Effetti di un trattamento con tDCS sulle funzioni cognitive dei pazienti con atassia cerebellare neurodegenerativa: uno studio pilota

Neurodegenerative cerebellar ataxias represent a heterogeneous group of diseases characterized not only by motor but also by cognitive and affective impairment, leading in some cases to the Cerebellar Cognitive Affective Syndrome, significantly impacting patients’ quality of life. This thesis presents a pilot study analyzing preliminary data from the SETA study (Transcranial Electrical Stimulation in Cerebellar Ataxias), conducted at the NEUROFARBA Department of the University of Florence, in collaboration with the Careggi University Hospital and the IRCCS Don Carlo Gnocchi Foundation in Florence. The study aimed to assess the effectiveness of tDCS in addressing motor and cognitive deficits in patients with cerebellar ataxia. Seventeen patients with neurodegenerative ataxia were randomized into two groups: Group 1 underwent two consecutive weeks of sham stimulation (placebo), while Group 2 received two consecutive weeks of anodic and cathodic tDCS stimulation for five days per week. Following a 12-week wash-out period, both groups received a second cycle of anodic and cathodic tDCS stimulation for five days per week over two consecutive weeks. Participants were assessed using standardized scales (SARA, ICARS, and CCASS) at four different time points to monitor motor and cognitive functions: before the beginning of the first stimulation cycle (T0), at the end of the first stimulation cycle (T1), before the beginning of the second stimulation cycle (T2), and at the end of the second stimulation cycle (T3). Additionally, exploratory analyses were conducted on a subset of patients regarding performance in the FACE test for social cognition and the SAND battery for linguistic abilities. The results did not show significant differences between the groups, except for the total SARA score between T2 and T3, which appeared to suggest an improvement associated with tDCS treatment in the Open Label phase for the control group only. No significant motor function improvements were observed in either group. Conversely, some promising results emerged in cognitive performance. A significant increase in total CCASS scores and a significant reduction in the number of failed tests post-treatment were observed in the total sample, particularly in the experimental group. This finding suggests that tDCS may positively modulate cognitive functions and reduce Cerebellar Cognitive Affective Syndrome. Further analysis revealed significant improvements in semantic and alternating fluency within the total sample, particularly pronounced in the experimental group. Exploratory analysis conducted on the subsample of four patients from the control group showed significant improvements in the ability to recognize others’ mental states through facial expressions, with an increase in the total score of the FACE test at T3 compared with the baseline. This result suggests a potential positive effect of tDCS treatment on cerebellar networks involved in social cognition. However, no significant improvements were observed in the scores of the SAND battery, indicating that basic linguistic skills, which are less dependent on cerebellar areas, may not respond strongly to tDCS stimulation, unlike linguistic skills more demanding on executive functions. These preliminary results support the potential of tDCS in improving cognitive functions in patients with cerebellar ataxia, particularly in the executive functions mediated language domains and in social cognition.

Le atassie cerebellari neurodegenerative costituiscono un gruppo variegato di malattie che si manifestano non solo con alterazioni motorie, ma anche cognitive e affettive, tanto da determinare la cosiddetta Sindrome Cognitivo-Affettiva Cerebellare, che ha un impatto notevole sulla qualità della vita dei pazienti. Viene presentato uno studio pilota che analizza i dati preliminari dello studio SETA (Stimolazione Elettrica Transcranica nelle Atassie cerebellari), condotto presso il dipartimento NEUROFARBA dell'Università di Firenze, in collaborazione con l'Azienda Ospedaliero-Universitaria Careggi e l'IRCCS Fondazione Don Carlo Gnocchi di Firenze, mirato a valutare l’efficacia della tDCS sui deficit motori e cognitivi dei pazienti con atassia cerebellare. 17 pazienti con atassia neurodegenerativa sono stati randomizzati in due gruppi: il gruppo 1 è stato sottoposto a 2 settimane consecutive di una stimolazione placebo (sham), mentre il gruppo 2 è stato sottoposto a due settimane consecutive di una stimolazione tDCS anodica e catodica per 5 giorni a settimana. Dopo un periodo di wash-out di 12 settimane entrambi i gruppi hanno ricevuto un secondo ciclo di trattamento di stimolazione tDCS anodica e catodica per 5 giorni a settimana per 2 settimane consecutive. I partecipanti sono stati valutati attraverso le scale standardizzate SARA, ICARS e CCASS, in quattro diversi momenti per monitorare le funzioni motorie e cognitive: all’inizio del primo ciclo di stimolazione (T0), al termine del primo ciclo di stimolazione (T1), all’inizio del secondo ciclo di stimolazione (T2) e al termine del secondo ciclo di stimolazione (T3). Inoltre, in un sottogruppo di pazienti sono state condotte analisi esplorative in merito alle performance nel FACE test per la cognizione sociale e nel SAND per le competenze linguistiche. I risultati non hanno mostrato differenze significative tra i gruppi, ad eccezione del punteggio totale alla scala SARA tra i tempi T2 e T3, che sembra suggerire un miglioramento legato al trattamento tDCS nella fase Open Label solo nel gruppo di controllo. Non si evidenziano, invece, miglioramenti significativi nelle funzioni motorie in entrambi i gruppi. Al contrario, per quanto riguarda le performance cognitive, sono emersi alcuni risultati promettenti. È emerso un incremento significativo nei punteggi totali al CCASS e una diminuzione significativa del numero di test falliti post trattamento nel campione totale e in particolare nel gruppo sperimentale, suggerendo la possibilità che la tDCS sia in grado di modulare positivamente le funzioni cognitive e di ridurre la Sindrome Cognitivo-Affettiva Cerebellare. Ad un’analisi più approfondita, nel campione totale emergono miglioramenti significativi a livello della fluenza semantica e alternata, che risultano particolarmente marcati all’interno del gruppo sperimentale. L’analisi esplorativa condotta sul sottocampione di 4 pazienti, appartenenti al gruppo di controllo, hanno evidenziato miglioramenti significativi nella capacità di riconoscere gli stati mentali altrui attraverso le espressioni facciali, con un incremento del punteggio al FACE test a T3 rispetto alla valutazione iniziale. Tale risultato suggerisce un potenziale effetto positivo del trattamento con tDCS sulle reti cerebellari coinvolte nell’elaborazione sociale. Non si evidenziano, invece, miglioramenti significativi nei punteggi ottenuti alla batteria SAND, che potrebbero indicare come le abilità linguistiche di base, meno dipendenti dalle aree cerebellari, non rispondano in modo marcato alla stimolazione tDCS, diversamente dalle prestazioni linguistiche che risentono maggiormente dell’efficienza delle funzioni esecutive di controllo, come la fluenza verbale alternata. Questi risultati preliminari supportano la potenziale efficacia della tDCS nel migliorare le funzioni cognitive in pazienti con atassia cerebellare, in particolare gli aspetti esecutivi del linguaggio e la cognizione sociale.