Ricerche

fMRI di un cervello umano mostra la connessione tra l'insula (piccola in alto a destra) e la corteccia prefrontale laterale dorsale (grande) risultante dalla fatica cognitiva. Fonte: Vikram Chib / Johns Hopkins Medicine e Kennedy Krieger Institute.

In esperimenti con volontari sani sottoposti a scansioni di risonanza magnetica funzionale (fMRI), gli scienziati hanno trovato una maggiore attività in due aree del cervello che lavorano insieme per reagire e possibilmente regolare il cervello quando si sente stanco e si ferma o continua a esercitare sforzo mentale.

Gli esperimenti, progettati per aiutare a rilevare vari aspetti della fatica cerebrale, possono fornire ai medici un modo per valutare meglio e curare le persone che sperimentano una travolgente stanchezza mentale, comprese quelle con depressione e disturbo post-traumatico da stress (PTSD), affermano gli scienziati. Lo studio, pubblicato sul Journal of Neuroscience, dettaglia i risultati su 18 donne e 10 maschi, tutti adulti sani volontari, ai quali sono stati assegnati compiti per esercitare la memoria.

"Il nostro laboratorio si concentra sul modo in cui la mente genera valore per lo sforzo", afferma Vikram Chib PhD, professore associato di ingegneria biomedica alla Johns Hopkins University e ricercatore al Kennedy Krieger Institute. "Comprendiamo poco della biologia dei compiti cognitivi, che includono memoria e richiamo, rispetto ai compiti fisici, anche se entrambi comportano molti sforzi. Aneddoticamente, gli scienziati sanno che i compiti cognitivi sono stancanti e relativamente meno sul perché e come tale fatica si sviluppa e si svolge nel cervello".

I 28 partecipanti allo studio, con un'età tra 21 e 29 anni, hanno ricevuto $ 50 per partecipare allo studio ed è stato detto loro che potevano ricevere pagamenti aggiuntivi in ​​base alle loro prestazioni e scelte. Tutti i partecipanti hanno ricevuto una scansione MRI di base prima dell'inizio degli esperimenti. I test della memoria di lavoro, durante le successive scansioni di fMRI del loro cervello, includevano cercare una serie di lettere, in sequenza, su uno schermo e ricordare la posizione di determinate lettere.

Più indietro una lettera era nella serie, più era difficile ricordare la sua posizione, aumentando lo sforzo cognitivo impiegato. I partecipanti hanno avuto un commento sulle loro prestazioni dopo ogni test e sull'opportunità di ricevere pagamenti crescenti ($ 1 – $ 8) con esercizi di richiamo più difficili. Ai partecipanti è stato anche chiesto prima e dopo ogni test di auto-valutare il loro livello di affaticamento cognitivo.

Nel complesso, i risultati del test hanno trovato una maggiore attività e connettività in due aree cerebrali quando i partecipanti hanno riferito fatica cognitiva: l'insula destra, un'area in profondità nel cervello che è associata a sentimenti di affaticamento, e la corteccia prefrontale laterale dorsale, aree su entrambi i lati del cervello che controllano la memoria di lavoro. Per ciascun partecipante, l'attività in entrambe le posizioni cerebrali durante l'affaticamento cognitivo è aumentata più del doppio del livello delle misurazioni basali prese prima di iniziare i test.

"Il nostro studio è stato progettato per indurre affaticamento cognitivo e vedere come cambiano le scelte delle persone per esercitare lo sforzo quando sentono la fatica, oltre a identificare le posizioni nel cervello in cui vengono prese queste decisioni", afferma Chib.

In particolare, Chib e i membri del suo team di ricerca Grace Steward e Vivian Looi hanno scoperto che gli incentivi finanziari devono essere elevati per indurre i partecipanti a esercitare un maggiore sforzo cognitivo, suggerendo che gli incentivi esterni sollecitano tale sforzo.

"Quel risultato non è stato del tutto sorprendente, dato il nostro lavoro precedente che ha trovato la stessa necessità di incentivi nello stimolare lo sforzo fisico", afferma Chib. "Le due aree del cervello potrebbero lavorare insieme per decidere di evitare più sforzi cognitivi a meno che non ci siano più incentivi offerti. Tuttavia, potrebbe esserci una discrepanza tra la percezione di fatica cognitiva e ciò che il cervello umano è effettivamente in grado di fare".

La fatica è legata a molte condizioni neurologiche, tra cui PTSD e depressione, afferma Chib: "Ora che probabilmente abbiamo identificato alcuni dei circuiti neurali dello sforzo cognitivo nelle persone sane, dobbiamo guardare come la fatica si manifesta nel cervello delle persone con queste condizioni".

Chib afferma che potrebbe essere possibile usare farmaci o terapia comportamentale cognitiva per combattere l'affaticamento cognitivo e che il presente studio, usando compiti decisionali e fMRI, potrebbe costituire un quadro per classificare oggettivamente la fatica cognitiva. La fMRI usa il flusso sanguigno per misurare ampie aree di attività nel cervello, ma non misura direttamente l'attivazione dei neuroni, né le sfumature più sottili nell'attività cerebrale.

"Questo studio è stato condotto in uno scanner MRI e con compiti cognitivi molto specifici. Sarà importante vedere come questi risultati si generalizzano ad altri sforzi cognitivi e compiti del mondo reale", afferma Chib.