Modularea plasticității induse de stimulare prin manipulare fiziologică experimentală concomitentă
Efectul protocoalelor TMS care induc plasticitate poate fi modulat prin stimulare concomitentă. Nitsche și colaboratorii (2007) au aplicat tDCS în timpul PAS. parametrii tDCS au fost suficienți fie pentru a intensifica, fie pentru a deprima activitatea neuronală în cortexul motor, așa cum s-a determinat în experimentele de control, dar insuficienți pentru a induce efecte de facilitare sau deprimante de durată pe cont propriu. Acești autori au utilizat o variantă de PAS care a indus efecte facilitatoare slabe asupra excitabilității corticospinale atunci când a fost aplicată pe cortexul motor naiv. Atunci când tDCS și PAS au fost aplicate simultan, reducerea activității neuronale de fond prin stimularea catodică a dus la o creștere prelungită a excitabilității prin PAS, în timp ce creșterea activității neuronale de fond a transformat efectul facilitator al PAS într-un efect depresiv. Deși acest experiment nu testează direct plasticitatea homeostatică, rezultatul este în concordanță cu predicțiile privind regulile homeostatice care guvernează inducerea plasticității prin PAS. Activitatea globală a rețelei neuronale a influențat aparent plasticitatea asociativă în mod homeostatic, iar acest lucru ridică posibilitatea ca efecte similare să apară atunci când activitatea globală a rețelei este modificată de experiența anterioară.
Plasticitatea în modelele de plasticitate sinaptică poate fi, de asemenea, modulată prin aplicarea de medicamente sau hormoni activi pentru SNC. În aceste cazuri, se presupune de obicei că nu există efecte de amorsare induse de medicamente, condiție care este strict îndeplinită doar în cazul medicamentelor inhalate sau aplicate intravenos, care pot acționa instantaneu. În cazul medicamentelor ingerate pe cale orală, modificările în rețelele neuronale globale ar fi putut fi prezente de ceva timp înainte de aplicarea protocolului de inducție. Experimentele care utilizează medicamente au fost concepute pentru a sonda mecanismele fiziologice ale plasticității induse de stimulare, deoarece proprietățile farmacologice ale medicamentelor sunt cunoscute. Multe dintre afirmațiile privind modularea eficacității sinaptice sunt derivate din astfel de experimente. Un obiectiv suplimentar al acestor experimente este acela de a găsi modalități de promovare terapeutică a plasticității induse de stimulare, de a utiliza modularea plasticității induse de stimulare ca sistem model pentru predicții privind manipulările terapeutice ale intervențiilor comportamentale și, în cele din urmă, de a modula în mod benefic plasticitatea indusă de stimulare ca mijloc terapeutic. O variantă scurtă de cTBS (Gentner et al., 2008) poate spori excitabilitatea corticospinală (în loc de depresia obișnuită care apare la o aplicare mai lungă a cTBS). Efectele de creștere a excitabilității ale acestui protocol au fost inversate într-un efect de deprimare a excitabilității atunci când subiecții au fost tratați cu o doză suficientă de nimodipină, un antagonist al canalului Ca2 + (l-VGCC) de tip l-gazat de tensiune (l-VGCC). Adăugarea blocării farmacologice a receptorului NMDA prin dextrometorfan la tratamentul cu nimodipină a abolit, de asemenea, depresia cTBS cauzată de nimodipină (Wankerl și colab., 2010). Acest experiment a oferit sprijin mecanicist pentru relevanța magnitudinii semnalizării calciului pentru inducerea fenomenelor de tip LTP și LTD la om. Conform unei teorii influente (Lisman, 1989; Artola și Singer, 1993), faptul că este indusă LTP sau LTD dependentă de activitate depinde de magnitudinea și dinamica diferitelor niveluri postsinaptice de Ca2 + induse de stimulare. Nu s-a stabilit pe deplin dacă acest principiu se aplică și în cazul protocoalelor diferite de TBS.
Medicamente precum dextrometorfanul sau memantina au fost utilizate pentru a sonda activarea receptorilor NMDA ca element necesar al mecanismelor fiziologice induse în plasticitatea indusă de stimulare. S-a demonstrat că modularea dopaminergică influențează în mod diferențiat rezultatul diferitelor protocoale de inducere a plasticii. Efectele dopaminei sunt probabil mediate de diferite specii de receptori de dopamină (Nitsche et al., 2009; Thirugnanasambandam et al., 2011a) și pot prezenta o relație doză-răspuns neliniară, în formă de U inversat (Monte-Silva et al., 2009). Stimularea receptorilor colinergici este implicată de efectele nicotinei inhalate la fumătorii de țigări și de aplicarea inhibitorilor de colinesterază (Kuo et al., 2007; Grundey et al., 2012).
Modularea plasticii induse de stimulare prin comportament concomitent poate dezvălui informații importante despre mecanismele care stau la baza acesteia, deși ce mecanisme fiziologice sunt recrutate de comportament rămân frecvent necunoscute. Cea mai elementară formă de activitate motorie concomitentă este contracția izometrică, și s-a demonstrat că aceasta sporește eficacitatea unei intervenții de facilitare. Atunci când 50 de perechi de stimuli au fost aplicate folosind PAS supra-subliniar convențional la subiecți în repaus, nu a existat niciun efect asupra MEP în primul mușchi interosos dorsal. În schimb, atunci când același număr de impulsuri a fost administrat în timp ce subiecții făceau o mică contracție tonică, excitabilitatea corticospinală a fost îmbunătățită (Kujirai et al., 2006). Contracția izometrică a blocat sau a inversat efectele tDCS (Thirugnanasambandam et al., 2011b). Modularea atențională este un factor cognitiv/comportamental intrigant, cunoscut pentru modularea plasticității induse de stimulare. Direcționarea atenției unui subiect spre mâna ipsilaterală la stimularea cerebrală, departe de reprezentarea motorie centrală stimulată, abolește capacitatea PAS de a spori excitabilitatea corticală (Stefan et al., 2004). Pentru unele abilități de percepție, au fost aduse argumente puternice în favoarea stimulării independente de atenție (Watanabe et al., 2001). Cel puțin pentru plasticitatea asociativă în cortexul motor, atenția asupra regiunii corpului a cărei intrare este critică pentru inducerea plasticității pare a fi o cerință. Mai recent, efectul atenției asupra plasticității induse de PAS a fost comparat cu cel asupra plasticității induse de iTBS (Kamke et al., 2012). În timpul inducerii plasticii, participanții s-au angajat într-o sarcină de detectare vizuală cu două sarcini atenționale diferite. Sarcina atențională ridicată a eliminat efectul oricăruia dintre protocoale. Deoarece TBS nu depinde de aportul somatosenzorial, atenția apare ca un factor important de modulare a eficacității sinaptice în microcircuitele stimulate. Modularea emoțională ar părea să reprezinte un alt candidat interesant pentru modularea efectelor de inducție, dar nu avem cunoștință de niciun studiu publicat.
Studiile care investighează dacă rezultatul unei intervenții de antrenament poate fi, de asemenea, modulat de stimularea concomitentă sunt de un interes clinic evident. Stimularea cerebrală transcraniană a fost utilizată cu succes pentru a spori plasticitatea cinematică specifică și învățarea atunci când este administrată concomitent cu antrenamentul pe o practică motorie (Butefisch et al., 2004) sau o sarcină de învățare motorie sau cognitivă (Nitsche et al., 2003; Reis și Fritsch, 2011). Din nou, este cert că nu există un singur mecanism care facilitează sporirea eficacității protocoalelor de stimulare prin comportament concomitent și viceversa, deși promovarea formării LTP prin creșterea influxului net de calciu în neuronul postsinaptic poate fi implicată în anumite condiții. Cu toate acestea, deoarece este puțin probabil ca câștigul comportamental dependent de antrenament să se bazeze întotdeauna pe recrutarea mai multor neuroni, promovarea LTP sinaptică nu ar explica faptul că învățarea, în alte circumstanțe, poate implica și LTD. Combinația de stimulare simultană aplicată în timpul efectuării unui antrenament (motor) pare a fi o abordare promițătoare pentru a inginera plasticitatea ca mijloc de neuroreabilitare, deși rămân multe întrebări deschise.
.