Sincronizzazione neurale e percezione visiva: effetti online della tACS in un protocollo multilaboratorio

This thesis project is part of the tACS Challenge, a large-scale multi-laboratory study aimed at investigating the online effects of 10 Hz transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) on visual perception. tACS is a non-invasive neuromodulation technique involving the application of weak sinusoidal currents to the scalp. Extensive research suggests that this methodology can entrain neural oscillatory activity, thereby modulating the firing probability of targeted neurons. However, the existing literature on visual perception has yielded heterogeneous, sometimes ambiguous, and non-reproducible results. The tACS Challenge aims to verify the presence and effect size of these online modulations through a preregistered protocol involving 45 laboratories and 880 participants. The study employs a within-subjects design in which each participant undergoes 13 experimental blocks, divided into occipital stimulation (experimental condition), two active control conditions (cutaneous and retinal stimulation), and a passive control condition (sham). During stimulation, participants perform a luminance change detection task, preceded by a titration procedure to determine individual perceptual thresholds. Furthermore, EEG activity is recorded pre- and post-stimulation, both in eyes-open and eyes-closed conditions, to determine the Individual Alpha Frequency (IAF) and to conduct exploratory analyses on the offline effects of the stimulation. Expected results include the identification of a possible rhythmic modulation of visual perception during occipital stimulation, with effects significantly different from those observed in the control conditions. This study will contribute to clarifying the efficacy of tACS as a tool for modulating neural activity and establishing more robust methodological parameters for future research, with potential implications for the development of clinical and therapeutic neuromodulation protocols.

Il progetto di tesi si inserisce nell’ambito della tACS Challenge, una ricerca multilab che si propone di indagare gli effetti online della stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS) a 10 Hz sulla percezione visiva. La tACS è una tecnica di neuromodulazione non invasiva che consiste nell’applicazione di deboli correnti sinusoidali sullo scalpo. Numerosi studi suggeriscono che tale metodologia sia in grado di sincronizzare l’attività oscillatoria neurale, modificando la probabilità di scarica dei neuroni stimolati. Tuttavia, la letteratura sulla percezione visiva riporta risultati eterogenei, talvolta ambigui e non riproducibili. La tACS Challenge ha l’obiettivo di verificare la presenza e la dimensione degli effetti online di tale tecnica di neurostimolazione, attraverso una procedura preregistrata che prevede il coinvolgimento di 45 laboratori e 880 partecipanti. Lo studio utilizza un disegno entro-soggetto in cui ogni partecipante si sottopone a 13 blocchi sperimentali, suddivisi tra stimolazione occipitale (condizione sperimentale), due condizioni di controllo attivo (stimolazione cutanea e retinica) e una condizione di controllo passivo (sham). Durante le stimolazioni il partecipante svolge un compito di detezione di variazioni di luminanza, preceduto da una procedura di titration per individuare le soglie percettive individuali. Viene inoltre registrata l'attività EEG pre e post stimolazione, ad occhi aperti e chiusi, per determinare la frequenza alfa individuale e per analisi esplorative sugli effetti offline della stimolazione. I risultati attesi comprendono l'identificazione di una possibile modulazione ritmica della percezione visiva durante la stimolazione occipitale, con effetti significativamente diversi rispetto alle condizioni di controllo. Questo studio contribuirà a chiarire l'efficacia della tACS come strumento di modulazione dell'attività neurale e a stabilire parametri metodologici più robusti per la ricerca futura in questo ambito, con potenziali implicazioni per lo sviluppo di protocolli clinici e terapeutici basati sulla neuromodulazione.