Neuromodulation by transcranial direct current stimulation: investigation on reading processes

Reading is a human skill, fundamental for everyday life, in which a lot of information is given in written form. To explain this process, several theories were advanced: currently there is common agreement on the simultaneous activation of two ways of reading, the direct or lessical one for words, and the phonological one for non-words or novel words. Neuroimaging studies converge in identifying three basic systems for reading, mostly in the left hemisphere: among these, the temporoparietal cortex (TPc) seems to be involved in grapheme to phoneme conversion (phonological route). The aim of the present work is to investigate, through transcranial direct current stimulation (tDCS), the role of TPc in words and non words reading. We also want to investigate different parameters of stimulation. Results of first study suggest bilateral TPc role in reading, and a facilitatory effect of left cathodal-right anodal stimulation on reading onset times. The second study suggest that reference electrode can lead to different effects depending on its position, and that unilateral montage is not as effective as bilateral one, not involving both TPc. The third study suggest that 10 minutes of tDCS are not enough to achieve a modulation, but confirm the role of TPc. The last study with below average readers, suggest that activation state of the stimulated area and difficulty of the task have to be considered too. This work contributes to the study of neural bases of reading and on the functioning of transcranial direct current stimulation on cognitive functions.

La lettura è una competenza umana, fondamentale per la vita di tutti i giorni, in cui molte informazioni sono fornite in forma scritta. Nel tentativo di spiegare questo processo, diverse teorie sono state avanzate: attualmente vi è comune accordo sull’attivazione simultanea di due vie di lettura, quella diretta o lessicale, per la lettura di parole, e quella fonologica per le parole nuove o le non parole. Gli studi di neuroimaging convergono nell'identificare tre sistemi di base per la lettura, per lo più nell'emisfero di sinistra: tra queste, la corteccia temporo-parietale (TPC) sembra essere coinvolta nella conversione da grafema a fonema (via fonologica). Lo scopo del presente lavoro è quello di indagare, attraverso la stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS), il ruolo di TPc nella lettura di parole e non parole. Contemporaneamente vogliamo indagare il ruolo dei diversi parametri di stimolazione. I risultati del primo studio suggeriscono un ruolo di TPc bilaterale nella lettura, ed evidenziano un effetto facilitatorio di sui tempi di risposta vocale con stimolazione catodica sinistra-anodica destra. Il secondo studio suggerisce che l’elettrodo di riferimento può portare ad effetti diversi a seconda della sua posizione, e che il montaggio unilaterale non è efficace come quello bilaterale, coinvolgendo solo la TPc sinistra. Il terzo studio mostra che 10 minuti di tDCS non sono sufficienti per una modulazione efficace, ma conferma il ruolo di TPc. L'ultimo studio è sui lettori con una prestazione di lettura inferiore alla media, ed evidenzia l’importanza dello stato di attivazione dell’area stimolata e della difficoltà del compito. Questo lavoro contribuisce allo studio delle basi neurali del processo di lettura e del funzionamento della stimolazione transcranica a corrente continua sulle funzioni cognitive.