Stimolazione magnetica transcranica profonda per il trattamento dell'obesità : modellizzazione del campo elettrico

In the last years, deep transcranial magnetic stimulation has emerged as therapeutic technique to treat various neuropsychiatric disorders, including addiction. This was allowed by the development of coils (H-coils) designed to stimulate the cortical and subcortical brain structures involved in the progression of these pathologies (reward circuit). Recently, the scientific community has proposed to extend the use of this technique to treatment of neuropsychiatric disorders related to food, including obesity. The aim of this study was to characterize, by means of a computational approach, the electric field distributions induced by a coil developed for the stimulation of the superficial and deep cerebral regions involved in the obesity (H4 coil) in anatomically detailed realistic human models. The electric field distributions induced by H4 coil have been simulated on three realistic human models, using the finite element method and the magneto quasi-static approximation. The induced electric field distributions were characterized in terms of descriptive statistics (minimum and 25°, 50°, 75°, 99° percentiles), spread (defined as the percentage of tissue volume exposed to an electric field equal or greater than 50% and 70% of the maximum value in the cortex) and penetration depth ( defined as the maximum depth in the frontal lobe where the electric field has values equal or greater than 70% of the maximum value in the cortex). The obtained results show that the modelled coil (H4 coil) is able to significantly stimulate the cortical and subcortical brain structures, target areas for the treatment of obesity.

Negli ultimi anni, la stimolazione magnetica transcranica profonda si è affermata come tecnica terapeutica per il trattamento di diversi disturbi neuropsichiatrici, tra cui le dipendenze. Ciò è stato consentito dallo sviluppo di bobine (H-coils) progettate appositamente per la stimolazione delle strutture cerebrali corticali e sottocorticali coinvolte nella progressione di tali patologie (circuito di gratificazione). Recentemente, la comunità scientifica ha proposto di estendere l'utilizzo di tale tecnica al trattamento dei disturbi neuropsichiatrici legati al cibo, tra cui l'obesità. Il presente studio si poneva l'obiettivo di caratterizzare, sfruttando un approccio computazionale, le distribuzioni del campo elettrico indotto da una bobina sviluppata ad hoc per la stimolazione delle regioni cerebrali superficiali e profonde coinvolte nell'obesità (H4 coil) in modelli umani realistici anatomicamente dettagliati. Le distribuzioni del campo elettrico indotto dalla bobina H4 sono state simulate su tre modelli umani realistici, utilizzando il metodo agli elementi finiti e l'approssimazione magneto quasi-statica. Le distribuzioni del campo elettrico indotto sono state caratterizzate in termini di statistica descrittiva (minimo e percentili 25°, 50° 75° e 99°), spread (definito come la percentuale di volume di tessuto esposta ad un campo elettrico uguale o maggiore del 50% e 70% del valore massimo corticale) e profondità di penetrazione (definita come massima profondità nel lobo frontale in cui il campo elettrico presenta valori uguali o maggiori del 70% del valore massimo corticale). I risultati ottenuti mostrano che la bobina modellizzata (bobina H4) è in grado di stimolare in modo significativo le strutture corticali e sottocorticali target per il trattamento dell'obesità.