Fermo-immagine da video di Erin White, Northwestern University

Stimolando una particolare area del cervello tramite la somministrazione non invasiva di corrente elettrica con impulsi magnetici (stimolazione magnetica transcranica) si migliora la memoria, secondo un nuovo studio della Northwestern Medicine®.

La scoperta apre un nuovo ambito di possibilità per il trattamento dei deficit di memoria causati da condizioni come l'ictus, l'Alzheimer iniziale, il trauma cranico, l'arresto cardiaco e i problemi di memoria che insorgono quando si invecchia in salute.

"Dimostriamo per la prima volta che è possibile cambiare specificatamente la funzione della memoria nel cervello adulto senza chirurgia o farmaci, che non si sono dimostrati efficaci", ha detto l'autore senior Joel Voss, assistente professore di scienze sociali mediche alla Feinberg School of Medicine della Northwestern University. "Questa stimolazione non invasiva migliora la capacità di imparare cose nuove. Essa ha un enorme potenziale per il trattamento dei disturbi della memoria".

Lo studio è stato pubblicato oggi 29 agosto su Science ed è il primo a dimostrare che, per ricordare gli eventi, un insieme di molte regioni del cervello devono lavorare di concerto con una struttura di memoria cruciale chiamata ippocampo, come in un'orchestra sinfonica. La stimolazione elettrica è come inviare alle aree del cervello un conduttore più talentuoso così che possano suonare in sincronia più stretta. "E' come se avessimo sostituito il loro normale direttore con Muti", ha detto Voss, riferendosi a Riccardo Muti, direttore musicale della rinomata Chicago Symphony Orchestra. "Le regioni del cervello suonano meglio insieme dopo la stimolazione".

Questo approccio ha anche il potenziale di trattare disturbi mentali come la schizofrenia, in cui queste aree del cervello e l'ippocampo sono fuori sincronia l'una con l'altro, danneggiando la memoria e la cognizione.

La TMS potenzia la memoria

Lo studio della Northwestern è il primo a dimostrare che la TMS migliora la memoria per lungo tempo dopo il trattamento. In passato, la TMS è stata usata in modo limitato per cambiare temporaneamente la funzione del cervello e migliorare le prestazioni durante un test, per esempio, inducendo qualcuno a spingere leggermente più presto un tasto mentre il cervello veniva stimolato. Lo studio mostra che la TMS può essere usata per migliorare la memoria degli eventi fino ad almeno 24 ore dopo la stimolazione.

Trovare il Punto Dolce

Non è possibile stimolare direttamente l'ippocampo con la TMS perché, essendo troppo in profondità nel cervello, i campi magnetici non riescono a penetrarvi. Quindi, con la risonanza magnetica, Voss e colleghi hanno identificato una regione superficiale del cervello (solo ad un centimetro dalla superficie del cranio) con una elevata connettività all'ippocampo. Volevano vedere se, dirigendo la stimolazione su quel punto, questo avrebbe a sua volta stimolato l'ippocampo.

L'ha fatto.

"Mi ha stupito vedere che ha funzionato così specificamente", ha detto Voss. Quando la TMS è stata usata per stimolare quel punto, le aree del cervello coinvolte con l'ippocampo si sono sincronizzate meglio tra loro, come indicato dai dati presi mentre i soggetti erano all'interno di una macchina per la risonanza magnetica, che registra il flusso di sangue nel cervello come una misura indiretta dell'attività neuronale. Più quelle regioni lavorano insieme per merito della stimolazione, meglio le persone sono in grado di apprendere nuove informazioni.

Come è stato eseguito lo studio

Gli scienziati hanno reclutato 16 adulti sani, da 21 a 40 anni di età. Ciascuno ha avuto una scansione dettagliata del cervello, oltre a 10 minuti di registrazione dell'attività cerebrale mentre si trovava tranquillamente all'interno di uno scanner MRI. In questo modo si è permesso ai ricercatori di identificare la rete delle strutture cerebrali di ogni persona che sono coinvolte nella memoria e sono ben collegate con l'ippocampo.

Le strutture sono leggermente diverse in ogni persona e possono variare di posizione per alcuni centimetri. "Per indirizzare correttamente la stimolazione, abbiamo dovuto identificare le strutture nello spazio cerebrale di ogni persona, perché il cervello di ognuno è diverso", ha detto Voss. Ogni partecipante si è poi sottoposto ad un test di memoria, costituito da un insieme di associazioni arbitrarie tra facce e parole, che è stato invitato a imparare e a ricordare. Dopo averne stabilito la capacità di base a svolgere questo compito di memoria, i partecipanti hanno ricevuto la stimolazione cerebrale per 20 minuti al giorno, per cinque giorni consecutivi.

Durante la settimana si sono anche sottoposti a scansioni MRI e a test sulla della loro capacità di ricordare una nuova serie arbitraria di coppie parole-faccie per capire come era cambiata la loro memoria a seguito della stimolazione supplementare. Quindi, entro le 24 ore dalla stimolazione finale, essi sono stati testati nuovamente. Al massimo una settimana più tardi, lo stesso esperimento è stato ripetuto, ma con una stimolazione placebo falsa. L'ordine tra stimolazione vera e placebo dello studio è stato invertito per metà dei partecipanti, e a loro non è stato detto quale era vera e quale falsa.

Entrambi i gruppi hanno ottenuto risultati migliori nei test di memoria a seguito della stimolazione cerebrale. Ci sono voluti tre giorni di stimolazione prima che migliorassero. "Si ricordavano più abbinamenti faccia-parola dopo la stimolazione rispetto a prima, il che significa che la loro capacità di apprendimento era migliorata", ha detto Voss. "Questo non è accaduto nella condizione placebo o in un altro esperimento di controllo con ulteriori soggetti".

Inoltre la MRI mostrava che la stimolazione induceva le aree cerebrali a diventare più sincronizzate tra loro e con l'ippocampo. Maggiore è il miglioramento del sincronismo o della connettività tra parti specifiche della rete, migliori sono le prestazioni sul test di memoria. "Più certe regioni del cervello lavorano insieme per merito della stimolazione, più le persone sono in grado di imparare abbinamenti faccia-parola", ha detto Voss.

Usare la TMS per stimolare la memoria ha molteplici vantaggi, ha osservato il primo autore Jane Wang, borsista postdottorato nel laboratorio di Voss alla Feinberg. "Nessun farmaco potrebbe essere specifico come la TMS per queste reti di memoria", ha detto Wang. "Ci sono molti obiettivi diversi e non è facile trovare un recettore singolo coinvolto nella memoria".

Il futuro

"Questo apre uno spazio tutto nuovo per studi di trattamenti, dove cercheremo di vedere se possiamo migliorare la funzione nelle persone che ne hanno davvero bisogno", ha detto Voss. Il suo studio è stato eseguito su persone che avevano una memoria normale, nei quali non ci si aspetta di vedere un grande miglioramento perché il loro cervello sta già lavorando in modo efficace. "Ma per una persona con danni cerebrali o con un disturbo della memoria, queste reti sono interrotte, e quindi anche un piccolo cambiamento potrebbe tradursi in guadagni nella loro funzionalità", ha detto Voss.

In uno dei prossimi esperimenti, Voss studierà l'effetto della stimolazione elettrica sulle persone con perdita di memoria in stadio precoce. Egli avverte che sono necessari anni di ricerche per determinare se questo approccio è sicuro o efficace per i pazienti con Alzheimer o con disturbi simili della memoria.

Fonte:  Northwestern University via EurekAlert! (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  J. X. Wang, L. M. Rogers, E. Z. Gross, A. J. Ryals, M. E. Dokucu, K. L. Brandstatt, M. S. Hermiller, J. L. Voss. Targeted enhancement of cortical-hippocampal brain networks and associative memory. Science, 2014; 345 (6200): 1054 DOI: 10.1126/science.1252900

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