L’inibizione laterale nel trattamento degli acufeni

Plasticità corticale e inibizione laterale indotta dalla musica nella corteccia uditiva come fondamento del trattamento del tinnito tonale.

In questo articolo molto interessante Pantev e colleghi parlano ampiamente della natura e della genesi degli acufeni e di quali siano le modalità di lavoro della corteccia cerebrale uditiva. Iniziano sottolineando come il tinnito abbia una triplice natura: uditiva, attentiva ed emozionale.
Passano poi a descrivere come la musica sia correlata a molte funzioni cerebrali umane, fra cui la percezione, l’azione, la cognizione, l’emozione, l’apprendimento e la memoria; perciò si rivela essere uno strumento ideale per studiare come le differenti funzioni del cervello interagiscano tra loro.
L’effetto positivo che la musica ha sul cervello umano è importante anche per il potenziale neuro-riabilitativo che racchiude.

Uno degli aspetti chiave nell’elaborazione delle informazioni uditive è l’inibizione laterale. La via uditiva afferente non è formata solo da connessioni eccitatorie, ma anche da reti inibitorie. Ogni via uditiva centrale è caratterizzata dalla propria banda di frequenza. Ogni neurone ha la propria frequenza caratteristica (CF) alla quale è maggiormente responsivo, così che, nell’insieme, coprono tonotopicamente il range di frequenze udibili. Se un neurone è eccitato ad un livello inferiore, esso non solo proietta la propria eccitazione al livello superiore, ma inibisce, attraverso interneuroni e collaterali, i neuroni adiacenti aventi CF maggiore o minore.
Basandosi sui due principi basilari – la plasticità indotta dalla musica e l’inibizione laterale nella corteccia uditiva umana – gli Autori hanno sviluppato e valutato un training musicale personalizzato in grado di alleviare la percezione del volume del tinnito.
La strategia terapeutica si basa sul fatto che un’attività neuronale iper-sincrona e circoscritta a livello della corteccia uditiva sia critica per la genesi della percezione del tinnito. Ciò è sostenuto da dati neuro-scientifici che indicano che alla generazione e al mantenimento del tinnito sono associati processi di riorganizzazione corticale maladattativa .
Il trattamento descritto nell’articolo consiste nel proporre l’ascolto di un “training musicale tagliato su misura per il tinnito tonale (TMNMT)” caratterizzato dalla soppressione di una banda di frequenze centrata intorno alla frequenza del tinnito di ogni persona. Facendo ascoltare ai pazienti questa musica modificata, gli Autori intendono diminuire l’attività corticale uditiva iper-sincrona associata al tinnito, grazie all’inibizione laterale. Come conseguenza, il tinnito dovrebbe essere percepito come meno forte e meno stressante. Un aspetto cruciale della tecnica da loro proposta è che i pazienti sono motivati e possono scegliere la loro musica preferita. Ascoltare musica piacevole, infatti, attiva i meccanismi cerebrali dell’attenzione e della ricompensa: entrambi gli aspetti promuovono la plasticità a lungo termine.

Negli ultimi trent’anni, i dati sperimentali hanno dimostrato che le connessioni del cervello adulto sono solo parzialmente determinate geneticamente e dallo sviluppo nella prima infanzia, esse possono essere poi notevolmente modificate dalle esperienze sensoriali della vita adulta. Quindi, l’organizzazione funzionale del cervello adulto si può modificare in risposta alla variazione di processi ed input rilevanti da un punto di vista comportamentale.

Gli Autori hanno dimostrato che la somministrazione di una musica con il taglio di una specifica banda di frequenze porta ad una diminuzione della rappresentazione corticale delle medesime frequenze in un tempo molto breve. Perciò la modifica dell’organizzazione strutturale delle mappe di rappresentazione corticale può avvenire nel giro di poche ore. In particolare, i neuroni aventi la frequenza caratteristica all’interno della banda deleta sono inibiti dai neuroni vicini aventi la frequenza caratteristica non coinvolta nel taglio. Purtroppo, però, gli effetti della plasticità a breve termine scompaiono nel giro di 24 ore.

L’inibizione laterale nella corteccia uditiva umana è mediata da connessioni laterali ed è un meccanismo attivo che innerva neuroni inibitori e causa l’attenuazione della risposta uditiva evocata.
L’abituazione, viceversa, è un meccanismo neurale che sopprime l’attività dei neuroni che sono ripetitivamente attivati.
L’abituazione sembra giocare un ruolo importante sia nella soprressione dell’attività neurale irrilevante, sia nell’aumento dell’attività neuronale stimolata da stimoli sensoriali irregolari.
Precedenti terapie per il tinnito si fondavano sull’abituazione.
Gli Autori hanno sperimentato entrambe le modalità mettendo in luce che gli effetti inibitori delle connessioni laterali sono maggiori rispetto a quelli ottenibili attraverso l’abituazione.
Dagli studi di registrazione sulle singole cellule, sappiamo che la curva di inviluppo delle frequenze dei neuroni corticali uditivi ha bande di inibizione superiori e inferiori. Ciò indica che quando i suoni sono presentati simultaneamente, la loro interazione ha caratteristiche non lineari. In altre parole, nel sistema uditivo, l’inibizione laterale sembra contribuire all’aumento del contrasto percettivo incrementando il margine spettrale degli stimoli sonori.
Negli esperimenti condotti, il margine grave della banda di soppressione ha causato un maggior decremento della frequenza centrale rispetto al margine acuto. Perciò, l’inibizione laterale asimmetrica nelle vie uditive centrali compensa l’attività neuronale asimmetrica che ha origine nella coclea. Questo aggiustamento esita in un contrasto di frequenze più raffinato e quindi una migliore performance uditiva.

Il fenomeno sopra descritto diviene più preciso se l’attenzione viene indirizzata al dominio uditivo.

Non si può dimenticare che la plasticità corticale ha anche un “lato oscuro“. Quando la plasticità corticale uditiva non va nel verso giusto, possono comparire sintomi seri e patologie. Come nel caso di una lesione periferica, che normalmente si risolverebbe da sola, che venga influenzata da un esperienza intensa e strassante, come la paura di una patologia seria, in associazione con una particolare attivazione del sistema limbico. In questo caso, può avvenire una riorganizzazione corticale uditiva maladattativa come quella che sottende il tinnitus.
Quando la plasticità corticale uditiva ha effetti negativi, come nel caso del tinnito, ciò, fortunatamente, non è completamente irreversibile: il processo di plasticità può essere a sua volta utilizzato per rimuovere o ridurre questi cambiamenti maladattativi.

Recenti ricerche in ambito neuroscentifico hanno suggerito che uno squilibrio fra le interazioni neuronali eccitatorie ed inibitorie può portare alla percezione del tinnito.

Il razionale della terapia proposta da Pantev e colleghi è il seguente.
Pimo. Il tinnito è il risultato di una plasticità maladattativa della via uditiva centrale. La popolazione neuronale coinvolta, presumibilmente, è caratterizzata da iperattività e ipersincronicità.
Secondo. I cambiamenti plastici maladattativi sono generalmente reversibili e un training comportamentale può ottenere questo risultato.
Terzo. La musica è un potente agente che può essere usato come strategia neuro-riabilitativa per indurre plasticità corticale e invertire la plasticità maladattativa. La musica non è solo una “banda larga” di stimolazione austica, ma può anche catturare l’attenzione dell’ascoltatore e veicolare risposte emotive positive.
Infine, gli effetti di attenuazione dell’inibizione laterale sull’ampiezza e la sincronicità dell’attività neurale della corteccia uditiva umana sembrano essere maggiori degli effetti di attenuazione ottenuti attraverso l’abituazione.

I ricercatori hanno selezionato pazienti con tinnito tonale che veniva descritto come simile a un “bip” o a un fischio.
E’ stato sperimentato un trattamento a lungo termine, in cui i pazienti hanno ascoltato la loro musica preferita, privata dell’intorno della frequenza del loro tinnito, per una o due ore al giorno per un anno (circa 720 ore di ascolto).
Il trattamento a breve termine è stato condotto per 24 ore distribuite in 5 giorni.
In entrambi i casi hanno ottenuto una riferita riduzione dell’intensità del tinnito. Nella terapia a breve termine, il beneficio è però stato di breve durata.

Certamente questo articolo ha degli aspetti molto interessanti che offrono numerosi spunti di ragionamento e di proposta terapeutica.

Music-induced cortical plasticity and lateral inhibition in the human auditory cortex as foundations for tonal tinnitus treatment. Pantev C, Okamoto H, Teismann H. Front Syst Neurosci. 2012;6:50.

Abstract. Over the past 15 years, we have studied plasticity in the human auditory cortex by means of magnetoencephalography (MEG). Two main topics nurtured our curiosity: the effects of musical training on plasticity in the auditory system, and the effects of lateral inhibition. One of our plasticity studies found that listening to notched music for 3 h inhibited the neuronal activity in the auditory cortex that corresponded to the center-frequency of the notch, suggesting suppression of neural activity by lateral inhibition. Subsequent research on this topic found that suppression was notably dependent upon the notch width employed, that the lower notch-edge induced stronger attenuation of neural activity than the higher notch-edge, and that auditory focused attention strengthened the inhibitory networks. Crucially, the overall effects of lateral inhibition on human auditory cortical activity were stronger than the habituation effects. Based on these results we developed a novel treatment strategy for tonal tinnitus-tailor-made notched music training (TMNMT). By notching the music energy spectrum around the individual tinnitus frequency, we intended to attract lateral inhibition to auditory neurons involved in tinnitus perception. So far, the training strategy has been evaluated in two studies. The results of the initial long-term controlled study (12 months) supported the validity of the treatment concept: subjective tinnitus loudness and annoyance were significantly reduced after TMNMT but not when notching spared the tinnitus frequencies. Correspondingly, tinnitus-related auditory evoked fields (AEFs) were significantly reduced after training. The subsequent short-term (5 days) training study indicated that training was more effective in the case of tinnitus frequencies <= 8 kHz compared to tinnitus frequencies >8 kHz, and that training should be employed over a long-term in order to induce more persistent effects. Further development and evaluation of TMNMT therapy are planned. A goal is to transfer this novel, completely non-invasive and low-cost treatment approach for tonal tinnitus into routine clinical practice.

Riassunto. Negli ultimi 15 anni abbiamo studiato la plasticità nella corteccia uditiva umana attraverso l’impiego della magnetoencefalografia (MEG). Due argomenti hanno solleticato la nostra curiosità: gli effetti del training musicale sulla plasticità nel sistema uditivo e gli effetti dell’inibizione laterale.
Uno dei nostri studi sulla plasticità ha riscontrato che l’ascolto di musica filtrata per 3 ore inibiva l’attività nella corteccia uditiva che corrispondeva alla frequenza centrale del filtro, suggerendo la soppressione dell’attività neurale per inibizione laterale. Ricerche successive su questo argomento hanno trovato che la soppressione era particolarmente dipendente all’ampiezza del filtro impiegato, che il margine grave del filtro induceva una maggiore attenuazione dell’attività corticale rispetto al margine acuto e che il concentrare l’attenzione uditiva rafforzava il network inibitorio.
Gli effetti complessivi dell’inibizione laterale sull’attività corticale uditiva umana, fatto di estrema importanza, furono più rilevanti rispetto agli effetti dell’abituazione. Sulla base di questi risultati, abbiamo sviluppato una nuova strategia di intervento: il training musicale tagliato su misura per il tinnito tonale (TMNMT). Con l’intento di attivare l’inibizione laterale nei neuroni uditivi implicati nella percezione del tinnito, abbiamo tagliato lo spettro dell’energia musicale nell’intorno della frequenza individuale del tinnito stesso. Questa strategia di intervento è stata valutata in due studi. I risultati dello studio controllato a lungo termine (12 mesi) ha supportato la validità del trattamento concepito: l’irritazione provocata dal tinnito ed il suo volume si sono rivelati significativamente ridotti dopo il TMNMT ma non quando la frequenza del taglio non copriva quella del tinnito. Parallelamente le aree uditive evocate dal tinnito (AEFs) si rivelarono significativamente ridotte dopo il training. Il successivo studio a breve termine (5 giorni) ha indicato che il training è più efficace in caso in cui la frequenza del tinnito è minore o uguale agli 8KHz rispetto a frequenze maggiori di 8KHz, e che il training andrebbe prolungato per indurre effetti più persistenti. Sono stati pianificati ulteriori sviluppi e test di valutazione della terapia TMNMT. Un obiettivo è quello di portare questo nuovo trattamento del tinnito tonale, completamente non invasivo e a basso costo, nella pratica clinica quotidiana.