Parkinson: Viaggio nel Cervello Stimolato per Sconfiggere la Lentezza

Ciao a tutti! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante nel cuore del cervello umano, per esplorare come una tecnologia incredibile, la stimolazione cerebrale profonda (DBS), stia aiutando a combattere uno dei sintomi più debilitanti del morbo di Parkinson: la bradicinesia, ovvero quella fastidiosa lentezza nei movimenti.

Chi vive con il Parkinson, o ha una persona cara che ne soffre, sa quanto possa essere frustrante non riuscire a compiere gesti quotidiani con fluidità. Da anni, la DBS del nucleo subtalamico (STN), una piccola area profonda nel cervello, si è dimostrata un’arma efficace. Ma come funziona esattamente? Cosa succede là dentro quando accendiamo gli elettrodi? È un po’ come guardare un’orchestra complessa: sappiamo che la musica migliora con un buon direttore, ma vogliamo capire quali strumenti suonano diversamente e come interagiscono tra loro.

Ecco, il nostro obiettivo era proprio questo: sbirciare dietro le quinte dell’attività cerebrale durante la DBS e capire come questa influenzi le reti neurali coinvolte nel movimento, specialmente durante compiti complessi.

Il Nostro Laboratorio: Pazienti, Spirali e Onde Cerebrali

Per farlo, abbiamo coinvolto 38 pazienti coraggiosi con Parkinson, tutti trattati con DBS bilaterale da almeno un anno. Abbiamo chiesto loro di eseguire un compito apparentemente semplice ma ricco di informazioni: disegnare delle spirali su una tavoletta digitale con la mano più colpita dalla malattia. Dovevano farlo in due modi: seguendo una traccia (traced) e a mano libera (self-paced).

Mentre disegnavano, registravamo la loro attività cerebrale usando un elettroencefalogramma (EEG) a 64 canali – immaginate una specie di cuffia da nuoto super tecnologica piena di sensori. La vera chicca? Abbiamo variato l’intensità della stimolazione su quattro livelli diversi (da spenta al massimo livello terapeutico personalizzato) per vedere come cambiavano sia i movimenti che le “conversazioni” tra le aree cerebrali.

Abbiamo analizzato in particolare due tipi di “linguaggi” del cervello: le onde beta (soprattutto quelle “alte”, tra 21-30 Hz) e le onde gamma (in particolare quelle “alte”, tra 61-100 Hz). Pensate alle onde beta come a un segnale di “freno” o di “mantenimento dello status quo” nel sistema motorio. Nel Parkinson, questo freno sembra essere eccessivamente premuto, contribuendo alla rigidità e alla lentezza. Le onde gamma, invece, sono spesso associate all’elaborazione attiva, alla comunicazione tra aree cerebrali e all’esecuzione del movimento – una sorta di “acceleratore” o segnale di “via libera”.

Beta vs Gamma: La Danza delle Onde Cerebrali sotto Stimolo

Cosa abbiamo scoperto? È stato davvero illuminante! Aumentando l’intensità della stimolazione nell’emisfero cerebrale che controlla la mano usata per disegnare, abbiamo osservato un pattern chiarissimo:

• La potenza delle onde beta (sia basse che alte) diminuiva progressivamente, sia nel nucleo subtalamico (STN) che nelle aree corticali motorie (come la corteccia motoria primaria, M1). Era come se la DBS allentasse gradualmente quel freno eccessivo.
• Al contrario, la potenza delle onde gamma (sia basse che alte) aumentava gradualmente nelle stesse aree. L’acceleratore veniva premuto di più!

Questi cambiamenti avvenivano solo nell’emisfero stimolato (ipsilaterale alla stimolazione, controlaterale al movimento), mentre nell’altro emisfero, dove la stimolazione era mantenuta costante, non vedevamo variazioni significative. Questo conferma che l’effetto della DBS è molto localizzato.

Ma non ci siamo fermati alla semplice misurazione della potenza. Volevamo capire come le diverse aree comunicassero tra loro. Abbiamo usato una tecnica chiamata “connettività effettiva” (gPDC) per mappare il flusso di informazioni. E qui la sorpresa:

• La comunicazione nelle frequenze beta alte lungo la cosiddetta “via iperdiretta” – un collegamento super veloce tra la corteccia motoria (M1, aree premotorie SMA, DPMC, VPMC) e l’STN – diminuiva significativamente con l’aumentare della stimolazione. Questo percorso è noto per essere iperattivo nel Parkinson, e la DBS sembra proprio “calmarlo”. E l’effetto era bidirezionale!
• Contemporaneamente, la comunicazione nelle frequenze gamma alte aumentava, ma non tra corteccia e STN, bensì tra la corteccia motoria primaria (M1) e le altre aree corticali motorie (SMA, DPMC, VPMC). Era come se la DBS, riducendo l’interferenza “beta” dalla via iperdiretta, permettesse alle aree corticali di dialogare più efficacemente tra loro usando il linguaggio “gamma” per orchestrare meglio il movimento.

Dal Cervello alla Mano: Come la Stimolazione Migliora il Movimento

E i disegni? Come previsto, la velocità con cui i pazienti disegnavano le spirali (la velocità tangenziale media) aumentava progressivamente con l’intensità della stimolazione, sia nei disegni tracciati che in quelli a mano libera. Il miglioramento era più marcato nei disegni a mano libera, forse perché richiedono una pianificazione motoria più interna.

La regolarità del movimento (misurata con un parametro chiamato “entropia della velocità”) migliorava accendendo la stimolazione, ma non aumentava ulteriormente con l’intensità. Questo suggerisce che la DBS aiuta molto la velocità, ma forse meno altri aspetti della fluidità del movimento complesso.

La cosa più intrigante è stata quando abbiamo provato a predire il miglioramento della velocità nel disegno a mano libera basandoci sui cambiamenti nelle onde cerebrali. Usando modelli di machine learning (SVM), abbiamo scoperto che i cambiamenti nella potenza delle beta alte in una rete che include la corteccia prefrontale dorsolaterale (DLPFC), la corteccia premotoria dorsale (DPMC) e la M1, insieme ai cambiamenti nelle gamma alte in una rete che coinvolge l’area motoria supplementare (SMA) e la M1, erano i migliori predittori del miglioramento della velocità. Questo ci dice che non basta guardare una singola area o una singola frequenza, ma è l’attività combinata di specifiche reti neurali, che usano linguaggi diversi (beta e gamma), a determinare il recupero motorio. Per i disegni tracciati, la predizione era meno accurata, probabilmente perché entra in gioco anche la complessa rete visuo-motoria.

Perché è Importante? Verso Terapie Più Intelligenti

Capire questi meccanismi non è solo affascinante dal punto di vista scientifico, ma apre porte incredibili per il futuro. Se sappiamo quali pattern di attività cerebrale corrispondono a un buon controllo motorio e quali a sintomi come la bradicinesia, potremmo sviluppare sistemi di DBS “adattiva” o “intelligente” (aDBS). Immaginate un pacemaker cerebrale che non solo stimola costantemente, ma che “ascolta” l’attività cerebrale in tempo reale e regola la stimolazione solo quando serve, magari usando sensori sia sull’STN che sulla corteccia motoria, per ottimizzare l’effetto e ridurre possibili effetti collaterali.

Il nostro studio suggerisce che monitorare sia l’attività beta iperdiretta che l’attività gamma cortico-corticale potrebbe essere la chiave. L’EEG, essendo una tecnica non invasiva, potrebbe diventare uno strumento prezioso per personalizzare la terapia DBS e forse anche per predire quali pazienti beneficeranno maggiormente dall’intervento, magari analizzando la loro risposta cerebrale alla levodopa prima dell’operazione.

Uno Sguardo al Futuro: Cosa Ci Aspetta?

Certo, la strada è ancora lunga. Il nostro studio ha delle limitazioni, come il numero di prove per ogni condizione o la necessità di includere controlli sani. Inoltre, l’analisi dell’attività cerebrale profonda tramite EEG di superficie è complessa, anche se abbiamo usato tecniche avanzate (FEM, LCMV beamforming) per ricostruire le sorgenti nel modo più accurato possibile.

Tuttavia, i risultati sono promettenti. Abbiamo dimostrato che la DBS non agisce semplicemente “sopprimendo” un’attività anomala, ma piuttosto riequilibra dinamicamente complesse reti neurali. Riduce l’eccessiva comunicazione “freno” (beta alta) sulla via iperdiretta e potenzia la comunicazione “acceleratore” (gamma alta) tra le aree corticali motorie, in particolare quelle legate alla M1.

È un po’ come se la DBS aiutasse il “direttore d’orchestra” (le aree corticali superiori) a comunicare meglio con i “musicisti” (le aree motorie esecutive), zittendo al contempo un “disturbatore” (l’iperattività beta STN-corteccia).

Questo viaggio nel cervello stimolato ci ha mostrato una danza intricata di onde e connessioni. Continuare a decifrarla ci avvicinerà sempre di più a terapie personalizzate ed efficaci per ridare fluidità e qualità di vita a chi combatte ogni giorno contro il Parkinson.

Fonte: Springer