L'imaging cerebrale aiuta a mappare il modo in cui pensiamo

Il cervello umano è un organo estremamente complicato con molti segreti. Per migliorare la comprensione di come il cervello crea e controlla i pensieri, i ricercatori hanno convertito i sistemi di imaging cerebrale strutturale in "schemi elettrici" di connessioni tra le regioni del cervello.

Tre ricercatori della University of California Santa Barbara Department of Psychological & Brain Sciences (UCSB) - Michael Miller, Scott Grafton e Matt Cieslak - hanno utilizzato la struttura delle reti neurali per apprendere le regole di base che governano quali parti del cervello sono più in grado di esercitare il controllo cognitivo su pensieri e azioni.

Questo studio è il primo a fornire una spiegazione meccanicistica di come la corteccia frontale eserciti il ​​controllo sui trilioni di singoli neuroni che consentono alle persone di rimanere concentrate su un compito o passare a uno radicalmente diverso.

I risultati appaiono nella rivista Nature Communications.

"Particolari regioni del tuo cervello sono predisposte a controllare i tuoi pensieri in base a dove si trovano in relazione ad altre regioni", ha detto Miller, professore di psicologia della UCSB e coautore dell'articolo.

"Le regioni in" periferia "possono eseguire un tipo di controllo molto specifico. Possono spostare il sistema in stati lontani, come passare dal lavoro al tuo lavoro al gioco con i tuoi figli ".

Questa nuova ricerca fonde neuroscienze all'avanguardia con il campo emergente della scienza delle reti, che viene spesso utilizzato per studiare i sistemi sociali.

Applicando la teoria del controllo - un campo tradizionalmente utilizzato per studiare i sistemi elettrici e meccanici - gli investigatori dimostrano che essere alla periferia del cervello è necessario affinché la corteccia frontale controlli dinamicamente la direzione dei pensieri e il comportamento diretto all'obiettivo.

"Abbiamo bisogno di una teoria di base su come il cervello controlla se stesso e, per arrivarci, suggeriamo di trattare il cervello come un sistema di ingegneria", ha detto l'autore senior Danielle Bassett, assistente professore di innovazione presso la University of Pennsylvania School of Engineering and Applied Scienza.

"Il controllo cognitivo è molto simile al controllo ingegneristico: modelli le dinamiche del sistema identificando i punti chiave; se spingo su quell'unico pezzo o tiro questa leva, posso offrire una previsione di come influenzerà altre parti della rete. "

Applicando le equazioni della teoria del controllo agli schemi elettrici generati dalle scansioni cerebrali, i ricercatori hanno dimostrato che le differenze geografiche e funzionali tra le regioni del cervello sono collegate.

Sebbene l'analisi non possa dire se la posizione della corteccia frontale o il suo ruolo si siano evoluti per primi, suggerisce che parte della capacità della corteccia frontale di controllare la funzione esecutiva dipende dalla sua distanza dalle altre parti della rete cerebrale.

"Questo studio preannuncia una nuova ondata di scienza delle reti, fondata su una rigorosa teoria del controllo", ha detto il coautore Grafton, direttore del Brain Imaging Center della UCSB.

"Quando vengono applicati a dati di imaging cerebrale all'avanguardia, iniziamo a vedere alcuni dei compromessi di progettazione inerenti all'architettura delle connessioni cerebrali".

Le regioni che sono più interconnesse - e quindi più interne alla rete - sono molto brave a spostare il cervello in stati vicini, ad esempio, dallo scrivere a qualcuno un'e-mail al parlare con quella persona al telefono.

"Ciò che è particolarmente interessante se guardiamo a dove si trovano quei nodi interni, sono tutti nelle regioni della" modalità predefinita ", che sono le regioni che sono attive quando stai riposando", ha detto Bassett. "Questo ha senso, perché se si progettasse un sistema ottimale, si vorrà posizionare la sua linea di base dove può arrivare alla maggior parte dei posti in cui deve andare abbastanza facilmente."

Secondo il coautore Cieslak, questo tipo di comprensione olistica della relazione tra le posizioni delle regioni del cervello e i loro ruoli è necessario per personalizzare trattamenti migliori per le persone che hanno perso la funzione esecutiva a causa di malattie o lesioni.

Cieslak ritiene che questa comprensione fondamentale di come il cervello controlla la sua attività potrebbe aiutare a portare a migliori interventi per le condizioni mediche associate a un ridotto controllo cognitivo, come l'autismo, la schizofrenia o la demenza.

Fonte: University of California, Santa Barbara / EurekAlert