Modulazione non invasiva e mappatura robotica della Corteccia motoria nel cervello in via di sviluppo

La stimolazione cerebrale non invasiva può misurare e modulare la funzione cerebrale umana^1,2. L’obiettivo più comune è stata la corteccia motoria, dovuta in parte ad una produzione biologica immediata e misurabile (potenziali evocati dal motore) ma anche all’elevata prevalenza di malattie neurologiche con conseguenti disfunzioni e disabilità del sistema motorio. Questo grande carico globale di malattie comprende un’alta percentuale di condizioni che colpiscono i bambini come la paralisi cerebrale, la principale causa di disabilità per tutta la vita che colpisce circa 17 milioni di persone in tutto il mondo³. Nonostante questa rilevanza clinica e le diverse e crescenti capacità delle tecnologie di neurostimolazione, le applicazioni nel cervello in via di sviluppo stanno solo cominciando a essere definite⁴. Per far progredire le applicazioni nel cervello in via di sviluppo è necessaria una migliore caratterizzazione dei metodi di stimolazione cerebrale non invasivi esistenti ed emergenti nei bambini.

La stimolazione magnetica transcranica (TMS) è uno strumento neurofisiologico ben consolidato che viene sempre più utilizzato per il suo profilo non invasivo, indolore, ben tollerato e di sicurezza negli adulti. L’esperienza di TMS nei bambini è relativamente limitata, ma in costante aumento. TMS fornisce campi magnetici per indurre l’attivazione regionale delle popolazioni neuronali corticali nel cervello con uscite nette riflesse nei potenziali evocati dal motore muscolare bersaglio (MEP). L’applicazione sistematica di TMS a impulso singolo può definire le mappe della corteccia motoria in vivo. Studi sugli animali seminali⁵ e studi sulla TMS umana emergenti⁶ hanno dimostrato come le mappe motorie possano aiutare a informare i meccanismi della neuroplasticità corticale. La mappatura motoria navigate è una tecnica TMS che viene utilizzata per mappare la corteccia motoria umana per interrogare le regioni corticali funzionali. I cambiamenti nella mappa motoria sono stati associati a cambiamenti di plastica del sistema motorio umano⁷. I recenti progressi nella tecnologia TMS robotica hanno portato nuove opportunità per migliorare l’efficienza e la precisione della mappatura dei motori. Il nostro gruppo ha recentemente dimostrato che la mappatura robotica del motore TMS è fattibile, efficiente e ben tollerata nei bambini⁸.

La stimolazione transcranica a corrente diretta (tDCS) è una forma di stimolazione cerebrale non invasiva che può spostare l’eccitabilità corticale e modulare i comportamenti umani. C’è stata una moltitudine di studi che esaminano l’effetto di tDCS negli adulti (>10,000 soggetti) ma meno del 2% degli studi si sono concentrati sul cervello in via di sviluppo⁹. La traduzione di prove per adulti alle applicazioni pediatriche è complessa e sono necessari protocolli modificati a causa di complesse differenze nei bambini. Ad esempio, noi e altri abbiamo dimostrato che i bambini sperimentano campi elettrici più grandi e più forti rispetto agli adulti^10,11. La standardizzazione dei metodi tDCS nei bambini è importante per garantire un’applicazione sicura e coerente, migliorare la replica e far avanzare il campo. L’esperienza di modulazione dell’apprendimento motorio tDCS nei bambini è limitata, ma in aumento¹². Le applicazioni traslazionali del tDCS a specifiche popolazioni di paralisi cerebrali stanno avanzando verso studi clinici in fase avanzata¹³. Gli sforzi verso una stimolazione più focale applicata attraverso tDCS ad alta definizione (HD-tDCS) sono stati appena studiati per la prima volta nei bambini¹⁴. Abbiamo dimostrato che l’HD-tDCS produce miglioramenti simili nell’apprendimento motorio come il tDCS convenzionale nei bambini sani¹⁴. La descrizione dei metodi HD-tDCS consentirà la replica e ulteriori applicazioni di tali protocolli nei bambini.