“Cosa succede nel nostro cervello quando siamo impegnati in un’attività mentale, quando pensiamo, dobbiamo memorizzare qualcosa o restare concentrati?”
Una domanda alla quale si dedicano le neuroscienze. Finora le analisi sono state condotte in maniera disgiunta tra l’attività metabolica in aree del cervello e quella dell’intera rete cerebrale per comprendere il comportamento degli individui.
Una delle principali ambizioni è integrare queste informazioni con metodi non invasivi, per comprendere il funzionamento della mente umana in individui sani e sviluppare nuovi strumenti per interpretare i suoi disturbi e disfunzioni.
Un passo avanti in questa direzione è stato compiuto da un gruppo di ricerca del Centro interdipartimentale Mente/Cervello (Cimec) dell’Università di Trento.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Pnas. L’articolo presenta due primi autori che hanno contribuito in egual misura: Francesca Saviola, che ha condotto lo studio durante il dottorato in Cognitive and Brain Sciences al Cimec sotto la supervisione di Jorge Jovicich, docente di Neuropsicologia e Neuroscienze Cognitive al Centro e Stefano Tambalo, responsabile tecnico del Laboratorio di Neuroimmagini a Risonanza Magnetica al Cimec. Saviola attualmente è ricercatrice all’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Epfl).
Lo studio.
Immaginate di essere in mezzo al traffico alla guida di un’auto automatica. Due sono i pedali a disposizione: con uno si accelera, con l’altro si frena. L’equilibrio dell’andatura tra accelerata e frenata è fondamentale per arrivare a destinazione ed evitare incidenti.
Questo è simile a quanto accade nel cervello umano quando è impegnato in un’attività cognitiva: da una parte, a premere sull’acceleratore c’è l’eccitabilità neuronale, cioè la capacità di un neurone di reagire a stimoli generando impulsi nervosi; dall’altra interviene l’inibizione dell’attività neuronale che, pigiando sul freno, riduce o blocca questa funzione. Il rapporto equilibrato tra eccitazione e inibizione è fondamentale per comunicare, elaborare segnali, rispondere agli input.
Il gruppo di lavoro ha esplorato come si modifica questo sottile equilibrio quando il cervello affronta operazioni mentali sempre più complesse.
La parte innovativa dello studio consiste nell’essere riusciti a monitorare in tempo reale e in modo non invasivo, come l’equilibrio tra eccitazione e inibizione nei neuroni cambi durante compiti cognitivi, insieme alla dinamica delle reti cerebrali.
I risultati.
Lo studio rivela come il cervello alterni stati di forte stabilità a stati transitori di riorganizzazione delle connessioni, un meccanismo mediato sia da fattori chimici che vascolari che supportano processi cognitivi complessi.
Monitorando il metabolismo e l’attività cerebrale in tempo reale è stato scoperto che i segnali chimici del cervello e le sue reti di comunicazione si spostano insieme in pochi secondi, come un’orchestra finemente accordata che mantiene il tempo. Quando lo sforzo mentale è prolungato, questo equilibrio può essere compromesso e spingere il cervello in uno stato più stabile ma meno flessibile.
Lo studio ha combinato tecniche di spettroscopia con la mappatura funzionale della rete cerebrale. È stato condotto grazie all’impiego di neuroimmagini a risonanza magnetica, che permettono di studiare non solo la forma, ma anche la funzione cerebrale, misurando cambiamenti dinamici nei processi fisiologici e neurali. Un approccio utilizzato per la ricerca di base e potenzialmente applicabile a contesti clinici più complessi.
In merito allo studio sono intervenuti direttamente Francesca Saviola e Stefano Tambalo, affermando: “Abbiamo scoperto che i cambiamenti nel metabolismo cerebrale e nell’ossigenazione del flusso sanguigno aumentano e diminuiscono in sincronia. Questo suggerisce l’esistenza di un sistema di controllo condiviso che aiuta il cervello a rimanere adattabile per rispondere a stimoli esterni“.
Comprendere la dimensione temporale attraverso la quale il metabolismo e la risposta vascolare interagiscono per guidare la riconfigurazione ad hoc delle reti cerebrali e l’elaborazione delle informazioni è fondamentale per poter prima comprendere meglio e poi riformulare i disturbi cognitivi in termini di sincronia interrotta o accoppiamento compromesso dei segnali neurali.
Jorge Jovicich, infine, ha poi aggiunto: “Il nostro lavoro apre nuovi scenari su come il cervello ci aiuta a rimanere concentrati, adattabili e resilienti durante uno sforzo cognitivo. Una conoscenza che un giorno potrebbe ispirare nuovi approcci ai disturbi neurologici”.
Lo studio, dal titolo “Disentangling metabolic and neurovascular timescales supporting cognitive processes” è pubblicato su Pnas.
(Fonte e photocredit: Università di Trento)
