Utilizzo della Neuromodulazione non Invasiva per lo Studio della Connettività Cervelletto-M1 e PPC-M1

Abstract

Questo lavoro di tesi si pone l’obiettivo di studiare gli effetti di un protocollo di stimolazione elettrica transcranica a corrente alternata ad alta definizione in banda gamma (hd-γtACS) sui circuiti parieto-motorio (PPC-M1) e cerebello-motorio (CB-M1) in pazienti affetti da malattia di Parkinson, durante l’utilizzo di strategie di cueing uditivo ritmico (RAC). L’efficacia dei protocolli di hd-γtACS è stata testata andando a valutare i cambiamenti dello stato di eccitabilità della corteccia motoria primaria (M1) mediante stimolazione magnetica transcranica, andando a registrare dei potenziali motori evocati (MEPs) a livello del muscolo tibiale anteriore. Al fine di poter analizzare i dati neurofisiologici relativi ai cambiamenti dell’eccitabilità di M1 a seguito dei protocolli di stimolazione con hd-γtACS, in questo manoscritto verrà presentata un’applicazione creata con MATLAB App Designer, con due obiettivi principali: ridurre i tempi di elaborazione e standardizzare la scelta dei parametri. L’utilizzo di questo software ha permesso di estrarre in modo totalmente automatizzato i valori di interesse da oltre il 95% del dataset analizzato, richiedendo quindi un intervento all’utente in meno del 5% dei casi. L’analisi statistica dei MEPs estratti con l’applicazione ha permesso di osservare come il protocollo di hdγtACS combinato con il cammino con RAC sia stato in grado di modulare nella direzione attesa l’eccitabilitàdi M1, indicando quindi un corretto ingaggio dei circuiti presi in esame. Inoltre, questi risultati mostrano come sia la via PPC-M1 che CB-M1 svolgano un ruolo causale nell’uso dei RAC nei pazienti affetti da malattia di Parkinson, consentendo lo studio e l’applicazione di protocolli di neuromodulazione non invasiva in ambito clinico e riabilitativo.

This thesis work aims to study the effects of a high-definition gamma-band transcranial alternating current stimulation (hd-γtACS) protocol on the parieto-motor (PPC-M1) and cerebello-motor (CB-M1) circuits in patients with Parkinson's disease, during the use of rhythmic auditory cueing (RAC) strategies. The efficacy of the hd-γtACS protocols was tested by evaluating changes in the excitability state of the primary motor cortex (M1) using transcranial magnetic stimulation, recording motor evoked potentials (MEPs) at the level of the tibialis anterior muscle. In order to analyze the neurophysiological data related to changes in M1 excitability following the hd-γtACS stimulation protocols, this manuscript presents an application created with MATLAB App Designer, with two main objectives: to reduce processing times and to standardize the choice of parameters. The use of this software allowed for the fully automated extraction of the values of interest from over 95% of the analyzed dataset, thus requiring user intervention in less than 5% of cases. Statistical analysis of the MEPs extracted with the application allowed us to observe how the hd-γtACS protocol combined with walking with RAC was able to modulate M1 excitability in the expected direction, thus indicating correct engagement of the circuits under examination. Furthermore, these results show how both the PPC-M1 and CB-M1 pathways play a causal role in the use of RAC in patients with Parkinson's disease, allowing for the study and application of non-invasive neuromodulation protocols in clinical and rehabilitative settings.