Effetti della stimolazione elettrica transcranica a corrente alternata con offset di fase fisiologico sul network cerebello motorio in un compito di adattamento visuomotorio: uno studio pilota

Abstract

La stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS) è una tecnica di neuromodulazione non invasiva che applica correnti elettriche a bassa intensità per influenzare l’attività cerebrale. Essa emerge nel campo della medicina e della riabilitazione come una tecnica promettente per modulare la neuroplasticità e la comunicazione interregionale, in particolare in configurazioni multisito. Tuttavia, nella tACS dual-site, le impostazioni di fase convenzionali (0° o 180°) non tengono conto dei naturali ritardi di propagazione del percorso target. Sulla base del modello Communication-through-Coherence, in uno studio preliminare è stato sviluppato il concetto di sfasamento fisiologico (Physiological Phase Offset; PPO), in cui la relazione di fase tra i siti di stimolazione è allineata ai tempi di comunicazione della via ed è stato testato sul circuito cervelletto-corteccia motoria primaria. I risultati di questo studio hanno mostrato come l’integrazione del PPO in un protocollo di tACS multisito, ad alta definizione a 70 Hz (hd-γtACS), sia stato in grado di aumentare l’effetto inibitorio del cervelletto a carico di M1, suggerendo un'aumentata efficienza della via CB-M1, mentre i protocolli con differenza di fase convenzionali hanno mostrato la direzione fisiologica opposta. Tali risultati suggeriscono che incorporare le dinamiche temporali della propagazione del segnale specifiche dei percorsi nella tACS multisito, potrebbe migliorare la comunicazione cerebello-corticale andando ad aumentare l’efficacia del circuito e migliorando gli effetti del protocollo di neuromodulazione. Sulla base di questi risultati, nel presente elaborato si vogliono approfondire gli effetti di una hd-γtACS integrata con PPO sul circuito CB-M1, da un punto di vista neurofisiologico e comportamentale. Per fare ciò, è stato applicato questo nuovo protocollo di stimolazione durante un compito di adattamento visuomotorio, ovvero in un task che dipende strettamente dall’attività cerebellare.

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a non-invasive neuromodulation technique that applies low-intensity electrical currents to influence brain activity. It has emerged in the field of medicine and rehabilitation as a promising technique for modulating neuroplasticity and interregional communication, particularly in multi-site configurations. However, in dual-site tACS, conventional phase settings (0° or 180°) fail to account for the natural propagation delays of the target pathway. Based on the Communication-through-Coherence model, a preliminary study developed the concept of Physiological Phase Offset (PPO), in which the phase relationship between stimulation sites is aligned with the communication times of the pathway, and tested it on the cerebellum-primary motor cortex circuit. The results of this study demonstrated that integrating PPO into a high-definition 70 Hz multi-site tACS protocol (hd-γtACS) increased the inhibitory effect of the cerebellum on M1, suggesting an increased efficiency of the CB-M1 pathway, whereas protocols with conventional phase differences showed the opposite physiological direction. These findings suggest that incorporating pathway-specific temporal dynamics of signal propagation into multi-site tACS could enhance cerebello-cortical communication, increasing circuit efficacy and improving the effects of the neuromodulation protocol. Building on these results, this paper aims to examine the neurophysiological and behavioral effects of hd-γtACS integrated with PPO on the CB-M1 circuit. To achieve this, this novel stimulation protocol was applied during a visuomotor adaptation task, a task that strictly depends on cerebellar activity.