Stimolazione cerebrale non invasiva

Quali sono le tecniche NIBS disponibili?

Le procedure NIBS più conosciute sono la stimolazione transcranica a impulsi (TPS), la stimolazione magnetica transcranica (TMS), la stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS), gli ultrasuoni transcranici focalizzati (tFUS) e la stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS).

Questi processi si differenziano in base al campo di applicazione, protocollo terapeutico e meccanismo fisico che utilizzano per modulare l’attività neuronale nel cervello: la TMS e la rTMS si basano su campi magnetici per stimolare il cervello, la tFUS utilizza ultrasuoni focalizzati per una stimolazione cerebrale profonda e precisa, la tDCS utilizza correnti elettriche per modificare l’eccitabilità neuronale e la TPS utilizza onde d’urto acustiche per raggiungere le strutture cerebrali più profonde e stimolare i processi neuronali.

Stimolazione transcranica a impulsi

La stimolazione transcranica a impulsi (TPS) è una procedura che utilizza le onde d’urto (onde acustiche a impulsi) per trasmettere energia fisica a zone tissutali localizzate. Attraverso un manipolo posizionato sul cuoio capelluto vengono generate onde pulsate che trasmettono energia in modo mirato a specifiche regioni del cervello. Gli impulsi agiscono su una zona di focalizzazione a forma di ellisse allungata da 3 a 6 cm e rilasciano energie clinicamente efficaci fino a una profondità di penetrazione massima di 8 cm.

I vantaggi sono l’applicazione manuale ed estremamente controllata degli impulsi nelle zone interessate e il protocollo di trattamento compatto, che prevede solo sei sedute nell’arco di due settimane. Una seduta dura generalmente circa 30 minuti ed è eseguita in regime ambulatoriale. Non è necessario rasare il cuoio capelluto.

La TPS eseguita con il sistema NEUROLITH®, che ha ottenuto il marchio CE nel 2018, è un’opzione terapeutica complementare per pazienti affetti da demenza di Alzheimer.

Studi recenti confermano la sicurezza della TPS e la sua potenziale efficacia[10] risultante in cambiamenti neuroplastici[11] e morfologici[2] nonché un miglioramento delle prestazioni e funzioni cognitive globali nei pazienti affetti da Alzheimer[12]. Recenti studi clinici hanno inoltre dimostrato un significativo miglioramento dei sintomi di depressione nei pazienti affetti da demenza di Alzheimer[13, 14]. Sono in corso ulteriori progetti di ricerca per approfondire l’efficacia a lungo termine, i meccanismi d’azione e gli effetti biologici della TPS.

Stimolazione magnetica transcranica

La stimolazione magnetica transcranica e la stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (TMS e rTMS) sono procedure non invasive utilizzate in neurologia e psichiatria per il trattamento di diverse patologie. La stimolazione magnetica del cervello utilizza campi magnetici allo scopo di stimolare i neuroni in specifiche aree del cervello[1, 2]. In questo modo vengono stimolate specifiche aree del cervello e viene influenzata l’attività neuronale.

La TMS genera un breve impulso magnetico attraverso il cuoio capelluto, che attraversa i tessuti fino a raggiungere il cervello. Questo metodo viene utilizzato, ad esempio, per il trattamento della depressione, dei disturbi dolorosi o di alcuni tipi di disturbi motori[3, 4]. Inoltre, viene spesso utilizzato a fini di ricerca per studiare il funzionamento di determinate aree del cervello. La profondità di penetrazione è solitamente compresa tra 2 e 3 cm e con il metodo Deep TMS arriva ad un massimo di 5 cm [5] [6].

Stimolazione magnetica transcranica ripetitiva

La stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS) è un’evoluzione della TMS. In questo caso vengono emessi impulsi magnetici ripetitivi, ovvero ripetuti, per influenzare l’attività neuronale per un periodo di tempo prolungato. Un’applicazione ripetuta in più sedute serve a favorire cambiamenti a lungo termine nell’attività neuronale e nelle relative connessioni. La rTMS viene utilizzata principalmente per il trattamento della depressione grave che non risponde alle terapie convenzionali[7]. Inoltre, sono in corso ricerche e studi clinici su ulteriori potenziali campi di applicazione, quali disturbi d’ansia, schizofrenia e riabilitazione post-ictus[8].

Sia la TMS che la rTMS intervengono in modo mirato sull’attività cerebrale senza necessità di interventi chirurgici o impianti permanenti. Sono sicure e rispetto ai metodi invasivi il rischio di manifestare effetti collaterali è minore[2]. Tuttavia, la reale efficacia e l’applicazione ottimale sono ancora oggetto di ricerca scientifica[1].

A seconda dell’area di applicazione vengono utilizzati diversi protocolli di trattamento. Generalmente, la TMS e la rTMS prevedono 20-30 sedute della durata di 15-40 minuti. Le sedute si svolgono solitamente 5 giorni alla settimana per un periodo di 4-6 settimane.

Stimolazione transcranica a corrente continua

La stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) è un’altra tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva utilizzata per influenzare l’attività neuronale. Questo metodo utilizza deboli correnti elettriche per influenzare l’eccitabilità neuronale e la plasticità in aree specifiche del cervello. La tDCS funziona con coppie di elettrodi, ciascuno composto da un anodo e un catodo, che vengono posizionati in modo mirato sul cuoio capelluto per condurre un flusso di corrente continuo e basso attraverso determinate aree del cervello (da un elettrodo all’altro).

Il funzionamento della tDCS si basa sul presupposto che l’applicazione di una corrente continua debole possa modificare i potenziali di membrana a riposo dei neuroni, determinando un aumento o una diminuzione dell’attività neuronale. L’anodo ha lo scopo di aumentare l’attività neuronale sotto l’elettrodo (effetto eccitante), mentre il catodo la riduce (effetto inibitorio)[9].

La tDCS è oggetto di ricerca e viene utilizzata in una vasta gamma di applicazioni, tra cui per il miglioramento delle funzioni cognitive quali l’apprendimento, la memoria e la concentrazione, il trattamento della depressione, la gestione del dolore e il supporto alla riabilitazione post-ictus[8]. Due vantaggi particolari della tDCS sono la sua semplicità e la sua sicurezza, che rendono questo metodo particolarmente indicato per l’impiego in ambito clinico e nella ricerca.

Sebbene la tDCS abbia mostrato risultati promettenti in diversi studi, la sua reale efficacia e le modalità di applicazione ottimali (come l’intensità della corrente, la durata e il posizionamento degli elettrodi) sono ancora oggetto di ricerca in molti ambiti. La risposta individuale alla tDCS può variare e si raccomanda di utilizzare questa tecnica solo sotto la supervisione o prescrizione di personale qualificato.

Un protocollo tipico di trattamento con tDCS per la depressione o per migliorare i sintomi cognitivi prevede circa 10-20 sedute della durata di 20-30 minuti ciascuna, che si svolgono ogni giorno o quasi per un periodo di 2-4 settimane.

Ultrasuoni transcranici focalizzati

Il metodo degli ultrasuoni transcranici focalizzati (tFUS) è una tecnologia avanzata e non invasiva che utilizza gli ultrasuoni per stimolare in modo mirato regioni profonde del cervello. A differenza di altri metodi di stimolazione cerebrale, la tFUS consente una focalizzazione altamente precisa, in modo da poter stimolare aree specifiche del cervello senza intervento chirurgico.

Questo metodo prevede l’invio di onde ultrasoniche concentrate attraverso la calotta cranica, che agiscono su un punto preciso del cervello. Questo punto di energia focalizzato può modulare l’attività neuronale, stimolando le cellule o inibendone l’attività, a seconda dell’impostazione degli ultrasuoni. Un vantaggio fondamentale della tFUS è la sua capacità di raggiungere strutture cerebrali più profonde, difficilmente accessibili con altri metodi non invasivi come la TMS o la tDCS.

La tFUS è oggetto di studi clinici per una serie di potenziali applicazioni, tra cui il trattamento di malattie neurologiche e psichiatriche quali il morbo di Parkinson, l’Alzheimer, la depressione grave e il dolore cronico. Esistono inoltre ricerche che studiano la possibilità di utilizzare la tFUS per migliorare le funzioni cognitive o modulare gli stati di coscienza.

La sicurezza e l’efficacia della tFUS continuano ad essere oggetto di ricerche approfondite, con l’obiettivo di affermare questa tecnologia come metodo terapeutico preciso ed efficace per una vasta gamma di malattie cerebrali.

Poiché la ricerca sulla tFUS è ancora in corso, non esistono protocolli terapeutici standardizzati. I primi risultati suggeriscono che il trattamento potrebbe prevedere diverse sedute distribuite nell’arco di alcune settimane. Una seduta può durare dai 30 minuti a più ore.

NIBS: Una tecnologia del futuro?

Poiché i segnali nel cervello vengono trasmessi prevalentemente tramite impulsi elettrici supportati da processi chimici, la funzione cerebrale può essere influenzata da diversi processi esterni che generano campi elettrici deboli. Pertanto, le tecniche NIBS rappresentano un’opzione terapeutica promettente e non invasiva a complemento delle cure mediche esistenti per le malattie che colpiscono principalmente il cervello. Queste procedure possono spesso essere eseguite in regime ambulatoriale e non richiedono né un intervento chirurgico né la somministrazione di farmaci aggiuntivi. Pertanto, non influiscono sulle terapie in corso e sono ideali come opzione terapeutica complementare e adattabili alle esigenze del paziente.
Negli ultimi 20 anni il numero degli studi sulle tecniche NIBS è aumentato notevolmente[15]. Questo conferma l’importanza di questa tecnologia che offre un’elevata tollerabilità in caso di disturbi neurologici e psichiatrici[16]. Studi recenti stanno esaminando quali procedure siano efficaci con quali protocolli terapeutici e per quali patologie e tipologia di disturbo. Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche per dimostrare e definire con maggiore precisione l’efficacia di questi metodi, tali tecniche innovative hanno il potenziale per trovare una più ampia applicazione nel futuro al fine di migliorare la qualità della vita delle persone affette da questa patologia.

Riferimenti

1. Jannati, A., et al., Assessing the mechanisms of brain plasticity by transcranial magnetic stimulation. Neuropsychopharmacology, 2023. 48(1): p. 191-208.
2. Rossi, S., et al., Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert Guidelines. Clin Neurophysiol, 2021. 132(1): p. 269-306.
3. McClintock, S.M., et al., Consensus Recommendations for the Clinical Application of Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation (rTMS) in the Treatment of Depression. J Clin Psychiatry, 2018. 79(1).
4. Mutz, J., et al., Comparative efficacy and acceptability of non-surgical brain stimulation for the acute treatment of major depressive episodes in adults: systematic review and network meta-analysis. BMJ, 2019. 364: p. l1079.
5. Samoudi, A.M., et al., Deep Transcranial Magnetic Stimulation: Improved Coil Design and Assessment of the Induced Fields Using MIDA Model. Biomed Res Int, 2018. 2018: p. 7061420.
6. Kedzior, K.K., et al., Deep transcranial magnetic stimulation (DTMS) in the treatment of major depression: An exploratory systematic review and meta-analysis. J Affect Disord, 2015. 187: p. 73-83.
7. Ontario, H., Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for People With Treatment-Resistant Depression: A Health Technology Assessment. Ont Health Technol Assess Ser, 2021. 21(4): p. 1-232.
8. Fregni, F., et al., Evidence-Based Guidelines and Secondary Meta-Analysis for the Use of Transcranial Direct Current Stimulation in Neurological and Psychiatric Disorders. Int J Neuropsychopharmacol, 2021. 24(4): p. 256-313.
9. Nitsche, M.A., et al., [Modulation of cortical excitability by transcranial direct current stimulation]. Nervenarzt, 2002. 73(4): p. 332-5.
10. Beisteiner, R., et al., Transcranial Pulse Stimulation with Ultrasound in Alzheimer's Disease-A New Navigated Focal Brain Therapy. Adv Sci (Weinh), 2020. 7(3): p. 1902583.
11. Chen, X., et al., Transcranial pulse stimulation in Alzheimer's disease. CNS Neurosci Ther, 2024. 30(2): p. e14372.
12. Menardi, A., et al., Toward noninvasive brain stimulation 2.0 in Alzheimer's disease. Ageing Res Rev, 2022. 75: p. 101555.
13. Matt, E., G. Dorl, and R. Beisteiner, Transcranial pulse stimulation (TPS) improves depression in AD patients on state-of-the-art treatment. Alzheimers Dement (N Y), 2022. 8(1): p. e12245.
14. Cheung, T., et al., Evaluating the efficacy and safety of transcranial pulse stimulation on adolescents with attention deficit hyperactivity disorder: Study protocol of a pilot randomized, double-blind, sham-controlled trial. Front Neurol, 2023. 14: p. 1076086.
15. Huang, Y.Z., et al., Plasticity induced by non-invasive transcranial brain stimulation: A position paper. Clin Neurophysiol, 2017. 128(11): p. 2318-2329.
16. Oberman, L.M. and P.G. Enticott, Editorial: The safety and efficacy of noninvasive brain stimulation in development and neurodevelopmental disorders. Front Hum Neurosci, 2015. 9: p. 544