Nuovo strumento per la ricerca sulle neurodegenerazioni

2 Ago 2013

Fisici e neuroscienziati delle Università di Nottingham e di Birmingham hanno svelato uno dei misteri del cervello umano, grazie a una nuova ricerca che ha usato la risonanza magnetica funzionale (fMRI) e l'elettroencefalografia (EEG).

Il lavoro consentirà ai neuroscienziati di mappare un tipo di funzione cerebrale che fino ad ora non ha potuto essere studiato, consentendo un'esplorazione più accurata del modo in cui lavora il cervello sano e quello malato.

La risonanza magnetica funzionale è di solito usata per studiare come funziona il cervello, fornendo mappe spaziali del punto in cui sono elaborati gli stimoli esterni, come le immagini e i suoni. La scansione fMRI funziona rilevando i cambiamenti indiretti nel flusso di sangue del cervello in risposta ai cambiamenti nella segnalazione elettrica durante lo stimolo.

Con la scansione fMRI si osserva anche un cambio di segnale che avviene dopo che lo stimolo è cessato. Questo è chiamato segnale post-stimolo e fino ad ora non è stato usato per studiare come funziona il cervello, perché la sua origine era incerta. Nei nuovi esperimenti, il team di ricerca ha ora unito le tecniche fMRI e EEG (che misura l'attività elettrica del cervello), per dimostrare che anche il segnale post-stimolo in realtà riflette i cambiamenti nella segnalazione cerebrale.

18 volontari sani sono stati monitorati con EEG per misurare l'attività elettrica generata dai loro neuroni (le cellule di segnalazione) contemporaneamente alle misurazioni con fMRI. Si è usato lo stimolo da impulsi elettrici per attivare la parte del cervello che controlla il movimento del pollice destro. Gli scienziati hanno poi confrontato i segnali EEG e fMRI ed hanno scoperto che entrambi variano nello stesso modo, dopo che lo stimolo è cessato. Questo fornisce la prova che il segnale fMRI post-stimolo è una misura dell'attività neuronale, piuttosto che solo dei cambiamenti nel flusso sanguigno del cervello.

Il gruppo ha anche trovato che, stranamente, il segnale fMRI post-stimolo non era coerente, sebbene lo stimolo immesso al cervello fosse lo stesso ogni volta. Questa variabilità naturale nella risposta del cervello è stata confermata anche dall'attività EEG ed i ricercatori suggeriscono che questo segnale potrebbe aiutare il cervello ad attuare la transizione dall'elaborazione degli stimoli ai suoi pensieri interni in vari modi.

La Dr Karen Mullinger del Centro di Risonanza Magnetica Sir Peter Mansfield dell'Università di Nottingham ha detto: "Questo lavoro apre una nuova finestra temporale nel segnale fMRI che ci permette di guardare a ciò che sta facendo il cervello. Può anche aprire nuove prospettive di ricerca nell'esplorazione della funzionalità del cervello sano e nello studio delle malattie neurologiche".

Il dottor Stephen Mayhew dell'Imaging Center della Università di Birmingham ha dichiarato: "Non sappiamo quale sia il ruolo esatto dell'attività post-stimolo o perché questa risposta non è sempre coerente a parità di stimolo. Abbiamo già ottenuto finanziamenti dal Birmingham-Nottingham Strategic Collaboration Fund per continuare questa ricerca e capire meglio la funzione del cervello umano combinando vari metodi di neuroimaging".

Il Direttore del Sir Peter Mansfield Magnetic Resonance Center, il professor Peter Morris, ha detto: "La risonanza magnetica funzionale è il principale strumento a disposizione dei neuroscienziati cognitivi per indagare la funzione del cervello umano. La dimostrazione, presentata in questo documento, che la risposta secondaria della fMRI (l'attività post-stimolo) non è semplicemente una risposta passiva del flusso di sangue, ma è correlata direttamente all'attività neuronale sincrona, come misurata dall'EEG, preannuncia un nuovo ed entusiasmante capitolo nella comprensione del funzionamento della mente umana".

Il lavoro è stato finanziato dal Medical Research Council (MRC), dall'Engineering and Physical Science Research Council (EPSRC), da borse di studio delle Università di Nottingham e Birmingham ed è pubblicato in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Fonte: University of Nottingham.

Riferimento: K. J. Mullinger, S. D. Mayhew, A. P. Bagshaw, R. Bowtell, S. T. Francis. Poststimulus undershoots in cerebral blood flow and BOLD fMRI responses are modulated by poststimulus neuronal activity. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2013; DOI: 10.1073/pnas.1221287110

Pubblicato in Science Daily (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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