Quando l’Uomo pensa il tempo, il cervello diventa una clessidra

A chi non è capitato di essere fuori in giro con gli amici e, pur divertendosi e passando il proprio tempo in ottima compagnia, si è trovato a dover dire, magari un poco rassegnato, “Ragazzi, si è fatto tardi, è ora di andare”, anche senza guardare costantemente l’orologio? Chi, durante un compito di lavoro o a scuola, non ha avvertito interiormente il passare del tempo, come se delle lancette scandissero lo scorrere dei minuti dentro la propria mente? Tutto ciò non deve stupire, in quanto, come prova la ricerca recentemente condotta dal team del Center for Magnetic Resonance Research (CMRR) dell’Università del Minnesota, i primati (e presumibilmente anche gli uomini) vantano nei loro complicatissimi e vasti circuiti neuronali una popolazione di cellule nervose specificamente deputate a far avvertire il passare del tempo durante un compito motorio – ad esempio un’attività fisica – o cognitivo, come un compito scritto o di lettura.

Lo studio:

La capacità intrinseca, propria dei Mammiferi superiori, di avvertire lo scorrere del tempo nella propria mente, nella propria interiorità è stata analizzata mediante uno studio sull’attività delle varie zone cerebrali della corteccia di un gruppo di studio di scimmie, istruite a seguire alternativamente con il movimento degli occhi, senza alcuno stimolo esterno, un punto su uno schermo che si spostava da una parte all’altra del loro campo visivo, mantenendo un ritmo di spostamento oculare di un secondo.

I risultati sono stati sorprendenti, in quanto il gruppo di scimmie ha dimostrato di poter eseguire il compito con discreta efficienza: l’errore medio si aggirava infatti intorno ai 100 millisecondi, ovvero un decimo di secondo.

L’analisi dei dati:

Durante il test è stata misurata l’attività di una specifica regione cerebrale, che precedenti studi avevano indicato come sede di una popolazione neuronale preposta all’avvertire il passare del tempo, senza però meglio identificare citologicamente la popolazione stessa: l’area della corteccia cerebrale interessata è l’area intraparietale laterale, in sigla LIP; questa è situata, insieme alle altre aree intraparietali anteriore,ventrale e mediale – rispettivamente AIP, VIP e MIP – nelle vicinanze del solco intraparietale. La LIP è connessa strettamente con i FEF ( Frontal Eye Fields ), che si ritrovano nella corteccia premotoria e che regolano vari tipi di movimenti oculari. Questo suggerisce perché gli studiosi del CMRR abbiano trovato correlazione fra la modulazione dell’attivazione delle cellule della corteccia premotoria per il controllo oculare e l’attivazione stessa dei neuroni della LIP: una maggiore o minore attività dei neuroni della LIP permetteva di prevedere quale sarebbe stato il movimento degli occhi della scimmia.

Il fatto che ha stupito lo stesso team di ricerca è la modalità di attivazione delle cellule nervose della LIP: queste infatti, presenti in entrambi gli emisferi cerebrali, sembravano attivarsi alternativamente in modo graduale, correlando con il movimento oculare: quando in un gruppo l’attività elettrica andava affievolendosi nell’altro cominciava a salire, proprio come quando si rovescia una clessidra.

Questo carattere di alternanza nell’attivazione collegato a cellule nervose che organizzano e permettono l’attività motoria, spiega Geoffrey Ghose, coautore dell’articolo e professore di Neuroscienze all’Università del Minnesota,  pare mantenersi nel suo andamento “ a clessidra “, sebbene cambino le popolazioni di neuroni motori e premotori con cui le cellule della LIP prendono contatto. In sintesi, la modalità di attivazione dei neuroni della LIP è la stessa, mentre il circuito neuronale cambia a seconda del distretto motorio interessato.

Ulteriori informazioni ed approfondimenti riguardo la ricerca sono reperibili sul sito della rivista “PloS Biology”.

Le regioni cerebrali:

Nonostante la sua intrinseca complessità, il cervello umano è stato studiato ed analizzato non tanto nella sua anatomia morfologica dei circuiti, la cui posizione, estensione e sviluppo possono variare, quanto piuttosto nella sua anatomia funzionale: mediante moderne tecniche di imaging neurologico sono state individuate con sempre maggior precisione regioni della corteccia cerebrale deputate a questa o quella attività: la cosa sorprendente è che in soli 1500 cm cubici di volume sia possibile la progettazione di attività più o meno complesse di carattere motorio – movimenti singoli o anche in serie –, cognitivo – pensiero, idea, riflessione ma anche emozione –, e che queste siano integrate con gli stimoli esterni – acustici, visivi, tattili, gustativi, olfattivi, emozionali – grazie a sviluppatissimi circuiti di associazione che permettono un armonico sviluppo delle attività che talvolta può raggiungere gradi elevati di squisita raffinatezza.

Le suddivisioni classiche anatomico – funzionali sono principalmente due: la prima che individua sei lobi per emisfero cerebrale – frontale, temporale, parietale, occipitale, lobo dell’insula o di Reil e lobo limbico –, in cui si ritrovano a loro volta sottoaree a specificità funzionale particolare, meglio specificabili con la seconda suddivisione classica, ideata nella prima decade del ventesimo secolo dal neurologo Korbinian Brodmann ( 1868 – 1918 ) e che infatti porta il suo nome; questa prevede la suddivisione della corteccia cerebrale in 52 aree ad attività e caratteristiche citologiche specifiche: per fare un esempio, l’area deputata ad una prima ricezione degli stimoli dolorifici e tattili ( area somestesica primaria ), si localizza nelle aree 3, 1 e 2 di Brodmann, mentre l’area motoria primaria sta tutta nell’area 4 di Brodmann; l’area premotoria, dove si ritrovano i Frontal Eye Fields ( FEF ) connessi ai neuroni della LIP, è situata nell’area 6 di Brodmann.

I metodi d’indagine neurologica:

I metodi di indagine si suddividono in due grandi classi: quelli che permettono di dedurre da particolari tracciati l’attività della corteccia cerebrale in toto o in alcune sue regioni oppure quelli che ne permettono un’analisi diretta in fatto di forma e funzione.

Della prima classe lo strumento principe di indagine è l’elettroencefalografo, che permette la stesura di un tracciato, l’elettroencefalogramma ( EEG ), che rappresenta il grado e le zone di attività elettrica più o meno cospicua del cervello: a più attività elettrica corrispondono grafici con picchi più alti, che segnalano neuroni particolarmente impegnati in quel dato momento funzionale, dato che l’attività delle cellule nervose si traduce in un vero e proprio segnale elettrico a basso voltaggio.

La rilevazione è effettuata mediante elettrodi in grado di misurare differenze di potenziale nei vari punti del cervello, applicati al cuoio capelluto del paziente, similmente a quanto accade per l’elettrocardiogramma ( ECG ). Il primo EEG umano mai registrato risale al 1924, eseguito da Hans Berger (1873 – 1941 ), fisiologo e psichiatra tedesco.

Per quanto riguarda la seconda classe di strumenti d’indagine è necessario andare avanti fino alle ultime decadi del Novecento, con i massimi sviluppi della Medicina nucleare, che ha visto nascere prima la scansione TAC ( Tomografia Assiale Computerizzata ), successivamente ottimizzata, e dopo altri metodi di analisi funzionale dell’organismo, fra cui si annoverano la SPECT ( Single Photon Emission Computed Tomography ), la PET ( Positron Emission Tomography ) e la fMRI, ovvero la risonanza magnetica funzionale. La SPECT e la PET sfruttano il principio della radiografia invertendolo: si somministra al paziente un composto che rilascia radiazioni mediante isotopi radioattivi incorporati ( radiofarmaco ); le radiazioni vengono registrate in uno speciale rivelatore, la gamma camera ( dal nome dei raggi misurati ), e da questo vengono inviati ad un computer che provvede all’analisi dei dati. La fMRI prevede invece una scansione simile alla risonanza magnetica nucleare mediante immersione del paziente in un campo magnetico costante, sottoponendolo a gradienti di un altro campo magnetico perpendicolare al primo e registrando l’energia emessa dai protoni di idrogeno ( abbondantissimo nel nostro organismo legato all’ossigeno in rapporto 2:1 nelle molecole d’acqua ) eccitati dal secondo campo magnetico. Rispetto alla SPECT e alla PET la fMRI presenta il vantaggio di non prevedere sostanze radioattive senza per questo incidere sulla risoluzione delle immagini ottenute con le scansioni. Tutti questi metodi permettono di visualizzare infatti efficacemente sezioni progressive delle strutture encefaliche registrando l’attivazione dei vari distretti funzionali quando questo viene sottoposto a stress di tipo diverso.

Esempi pratici di neuroimaging sono disponibili a questo indirizzo web: link.