Si tratta di uno degli organi più affascinanti e allo stesso tempo più misteriosi del nostro corpo: il cervello. Elabora le impressioni sensoriali, controlla il nostro corpo, memorizza le informazioni e dà forma alla nostra coscienza. Quale sia il percorso esatto degli impulsi neuronali nella rete dinamica altamente complessa di circa 100 miliardi di cellule nervose e come le diverse aree cerebrali lavorino insieme spazialmente e temporalmente è uno dei più grandi misteri della scienza.
(rosso) Quasi tutti i processi sensomotori e cognitivi si basano sull’attività di grandi reti nel nostro cervello. Per scambiare e integrare le informazioni, le diverse regioni cerebrali devono accoppiarsi dinamicamente tra loro. L’esistenza di questi accoppiamenti è stata scoperta più di 30 anni fa. Ma ancora oggi non è chiaro quale sia il loro significato funzionale. “Una volta decifrati i meccanismi nei soggetti sani, saremo in grado di comprendere meglio i quadri clinici neurologici e psichiatrici in cui la comunicazione delle reti cerebrali è alterata”, ha detto il Prof. Dr. Andreas K. Engel, Villingen-Schwenningen (D). Un consorzio di ricerca interdisciplinare sta studiando la comunicazione nelle reti neuronali del cervello in stretta collaborazione con la neurofisiologia, la neurologia, la psichiatria, la neuroscienza sistemica e la neuroscienza computazionale. I metodi utilizzati dai neuroscienziati di rete comprendono, ad esempio, l’elettroencefalogramma (EEG, elettroencefalogramma), la magnetoencefalografia (MEG), la risonanza magnetica strutturale e funzionale (RM), la stimolazione magnetica transcranica multifocale (TMS) e la modellazione al computer di reti neuronali complesse.
I risultati ottenuti finora dai calcoli dei modelli, dall’imaging neuroscientifico e dall’elettrofisiologia indicano che gli accoppiamenti dinamici dei segnali nella corteccia giocano un ruolo chiave nello sviluppo della percezione, dell’attenzione, della memoria, del linguaggio, del pensiero e delle capacità di risolvere i problemi. “Dal confronto dei dati sulla dinamica dei segnali neuronali nel cervello sano e in quello malato, è stato possibile ottenere anche indicazioni sul ruolo svolto dalle dinamiche di rete alterate nelle malattie come la schizofrenia”, ha riferito l’esperto.
Le dinamiche di rete come biomarcatore per il decorso delle malattie psichiatriche
Nelle persone con sintomi iniziali o a rischio di psicosi, gli esperimenti MEG di misurazione dell’attività cerebrale hanno rivelato deficit legati alla malattia rispetto ai controlli sani. I cambiamenti caratteristici dell’attività cerebrale nella corteccia uditiva primaria sono potenziali biomarcatori per prevedere il decorso clinico dei disturbi psichiatrici come la psicosi.
Quando si elaborano le impressioni sensoriali, molti processi si svolgono in parallelo. Gli esseri umani sono capaci di multitasking e possono, ad esempio, riordinare e ascoltare la radio allo stesso tempo. Nella vita quotidiana, il processo di integrazione multisensoriale è di grande importanza, in quanto consente lo scambio di informazioni tra i rispettivi sistemi sensoriali coinvolti. Nelle malattie, l’elaborazione simultanea delle impressioni sensoriali può essere alterata. Utilizzando l’elaborazione dei segnali visivi e acustici come esempio, i ricercatori berlinesi hanno usato le misurazioni EEG dell’attività cerebrale per scoprire che l’integrazione multisensoriale può aiutare a compensare i deficit di attenzione che esistono nell’elaborazione dei singoli canali sensoriali nelle persone con schizofrenia.
Influenza dell’attività neuromodulatoria sulle reti cerebrali
In un ambiente in evoluzione, il comportamento deve essere costantemente adattato in modo flessibile. Ciò è reso possibile, tra l’altro, dal rilascio di neuromodulatori dalle aree centrali sottocorticali che controllano dinamicamente l’eccitabilità neuronale nel resto del cervello. Fino ad oggi, è stato difficile registrare questo aspetto in modo non invasivo. Ricerche recenti indicano ora una stretta connessione tra la dilatazione della pupilla e l’effetto dei segnali neuromodulatori sui modelli di attività nella corteccia cerebrale. “I risultati della ricerca sul legame tra la neuromodulazione, le dinamiche corticali e il comportamento forniscono una base per una migliore comprensione di come i processi cognitivi si adattano a un ambiente in cui gli stimoli cambiano sempre più rapidamente”, ha commentato Engel.
Ulteriori attività di ricerca sono rivolte alle diverse dinamiche di rete nel cervello che si verificano durante la veglia, il sonno o l’anestesia. L’attività elettrica cerebrale continua produce modelli EEG riproducibili sulla superficie del cuoio capelluto che riflettono i cambiamenti dello stato di coscienza. Il cambiamento di questi schemi EEG è caratteristico di varie forme di riduzione della coscienza durante il sonno o l’anestesia. Tuttavia, per catturare accuratamente questi cambiamenti, molto probabilmente sono necessari modelli complessi dell’attività cerebrale nel suo complesso.
Fonte: «Wie das Gehirn funktioniert: neue Erkenntnisse zur Dynamik neuronaler Netze», Prof. Andreas K. Engel: Wie Bewusstsein entsteht, das Gehirn Entscheidungen vorbereitet und die Sinne zusammenwirken: neue Erkenntnisse zur Dynamik neuronaler Netzwerke, DGKN 2023.
InFo NEUROLOGIE & PSYCHIATRIE 2023; 21(5): 18
