Restoring neural communication between dorsal and ventral visual streams via tACS: toward a new rehabilitative approach to developmental dyslexia

La dislessia evolutiva è una condizione neurobiologica caratterizzata da difficoltà nell’acquisizione delle abilità di lettura, nonostante normali livelli di intelligenza e adeguate opportunità educative. Gli individui con dislessia manifestano una lettura lenta e imprecisa, oltre a difficoltà di memoria, vista, attenzione e processamento uditivo. In assenza di interventi riabilitativi, tali difficoltà possono persistere per tutta la vita, influenzando negativamente l’autostima, il benessere psicologico e i risultati accademici e professionali, ed imponendo significativi costi sociali ed economici, poiché tale disturbo è frequentemente associato ad ansia e depressione. Il presente progetto di ricerca introduce un nuovo protocollo di neuromodulazione multi-sessione volto a migliorare i deficit centrali della dislessia in maniera sicura e tollerabile, intervenendo sull'attività oscillatoria disfunzionale del sistema visuo-attentivo dorsale mediante stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS) in banda beta. Nello specifico, nel primo studio è stata confrontata l’efficacia della tACS in banda beta (18 Hz) applicata bilateralmente sulle cortecce parietali superiori o sul network fronto-parietale destro nel migliorare il processamento visuo-spaziale durante un compito legato alla lettura (identificazione dell’orientamento delle lettere in condizioni di affollamento visivo). I risultati hanno rivelato come solo la stimolazione parietale bilaterale sia stata in grado di migliorare la discriminazione dell’orientamento delle lettere rispetto alla stimolazione fronto-parietale destra o placebo/sham. Tali miglioramenti comportamentali sono stati supportati anche da modifiche nell’attività oscillatoria in banda beta sulle cortecce stimolate, corroborando il ruolo fondamentale dei ritmi beta nel processamento visuo-spaziale. Nel secondo studio, è stato implementato e validato un protocollo di accelerazione della lettura in singola sessione per lettori adulti, mentre nel terzo è stato indagato il ruolo del processamento delle informazioni visive periferiche, dimostrando come l’accelerazione della lettura ne favorisca un uso più ottimale da parte dei lettori. Infine, nell’ultimo studio, un trial clinico randomizzato, in singolo cieco, controllato con 2 gruppi placebo, è stata valutata l’efficacia della tACS bilaterale parietale in banda beta in combinazione con 12 sessioni di training visuo-attentivo di accelerazione della lettura nel migliorare le abilità di lettura e le funzioni cognitive correlate in adulti con dislessia. I risultati hanno confermato miglioramenti significativi nella velocità di lettura, nel controllo oculomotorio (minor numero di saccadi regressive) e una modulazione del substrato elettrofisiologico durante compiti visivi di esclusione del rumore percettivo. Inoltre, la neuromodulazione ha portato a un potenziamento a lungo termine, fino a sei mesi, della memoria di lavoro. Tali esiti sono stati esclusivi o superiori rispetto a quelli ottenuti con i soli due training cognitivi (visuo-attentivo e fonologico) associati a neuromodulazione placebo/sham e sono stati accompagnati da cambiamenti plastici nelle reti cerebrali stimolate.

Developmental dyslexia (DD) is a neurobiological condition characterized by difficulties in the acquisition of reading skills, despite normal intelligence and adequate educational opportunities. Individuals with DD experience slow and inaccurate reading, as well as challenges in memory, vision, attention, and auditory processing. Without interventions, these difficulties can impact self-esteem, psychological well-being, and academic and professional achievements and impose significant social and economic burdens, as this disorder is frequently linked to anxiety and depression. By targeting via transcranial alternating current stimulation (tACS) dysfunctional oscillatory activity while the visuo-attentional system is engaged, the present research project introduces a new effective multi-session neuromodulation protocol for treating core deficits of DD in a safe and tolerable way. Specifically, in the first study, we compared the effectiveness of right fronto-parietal and bilateral parietal beta-band tACS in enhancing visuo-spatial processing during a reading-related task (i.e. letter orientation identification in crowded regimes). Results revealed that bilateral parietal tACS ameliorated letter-orientation discrimination as compared to right fronto-parietal or sham stimulation. Behavioral improvements were supported by changes in oscillatory beta activity, supporting the evidence of the fundamental role of beta rhythms in visuo-spatial processing. In the second study we implemented and validated an effective single-session reading acceleration protocol for Italian adult readers while in the third study we investigated the role of extrafoveal processing and showed that reading acceleration induces readers to make better use of parafoveal information. Lastly, in a randomized, single-blind, 3-armed clinical trial we assessed the effectiveness of bilateral parietal β-tACS combined with 12 sessions of reading acceleration training in enhancing reading and related cognitive functions in adults with DD. Results confirmed significant improvements in reading speed, oculomotor control, and perceptual noise exclusion. Additionally, neuromodulation led to long-term enhancement of working memory. These outcomes were exclusive or superior to those obtained with two other cognitive trainings (visuo-attentional and phonological) coupled with placebo/sham neuromodulation, and were accompanied by plastic changes in the stimulated brain networks.