Il cervello mentre sogna ad occhi aperti: le aree gialle indicano la rete in modalità predefinita da tre diverse prospettive, le fibre colorate mostrano le connessioni tra di loro e con il resto del cervello. (Fonte: © MPI for Human development)La struttura del cervello umano è complessa, ricorda uno schema elettrico con innumerevoli connessioni. Ma che ruolo ha questa architettura nel funzionamento del cervello?

Per rispondere a questa domanda, i ricercatori del Max Planck Institute for Human Development di Berlino, in collaborazione con i colleghi della Libera Università di Berlino e dell'Ospedale Universitario di Friburgo, hanno analizzato per la prima volta 1,6 miliardi di connessioni simultaneamente all'interno del cervello. Hanno scoperto l'accordo più elevato tra la struttura e il flusso di informazioni nella "rete di modalità predefinita", che è responsabile del pensiero rivolto all'interno, come il sognare ad occhi aperti.

Tutti noi ci siamo passati: seduti alla scrivania, guardando fuori dalla finestra, con i pensieri che vagano; invece di andare avanti con quello che si dovrebbe fare, si inizia a pianificare mentalmente la prossima vacanza o ci si trova persi in un pensiero o un ricordo. E' solo più tardi che ci si rende conto di quanto è successo: il cervello ha semplicemente "cambiato canale", è passato all'autopilota.

Da qualche tempo, gli esperti sono interessati alla competizione tra le diverse reti del cervello, che sono in grado di sopprimere l'attività l'una dell'altra. Se una di queste circa 20 reti è attiva, le altre rimangono più o meno silenziose. Quindi, se si sta pensando alla prossima vacanza, è quasi impossibile seguire allo stesso tempo il contenuto di un messaggio.

Per scoprire come la struttura anatomica del cervello impatta le sue reti funzionali, un team di ricercatori del Max Planck Institute for Human Development di Berlino, in collaborazione con i colleghi della Libera Università di Berlino e dell'Ospedale Universitario di Friburgo, hanno analizzato le connessioni tra un totale di 40.000 piccole aree del cervello. Con la risonanza magnetica funzionale, hanno esaminato in totale 1,6 miliardi di possibili connessioni anatomiche tra queste diverse regioni su 19 partecipanti di età compresa tra i 21 e 31 anni. Il team di ricerca ha confrontato queste connessioni con i segnali del cervello generati effettivamente dalle cellule nervose.

I loro risultati hanno mostrato l'accordo più elevato tra la struttura del cervello e le funzioni cerebrali nelle aree che fanno parte della "rete in modalità predefinita", che è associata al sognare ad occhi aperti, all'immaginazione e al pensiero auto-referenziale. "In confronto ad altre reti, la rete in modalità predefinita utilizza le connessioni anatomiche più dirette. Noi pensiamo che l'attività neuronale sia rivolta automaticamente a stabilizzare questa rete ogni volta che ci sono influenze esterne sul cervello", afferma Andreas Horn, autore principale dello studio e ricercatore del Center for Adaptive Rationality all'Istituto Max Planck per lo sviluppo umano di Berlino.

Per rispetto al suo nome, la rete in modalità predefinita sembra attivarsi solo in assenza di influenze esterne. In altre parole, la struttura anatomica del cervello sembra essere impostata con un autopilota integrato. Non dovrebbe, tuttavia, essere confuso con uno stato di inattività. Al contrario, sognare ad occhi aperti, immaginare e pensare in modo auto-referenziale sono operazioni complesse per il cervello.

"I nostri risultati suggeriscono che l'architettura strutturale del cervello assicura che si attivi automaticamente per qualcosa di utile quando non viene usato per altre attività", dice Andreas Horn. "Ma il cervello rimane solo col pilota automatico fino a quando uno stimolo esterno provoca l'attività in un'altra rete, ponendo fine ai sogni ad occhi aperti. Una mosca che ronza, uno scoppio forte in lontananza, o la concentrazione focalizzata su un messaggio, per esempio".

I ricercatori sperano che i loro risultati possano contribuire a una migliore comprensione del funzionamento del cervello delle persone sane, ma anche delle malattie neurodegenerative come l'Alzheimer e delle patologie psichiatriche come la schizofrenia. Negli studi che seguiranno, il gruppo di ricerca metterà a confronto le strutture cerebrali dei pazienti con disturbi neurologici con quelle dei controlli sani.

Fonte: Max-Planck-Gesellschaft.

Riferimenti:  Andreas Horn, Dirk Ostwald, Marco Reisert, Felix Blankenburg. The structural–functional connectome and the default mode network of the human brain. NeuroImage, 2013; DOI: 10.1016/j.neuroimage.2013.09.069

Pubblicato in mpg.de (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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