Le Neuroscienze: la nuova frontiera
Oggi parlare di Neuroscienze è come parlare di moltissime delle cose che caratterizzano il mondo contemporaneo. Nascono dalla Psichiatria e dalla Neurologia, ma poi, passando dall'ambito dell'Anatomia e della Biochimica a quello delle Funzioni Mentali, hanno incontrato la Psicologia Sperimentale. Nella seconda metà del XX secolo, le Neuroscienze trovano nella Matematica e nel Calcolo Automatico due partner imprescindibili, contribuiscono alla formazione di una nuova branca della tecnologia: l'Intelligenza Artificiale. Infine, all'inizio del XXI secolo, le Neuroscienze non possono evitare di integrarsi con i nuovi approcci delle Scienze Naturali, come la Teoria dei Sistemi Complessi e la Fisica Quantistica.
Fisica, Filosofia e Neuroscienze sono i pilastri di una nuova cultura dell'uomo post moderno, che entra in dialogo con l'altro potente attrattore delle scienze della vita: la Genetica. Quindi approfondiamo il tema in questo breve articolo
Di cosa trattano le Neuroscienze?
Potremmo dire che trattano della risposta non lineare di sistemi complessi a stimoli, condizionata dagli effetti di precedenti risposte a precedenti stimoli, in ambienti simili o differenti.
In altre parole, trattano dei substrati fisici ed organici di ogni elemento funzionale di questo processo, identificando molti livelli di realtà e di competenze stratificati uno sull'altro: Genetica, Anatomia, Biochimica, Biologia, Elettrofisiologia, Funzioni Cognitive, Intelligenza, Coscienza. Le discipline dunque che vi convergono sono tantissime, da quelle medico-psicologiche, a quelle chimiche, fisiche, matematiche e informatiche.
La sua estensione però non si è limitata allo studio del comportamento, del pensiero e dell'affettività umane, ma si è diramata in numerose aree, in continuo aumento, per cui una loro classificazione è sempre limitativa.
Possiamo comunque tentare di individuare alcune macroaree:
- Le Neuroscienze Umane, branca della Medicina Psicologica, dove possiamo trovare sotto aree come la Neuroanatomia, la Neurocitologia, Neurobiologia Molecolare, la Neurobiologia dello Sviluppo, il Neuroimaging, la Neurofisiologia, le Neuroscienze Vegetative, le Neuroscienze Senso Motorie, le Neuroscienze Cognitive e le Neuroscienze Relazionali;
- Le Neuroscienze dei Sistemi Artificiali, branca della Matematica e Informatica dell'Ingegneria, dove troviamo sottocategorie relative ai sistemi neurali o basati su conoscenza, integrati con sensori, attuatori e sistemi di controllo come la Robotica, l’Intelligenza Artificiale, Modelli Matematici di Simulazione Neurale;
- Le Neuroscienze correlate ad altre discipline, nel dominio dell'Economia (Neuromarketing), dell'Arte (Neuroestetica) e delle Scienze Sociali e Giuridiche.
Di che cosa si occupano le Neuroscienze Umane?
Nell'ambito delle Neuroscienze Umane, le Neuroscienze Cognitive tendono a indagare il rapporto tra mente, pensiero e cervello.
L'iniziale concentrazione sull'attività di pensiero razionale e cosciente e sulle funzioni alla base di esso (orientamento, memoria, inferenza di regole, flessibilità cognitiva, attenzione, interferenza ideativa, percezione) ha superato i suoi limiti estendendosi anche al piano relazionale, affettivo e all'attribuzione di significato agli stimoli.
Oggi è, infatti, sempre più evidente che l'attività di pensiero fisiologica è l'integrazione tra attività di pensiero, evoluzionisticamente più recenti, coscienti razionali, ed attività di pensiero più antiche, intuitive affettive. L'interesse per le Neuroscienze Cognitive è in costante aumento per la Psichiatria, Psicologia Clinica e Psicopatologia, nella ricerca di un modello interpretativo della mente sia in condizioni di salute che di malattia, dove si possano integrare conoscenze anatomo-funzionali, genetiche, biochimiche, neurofisiologiche e cliniche.
Se in passato i metodi d'indagine più utilizzati erano anatomopatologici, citologici e biochimici, utilizzabili soprattutto post mortem, oggi invece quelli più utilizzati sono quelli utilizzabili in vivo, come il Neuroimaging, la Neuropsicologia, la Farmacologia e la Psiconeurofisiologia.
Inoltre, le informazioni tendono ad essere sempre più integrate e multimodali, per cui gli strumenti classici di Neuropsicologia (come i test di prestazione mentale) e la somministrazione di farmaci sono stati integrati con l'osservazione per immagini e la registrazione neurofisiologica.
Quali esami vengono impiegati?
L'osservazione per immagini più utilizzata e la Risonanza Magnetica Funzionale, che permette di rilevare le distorsioni di un campo magnetico esterno, generate dalla struttura e in contemporanea dall'attivazione funzionale di specifiche aree cerebrali.
In contesti diagnostici più particolari, sia clinici che di ricerca, può essere utilizzata anche la metodica SPECT, che sfrutta il rilevamento della concentrazione di attività di traccianti radioattivi, in correlazione alla modificazione del consumo di ossigeno di specifiche aree.
Oggi sono disponibili anche nuove metodiche più facili e maneggevoli da utilizzare, che rilevano le variazioni di flusso ematico (correlato all'aumento di metabolismo per attivazione funzionale) tramite rilevazione di segnali infrarossi. Queste metodiche di osservazione per immagini sono molto utili per osservare anche aree molto piccole e collocate profondamente nella struttura del cervello, ma presentano il difetto di avere una risoluzione temporale molto bassa. Riescono infatti a rilevare eventi che si realizzano solo in periodi piuttosto lunghi dell'ordine di secondi.
Una metodologia assolutamente non invasiva e con una metodica di rilevazione a più alta risoluzione temporale è invece quella neurofisiologica, che si basa sulla rilevazione del segnale elettrico prodotto dalla corteccia e rilevato sullo scalpo (Elettroencefalogramma). Questa rilevazione è possibile, parchè la struttura della corteccia è tale da produrre campi elettromagnetici di una certa intensità che interferiscono tra loro e possono propagarsi anche a relativa distanza (come per esempio quella presente tra corteccia cerebrale e cute dello scalpo). Sulla corteccia i segnali provenienti dalle diverse aree cerebrali si sommano tra loro, ma con l'uso di un numero abbastanza alto di elettrodi e con particolari elaborazioni matematiche è possibile ricostruire e localizzare i segnali originali (dipoli), riuscendo ad ottenere delle misure di attivazione e dei profili di risposta agli stimoli ad elevata risoluzione temporale (millisecondi). Il limite di questa metodica è la risoluzione spaziale relativamente ridotta e soprattutto la limitazione alla rilevazione diretta di segnali provenienti solo dalla corteccia cerebrale e non dalle strutture più profonde.
Ripetendo lo stesso stimolo più volte e poi spezzettando l'Elettroencefalogramma in tronconi di una durata similmente definita rispetto lo stimolo, possiamo ottenere la risposta elettrica specifica a quello stimolo, misurata nelle diverse aree della corteccia. La risposta che si ottiene entro poche decine di millisecondi si chiama Potenziale Evocato, mentre quella osservata da circa 100 millesecondi sino anche a un secondo, è definita Potenziale Evento Correlato. Sono i diversi Potenziali Evento Correlati quelli che interessano maggiormente le Scienze Neurocognitive. Mentre per i potenziali evocati gli stimoli sono sensorialmente molto semplici, nei Potenziali Evento Correlati gli stimoli spesso sono rappresentati dagli stessi test neuropsicologici già utilizzati in passato dalle Neuroscienze per la misurazione di funzioni cognitive specifiche. In alcuni casi sono stati utilizzati anche stimoli ancora più complessi, come per esempio la visione di filmati.
Quali sono le novità delle Neuroscienze?
La novità degli ultimi decenni è l'uso di queste metodiche psiconeurofisiologiche per lo studio delle relazioni interpersonali, dei processi affettivi, delle funzioni del pensiero intuitivo e dell'attribuzione di significato, sino all'apprezzamento estetico.
Con l'insieme delle metodiche di Neuroimaging e Neurofisiologiche è stata messa a punto una metodica integrata per identificare gli insiemi funzionali neurali, connessi a specifiche funzioni complesse. In particolare sono state identificate alcune macroreti cerebrali, dette Brain Network, le più importanti delle quali sono:
- la Salience Network, una macrorete cerebrale attivata durante l'orientamento e l'attribuzione di significato ad un nuovo stimolo;
- la Central Executive Network, una macrorete attivata quando viene elaborata la risposta allo stimolo;
- la Default Mode Network, una rete che rappresenta l'attività di pensiero interno in assenza di nuovi stimoli e di necessità di risposta.
Queste metodiche presentano interessanti potenzialità nello studio dei processi di pensiero e nella gestione dei significati e delle emozioni, aspetti molto importanti per la comprensione dei fenomeni funzionali retrostanti a molti ambiti psicopatologici.
Per esempio, è stato osservato che al grado d'integrazione di queste macroreti cerebrali, misurabili con l'Elettroencefalografia in risposta agli stimoli, si correla anche la comparsa o meno di un’attività di pensiero cosciente.
Inoltre, sempre con metodiche elettroencefalografiche simili, sono stati evidenziati fenomeni elettromagnetici particolari che possono essere considerati indicativi dell'integrazione funzionale di due soggetti in relazione tra di loro.
Infine, nei soggetti con problemi di autoregolazione delle emozioni e storia di relazioni familiari disfunzionali, sono state osservate delle differenze nei processi di attribuzione di significato e differenti modalità di integrazione funzionale rilevabili elettroencefalograficamente a livello corticale.