La comprensione delle basi cerebrali delle funzioni percettive e cognitive e del loro contributo alla strutturazione della socialità, della personalità e della patologia psicologica è avanzata incredibilmente grazie all'utilizzo di metodi di stimolazione cerebrale non invasiva fra cui la Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS). La TMS consente di generare potenziali d'azione nei neuroni stimolati e la TMS ripetitiva (rTMS) induce cambiamenti di attivazione neurale frequenza-specifici e transienti attraverso meccanismi di plasticità sinaptica che perdurano oltre il periodo di stimolazione consentendo di modulare l'attività di aree corticali circoscritte, o di circuiti neurali selettivi, al fine di comprendere e migliorare il loro contributo alle funzioni in studio.
Il potenziale di questa tecnica è dunque di interesse per le diverse aree di indagine dei partecipanti alla presente proposta progettuale che spaziano dalle funzioni percettive e motorie a quelle di più alto livello quali i processi attentivi, cognitivi o di personalità che sono alterati in vari quadri psicopatologici. Le caratteristiche della rTMS consentono inoltre un suo ampio utilizzo per la comprensione delle basi cerebrali di processi interpersonali in vari contesti sociali (dalle interazioni motorie interpersonali alla neuroleadership nelle scuole, nello sport e nelle aziende) e per la simulazione dei deficit neuropsicologici conseguenti a lesioni o patologie degenerative cerebrali e cerebellari.
La strumentazione richiesta è di largo interesse per i laboratori condivisi del Dipartimento di Psicologia ed è strategica perché consentirebbe un approccio multi-tecnica allo studio delle funzioni mentali attraverso la sua combinazione con altre tecniche in possesso o in via di acquisizione da parte del Dipartimento quali sistemi di registrazione dell'attività cerebrale (EEG, fNIRS), di misurazione della cinematica del movimento e di segnali autonomici compatibili con la (r)TMS.
L'innovatività della strumentazione per i fini della presente proposta consiste nella possibilità di interfacciare lo strumento richiesto con altre tecniche per la misurazione di vari parametri comportamentali, fisiologici e neurali. L'utilizzo combinato della (r)TMS con tecniche di misurazione comportamentale (tempi di reazione, accuratezza di risposta, cinematica del movimento), dell'attività psicofisiologica (indici autonomici), elettroencefalografica (EEG) e del metabolismo cerebrale (fNIRS) è una frontiera innovativa della ricerca in psicologia e nelle neuroscienze umane (Hallet et al., 2017; Polania et al., 2018). Questo approccio multi-tecnica, infatti, consente di ottenere contemporaneamente informazioni a vari livelli di analisi in merito al ruolo causale del sistema neurale stimolato nell'alterare il funzionamento comportamentale e cerebrale dell'individuo sano e patologico (con disturbi psicologici o neuropsicologici).
La rTMS oggetto della presente richiesta ha una grande flessibilità poiché consente 3 approcci metodologici diversi allo studio delle basi cerebrali delle funzioni psicologiche: 1) stimolazione a singolo impulso (spTMS) per lo studio dell'eccitabilità cortico-spinale (Potenziali Motori Evocati MEP), delle curve input-output e del periodo silente (spTMS-EMG), dell'eccitabilità cerebrale (tramite spTMS-EEG e spTMS-fNIRS) a riposo o durante l'esecuzione di un compito; 2) stimolazione con brevi treni di impulsi di pari intensità (event-related rTMS) per interferire con l'attività neurale intrinseca e simulare l'effetto di lesioni cerebrali transienti (della durata di secondi) per caratterizzare nel tempo e nella frequenza il ruolo causale dell'area stimolata, della frequenza di stimolazione, e dei circuiti ad essa connessi funzionalmente, per la funzione in studio tramite rTMS-EEG e rTMS-fNIRS; 3) stimolazione a protocollo ripetitivo (off-line rTMS a bassa5Hz frequenza) o a pattern (continuous e intermittent Theta Burst, c/iTBS) per indurre cambiamenti nell'eccitabilità regionale duraturi (nell'ordine di minuti) e facilitare fenomeni di LTP/LTD (Dayan et al., 2013; Polania et al., 2018; He et al., 2020).
In termini generali, dunque, questi tre approcci consentono di effettuare ricerche che spaziano dallo studio dell'eccitabilità cortico-spinale (spTMS, neurofisiologia di base attraverso elettromiografia, o TMS-EEG), allo studio del ruolo dell'area stimolata e della frequenza di stimolazione per il comportamento e la funzione psicologica di interesse (approccio interferenziale, event-related rTMS), fino all'utilizzo della stimolazione per indurre variazioni comportamentali e funzionali transienti, e frequenza-specifica, che perdurano oltre il periodo di stimolazione (approccio riabilitativo, off-line rTMS).
Mentre la rTMS consente di approcciare la relazione 'attività cerebrale-funzioni psicologiche' in termini causali - in cui si altera l'attività cerebrale e si misura la conseguente variazione a livello comportamentale, cerebrale e mentale -, l'integrazione della rTMS con metodi di registrazione dell'attività del sistema nervoso periferico e centrale consente di individuare target cerebrali specifici per l'inibizione e la facilitazione di meccanismi neurofisiologici dis-adattivi.
Il Dipartimento di Psicologia si è recentemente dotato di laboratori condivisi fra tutti gli afferenti al Dipartimento per facilitare l'integrazione di vari approcci, metodi e ambiti di ricerca. In questi laboratori l'utilizzo della rTMS sarebbe associato a sistemi di registrazione della cinematica del movimento umano, dell'attività elettroencefalografica (EEG), dell'attività del sistema autonomico (misurazioni psicofisiologiche di respirazione, sudorazione, battito cardiaco), e dell'attività metabolica cerebrale (fNIRS). Tutte queste altre tecniche di ricerca sono già state acquisite o sono in via di acquisizione da parte del Dipartimento e il loro utilizzo combinato con la rTMS aumenterebbe le potenzialità di ciascuna e della TMS stessa.