Cervelletto, condizionamento alla paura e rTMS: uno studio su partecipanti umani sani

In the field of Cognitive Neuroscience, the cerebellum has long been object of study, strictly linked to his motor functions. In the last 20 years, both in animal and human models, a new line of researches has been initiated, in order to explore the non-motor functions of cerebellum; in fact there are several evidence supporting a cerebellar involvement in cognitive functions and in the regulation of emotional responses. Through an exploratory research, the present work aims to investigate the role of the cerebellum in the consolidation of fear memories, and to make a contribution to the new wave of cerebellum studies. We have been investigated how the acquisition and extinction of fear stimuli changed, in a total of 40 subjects, using a classical conditioning computerized paradigm, in 2 distinct experimental groups. According to an offline stimulation model, the experimental subjects were submitted to repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), before the fear conditioning paradigm. The stimulation sites of cerebellum were 3, Crus I, Crus II and the Vermis. The first group was stimulated with low frequency rTMS (1Hz) and the second group with high frequency rTMS (10 Hz). Changes due to fear conditioning were measured by skin conductance response (SCR), taken as physiological index of fear response. The values recorded in two experimental groups were compared with the values of the ¿No rTMS¿ group, tested in a previous study. The idea was to find some significantly differences between the three samples, compared to the average indices of SCR of the extinction phase of the conditioning paradigm. We expected to detect, in the extinction phase, a lower skin conductance response and therefore less activation to fearful stimuli, in the group that receiving a single high frequency rTMS session. The repeated measures analysis of variance (ANOVA) revealed a significant difference in the three indices of SCR groups tested, for each type of stimulus (CS + = conditioned stimulus associated with shock, CS - = conditioned stimulus not associated with shock, N = neutral stimulus never associated with shock), and it showed a significant group effect. These findings show that a single High Frequency rTMS session produces a reduction of the SCR values during the extinction of the conditioning, i.e. a facilitation of the extinction of the previously learned association. These results seem to suggest that the cerebellum is involved in associative learning; they can be read as evidence to the initial hypothesis and for the cerebellar participation in the consolidation of fear memories.

Il cervelletto è da sempre oggetto di studio nell'ambito delle Neuroscienze Cognitive, in particolare in riferimento alle sue funzioni motorie. Negli ultimi 20 anni circa, si è dato avvio a un nuovo filone di ricerche, sia nel modello animale che umano, con il fine di esplorare le sue funzioni non motorie; diverse sono infatti le evidenze a supporto di un coinvolgimento cerebellare in funzioni cognitive e nella regolazione delle risposte emozionali. Il presente lavoro nasce con lo scopo di investigare il ruolo del cervelletto nel consolidamento delle memorie di paura, attraverso un'indagine esplorativa, e mira a dare un contributo a questa nuova corrente di studi. Per fare ciò sono state indagate le modalità di acquisizione ed estinzione della paura, in un paradigma di condizionamento classico computerizzato, in 2 campioni sperimentali distinti (per un totale di 40 soggetti). Secondo un modello di stimolazione offline, i soggetti sono stati sottoposti a stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS), prima del condizionamento. I siti di stimolazione a livello cerebellare erano 3, ossia Crus I, Crus II e il Verme. Un gruppo è stato stimolato con rTMS a bassa frequenza (1Hz) e uno con rTMS ad alta frequenza (10 Hz). I cambiamenti di paura condizionata sono stati misurati attraverso la risposta di conduttanza cutanea (SCR), assunta come indice di risposta fisiologica alla paura. I valori registrati nei due gruppi sperimentali sono stati confrontati con i valori del gruppo non sottoposto a stimolazione rTMS, testato in uno studio precedente. L'ipotesi era di trovare dei risultati significativamente differenti nei tre campioni, rispetto agli indici medi SCR, nella fase di estinzione del paradigma di condizionamento. Quello che ci si aspettava di rilevare era una minor risposta nella conduttanza cutanea, e quindi una minore attivazione allo stimolo pauroso, nella fase di estinzione, nel gruppo sottoposto a una singola sessione di rTMS ad alta frequenza. L'analisi della varianza (ANOVA) a misure ripetute ha rilevato una differenza significativa degli indici SCR nei tre gruppi testati, per ogni tipo di stimolo (CS+ = stimolo condizionato associato a scossa, CS-= stimolo condizionato non associato alla scossa, N = stimolo neutro mai associato a scossa), mostrando un effetto del gruppo significativo. Questi ritrovamenti mostrano che una singola sessione di rTMS ad Alta Frequenza produce una riduzione dei valori SCR durante la fase di estinzione del condizionamento, cioè una facilitazione dell'estinzione dell'associazione precedentemente appresa. Tali risultati sembrano suggerire che il cervelletto sia coinvolto nell'apprendimento associativo; essi possono essere letti come una prova a favore dell'ipotesi di partenza nonché della partecipazione cerebellare al consolidamento delle memorie di paura.