Ricerche

Stimolazione elettrica transcranica della corteccia prefrontale alla frequenza gamma.

I neuroscienziati della Boston University hanno pubblicato un nuovo approccio per migliorare la memoria degli anziani. "Questo è un approccio completamente diverso", ha detto Robert Reinhart, che ha guidato lo studio, in una conferenza stampa che annuncia i risultati. Il metodo utilizza frequenze specifiche della corrente elettrica debole, applicata al cuoio capelluto in punti appropriati, per puntare i circuiti cerebrali responsabili della memoria a breve o lungo termine.

Venti minuti di questa stimolazione in 4 giorni consecutivi hanno aumentato la capacità di memoria sia a breve che a lungo termine nei partecipanti alla ricerca, che avevano da 65 a 88 anni di età, e il vantaggio è durato almeno un mese dopo il trattamento sperimentale. Il metodo fornisce "un regno completamente nuovo di opzioni di trattamento potenziali [per il morbo di Alzheimer (MA) e per altri disturbi della memoria]", ha affermato Reinhart.

La perdita della memoria è un segno specifico del declino cognitivo da invecchiamento ed è una lamentela comune. Difficoltà a ricordare persone, luoghi e fatti possono diventare una grave disabilità con conseguenze che cambiano la vita.

I metodi attuali per il trattamento dei deterioramenti della memoria nell'invecchiamento si basano su farmaci come l'Aricept, che aumentano la forza della trasmissione sinaptica. Le sinapsi sono i punti di contatto tra i neuroni in cui i segnali chimici vengono trasmessi ai rispettivi circuiti neurali. Si ritiene che i ricordi siano formati da reti di connessioni neurali che codificano le nostre esperienze, quindi il rafforzamento di tali connessioni dovrebbe rafforzare la memoria.

Sfortunatamente, i farmaci che migliorano la cognizione non funzionano sempre e possono causare gravi effetti collaterali. Il metodo impiegato dal team di Reinhart, con la stimolazione cerebrale elettrica, sfrutta una nuova prospettiva su come il cervello forma e richiama i ricordi.

La nuova comprensione deriva dal prendere una 'vista dall'elicottero' di come vengono conservati e richiamati i ricordi; cioè, che il cervello opera come una rete complessa. Una memoria richiede di riunire informazioni che vengono percepite e memorizzate in molte parti diverse del cervello per formare una scena o un concetto coerente. Ad esempio, ricordare la parola 'Trump' evoca un complesso ricco di immagini, luoghi, suoni, emozioni e contesto per formare una memoria vivida, molto diversa da quella evocata dalla parola 'Obama'.

Viste, suoni, emozioni e così via, vengono elaborati e conservati in diversi luoghi del cervello e tutti i pezzi del puzzle che formano il nostro concetto completo di queste parole devono essere riuniti per formare e ricordare una memoria specifica. Gli scienziati si sono chiesti a lungo come ciò accade e recentemente è emersa una nuova possibilità: le onde cerebrali.

Mentre è noto che i neuroni comunicano scambiando impulsi elettrici tra loro, una nuova scoperta sorprendente è che il brusio dell'attività neurale nei circuiti cerebrali di solito è raggruppato e trasmesso a ritmi specifici. Quando le popolazioni di neuroni sparano impulsi elettrici, le loro scariche combinate creano un campo elettrico nel tessuto che le circonda e, poiché il fuoco neuronale è ritmico, i campi circostanti dell'elettricità oscillano a diverse frequenze.

Questi campi elettrici ritmici pervadono il tessuto cerebrale come onde cerebrali, che attraversano persino il cranio, consentendo a scienziati e medici di rilevarli con elettrodi posizionati sul cuoio capelluto (registrazione EEG). La frequenza delle oscillazioni neurali varia da meno di un ciclo/secondo nelle onde cerebrali delta (0,5-4) ai 40-100 cicli/secondo nelle onde gamma.

Ma le onde cerebrali sono più del ronzio elettrico dei neuroni al lavoro; le onde cerebrali inducono i neuroni a sparare o impediscono loro di sparare ai picchi e alle depressioni delle onde elettriche. Per questo motivo, le onde cerebrali di diverse frequenze coordinano le popolazioni di neuroni per sparare in modo cooperativo alla stessa frequenza, proprio come le diverse sezioni di un'orchestra sono coordinate ritmicamente con precisione nel tempo.

Questo è il modo in cui tutti i diversi aspetti di una memoria potrebbero essere riuniti, dalle oscillazioni elettriche che inducono le popolazioni di neuroni a seguire la frequenza specifica di un'onda cerebrale. I neuroscienziati hanno osservato che le onde theta (oscillazioni cerebrali da 4 a 8 cicli/secondo) rafforzano le sinapsi in alcune parti del cervello che sono fondamentali per la memoria, e le onde gamma (40-100 cicli/secondo) oscillano nella corteccia prefrontale, dove sono messi insieme diversi tipi di informazioni.

Invece di dare a una persona un farmaco per migliorare la memoria, un approccio migliore potrebbe essere quello di usare una leggera stimolazione elettrica ritmica per aumentare le onde appropriate delle oscillazioni neurali che accoppiano tutte le informazioni necessarie per conservare e richiamare una memoria. Un metodo semplice e innocuo per alterare la potenza e la frequenza delle oscillazioni neurali nelle regioni cerebrali mirate è quello di attaccare un elettrodo sul cuoio capelluto e fornire una corrente elettrica debole alla stessa frequenza dell'onda cerebrale di interesse.

La corrente elettrica è così lieve che è appena percepibile come un leggero formicolio sul cuoio capelluto. La tensione debole diminuisce drasticamente quando la corrente elettrica attraversa il cranio e penetra nel tessuto cerebrale. Quando la corrente raggiunge i neuroni, è troppo debole per indurli a sparare impulsi elettrici. Tuttavia, se consegnato ritmicamente, in sintonia con l'oscillazione neurale del cervello, l'effetto aumenta, come la forza combinata che monta ritmicamente quando delle persone spingono insieme per liberare un'auto bloccata nel fango.

In questo studio, 150 partecipanti anziani, tra cui molti che con l'età avevano avuto un indebolimento dei loro ricordi, ma non soffrivano di MA o di lieve decadimento cognitivo (MCI), sono stati dotati di cappucci con elettrodi per fornire corrente a frequenze specifiche, mirata alle regioni cerebrali coinvolte nella memoria. La stimolazione era applicata durante i test della memoria, dove veniva letto un elenco di 20 parole e i soggetti dovevano ricordare quante più parole riuscivano, 5 volte in sessioni di 20 minuti per 4 giorni, con la corteccia prefrontale (dietro la fronte) e quella parietale (vicino alle tempie) stimolate alla frequenza dell'onda gamma o theta.

I risultati hanno mostrato che il richiamo della memoria è migliorato in modo incrementale ogni volta che è stata inviata alla regione cerebrale appropriata la frequenza di stimolo elettrico appropriata. La stimolazione delle onde theta della corteccia parietale ha migliorato la memoria a breve termine, che usiamo per tenere temporaneamente in mente le informazioni. La stimolazione delle onde gamma della corteccia prefrontale ha migliorato la memoria a lungo termine, che può persistere per giorni o anni.

I ricercatori hanno scoperto che quando hanno stimolato le onde theta della corteccia prefrontale e le onde gamma della corteccia parietale, non c'è stato alcun miglioramento della memoria. Questo esperimento di controllo supporta la conclusione che l'aumento della frequenza appropriata delle oscillazioni neurali in regioni cerebrali appropriate, migliora la memoria, molto più dell'innalzamento dell'attenzione solleticando il cuoio capelluto, altro modo per migliorare la memoria.

I dati mostrano che le persone che all'inizio dello studio avevano le prestazioni di memoria più scadenti, hanno avuto il massimo miglioramento. Ciò ispira i ricercatori a considerare il miglioramento della memoria 'personalizzato', misurando le onde cerebrali mediante EEG o usando scansioni cerebrali funzionali per identificare debolezze specifiche nelle oscillazioni neurali nel cervello di una persona, prima di progettare lo stimolo appropriato per quell'individuo.

Sorprendentemente, lo studio ha scoperto che i miglioramenti della memoria sono durati almeno un mese dopo il trattamento. Ciò significa che l'aumento della memoria, dato dalla corrente mentre le informazioni venivano ricordate e richiamate, hanno portato a cambiamenti persistenti nelle reti neurali che rafforzano la capacità della memoria.

Oltre alla stimolazione elettrica, ci sono molti altri modi noti per cambiare le onde cerebrali. Ad esempio, le luci lampeggianti alle frequenze gamma hanno recentemente dimostrato di indurre le cellule immunitarie del cervello (microglia) a inghiottire le placche di amiloide-beta tossiche nel MA. Negli studi sui topi, questo trattamento inverte il declino cognitivo causato dal disturbo e quindi l'approccio è ora soggetto a studi sperimentali sui pazienti umani.

In un'intervista via e-mail, Reinhart ha concordato sul fatto che anche la luce ritmica o la stimolazione sonora potrebbero essere usate per migliorare la memoria, così come il neurofeedback, altro modo per cambiare la potenza e la frequenza delle onde cerebrali in specifiche regioni cerebrali.

I nuovi approcci per migliorare la funzione cognitiva e la memoria ci allontanano dall'attuale uso dei farmaci. Come ha scritto Reinhart, “la stimolazione elettrica si collega al linguaggio del cervello; il cervello parla a se stesso e comunica con se stesso attraverso impulsi elettrici". Attingendo a quella finestra di dialogo elettrico e modificandola, le prestazioni del cervello e la disfunzione possono essere modificate direttamente, senza farmaci.