Effetti Cognitivi e Neurofisiologici della Stimolazione Cerebrale Non Invasiva In pazienti affetti da Stroke dopo Riabilitazione Motoria
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Oggi vi proponiamo un interessante studio clinico che valuta l'efficacia e le indicazioni da Neurostimolazione nella riabilitazione dello stroke ischemico, confrontando i risultati ottenuti dalla applicazione di diverse metodiche (tDCS vs TMS), sia in ambito motorio che cognitivo.
Danno motorio e deterioramento cognitivo sono frequenti sequele del danno cerebrale dopo uno stroke ischemico. Molti autori riportano ridotte performance cognitive nel 32% dei pazienti, fino a tre anno dall’evento ischemico acuto. Inoltre il danno funzionale dell’arto superiore e l’alterazione della deambulazione, cono le conseguenze più frequenti dei pazienti che sopravvivono dopo l’evento ischemico acuto. Solo il 5% dei pazienti recuperano completamente le funzioni danneggiate dell’arto superiore, e circa il 20% non recupera per nulla.
La severità del danno cognitivo correla negativamente con le possibilità di recupero motorio dopo riabilitazione. Pertanto sarebbe utile effettuare una valutazione cognitiva per identificare i pazienti che potrebbero beneficiare al meglio della riabilitazione.
Recentemente le tecniche di stimolazione cerebrale non invasiva (NIBS) sono state proposte come supporto del percorso riabilitativo motorio e cognitivo standard. Il ruolo della NIBS nella riabilitazione dello stroke nasce dall’osservazione che l’eccitabilità corticale può essere modulata dopo una stimolazione cerebrale elettrica o magnetica. L’eccitabilità corticale può essere ridotta o aumentata in base a diversi fattori, quali i parametri di stimolazione, la tecnica di stimolazione, la sequenza di stimolazione, la regione o lo stato di attivazione corticale.
I meccanismi fisiologici che sottendono gli effetti della stimolazione cerebrale sono ancora parzialmente ignoti, ma diverse evidenze supportano la tesi che siano meccanismi analoghi alla Long Term Potentiation (LTP) e Long Term Depression (LTD).
La Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS) e la Stimolazione transcranica a Corrente Diretta (tDCS) sono le tecniche più utilizzate in Neuroriabilitazione. Entrambe queste tecniche possono indurre effetti a lungo termine sulla plasticità neuronale, fino a 30-90 minuti. La modificazione della attività corticale può migliorare la capacità del soggetto di ri-apprendere o acquisire nuove strategie per portare a termine task motori o comportamentali, mediante la facilitazione della attività corticale perilesionale o mediante la soppressione dell’attività maladattativa e interferenziale di altre aree corticali.
Anche se molti di questi effetti sono transitori, l’applicazione della NIBS durante o prima di un processo di apprendimento, può indurre miglioramenti comportamentali più robusti e stabili. Infatti la consolidazione della memoria è fondamentale in neuro-riabilitazione.
Un crescente numero di studi indica che la NIBS può essere utile nella riabilitazione dello stroke cronico, ma non ci sono studi che confrontano direttamente le due tecniche o che indaghino il legame tra miglioramento cognitivo e motorio.
L’obbiettivo primario di questo studio è di valutare e confrontare gli effetti motori e cognitivi indotti dalla TMS ripetitiva (rTMS) e dalla tDCS nella riabilitazione dell’arto superiore, in pazienti con stroke. Obiettivo secondario è cercare una possibile relazione tra miglioramento motorio e cognitivo.
E’ stato scelto il paradigma rTMS più efficace nello stroke secondo la letteratuta internazionale, ovvero una stimolazione a bassa frequenza (LF-rTMS) applicta sulla corteccia motoria controlesionale (M1). Per la tDCS, in assenza di un gold-standard, è stato scelto un paradigma validato con un montaggio duale (anodale sull’area motoria peri lesionale e catodale sulla corteccia motoria controlaterale). In considerazione della mirore focalità della tDCS, questa tecnica è stata eseguita in associazione alla terapia con Mirror Box (MT), focalizzando il training motorio e cognitivo sulla rappresentazione motoria della mano, al fine di direzionale gli effetti della neuromodulazione sull’area corticale desiderata.
Al fine di confrontare le diverse tecniche NIBS nello stesso paziente, è stato creato un protocollo che prevedeva due cicli di stimolazione (rTMS/tDCS) intervallati da un periodo di wash out di circa 6 mesi. Sono stati reclutati 34 pazienti affetti da stroke ischemico ed emorragico cronico (> 6 mesi dall’evento acuto) e sono stati randomizzati in tre braccia.
Il primo gruppo (rTMS+tDCS, N = 16) prevedeva 10 sessioni quotidiane di rTMS per due settimane e, dopo un periodo di wash out di almeno 6 mesi, 10 sessioni quotidiane di tDCS duale + MT per due settimane.
Il secondo Gruppo (tDCS+rTMS, N = 8) prevedeva 10 sessioni quotidiane di tDCS duale + MT per due settimane e, dopo un periodo di wash out di almeno 6 mesi, 10 sessioni quotidiane di rTMS per due settimane.
Il gruppo di controllo (N = 10) prevedeva 10 sessioni quotidiane di tDCS sham + MT per due settimane.
La misura considerata come outcome primario è stata il Action Research Arm Test (ARAT), un test quantitativo per misurare la funzione dell’arto superiore. Come end point per un intervento efficace è stato considerato una Minimal Clinically Important Difference (MCID/MCD), in un range tra 3.5 e 5.7 punti.
Come misure di outcome secondari sono stati considerati i potenziali evocati cognitivi-evento correlato (ERP) con un paradigma odd-ball e una batteria di test Neuropsicologici (NPS) volti a indagari i principali domini cognitivi.
Il trial randomizzato è stato diviso in tre studi, al fine di indagare tre questioni principali:
- Una stimolazione NIBS più lunga può essere utile nella riabilitazione motoria e cognitiva dello stroke?
- Quali sono le differenze tra rTMS e tDCS nella riabilitazione dello stroke?
- Gli effetti della stimolazione motoria della NIBS possono influenzare o essere influenzati dal quadro cognitivo?
Studio 1
Gli interventi NIBS sono stati ben tollerate, privi di effetti collaterali maggiori e hanno avuto un’efficacia parziale sulle performance motorie. E’ stato osservato un miglioramento misurabile nella funzione della mano in una buona percentuale di pazienti (44%) dopo un primo ciclo con NIBS, ma non dopo stimolazione sham. Gli effetti osservati sono stati stabili nel tempo e simili per entrambe i protocolli (rTMS – dual-tDCS). E’ stato inoltre osservato un effetto cumulativo delle due tecniche clinicamente significativo (punteggio ARAT > MCID/MCD 3.5–5.7), senza una evidente differenza sul quale tecnica veniva utilizzata come priming.
Tuttavia nella popolazione trattata, è stato isolato un gruppo di non responders non identificabile a priori, né mediante l’esame clinico, né mediante l’analisi dei potenziali evocati.
La risposta al problema risiede nella ampia eterogeneità di pazienti trattati, in termini di età, di tempo trascorso dall’evento ischemico, ma soprattutto dal tipo di lesione (corticale, sottocorticale, estesione). Un punto critico dello studio in questione è la carenza di un accurata indagine di neuroimaging funzionale. Infatti uno dei fattori predittivi principali di una buona risposta alla NIBS sembra essere la parziale integrità della via cortico-spinale. Alcuni studi dimostrano come in lesioni molto estese e destruenti, siano più efficaci protocolli che promuovono la funzione della corteccia controlesionale.
Studio 2
I risultati di questo studio dimostrano che rTMS e dual-tDCShanno effetti simili sulla plasticità cerebrale; questo dato ha una importanza fondamentale in neuroriabilitazione. Infatti a parità di efficacia la tDCS ha molti vantaggi; è un dispositivo semplice, portatile, è una procedura non costosa, indolore e libera da effetti collaterali maggiori. Inoltre alcuni device tDCS sono indossabili e possono essere utilizzati in protocolli online durante training motori o cognitivi anche più complessi. Infine la tDCS permette l’utilizzo di una stimolazione sham, assolutamente analoga alla stimolazione reale e rende più facilmente eseguibili i trial in doppio cieco. Tuttavia la sua limitazione maggiore è che non è focale come la rTMS e non permette una mappa accurata delle aree corticali. Tuttavia i dati di questo studio dimostrano che è possibile ottenere risultati soddisfacenti associando tDCS a MT al fine di direzionare l’effetto modulatorio sull’arto superiore.
Studio 3
In parziale disaccordo con precedenti lavori, i risultati presentati da questo studio dimostrano miglioramenti nelle performance motorie anche in pazienti che presentano deficit in alcuni domini cognitivi. Pertanto un deterioramento cognitivo non può essere considerato come un criterio di esclusione per effettuare una riabilitazione neuromotoria con tecniche di NIBS. Inoltre la valutazione cognitiva effettuata al basale, non è stata utile a discriminare i pazienti responder dai non responder.
Inoltre, sebbene i protocolli utilizzati nello studio fossero protocolli rivolti alla riabilitazione motoria, è stato osservato un miglioramento, seppur transitorio (non stabile dopo il wash out), nelle latenze dei potenziali cognitivi (ERP), in particolare della P300. Analogamente è stato osservato un miglioramento delle performance nei test attentivi.
I processi attentivi dipendono da diverse aree corticali e possono migliorare anche con la stimolazione cerebrale di M1, forse a seguito del ribilanciamento dell’equilibrio interemisferico o per effetti sulle connessioni funzionali.
Probabilmente oltre alle performance motorie, molti altri fattori giocano un ruolo importante nel recupero funzionale di una lesione neurologica, quali ad esempio l’attenzione, la promozione di un processo di apprendimento, la promozione della working memory, il supporto psicologio e anche strategie di coping. Inoltre le tecniche NIBS(rTMS o dual tDCS), influenzando a lungo termine la plasticità corticale, possono promuovere miglioramenti cognitivi e motori anche in pazienti cronici, che abitualmente non sono considerati “ideali” per la riabilitazione.
In Conclusione, il presente studio permette alcune considerazioni pratiche, utili in neuro-riabilitazione. Più di due cicli di NIBS dovrebbero essere utilizzati in riabilitazione per ottenere un effetto clinicamente rilevante, dopo un periodo di wash out, nei pazienti responder.
Gli effetti delle due tecniche di NIBS osservate (rTMS vs dual-tDCS) sono comparabili, ma ci sono alcuni vantaggi nell’utilizzo della tDCS.
La NIBS migliora anche le prestazioni attentive e i potenziali evocati cognitivi, ma solo transitoriamente. Infine il deterioramento di alcuni domini cognitivi non può essere considerato un criterio di esclusione per la neuro-riabilitazione con NIBS.
Cognitive and Neurophysiological Effects of Non-invasive Brain Stimulation in Stroke Patients after Motor Rehabilitation.
D'Agata F, Peila E, Cicerale A, Caglio MM, Caroppo P, Vighetti S, Piedimonte A, Minuto A, Campagnoli M, Salatino A, Molo MT, Mortara P, Pinessi L, Massazza G
Front Behav Neurosci. 2016 Jun 24;10:135. doi: 10.3389/fnbeh.2016.00135. eCollection 2016.