tDCS: meccanismo d’azione, effetti e applicazioni cliniche

22 Ott 2021 ∙ Neuroscienze

La Transcranical Direct Current Stimulation (tDCS), o in italiano Stimolazione Transcranica a Corrente Diretta, è una tecnica di neuromodulazione esogena, che prevede l’utilizzo di dispositivi esterni al corpo umano, e non invasiva, dove non è necessario un intervento chirurgico per la sua applicazione. La tDCS rientra nelle Transcranical Electrical Stimulation (tES) e sfrutta la corrente elettrica a bassa intensità per regolare, inibire o stimolare varie regioni del cervello con lo scopo di migliorare la qualità della vita dell’uomo (Brunoni et al., 2012).

Meccanismo d’azione della tDCS

La tDCS è fra le tecniche più studiate ed utilizzate in ambito clinico. Il suo meccanismo d’azione modifica l’eccitabilità corticale in determinate regioni cerebrali attraverso una modulazione sottosoglia dei potenziali di membrana neuronali. Questo significa che la sua applicazione non stimola direttamente i potenziali d’azione dei neuroni, come fa la TMS ad esempio (Transcranical Magnetic Stimulation), ma si associa alla variazione delle soglie di eccitabilità neuronale (Priori et al., 2009).

Praticamente, l’effetto della stimolazione con tDCS dipende dai livelli di attività cerebrale del paziente al momento dell’applicazione. Il suo protocollo di utilizzo, quindi, non è sempre uguale, ma cambia caso per caso, anche sulla base di quello che è l’outcome terapeutico desiderato (Fritsch et al., 2010).

Strumentazione necessaria

Gli strumenti principali per l’applicazione della tDCS sono un dispositivo stimolatore in grado di generare correnti a basso livello di amperaggio (solitamente compresi tra 0 e 5 mA) e degli specifici elettrodi. Questi elettrodi, comunemente realizzati in plastica o metallo, vengono posizionati sullo scalpo secondo il sistema internazionale 10-20 e hanno lo scopo di trasportare la corrente elettrica generata dal dispositivo fino alle zone corticali target. Nell’applicare gli elettrodi sulla cute, è meglio utilizzare delle piccole spugne in modo da non avere un contatto diretto con la pelle. Inoltre, al fine di ottenere una conduzione della corrente elettrica ottimale, è consigliato bagnare le spugne con una soluzione salina liquida o in gel (Woods et al., 2016).

Gli elettrodi della tDCS e il loro effetto

L’utilizzo degli elettrodi è molto comune per l’applicazione di diverse tecniche di neuromodulazione, come la tACS (transcranical Alternating Current Stimulation), la tRNS (trancranical Random Noise Stimulation), la tVNS (transcutaneous Vagal Nerve Stimulation) ed il Neurofeedback. 

La particolarità della tDCS è che ogni singolo elettrodo impiegato in questa tecnica può generare solo un tipo una stimolazione eccitatoria o inibitoria, dove l’elettrodo di tipo eccitatorio è detto anodo, mentre quello di tipo inibitorio è detto catodo. Per questo motivo il posizionamento degli elettrodi deve essere valutato preventivamente e in relazione al tipo di protocollo che viene utilizzato (Woods et al., 2016).

Gli effetti ottenuti tramite la tDCS variano in base a diversi aspetti, come: l’intensità della corrente e la dimensione dell’elettrodo, il tipo di stimolazione che viene fatta (eccitatoria o inibitoria), la durata della stimolazione e le caratteristiche del tessuto neurale stimolato. Inoltre, gli effetti della stimolazione e le modifiche da essa prodotte diventano sempre più stabili con l’aumentare del numero di sedute (Thair et al., 2017).

Applicazioni cliniche della tDCS

Come già sottolineato prima, le tecniche di stimolazione non invasiva, soprattutto la tDCS, vengono impiegate non solo per scopi di ricerca, ma anche in vari contesti clinici e terapeutici. 

Molti studi hanno indagato l’utilizzo clinico della tDCS per la cura di pazienti affetti da Disturbo Depressivo Maggiore (DDM). Il quadro psicopatologico principale documentato in chi soffre di depressione è una iper-attivazione della corteccia prefrontale (PFC) destra e una ipo-attivazione della corteccia prefrontale dorso laterale (DLPFC) di sinistra. Questa condizione è nota in letteratura con il nome di alpha-asimmetry, data la presenza di maggiore attività alpha nell’emisfero sinistro che ne causa una parziale inibizione, e sembra essere correlata ad alcuni sintomi tipici della depressione (Fitzgerald et al., 2006). Partendo da questo presupposto, i ricercatori hanno definito i protocolli per il trattamento del DDM tramite tDCS, stimolando con una attivazione elettrica eccitatoria (anodo) la DLPFC di sinistra col fine di ridurre l’alpha-asimmetry (Bennabi & Haffen, 2018). 

Per quello che riguarda il trattamento tramite tDCS della Schizofrenia, la sua psicopatologia non risulta chiara come per la Depressione Maggiore. Questo disturbo, infatti, presenza numerose alterazioni distribuite in varie zone del cervello, quindi i protocolli con tDCS cambiano in base a quello che è l’outcome terapeutico desiderato: per una riduzione della sintomatologia negativa, causata da ipo-frontalità, è prevista una stimolazione eccitatoria delle regioni frontali; per la riduzione dei sintomi positivi, invece, è prevista la medesima stimolazione eccitatoria, ma sulle regioni temporali e parietali (Agarwal et al., 2013).

Per concludere, parliamo dell’uso della tDCS nel trattamento delle dipendenze da sostanze e nei Disturbi del Comportamento Alimentare. Entrambi questi disturbi, seppur diversi per alcuni aspetti, hanno delle caratteristiche in comune, come le alterazioni a carico del Reward Network, coinvolto nei processi di gratificazione e rinforzo, e l’ipo-attivazione per alcune delle regioni frontali che ne fanno parte, come la già citata dlPFC. Per il trattamento delle dipendenze da sostante è risultata efficace una stimolazione con anodo in F3 e F4 (regioni frontali) per venti minuti a 2 mA, ottenendo una forte riduzione del craving per la sostanza e un miglioramento nel controllo degli impulsi (Bechara et al., 2005). Nel trattamento di alcuni tipi di DCA legati al food craving, invece, la tDCS si è dimostrata utile nel ridurre il desiderio di cibo, con stimolazioni anodiche sempre su F3 e F4 per venti minuti a 5 mA (Dalton et al., 2018).

Bibliografia

Agarwal, S. M., Shivakumar, V., Bose, A., Subramaniam, A., Nawani, H., Chhabra, H., … & Venkatasubramanian, G. (2013). Transcranial direct current stimulation in schizophrenia. Clinical Psychopharmacology and Neuroscience11(3), 118.

Bechara, A. (2005). Decision making, impulse control and loss of willpower to resist drugs: a neurocognitive perspective. Nature neuroscience8(11), 1458-1463.

Bennabi, D., & Haffen, E. (2018). Transcranial direct current stimulation (tDCS): A promising treatment for major depressive disorder?. Brain sciences8(5), 81.

Brunoni, A. R., Nitsche, M. A., Bolognini, N., Bikson, M., Wagner, T., Merabet, L., … & Fregni, F. (2012). Clinical research with transcranial direct current stimulation (tDCS): challenges and future directions. Brain stimulation5(3), 175-195.

Dalton, B., Bartholdy, S., Campbell, I. C., & Schmidt, U. (2018). Neurostimulation in clinical and sub-clinical eating disorders: a systematic update of the literature. Current neuropharmacology16(8), 1174-1192.

Fitzgerald, P. B., Oxley, T. J., Laird, A. R., Kulkarni, J., Egan, G. F., & Daskalakis, Z. J. (2006). An analysis of functional neuroimaging studies of dorsolateral prefrontal cortical activity in depression. Psychiatry Research: Neuroimaging148(1), 33-45.

Fritsch, B., Reis, J., Martinowich, K., Schambra, H. M., Ji, Y., Cohen, L. G., & Lu, B. (2010). Direct current stimulation promotes BDNF-dependent synaptic plasticity: potential implications for motor learning. Neuron66(2), 198-204.

Priori, A., Hallett, M., & Rothwell, J. C. (2009). Repetitive transcranial magnetic stimulation or transcranial direct current stimulation?. Brain stimulation2(4), 241-245.

Thair, H., Holloway, A. L., Newport, R., & Smith, A. D. (2017). Transcranial direct current stimulation (tDCS): a beginner’s guide for design and implementation. Frontiers in neuroscience11, 641.

Woods, A. J., Antal, A., Bikson, M., Boggio, P. S., Brunoni, A. R., Celnik, P., … & Nitsche, M. A. (2016). A technical guide to tDCS, and related non-invasive brain stimulation tools. Clinical neurophysiology127(2), 1031-1048.

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