Le informazioni riportate non sono consigli medici e potrebbero non essere accurate. I contenuti hanno solo fine illustrativo e non sostituiscono il parere medico: leggi le avvertenze.
Questa voce o sezione sull'argomento neuroscienze non cita le fonti necessarie o quelle presenti sono insufficienti.
La neuromodulazione è un processo elettrofisiologico o chimico che interagisce con la normale attività di neurotrasmissione sensoriale del sistema nervoso centrale di un soggetto[1]. Questa alterazione dell'attività neuronale avviene attraverso la somministrazione mirata di stimoli, quali stimolazioni acustiche[2], fotoniche[3][4] ed elettromagnetiche[5] o agenti chimici, a specifici siti neurologici del corpo.
A livello delle cellule, la neuromodulazione si riferisce ai processi neuronali mediante i quali i neuroni utilizzano una o più sostanze chimiche per regolare diverse popolazioni di neuroni. I neuromodulatori si legano tipicamente ai recettori metabotropici accoppiati alle proteine G (GPCRs) per avviare una seconda cascata di segnalazione messaggera che induce un segnale ampio e duraturo. Questa modulazione può durare da centinaia di millisecondi a diversi minuti. Alcuni degli effetti dei neuromodulatori includono l'alterazione dell'attività di attivazione intrinseca,[6] l'aumento o la diminuzione delle correnti dipendenti dalla tensione,[7] l'alterazione dell'efficacia sinaptica, l'aumento dell'attività di esplosione e la riconfigurazione della connettività sinaptica.[8] Per stimolare l'attività neuronale vengono utilizzate diverse tecniche invasive e noninvasive.
Ad esempio l'applicazione di un campo elettrico a radio frequenza pulsata nel canale epidurale costituisce una neuromodulazione delle radici spinali. L'interazione di tale segnale con i segnali neurofisiologici del paziente, produce un effetto che viene interpretato come "shock" o "stupore" cellulare delle cellule nervose, con alterazioni ultrastrutturali visualizzabili al microscopio elettronico[9]. Queste sopravvivono al trattamento perché l'applicazione del campo avviene a temperature non superiori a 42 °C.
Grande capitolo della neuromodulazione è la modifica delle funzioni nervose grazie all'applicazione su strutture nervose di campi elettrici tramite generatori, solitamente impiantabili. Tra i campi principali di azione sono il trattamento del dolore, dei sintomi del Morbo di Parkinson e di altre malattie che coinvolgono il sistema nervoso[10].
Teoria
Una recente pubblicazione scientifica (2024) ha identificato ipotesi rilevanti sull'eziologia della stimolazione cerebrale non invasiva. L'analisi dei dati ha rivelato che l'attività mitocondriale probabilmente svolge un ruolo centrale nelle stimolazioni cerebrali attuata da diversi approcci. Inoltre, l’analisi del modello neurocognitivo madre-feto ha fornito informazioni sulle condizioni della neurostimolazione naturale del sistema nervoso fetale durante la gravidanza. Sulla base di questi risultati, l’articolo ha suggerito l'ipotesi dell'origine della neurostimolazione durante la gestazione.[11]
Secondo il professore lettone Igor Val Danilov, la stimolazione cerebrale, attuata con vari approcci, è solo un caso particolare di questa stimolazione naturale. Qualsiasi metodo di neuromodulazione artificiale si basa su un meccanismo naturale innato che garantisce il corretto (equilibrato) sviluppo del sistema nervoso embrionale grazie all’intenzionalità condivisa. L'approccio dell'Intenzionalità condivisa spiega il meccanismo neurofisiologico dello sviluppo del sistema nervoso a diversi livelli di complessità del biosistema, dalle dinamiche interpersonali alle interazioni neuronali nonlocali (sintonia nueronale).[12][13][14] Il problema centrale dell'approccio è l'accoppiamento neuronale non locale dovuto a un campo elettromagnetico a bassa frequenza che fornisce l'attività neuronale coordinata del sistema nervoso di due (o più) organismi (nel modello neurocognitivo della madre e feto).[11][14] I battiti cardiaci della madre – il più potente oscillatore a bassa frequenza del suo corpo, a pochi centimetri dal cervello del bambino – sincronizzano l'attività neuronale in entrambi gli organismi.[14][15] Questo meccanismo naturale e innato coordina le azioni cellulari durante la formazione dell'embrione e contribuisce allo sviluppo preciso al sistema nervosa e allo sviluppo cognitivo dell'organismo immaturo, a partire dalla comprensione della percezione degli oggetti.[14] Questo, facilita l'apprendimento ambientale del bambino in risposta agli stimoli ambientali condivisi (con la madre).
Gli studi di ricerca sull'iperscanning (intercerebrale) supportano questa ipotesi; hanno osservato un'attività coordinata intercerebrale in condizioni senza comunicazione in coppia mentre i soggetti risolvevano un compito cognitivo condiviso, che differiva dal risultato nella condizione in cui i soggetti risolvono un compito simile da soli.[16][17][18][19][20][21] Da questo punto di vista, l’effetto della elettroneuromodulazione appartiene al meccanismo neurofisiologico innato che fornisce un’attività neuronale coordinata in diversi organismi per lo sviluppo del sistema nervoso. Nel progettare i trattamenti dell'elettroneuromodulazione, l’effetto terapeutico aumenterebbe se le caratteristiche della stimolazione – frequenza, durata e intensità (ampiezza) – si adattassero al senso di questo meccanismo innato e allo scopo della terapia.
Applicazione
Esistono due categorie principali di terapia invasiva di neuromodulazione: chimica ed elettrica. La neuromodulazione elettrica invasiva ha due sottocategorie: cerebrale profonda e del midollo spinale. Anche la stimolazione cerebrale profonda è invasiva come quella chimica. Ciò comporta l'impianto chirurgico di elettrodi in sezioni specifiche del cervello. Per modulare la plasticità cerebrale vengono utilizzati cinque domini di neuromodulazione noninvasiva, ovvero tecniche ingegneristiche volte a cambiare l'attività del sistema neurale:[11]
il gruppo delle techniche di elettroneuromodulazione [Stimolazione magnetica transcranica, TMS (Transcranial magnetic stimulation), Stimolazione magnetica transcranica ripetitiva, rTMS, Stimolazione magnetica transcranica elettrica a correnti dirette, tDCS (Transcranial direct current stimulation), Stimolazione magnetica transcranica elettrica a corrente alternata, tACS (Transcranial alternating current stimulation), Stimolazione magnetica transcranica a rumore casuale, tRNS (Transcranial random noise)],
"Low-frequency sound stimulations" (LFSS), including "Vibroacoustic therapy" (VAT) and "Rhythmic auditory stimulation" (RAS).[11]
Tuttavia, come notato in precedenza, la stimolazione cerebrale, attuata con vari approcci non invasive, è solo un caso particolare della stimolazione naturale. Varie neuromodulazioni artificiali si basano su un meccanismo naturale innato che garantisce la propria plasticità cerebrale e lo sviluppo equilibrato del sistema nervoso embrionale.[11]
^Wei QS, Huang L, Chen XH, Wang HB, Sun WS, Huo SC, et al. (2014). "Effect of whole body vibration therapy on circulating serotonin levels in an ovariectomized rat model of osteoporosis." Iran J Basic Med Sci. 2014; 17: 62-68.
^On behalf of The Mucositis Study Group of the Multinational Association of Supportive Care in Cancer/International Society of Oral Oncology (MASCC/ISOO), Zadik Y, Arany PR, Fregnani ER, Bossi P, Antunes HS, Bensadoun RJ, Gueiros LA, Majorana A (October 2019). "Systematic review of photobiomodulation for the management of oral mucositis in cancer patients and clinical practice guidelines". Supportive Care in Cancer. 27 (10): 3969–3983. doi:10.1007/s00520-019-04890-2
^ Stausholm MB, Naterstad IF, Joensen J, Lopes-Martins RÁ, Sæbø H, Lund H, Fersum KV, Bjordal JM (2019-10-28). "Efficacy of low-level laser therapy on pain and disability in knee osteoarthritis: systematic review and meta-analysis of randomised placebo-controlled trials". BMJ Open. 9 (10): e031142. doi:10.1136/bmjopen-2019-031142
^DeRiemer SA, Strong JA, Albert KA, Greengard P, Kaczmarek LK (24–30 January 1985). "Enhancement of calcium current in Aplysia neurones by phorbol ester and protein kinase C". Nature. 313 (6000):313–316. https://doi:10.1038/313313a0
^Harris-Warrick RM, Flamm RE (July 1987). "Multiple mechanisms of bursting in a conditional bursting neuron". The Journal of Neuroscience. 7 (7): 2113–2128. https://doi:10.1523/JNEUROSCI.07-07-02113.1987
^Klein M, Kandel ER (November 1980). "Mechanism of calcium current modulation underlying presynaptic facilitation and behavioral sensitization in Aplysia". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 77 (11):6912–6916. https://doi:10.1073/pnas.77.11.6912
^Val Danilov, I. (2023). "Theoretical Grounds of Shared Intentionality for Neuroscience in Developing Bioengineering Systems." OBM Neurobiology 2023; 7(1): 156; doi:10.21926/obm.neurobiol.2301156
^abcdVal Danilov, Igor (2023) Low-Frequency Oscillations for Nonlocal Neuronal Coupling in Shared Intentionality Before and After Birth: Toward the Origin of Perception. https://www.lidsen.com/journals/neurobiology/neurobiology-07-04-192OBM Neurobiology 7(4):1–17. doi=10.21926/obm.neurobiol.2304192
^Val Danilov, Igor (2023) Shared Intentionality Modulation at the Cell Level: Low-Frequency Oscillations for Temporal Coordination in Bioengineering Systems. https://www.lidsen.com/journals/neurobiology/neurobiology-07-04-185OBM Neurobiology 7(4):1–17 doi=10.21926/obm.neurobiol.2304185
^Liu, J., Zhang, R., Xie, E. et al. (2023). "Shared intentionality modulates interpersonal neural synchronization at the establishment of communication system." Commun Biol 6, 832 (2023). https://doi.org/10.1038/s42003-023-05197-z
^Painter, D.R., Kim, J.J., Renton, A.I., Mattingley, J.B. (2021). "Joint control of visually guided actions involves concordant increases in behavioural and neural coupling." Commun Biol. 2021; 4: 816.
^Fishburn, F.A., Murty, V.P., Hlutkowsky, C.O., MacGillivray, C.E., Bemis, L.M., Murphy, M.E., et al. (2018). "Putting our heads together: Interpersonal neural synchronization as a biological mechanism for shared intentionality." Soc Cogn Affect Neurosci. 2018; 13: 841-849.
^Szymanski, C., Pesquita, A., Brennan, A.A., Perdikis, D., Enns, J.T., Brick, T.R., et al. (2017). "Teams on the same wavelength perform better: Inter-brain phase synchronization constitutes a neural substrate for social facilitation." Neuroimage. 2017; 152: 425-436.
^Astolfi, L., Toppi, J., De Vico Fallani, F., Vecchiato, G., Salinari, S., Mattia, D., et al. (2010). "Neuroelectrical hyperscanning measures simultaneous brain activity in humans." Brain Topogr. 2010; 23: 243-256.
