Differenze spettrali tra gli stati di occhi aperti e occhi chiusi in uomo: uno studio TMS-hd-EEG

In this work, we investigated the occipital brain circuitery by means of transcranial magnetic stimulation coupled with electroencephalogram (TMS-EEG). Specifically, we characterized the occipital responses to direct cortical perturbations during two conditions: eyes open and eyes closed. In this way, we were able to study the intrinsic properties of the occipital cortex in these two conditions independently from sensory stimuli and behaviors unrelated with light and eyes muscles. We focused mainly in the spectral features of the brain responses and searched for differences among the time-frequency domain. To this aim, we compared the responses’ Natural Frequencies (the most powerful frequency of the evoked response) and studied the responses’ components by applying the correlated component analysis (able to identify the most reproducible components that characterize the evoked responses). Interestingly, we found a significant slowing in the Natural Frequencies retrieved from stimulations during the eyes closed condition in respect to the eyes open condition (median 11,3 Hz and 13,6 Hz respectively, sum of signed rank (W)=-75, p=0,0015), and we identified the putative components that are responsible for these difference. Notably, this work present new findings relevant for the literature of alpha rhythm (and the Berger’s effect) and can be used as a reference of healthy responses for future studies on pathological conditions that impact the visual pathway or the occipital cortex (such as blindness).

In questo lavoro, abbiamo studiato la circuiteria cerebrale occipitale mediante la stimolazione magnetica transcranica accoppiata all'elettroencefalogramma (TMS-EEG). In particolare, abbiamo caratterizzato le risposte occipitali alle perturbazioni corticali durante due condizioni: occhi aperti e occhi chiusi. In questo modo, siamo stati in grado di studiare le proprietà intrinseche della corteccia occipitale in queste due condizioni indipendentemente da stimoli sensoriali e comportamento non correlati alla luce e ai muscoli oculari. Ci siamo concentrati principalmente sulle caratteristiche spettrali delle risposte cerebrali e abbiamo cercato differenze nel dominio della tempo-frequenza. A tal fine, abbiamo confrontato le Natural Frequencies delle risposte (la frequenza più potente della risposta evocata) e studiato le componenti di quest’ultime applicando la Correlated Component Analysis (in grado di identificare le componenti più riproducibili che caratterizzano le risposte evocate). In questo paradigma, abbiamo riscontrato un significativo rallentamento delle Natural Frequencies ottenute dalle stimolazioni durante la condizione a occhi chiusi rispetto a quelle ottenute durante quella a occhi aperti (mediana 11,3 Hz e 13,6 Hz rispettivamente, sum of signed r (W)=-75, p=0,0015) e abbiamo identificato le possibili componenti responsabili di queste differenze. In questa tesi vengono presentati nuovi risultati rilevanti per la letteratura sul ritmo alfa (e l'effetto di Berger). Cionondimeno, questa tesi può anche essere di riferimento per future ricerche su condizioni patologiche che hanno un impatto sulle vie visive o sulla corteccia occipitale (come alcune tipologie di cecità).