La tecnica EEG-TMS: miglioramento dell'analisi dei dati EEG mediante rimozione degli artefatti e applicazioni cliniche in soggetti sani e nella patologia cerebrovascolare acuta

The simultaneous use of EEG recording with TMS stimulation has provided new and exciting information for the study of the central and local effects of TMS stimulation and for the identification of regions that are also distant but mutually connected at a functional and effective level to the stimulated one. The major difficulties of this technique, however, are strictly connected to this characteristic: if on the one hand the EEG trace adds very precious information, on the other hand it is inevitably compromised by significant artifacts, primarily that produced by the TMS stimulus itself. A first part of this thesis has dealt with describing the common techniques present in the literature for the removal of artifacts, in order to be able to interpret the collected data with greater certainty; new approaches under study for signal cleaning were subsequently described. These can contribute to obtaining data free from artifact from the very first moments following the magnetic stimulation, with the aim of being able to describe the effects of perturbations of the neural networks in their effective connectivity at all times both in physiological and pathological conditions. The application of the EEG-TMS technique in two studies is discussed in a subsequent section, the first aimed at evaluating the mechanisms underlying the high variability of PEM after stimulation of the primary motor cortex; the second the modifications of the actual cerebral connectivity during cerebral ischemia. The characteristics of this technique make it a unique tool for studying brain activity, both in physiological and pathological conditions, useful for building or testing new biological and pathophysiological models.

L'uso simultaneo della registrazione EEG alla stimolazione TMS ha fornito nuove ed esaltanti informazioni per lo studio degli effetti a livello centrale e locale della stimolazione TMS e per l'identificazione di regioni anche distanti ma mutualmente connesse a livello funzionale ed effettivo a quella stimolata. Le difficoltà maggiori di questa tecnica, però, sono strettamente connesse proprio a questa caratteristica: se da una parte infatti il tracciato EEG aggiunge preziosissime informazioni, dall’altra viene inevitabilmente compromesso da notevoli artefatti, in primis quello prodotto dallo stesso stimolo TMS. Una prima parte di questa tesi si è occupata di descrivere le comuni tecniche presenti in letteratura per la rimozione degli artefatti, al fine di poter interpretare con maggiore sicurezza i dati raccolti; successivamente sono stati descritti nuovi approcci in studio per la pulizia del segnale. Questi possono contribuire ad ottenere dati scevri da artefatto fin dai primissimi attimi successivi alla stimolazione magnetica, con lo scopo di poter descrivere gli effetti di perturbazioni delle reti neurali nella loro connettività effettiva in ogni istante sia in condizioni fisiologiche che patologiche. In una successiva sezione viene trattata l'applicazione della tecnica EEG-TMS in due studi, il primo atto a valutare i meccanismi alla base dell'alta variabilità del PEM dopo stimolazione della corteccia motoria primaria; il secondo le modificazioni della connettività cerebrale effettiva in corso di ischemia cerebrale. Le caratteristiche di questa tecnica la rendono uno strumento di studio unico dell'attività cerebrale, sia in condizioni fisiologiche che patologiche, utile a costruire o testare nuovi modelli biologici e fisiopatologici.