Electroencefalografia poate ajuta la ghidarea tratamentelor pentru tulburările de limbaj

Cercetători de la Institutul de Științe din Tokyo au investigat eficiența stimulării transcraniene cu curent continuu (tDCS) ghidată de electroencefalografie (EEG) în îmbunătățirea funcției de denumire a imaginilor. Lucrarea a fost publicată recent și se concentrează pe ideea că EEG poate oferi o alternativă accesibilă și portabilă la imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (fMRI), pentru a identifica zonele optime de stimulat în vederea creșterii performanței lingvistice.
De-a lungul timpului, stimularea transcraniană cu curent continuu a fost utilizată cu rezultate variabile în îmbunătățirea funcțiilor lingvistice, în special a capacității de denumire a obiectelor în fotografii - un proces fundamental pentru vorbire. Numeroase studii anterioare au ales drept zonă-țintă aria lui Broca, bazându-se pe ideea că aceasta joacă un rol crucial în producerea vorbirii. Totuși, rezultatele au fost inconsistente: unele cercetări au observat o îmbunătățire clară, în timp ce altele nu au reușit să reproducă aceleași efecte.

O explicație posibilă este că procesul de denumire a unui obiect activează o rețea mult mai amplă în cortex, iar localizarea optimă a stimulării poate varia de la o persoană la alta. Studii imagistice cu fMRI au demonstrat că pacienții cu afazie, de exemplu, pot avea zone lezate diferite și că stimularea personalizată bazată pe regiunile active la testele de denumire conduce la rezultate mai bune. Cu toate acestea, fMRI necesită aparatură sofisticată și costisitoare, dificil de integrat în practica de rutină din majoritatea spitalelor și aproape imposibil de folosit la domiciliu.

Pe de altă parte, electroencefalografia (EEG) este considerabil mai accesibilă și mai ușor de transportat. În plus, permite o analiză în timp real a activității neuronale. În pofida acestor avantaje, ghidarea tDCS pe baza EEG nu era până acum suficient validată pentru a identifica zone specifice implicate în limbaj în mod comparabil cu fMRI.

Desfășurarea studiului

Metodologie și participanți

În acest studiu au fost proiectate două experimente:

• Experimentul 1 a cuprins 21 de participanți sănătoși (A01-A21), cu vârste între 24 și 62 ani (medie = 50,3; SD = 9). Aceștia au fost testați cu fMRI și EEG în timp ce efectuau o sarcină de denumire a imaginilor. Scopul a fost compararea directă a zonelor cu activitate maximă detectate de fMRI și de EEG, pentru aceeași sarcină.
• Experimentul 2 a inclus 15 participanți sănătoși (C01-C15, medie de vârstă = 50 ani, SD = 6), dintre care un participant a fost exclus ulterior. Participanții au fost supuși la trei tipuri de stimulare: sham (fără stimulare efectivă), Broca-tDCS (electroda anodică plasată pe aria lui Broca) și EEG-tDCS (electroda anodică plasată pe zona frontală identificată individual prin EEG). Fiecare tip de stimulare s-a aplicat timp de 15 minute, iar reacția participanților la testele de denumire a fost monitorizată imediat după stimulare.

Sarcina de denumire

Testul de denumire a imaginilor s-a desfășurat după cum urmează:

• Participanții trebuiau să rostească rapid numele obiectului dintr-o fotografie afișată pe ecran (condiție task).
• Drept condiție de control, se afișau imagini „amestecate”, la care participanții răspundeau „Nu știu” (în japoneză, "wa-ka-ra-nai"), pentru a separa procesarea strict lingvistică de simpla producție vocală.

Timpul de reacție (reaction time, RT) a fost definit ca intervalul de la apariția imaginii până la momentul când participantul începea să pronunțe primul sunet/silabă corectă.

Înregistrarea și analiza EEG

EEG a fost realizată cu 61 de electrozi, iar datele au fost preprocesate (filtrare, eliminarea artefactelor de mișcare și de la mușchi/ochi prin analiza componentelor independente). Ulterior, s-a folosit un algoritm de estimare a sursei curentului cortical (CCS), pentru a localiza semnalele de pe suprafața corticală.

Cercetătorii au identificat apoi, pentru fiecare participant, zona de interes în cortexul frontal unde diferența de activare (task - control) era cea mai mare. Această regiune a devenit ținta anodului pentru EEG-tDCS.

Stimularea cu curent continuu (tDCS)

S-a folosit un curent de 2mA, aplicat 15 minute:

• EEG-tDCS: anoda a fost plasată pe zona frontală identificată prin EEG, catoda pe supraorbitala dreaptă.
• Broca-tDCS: anoda plasată în zona corespunzătoare ariei lui Broca (electrozi poziționați aproximativ în regiunea F7-FC5), catoda la nivelul frunții drepte.
• Placebo: curent real numai în primul minut, apoi s-a oprit (metoda placebo).

Cercetătorii au utilizat și simulări computerizate (prin software dedicat, SimNIBS și ROAST) pentru a estima distribuția câmpului electric în creier, analizând dacă plasarea pe exact acea regiune EEG îmbunătățește fluxul de curent față de varianta Broca-tDCS.

Rezultate

1. Coerența dintre EEG și fMRI în identificarea zonelor active

În Experimentul 1, s-a comparat regiunea cu activitate maximă evidențiată de fMRI cu regiunea selectată pe baza EEG (diferența task - control). Rezultatul principal:

• La aproximativ 80% dintre participanți, regiunea estimată prin EEG a coincis (sau a fost foarte apropiată) de cea din fMRI, existând astfel o rata de concordanță semnificativă.
• Într-un singur caz, zonele au coincis perfect (fără separare în atlas), iar în mai multe situații regiunile au fost adiacente sau separate de una-două regiuni mici, ceea ce, având în vedere un electrod de dimensiuni 5x5 cm, duce oricum la o suprapunere funcțională utilă.

Acest rezultat sugerează că EEG poate fi un instrument de localizare fiabil pentru a identifica zonele cortexului implicate în procesarea limbajului, fără a apela la fMRI.

2. Eficiența EEG-tDCS în îmbunătățirea timpului de reacție la denumire

În Experimentul 2, timpul de reacție a fost analizat separat pentru:

• Task-trials (imagini reale de denumit)
• Control-trials (imagini amestecate, răspuns „Nu știu”)

Pentru task-trials, rezultatele au arătat:

• Placebo: RT mediu = 0,84 s  
• Broca-tDCS: RT mediu = 0,84 s  
• EEG-tDCS: RT mediu = 0,80 s  

Diferența a fost semnificativă statistic (p < 0,05) între EEG-tDCS și ambele condiții (sham și Broca-tDCS). Deși diferența numerică pare mică (aprox. 40 ms), în sarcinile de denumire aceasta este considerată relevantă.

Pentru control-trials (spunerea rapidă a „Nu știu”):

• Nu s-a înregistrat nicio diferență semnificativă între cele trei tipuri de stimulare, confirmând că EEG-tDCS a influențat în mod specific procesul de acces lexical (numirea obiectelor).

Astfel, se evidențiază că EEG-tDCS a fost mai performantă în a îmbunătăți viteza de răspuns la denumirea imaginilor, față de stimularea clasică pe aria lui Broca.

3. Posibile explicații și implicații

Autorii subliniază că aria lui Broca, deși relevantă în producerea vorbirii, nu este întotdeauna zona optimă de stimulare la persoane sănătoase. EEG a putut identifica pentru fiecare individ locul cu cea mai mare diferență de activitate între condiția task și cea de control, iar stimularea țintită a acelei zone a accelerat reacția de denumire.

Pentru a evalua în ce măsură plasarea precisă a anodului influențează rezultatul, simulările computerizate au indicat că deplasarea (chiar și cu 2,5 cm) a electrodului poate reduce intensitatea câmpului electric în zona țintă cu până la 10-20%. Acest aspect evidențiază importanța navigației corecte și a localizării exacte a regiunilor de interes.

Concluzii

Studiul demonstrează pentru prima dată că:

• EEG poate localiza zonele corticale implicate în sarcina de denumire într-un mod comparabil cu fMRI, dar cu un cost și o portabilitate superioare.
• EEG-tDCS aplicată exact pe zonele semnalate de analiza EEG aduce îmbunătățiri semnificative în timpul de reacție la denumirea de imagini, depășind atât sham, cât și stimularea clasică a ariei lui Broca.
• Această abordare deschide un potențial ridicat pentru folosirea tDCS individualizate, posibil inclusiv la domiciliu, în special în recuperarea limbajului la persoanele cu afazie.

În pofida rezultatelor pozitive, sunt necesare studii suplimentare pentru a confirma eficiența și în rândul pacienților cu afazie, unde anatomia și pattern-urile de activitate pot fi semnificativ alterate. Cu toate acestea, concluziile de față sunt încurajatoare pentru viitoarele aplicații clinice ale stimulării cerebrale asistate de EEG.