Riprogrammare le vie visive migliora il recupero della vista dopo un ictus / Rewiring Visual Pathways Boosts Post-Stroke Vision Recovery

 Riprogrammare le vie visive migliora il recupero della vista dopo un ictus / Rewiring Visual Pathways Boosts Post-Stroke Vision Recovery

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Ogni anno, migliaia di sopravvissuti ad un ictus soffrono di emianopsia, una perdita della vista su un lato del campo visivo, un disturbo che compromette la lettura, la guida, la navigazione e l'indipendenza generale. Sebbene la riabilitazione possa aiutare i pazienti ad adattarsi, il ripristino significativo della funzione visiva rimane difficile, richiedendo spesso mesi di allenamento intensivo con solo miglioramenti limitati.

Una nuova ricerca del Neuro-X Institute dell'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) suggerisce ora che l'abbinamento dell'allenamento visivo con un protocollo di stimolazione cerebrale mirato può accelerare significativamente il recupero. In uno studio clinico randomizzato, controllato con placebo ed in doppio cieco, pubblicato su Brain, i ricercatori hanno dimostrato che una forma specializzata di stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS) può ripristinare la comunicazione interrotta tra le principali regioni visive del cervello e migliorare la percezione del movimento nei pazienti con emianopsia cronica.

Il lavoro affronta una sfida centrale nel recupero della vista post-ictus: quando la corteccia visiva primaria (V1) è danneggiata, le regioni sopravvissute devono coordinarsi con le aree visive a valle per elaborare gli input visivi. Questa comunicazione si basa normalmente su oscillazioni elettriche finemente sincronizzate: ritmi alfa a bassa frequenza provenienti da V1 che modulano l'attività gamma ad alta frequenza nella corteccia medio-temporale (MT) deputata all'elaborazione del movimento. L'ictus spesso interrompe questo accoppiamento interfrequenza, compromettendo la capacità del cervello di integrare le informazioni sul movimento.

Il gruppo dell'EPFL, guidato dal Dott. Friedhelm Hummel, PhD, e dalla prima autrice Estelle Raffin, PhD, ha sviluppato un approccio di stimolazione "pathway-specific" progettato per ristabilire queste interazioni oscillatorie. La loro stimolazione trans-frequenza (cf-tACS) a pattern diretto ha erogato correnti a frequenza alfa su V1 e correnti a frequenza gamma su MT, imitando la direzione della normale elaborazione visiva feedforward. Una stimolazione a pattern inverso è servita da controllo.

Sedici pazienti con emianopsia cronica si sono allenati quotidianamente in un compito di discriminazione della direzione del movimento ai margini del loro campo cieco, ricevendo cf-tACS in avanti od in retromarcia. Dopo un periodo di washout, i partecipanti sono passati al pattern di stimolazione opposto.

Miglioramento del ripristino del campo visivo

I pazienti sottoposti a stimolazione cf-tACS in avanti hanno mostrato miglioramenti significativamente maggiori nella percezione del movimento e nell'espansione dei bordi del campo cieco rispetto a quelli sottoposti alla condizione di controllo. La perimetria cinetica ha rivelato maggiori guadagni del campo visivo dopo la stimolazione in avanti ed i miglioramenti tendevano a concentrarsi nelle aree specifiche allenate durante l'intervento.

Al contrario, la stimolazione a schema inverso (gamma su V1, alfa su MT) ha prodotto solo modesti cambiamenti, suggerendo che è essenziale rafforzare la direzione fisiologica del flusso di informazioni.

Alcuni partecipanti hanno anche segnalato benefici funzionali nelle attività quotidiane. Un paziente ha riferito di essere riuscito a vedere il braccio del coniuge sul sedile del passeggero mentre guidava, una regione del campo visivo che in precedenza era inaccessibile.

Ripristinare i percorsi di comunicazione del cervello

Analisi elettrofisiologiche hanno mostrato che la cf-tACS in avanti rafforzava l'accoppiamento precoce tra frequenze incrociate V1-MT durante l'elaborazione del movimento. In particolare, il gruppo ha osservato un aumento dell'accoppiamento tra fase alfa ed ampiezza gamma entro i primi 100 millisecondi dall'inizio dello stimolo, un segno distintivo del ripristino della segnalazione feedforward. Questo aumento iniziale è stato seguito da una diminuzione più avanti nel corso della prova, un andamento coerente con un'elaborazione sensoriale efficiente e non saturante.

La risonanza magnetica funzionale ha confermato un'attività aumentata sia nella V1 perilesionale che nel MT ipsilesionale dopo stimolazione in avanti. Questi cambiamenti neurali corrispondevano a miglioramenti comportamentali, indicando che la stimolazione non solo modulava la dinamica oscillatoria, ma coinvolgeva anche la più ampia rete di elaborazione del movimento.

Chi ne trae maggior beneficio? Emergono predittori strutturali e funzionali

Lo studio ha anche identificato biomarcatori che potrebbero aiutare a determinare quali pazienti hanno maggiori probabilità di rispondere a questo intervento. Utilizzando la TMS-fMRI, i ricercatori hanno misurato l'attività funzionale residua nella regione perilesionale V1. I pazienti con risposte più forti alla TMS in questa regione hanno mostrato maggiori miglioramenti nella percezione del movimento dopo cf-tACS in avanti.

La risonanza magnetica a diffusione ha inoltre rivelato che gli individui con connessioni strutturali più intatte tra V1 e MT hanno mostrato maggiori guadagni di allenamento. Questi risultati suggeriscono che anche la parziale preservazione del percorso V1-MT fornisce un substrato su cui la stimolazione può agire. Insieme, la reattività residua di V1 e l'integrità del tratto hanno spiegato una parte sostanziale della varianza negli esiti dei pazienti.

Un potenziale cambiamento nella riabilitazione visiva

Lo studio fornisce prove preliminari del fatto che la neuromodulazione basata su informazioni fisiologiche può migliorare e accelerare il riapprendimento visivo dopo un ictus. Mentre la riabilitazione visiva tradizionale può richiedere diversi mesi di pratica per produrre miglioramenti simili, la cf-tACS avanzata sembra aver migliorato le prestazioni dopo sole sei sessioni di allenamento in molti partecipanti.

Gli autori sottolineano, tuttavia, che sono necessari studi più ampi per convalidare l'approccio, comprenderne la durabilità a lungo termine e confrontare direttamente la cf-tACS con i metodi di stimolazione convenzionali. La dimensione del campione dello studio era ridotta e non è stato condotto un follow-up a lungo termine.

Tuttavia, prendendo di mira un meccanismo fisiologico definito, l'accoppiamento oscillatorio interrotto, questo studio apre la strada a terapie su misura che si adattano ai modelli di comunicazione del cervello.

Se confermata, questa strategia potrebbe rappresentare una nuova direzione nel recupero della vista: non solo insegnare ai pazienti a convivere con i propri deficit, ma ripristinare attivamente i percorsi di comunicazione che supportano la percezione visiva.

ENGLISH

Each year, thousands of stroke survivors are left with hemianopia, loss of vision on one side of the visual field, an impairment that affects reading, driving, navigation, and overall independence. While rehabilitation can help patients adapt, meaningful restoration of visual function has remained difficult, often requiring months of intensive training with only limited improvement.

New research from the Neuro‑X Institute at the École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) now suggests that pairing visual training with a precisely targeted brain stimulation protocol may significantly accelerate recovery. In a randomized, placebo-controlled, double-blind clinical trial reported in Brain, researchers demonstrated that a specialized form of transcranial alternating current stimulation (tACS) can restore disrupted communication between key visual brain regions and improve motion perception in patients with chronic hemianopia.

The work addresses a central challenge in post-stroke vision restoration: when the primary visual cortex (V1) is damaged, surviving regions must coordinate with downstream visual areas to process visual input. This communication normally relies on finely timed electrical oscillations—low-frequency alpha rhythms from V1 that modulate high-frequency gamma activity in the motion-processing medio-temporal cortex (MT). Stroke often disrupts this cross-frequency coupling, impairing the brain’s ability to integrate motion information.

The EPFL team, led by Friedhelm Hummel, MD, PhD, and first author Estelle Raffin, PhD, developed a “pathway-specific” stimulation approach designed to re-establish these oscillatory interactions. Their forward-pattern cross-frequency tACS (cf-tACS) delivered alpha-frequency currents over V1 and gamma-frequency currents over MT, mimicking the direction of normal feedforward visual processing. A reverse-pattern stimulation served as the control.

Sixteen patients with chronic hemianopia trained daily on a motion-direction discrimination task at the edge of their blind field while receiving either forward or reverse cf-tACS. After a washout period, participants crossed over to the opposite stimulation pattern.

Enhanced visual field restoration

Patients receiving forward cf-tACS showed significantly greater improvements in motion perception and expansion of blind-field borders than those undergoing the control condition. Kinetic perimetry revealed larger visual field gains after forward stimulation, and improvements tended to cluster in the specific areas trained during the intervention.

In contrast, reverse-pattern stimulation—gamma over V1, alpha over MT—produced only modest changes, suggesting that reinforcing the physiological direction of information flow is essential.

Some participants also reported functional benefits in daily activities. One patient noted being able to see his spouse’s arm in the passenger seat while driving—a region of the visual field that had previously been inaccessible.

Restoring brain communication pathways

Electrophysiological analyses showed that forward cf-tACS strengthened early V1-to-MT cross-frequency coupling during motion processing. Specifically, the team observed increased alpha-phase to gamma-amplitude coupling within the first 100 milliseconds after stimulus onset—a signature of restored feedforward signaling. This early boost was followed by a decrease later in the trial, a pattern consistent with efficient, non-saturating sensory processing.

Functional MRI confirmed enhanced activity in both the perilesional V1 and the ipsilesional MT after forward stimulation. These neural changes corresponded to behavioral improvements, indicating that the stimulation not only modulated oscillatory dynamics but also engaged the broader motion-processing network.

Who benefits most? Structural and functional predictors emerge

The study also identified biomarkers that may help determine which patients are likely to respond to this intervention. Using TMS-fMRI, the researchers measured residual functional activity in the perilesional V1. Patients with stronger responses to TMS in this region showed greater improvements in motion perception following forward cf-tACS.

Diffusion MRI further revealed that individuals with more intact structural connections between V1 and MT exhibited larger training gains. These findings suggest that even partial preservation of the V1-to-MT pathway provides a substrate on which stimulation can act. Together, residual V1 reactivity and tract integrity explained a substantial portion of the variance in patient outcomes.

A potential shift in vision rehabilitation

The trial provides early evidence that physiologically informed neuromodulation can enhance, and accelerate, visual relearning after stroke. While traditional visual rehabilitation may require several months of practice to produce similar improvements, forward cf-tACS appeared to boost performance after only six training sessions in many participants.

The authors note, however, that larger trials are needed to validate the approach, understand long-term durability, and compare cf-tACS directly with conventional stimulation methods. The trial’s sample size was small, and long-term follow-up was not conducted.

Still, by targeting a defined physiological mechanism, disrupted oscillatory coupling, this study opens a path toward tailored therapies that match the brain’s own communication patterns.

If confirmed, this strategy could represent a new direction in vision restoration: not simply teaching patients to work around their impairments, but actively re-establishing communication pathways that support visual perception.

Da:

https://www.insideprecisionmedicine.com/topics/patient-care/rewiring-visual-pathways-boosts-post-stroke-vision-recovery/?_gl=1*bf4mrc*_up*MQ..*_ga*MTE0Mjg4NTk1LjE3Njg5NDkyOTY.*_ga_Y3KXM38M5E*czE3Njg5NDkyOTUkbzEkZzAkdDE3Njg5NDkyOTUkajYwJGwwJGg0NTk5NDg1ODY.