Predizione Temporale Ritmica ed Eccitabilità Motoria: Risultati di uno Studio con TMS e Modelli Computazionali

Temporal prediction is the ability of the brain to generate expectations about future events based on temporal patterns extracted from the environment, optimizing attentional resources and motor performance. Previous studies have highlighted the involvement of the motor system: cortical excitability of motor areas, quantified through sensorimotor mu and beta rhythms and motor evoked potentials (MEPs), has been found to increase before highly predictable stimuli. The present study investigates the modulation of motor cortical excitability in response to musical rhythms, whose predictability was quantified in terms of unpredictability (Information Content, IC) and entropy using the computational model IDyOM. Participants received single-pulse Transcranial Magnetic Stimulation (spTMS) over the left primary motor cortex (M1), in order to elicit MEPs from the right-hand FDI muscle. The results show, in low-entropy rhythmic sequences, a modulation of MEP peak-to-peak amplitude as a function of the IC of the individual note: low IC values, corresponding to predictable events, are associated with larger MEPs, whereas high IC values, corresponding to less expected notes, are associated with smaller MEP amplitudes. Overall, the data confirm that temporal prediction modulates motor system preactivation as a function of event predictability, with a significant effect only under low-entropy conditions. Through the use of the computational model IDyOM, it was possible to quantify the predictability of each rhythmic event along a continuum, distinguishing between local properties of the individual note and global properties of the sequence. In this way, the study shows that the involvement of the motor system in temporal prediction does not reflect a simple response to predictable stimuli, but rather a finer and more context-dependent modulation of corticospinal excitability, based on the integration between global rhythmic structure and local unpredictability of events.

La predizione temporale è la capacità del cervello di generare aspettative circa eventi futuri sulla base di pattern temporali estratti dall’ambiente, ottimizzando le risorse attentive e la performance motoria. Precedenti studi hanno evidenziato il coinvolgimento del sistema motorio: l’eccitabilità corticale delle aree motorie, quantificata attraverso ritmi mu e beta sensorimotori e potenziali motori evocati (MEP), risulta aumentata prima di stimoli altamente predicibili. Il presente studio indaga la modulazione dell’eccitabilità corticale motoria in risposta a ritmi musicali, la cui predicibilità è stata quantificata in termini di imprevedibilità (Information Content, IC) ed entropia mediante il modello computazionale IDyOM. I partecipanti hanno ricevuto impulsi di Stimolazione Magnetica Transcranica a impulso singolo (spTMS) sulla corteccia motoria primaria (M1) sinistra, per elicitare MEP sul muscolo FDI della mano destra. I risultati mostrano, nelle sequenze ritmiche a bassa entropia, una modulazione dell’ampiezza picco-picco dei MEP in funzione dell’IC della singola nota: a bassi valori di IC, corrispondenti a eventi prevedibili, si associano MEP più ampi, mentre valori elevati di IC, corrispondenti a note meno attese, sono associati a MEP di minore ampiezza. Nel complesso, i dati confermano che la predizione temporale modula la preattivazione del sistema motorio in funzione della prevedibilità dell’evento, con un effetto significativo solo in condizioni di bassa entropia. Attraverso l’utilizzo del modello computazionale IDyOM, è stato possibile quantificare la predicibilità di ciascun evento ritmico lungo un continuum, distinguendo tra proprietà locali della singola nota e proprietà globali della sequenza. In questo modo, lo studio mostra che il coinvolgimento del sistema motorio nella predizione temporale non riflette una semplice risposta a stimoli prevedibili, ma una modulazione più fine e contestuale dell’eccitabilità cortico-spinale, basata sull’integrazione tra struttura ritmica globale e imprevedibilità locale degli eventi.