato alle strutture profonde del circuito cortico-ippocampale, che fino a questa data erano irraggiungibili in modo affidabile con tecniche di stimolazione non invasive, con l'obiettivo di modulare la memoria associativa negli anziani sani. 2) Esplorare le basi neurali degli effetti TIS e trovare biomarcatori associati a migliori risultati di stimolazione dell'interferenza temporale e con una selezione ottimale dei candidati utilizzando tecniche EEG/fMRI

1. Salame, Alireza, et al. "L'elevata connettività dello stato di riposo dell'ippocampo è alla base di una funzione neurocognitiva carente nell'invecchiamento". Atti dell'Accademia nazionale delle scienze 111.49 (2014): 17654-17659.
2. Preston, AR, e Eichenbaum, H. (2013). Interazione dell'ippocampo e della corteccia prefrontale nella memoria. Corr. Biol. 23, R764-R773. doi: 10.1016/j.cub. 2013.05.041
3. Eichenbaum, H. Interazioni prefrontali-ippocampali nella memoria episodica. Nat. Rev. Neurosci. 18, 547-558 (2017).
4. Wagner, AD, et al. Contributi del lobo parietale al recupero della memoria episodica. Tendenze Cogn. Sci. 9, 445-453 (2005).
5. Koch, Giacomo, et al. "La stimolazione magnetica transcranica del precuneo migliora la memoria e l'attività neurale nella malattia di Alzheimer prodromica". Neuroimmagine 169 (2018): 302-311.
6. Lang, Stefan, et al. "La stimolazione a corrente alternata transcranica ad alta definizione in banda theta, ma non la stimolazione a corrente continua transcranica, migliora le prestazioni della memoria associativa". Rapporti scientifici 9.1 (2019): 1-11.
7. Wang, Jane X., et al. "Miglioramento mirato delle reti cerebrali cortico-ippocampali e della memoria associativa". Scienza 345.6200 (2014): 1054-1057.
8. Wang, Lui, et al. "La stimolazione magnetica transcranica ripetitiva guidata dalla connettività cerebrale cortico-ippocampale migliora la memoria associativa basata sulle parole a breve termine". Frontiere nelle neuroscienze umane 14 (2020).
9. Grossmann, Nir, et al. "Stimolazione cerebrale profonda non invasiva tramite campi elettrici che interferiscono temporalmente". Cella 169.6 (2017): 1029-1041.
10. Ma, Ru, et al. "La stimolazione dell'interferenza temporale ad alta gamma e beta nella corteccia motoria umana migliora le funzioni motorie". bioRxiv (2021).
11. Wessel, Massimiliano Jonas, et al. "Evidenza degli effetti di stimolazione dell'interferenza temporale (TI) sullo striato motorio". Stimolazione cerebrale: ricerca di base, traslazionale e clinica nella neuromodulazione 14.6 (2021): 1684.