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Harnessing Brain Plasticity: The Therapeutic Power of Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation (rTMS) and Theta Burst Stimulation (TBS) in Neurotransmitter Modulation, Receptor Dynamics, and Neuroimaging for Neurological Innovations

Sharbafshaaer, M.; Cirillo, G.; Esposito, F.; Tedeschi, G.; Trojsi, F.

Abstract:

Transcranial magnetic stimulation (TMS) methods have become exciting techniques for altering brain activity and improving synaptic plasticity, earning recognition as valuable non-medicine treatments for a wide range of neurological disorders. Among these methods, repetitive TMS (rTMS) and theta-burst stimulation (TBS) show significant promise in improving outcomes for adults with complex neurological and neurodegenerative conditions, such as Alzheimer's disease, stroke, Parkinson's disease, etc. However, optimizing their effects remains a challenge due to variability in how patients respond and a limited understanding of how these techniques interact with crucial neurotransmitter systems. This narrative review explores the mechanisms of rTMS and TBS, which enhance neuroplasticity and functional improvement. We specifically focus on their effects on GABAergic and glutamatergic pathways and how they interact with key receptors like N-Methyl-D-Aspartate (NMDA) and AMPA receptors, which play essential roles in processes like long-term potentiation (LTP) and long-term depression (LTD). Additionally, we investigate how rTMS and TBS impact neuroplasticity and functional connectivity, particularly concerning brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and tropomyosin-related kinase receptor type B (TrkB). Here, we highlight the significant potential of this research to expand our understanding of neuroplasticity and better treatment outcomes for patients. Through clarifying the neurobiology mechanisms behind rTMS and TBS with neuroimaging findings, we aim to develop more effective, personalized treatment plans that effectively address the challenges posed by neurological disorders and ultimately enhance the quality of neurorehabilitation services and provide future directions for patients' care.

Patologie/Applicazioni:

• Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS)
• Stroke
• Parkinson
• Theta Burst
• Plasticità cerebrale
• Alzheimer

Anno:

2024

Tipo di pubblicazione:

Articolo

Parola chiave:

rTMS; Parkinson; theta burst; Plasticità cerebrale; Alzheimer; Stroke

Testata scientifica:

MDPI

Mese:

12

Nota:

L’articolo esamina il ruolo terapeutico della Stimolazione Magnetica Transcranica Ripetitiva (rTMS) e della Stimolazione Theta Burst (TBS) nel migliorare la plasticità cerebrale, le dinamiche dei recettori e i sistemi dei neurotrasmettitori, concentrandosi sull’applicazione clinica per malattie neurologiche complesse come Alzheimer, Parkinson e ictus. Queste tecniche non invasive sfruttano campi magnetici per modulare specifiche aree corticali, inducendo effetti eccitatori o inibitori a seconda dei protocolli di stimolazione utilizzati. La rTMS e la TBS influenzano la plasticità sinaptica attraverso l’attivazione di recettori NMDA e AMPA, favorendo il potenziamento o la depressione a lungo termine (LTP e LTD), e modulano le vie GABAergiche e glutamatergiche, cruciali per la trasmissione sinaptica. Inoltre, rTMS e TBS aumentano l’espressione del Fattore Neurotrofico Cerebrale (BDNF), che, attraverso il pathway del recettore TrkB, promuove la crescita neuronale e la connettività sinaptica; tale modulazione risulta influenzata da varianti genetiche, come il polimorfismo Val66Met, che determinano l’efficacia della stimolazione. Gli autori sottolineano il valore delle tecniche di neuroimaging, come fMRI, PET ed EEG, per monitorare gli effetti della stimolazione in tempo reale, ottimizzare i protocolli e identificare biomarcatori di risposta al trattamento. Nonostante rTMS e TBS abbiano mostrato risultati promettenti in patologie come ictus, disturbi del movimento e Alzheimer, persistono criticità, come la variabilità individuale di risposta e la comprensione limitata delle interazioni neurobiologiche sottostanti. Il lavoro propone quindi la necessità di approfondire la ricerca per personalizzare i trattamenti e standardizzare i parametri di stimolazione, evidenziando il potenziale di queste tecniche nel rivoluzionare la riabilitazione neurologica, migliorando la comprensione della plasticità cerebrale e l’efficacia terapeutica per i pazienti affetti da patologie neurodegenerative.

DOI:

10.3390/biomedicines12112506