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La corteccia uditiva è responsabile dell'elaborazione del suono, che costituisce la base dell'elaborazione del linguaggio o della musica1. Tuttavia, nonostante i notevoli progressi ottenuti di recente, le proprietà funzionali e la lateralizzazione della corteccia uditiva umana sono ancora lungi dall'essere completamente comprese. La stimolazione magnetica transcranica (TMS) è una tecnica non invasiva che può modulare temporaneamente o in modo duraturo l'eccitabilità corticale attraverso l'applicazione di impulsi di campo magnetico localizzati, rappresentando un metodo unico per esplorare la plasticità e la connettività. Solo di recente è stata applicata per comprendere la funzione della corteccia uditiva 2.
Un problema importante nell'uso della TMS è che è difficile stabilire le conseguenze fisiologiche della stimolazione. Sebbene molti studi con TMS assumano implicitamente che l'area bersagliata dalla bobina sia l'area effettivamente influenzata, ciò non è necessariamente vero, in particolare per funzioni cognitive complesse che dipendono da interazioni tra molte regioni cerebrali 3. Una soluzione a questo problema consiste nel combinare la TMS con la risonanza magnetica funzionale (fMRI). L'idea è che l'fMRI fornisca un indice dei cambiamenti nell'attività cerebrale associati alla TMS. Pertanto, l'fMRI fornirebbe un metodo indipendente per valutare quali aree sono influenzate dalla TMS e in che modo vengono modulate 4. Inoltre, l'fMRI permette la valutazione della connettività funzionale, che rappresenta una misura dell'accoppiamento temporale tra regioni distanti. Può quindi essere utile non solo per misurare la modulazione netta dell'attività indotta dalla TMS in determinate posizioni, 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 la stimolazione magnetica transcranica (TMS) e l'imaging funzionale in base all'ordine temporale dei metodi. La risonanza magnetica funzionale (fMRI) può essere applicata prima, durante, dopo o sia prima che dopo la TMS. Recentemente, alcuni studi hanno alternato TMS e fMRI al fine di ottenere una mappatura in tempo reale dei cambiamenti funzionali indotti dalla TMS 5-7. Tuttavia, questa combinazione in tempo reale presenta numerosi problemi tecnici, tra cui gli artefatti statici derivanti dalla presenza della bobina TMS nella sala dello scanner o gli effetti degli impulsi TMS sul processo di formazione delle immagini RM. Ma, cosa più importante, il forte rumore acustico generato dalla TMS (amplificato rispetto all'uso standard a causa della risonanza del tunnel dello scanner) e le aumentate vibrazioni della bobina TMS (causate dalle forti forze meccaniche dovute al campo magnetico statico dello scanner RM) rappresentano un problema cruciale nello studio dell'elaborazione uditiva.
Questo è uno dei motivi per cui nella presente ricerca la fMRI è stata eseguita prima e dopo la TMS. Approcci simili sono stati utilizzati per prendere di mira 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 indagato la corteccia uditiva. Lo scopo di questo articolo è fornire dettagli riguardo al protocollo e alle considerazioni necessarie per combinare con successo questi due strumenti neuroscientifici al fine di studiare l'elaborazione uditiva.
In precedenza avevamo dimostrato che la stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS) a frequenze elevate e basse (rispettivamente 10 Hz e 1 Hz) applicata sulla corteccia uditiva modulava il tempo di risposta (RT) in un compito di discriminazione melodica 2. Avevamo inoltre mostrato che la modulazione del RT era correlata alla connettività funzionale nella rete uditiva valutata mediante fMRI: maggiore era la connettività funzionale tra le cortecce uditive sinistra e destra durante l'esecuzione del compito, maggiore era l'effetto facilitatorio (i.e. riduzione del RT) osservato con la rTMS. Tuttavia, tali risultati erano principalmente di tipo correlazionale, poiché la fMRI era stata eseguita prima della rTMS. In questo studio, la fMRI è stata effettuata prima e immediatamente dopo la TMS per ottenere 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 indotto dalla TMS.
La combinazione di fMRI e TMS applicata sulla corteccia uditiva dovrebbe permettere una migliore comprensione dei meccanismi cerebrali del processamento uditivo, fornendo informazioni fisiologiche sugli effetti funzionali del TMS. Queste conoscenze potrebbero risultare utili per numerose applicazioni in neuroscienze cognitive, nonché per ottimizzare le applicazioni terapeutiche del TMS, in particolare nei disturbi legati all'udito.