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La corteccia uditiva riguarda l'elaborazione del suono, che è alla base dell'elaborazione del parlato o della musica1. Tuttavia, nonostante i notevoli progressi recenti, le proprietà funzionali e la lateralizzazione della corteccia uditiva umana sono ben lungi dall'essere pienamente comprese. La Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS) è una tecnica non invasiva in grado di modulare transitoriamente o durevolmente l'eccitabilità corticale attraverso l'applicazione di impulsi di campo magnetico localizzati e rappresenta un metodo unico per esplorare la plasticità e la connettività. Solo di recente ha iniziato ad essere applicato per comprendere la funzione corticale uditiva 2.
Un problema importante nell'uso della TMS è che le conseguenze fisiologiche della stimolazione sono difficili da stabilire. Sebbene molti studi sulla TMS facciano l'ipotesi implicita che l'area bersaglio della bobina sia l'area interessata, questo non deve essere il caso, in particolare per le funzioni cognitive complesse che dipendono dalle interazioni tra molte regioni del cervello 3. Una soluzione a questo problema è combinare la TMS con la risonanza magnetica funzionale (fMRI). L'idea qui è che la risonanza magnetica funzionale fornirà un indice dei cambiamenti nell'attività cerebrale associati alla TMS. Pertanto, la fMRI fornirebbe un mezzo indipendente per valutare quali aree sono interessate dalla TMS e come sono modulate 4. Inoltre, la fMRI consente la valutazione della connettività funzionale, che rappresenta una misura dell'accoppiamento temporale tra regioni distanti. Può quindi essere utile misurare non solo la modulazione dell'attività netta indotta dalla TMS in determinate località, ma anche il grado in cui le proprietà della rete sono influenzate dalla TMS, attraverso eventuali cambiamenti osservati nella connettività funzionale.
Esistono diversi approcci per combinare TMS e imaging funzionale in base all'ordine temporale dei metodi. La risonanza magnetica funzionale può essere applicata prima, durante, dopo o sia prima che dopo la TMS. Recentemente, alcuni studi hanno interlacciato TMS e fMRI al fine di fornire una mappatura online dei cambiamenti funzionali indotti da TMS 5-7. Tuttavia, questa combinazione online presenta molti problemi tecnici, tra cui gli artefatti statici derivanti dalla presenza della bobina TMS nella sala scanner o gli effetti degli impulsi TMS sul processo di formazione dell'immagine RM. Ma ancora più importante, il forte rumore acustico indotto dal TMS (aumentato rispetto all'uso standard a causa della risonanza del foro dello scanner) e l'aumento delle vibrazioni della bobina TMS (causato dalle forti forze meccaniche dovute al campo magnetico statico dello scanner RM) costituiscono un problema cruciale quando si studia l'elaborazione uditiva.
Questo è uno dei motivi per cui la risonanza magnetica funzionale è stata eseguita prima e dopo la TMS nel presente studio. Approcci simili sono stati utilizzati per colpire la corteccia motoria 8,9, la corteccia premotoria 10, la corteccia somatosensoriale primaria 11,12 e le aree correlate al linguaggio 13, ma finora nessuno studio combinato TMS-fMRI ha studiato la corteccia uditiva. Lo scopo di questo articolo è quello di fornire dettagli riguardanti il protocollo e le considerazioni necessarie per combinare con successo questi due strumenti neuroscientifici per studiare l'elaborazione uditiva.
In precedenza abbiamo dimostrato che la TMS ripetitiva (rTMS) alle alte e basse frequenze (risp. 10 Hz e 1 Hz) applicata sul tempo di risposta modulato (RT) della corteccia uditiva in un compito di discriminazione melodica 2. Abbiamo anche dimostrato che la modulazione della RT era correlata con la connettività funzionale nella rete uditiva valutata utilizzando la risonanza magnetica funzionale: maggiore è la connettività funzionale tra le cortecce uditive sinistra e destra durante l'esecuzione del compito, maggiore è l'effetto facilitatorio (cioè diminuzione della RT) osservato con la rTMS. Tuttavia, questi risultati erano principalmente correlativi, poiché la risonanza magnetica funzionale è stata eseguita prima della rTMS. Qui, la fMRI è stata eseguita prima e immediatamente dopo la TMS per fornire misure dirette dell'organizzazione funzionale della corteccia uditiva, e più specificamente della riorganizzazione plastica della rete neurale uditiva che si verifica dopo l'intervento neurale fornito dalla TMS.
La risonanza magnetica funzionale e la TMS combinate applicate sulla corteccia uditiva dovrebbero consentire una migliore comprensione dei meccanismi cerebrali dell'elaborazione uditiva, fornendo informazioni fisiologiche sugli effetti funzionali della TMS. Questa conoscenza potrebbe essere utile per molte applicazioni delle neuroscienze cognitive, nonché per ottimizzare le applicazioni terapeutiche della TMS, in particolare nei disturbi uditivi.