Il cervello elettrico

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con:

Simone Rossi,  Professore di Neurologia e Neurofisiologia clinica, Dipartimento di Medicina Chirurgia e Neuroscienze, Università di Siena.

Enrico Grassi, U.O Neurologia,  Ospedale di Prato

Corrado Sinigaglia, professore di Filosofia della Scienza, Università di Milano, scrittore e curatore della collana “Scienza e idee” per Raffaello Cortina Editore

ModeratoreWalter Borsini, Caffè Scienza Regia :Franco Bagnoli e Giovanna Pacini, Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Firenze; Associazione culturale Caffè-Scienza

Cervello e Coscienza.

In molti punti il libro di Simone Rossi tocca questo tema.

Rossi parla sopratutto di attività elettrica, e ce ne descrive dettagliatamente il funzionamento. Risultato di tutta questa attività elettrica sono i movimenti, le azioni, la regolazione inconscia del nostro corpo, le percezioni. In una parola, parlando del cervello elettrico  stiamo su un confine che vede da un lato la connettività elettrica, con grandezze biologiche perfettamente misurabili e definibili, e dall’ altro il comportamento umano e qualcosa che ci appartiene intimamente, molto più difficile da definire, che è l’ esperienza cosciente.

Sembra che manchi solo un piccolo salto, dalla corteccia, in preda alle sue oscillazioni, per arrivare nell’ area tersa dell’ esperienza cosciente.

Ognuno di noi durante la giornata sta sveglio oppure dorme, e se dorme, ciclicamente, più volte, durante la notte rilasserà la propria muscolatura, salvo quella degli occhi, per inseguire le immagini dei suoi sogni.

Una persona sveglia ha un EEG perfettamente caratteristico che può variare  in relazione al grado di relax o di attivazione ambientale a cui è sottoposto.  Di una persona che dorme, possiamo sapere in ogni momento solo guardando l’ EEG quanto profondamente sta dormendo (sonno N-REM) oppure se sta sognando (sonno REM, con movimenti oculari rapidi)

Queste attività ritmiche cerebrali, e quindi questa particolare connettività funzionale dei circuiti nervosi, sono indispensabili perché tutto l’ organismo sia nella condizione di sonno profondo o di sonno REM.

Al cambiare della connettività elettrica cambia lo stato di coscienza della persona.

Che significato hanno questi ritmi per la nostra esperienza cosciente?

Ne sono una condizione essenziale.  Se non ci fosse quella connettività elettrica non ci potrebbe essere esperienza cosciente.

Nel sonno profondo (semplificando) possiamo dire  non ci sia, o sia ridotta al minimo, l’ esperienza cosciente, anche se come tutti sappiamo questa resta facilmente “risvegliabile”. Nel sonno REM  abbiamo un diverso assemblaggio dei circuiti nervosi e dei loro ritmi, e quello che accade, il sogno con la sua esperienza soggettiva, è funzione dell’ attivazione di quegli specifici circuiti e aree cerebrali. Quindi sono quelle parti del cervello (anche se sarebbe più corretto dire del corpo, ma torneremo su questo argomento in un altro scritto), connesse elettricamente seconda quella modalità ben nota del sonno REM, che danno origine al sogno e alla esperienza cosciente che ognuno di noi fa, ad es. quando sogna di correre in una grande prateria o di non poter uscire da una stanza buia perché ci sono troppi gradini ripidi.

Negli esseri umani il ciclo sonno -veglia a struttura circadiana, come quello dell’ adulto, raggiunge la maturazione dopo i 6 mesi di vita. Come nell’ adulto, durante il sonno del bambino , si potranno osservare le fasi di sonno N-REM che si alternano ogni circa 40’ -per dare un’idea-  alle fasi di sonno REM. Ma chi guarda dormire un neonato , o anche un neonato pretermine, vedrà che in realtà il bambino attraversa per la buona parte della giornata brevi periodi di sonno profondo alternati a periodi di così detto sonno attivo, che ha lo stesso significato  fisiologico del successivo sonno REM (non ci interessa segnalare qui le minime differenze all’ EEG o comportamentali , che pure ci sono).

Quindi la maturazione di questi ritmi corticali, strettamente correlati allo stato di coscienza, precedono di molto la comparsa delle principali capacità cognitive, come il linguaggio. La coscienza è qualcosa che sia nel singolo soggetto, sia nell’ evoluzione, compare molto prima ella comparsa del linguaggio (e in particolare del linguaggio verbale)

Insomma, specifici circuiti nervosi, interconnessi attraverso segnali elettrici sono all’ origine dell’ esperienza cosciente, come si vede ad es nel sogno, ma, come riprenderemo in seguito, sono anche all’ origine dell’ attività cosciente durante la veglia, e delle differenti modalità percettive (uditiva , visiva) e motorie che caratterizzano appunto il nostro ordinario stato di veglia, ogni giorno.

Rossi ci racconta anche di un’ altra importante storia scientifica, che ha che fare con l’ esperienza cosciente: gli esperimenti di Penfield in sala neuro-chirurgica a paziente sveglio. L’ immagine che la stimolazione leggera di un’ area corticale evoca nella mente del paziente, così come il movimento  della mano che è indotto dalla stimolazione di un’ altra area, stanno dunque lì, dentro i circuiti nervosi, in attesa di essere evocate o attivate. Certo non ci sarebbero state così ben forgiate, se il paziente non le avesse costruite nella sua storia personale, nella sua vita, e se l’ evoluzione stessa non avesse in qualche maniera predisposto  quel’ individuo a quel tipo di esperienze. Ma il fatto è che ora quelle immagini, quelle parole sono lì, disponibili a manifestarsi se evocate, come le figure di una lanterna magica. 

Anche questa storia ci racconta dunque il legame intimo tra segnali elettrici, circuiti neuronali attivati, e esperienza cosciente, probabilmente qualsiasi esperienza cosciente.

Rossi parla di queste popolazioni di neuroni che si sincronizzano per lavorare, e che sono condizione per tutte le nostre attività mentali e fisiche, e usa il termine di oscillatori . Per chi  è abituato a vedere la corrente elettrica del cervello come appare ad es. sull’ EEG, parlare di oscillatori è la cosa più ovvia. Così, certi oscillatori sarebbero attivi quando ci concentriamo, altri quando dormiamo. Ma c’ è uno sviluppo di questa idea che è piuttosto curioso.

E’ anche possibile sincronizzare cervelli di individui diversi? 

L’ esperienza della musica , dei concerti di massa all’ aperto o nella discoteche, che ormai sono nei sogni di tutti, in attesa delle riaperture estive, ci offre lo spunto. Visto che i movimenti dei corpi si sincronizzano nel ballo, è assai intuitivo pensare che ci possano essere anche delle sincronizzazioni di almeno alcuni ritmi cerebrali tra musicisti e/o tra i musicisti e il pubblico. Così come verrebbe da chiedersi se in generale la musica possa essere un trascinatore di ritmi cerebrali. 

Cervello e epilessia

I meccanismi descritti  nel Cervello elettrico riguardano la proprietà dei neuroni, di ogni singolo neurone, di comunicare attraverso segnali elettrici. Ogni singolo neurone ha una propria eccitabilità (in funzione del potenziale di membrana)  che varia nel tempo, eventualmente in maniera sincrona con quella di un’ intera popolazione di neuroni.   Quando il potenziale di membrana del neurone raggiunge un livello di soglia, il neurone scarica uno o più impulsi elettrici , che raggiungeranno il neurone post-sinaptico, dove ovviamente avranno ulteriori effetti.

Questi meccanismi sono esattamente i meccanismi che sono disfunzionanti (fuori controllo) nell’ epilessia. Basterà che una piccola area della corteccia produca delle scariche di potenziali abnormi, queste si potranno diffondere ad altre aree dando origine alla crisi epilettica. 

Cervello e neuromodulazione

Questo è l’ argomento  principale degli studi e delle ricerche di Simone Rossi, e gran parte del libro è dedicata a questo tema. 

Il punto è che l’ attività elettrica spontanea del nostro cervello, che come abbiamo visto assembla le popolazioni di neuroni e regola il nostro corpo oltre a permetterci di compiere tutti gli atti ordinari della vita, può essere modificata dall’ esterno.

Con alcune metodiche non invasive, che Simone Rossi ci spiega,  un osservatore esterno può interferire con aree circoscritte dei circuiti neuronali coinvolti ad es nella genesi di un movimento , o di una percezione, ad es guardare un oggetto, o leggere un libro. 

Un esperimento interessante si può fare con la rTMS, inibitoria delle attività sinaptiche sottostanti.  

Per la precisione, la stimolazione magnetica transcranica ripetuta o protratta a frequenze <1Hz è inibitoria sulle attività sinaptiche sottostanti ; per contrasto la stimolazione con rTMS ripetuta a frequenza >10Hz è eccitatoria; la prima produce una Long Term Depression, mentre la seconda produce una Long Term potentiation.

Bene , è noto che i ciechi dalla nascita hanno facilità a leggere con i polpastrelli delle dita l’ alfabeto Braille. Durante questa lettura tattile , gli studi con RM funzionale hanno dimostrato che si attivano in questi soggetti non solo, come è ovvio, le aree parietali legate alla percezione tattile, ma anche le aree occipitali visive. In questi soggetti ciechi dalla nascita, l’ attivazione delle aree cerebrali visive della corteccia cerebrale ha un senso? serve?.

Alcuni ricercatori hanno usato propio la rTMS inibitoria applicata alla corteccia cerebrale per bloccare questa elaborazione corticale occipitale nei soggetti ciechi dalla nascita che leggevano il Braille, e il risultato è stato che  non c’era alcuna interferenza sulla capacità di riconoscere le caratteristiche tattili del Braille che stavano toccando, ma c’era un certo grado di peggioramento nella comprensione del significato linguistico del segno stesso.  Quindi è veramente appassionante pensare che anche un’ area corticale deprivata dalla nascita del suo input specifico, si mantiene viva e funzionale,  per contribuire a compiti  complessi, in questo caso linguistici.

Questo esperimento ricorda la nozione che le aree deprivate, seppure impossibilitate ad avere un pieno sviluppo funzionale e di connettività, mantengono una qualche funzione specifica e possono attraverso una connettività atipica contribuire comunque ai compiti complessi.

Più semplicemente, in altri esperimenti   fatti con la TMS inibitoria sulle aree occipitali   si è riusciti a bloccare selettivamente la percezione visiva di uno stimolo luminoso, purché la TMS fosse perfettamente sincronizzata sul timing di arrivo dell’ impulso luminoso alla corteccia visiva stessa. In altre parole si generava un piccolo buco nero nell’ esperienza cosciente di una persona.

Rossi descrive anche altre tecniche per la neuro-modulazione, come ad es la  tDCS (o stimolazione in corrente continua, che può eccitare o inibire l’ attività neuronale, a seconda dell’ collegamento all’ elettrodo positivo o a quello negativo) o la  tACS, che può avere un effetto di trascinamento sui ritmi corticali, su quelli più conosciuti, come le attività beta, delle regioni frontali, teta , delle regioni centrali, e alfa delle regioni occipitali, o anche su quelli gamma, studiati più di recente , su cui c’è molto interesse ( seppure non condiviso da tutti gli studiosi; qualche autore sostiene che il ritmo gamma non ha nulla a che fare con le attività cognitive), e che si ritiene siano di origine intracorticale.

Con la  tDCS (in questo casi stimolazione con corrente elettrica continua) si  è dimostrata la possibilità di interferire con le funzioni della memoria, sia con l’ encoding che con il retrieval (rievocazione). Poiché la tDCS veniva applicata alle aree dorsofrontali laterali, l’ esperimento dimostrava anche un ruolo di queste aree nell’ organizzazione dei processi mnemonici, a complemento di quello già noto degli ippocampi.

Sul piano terapeutico la rTMS ha indicazioni riconosciute in tre condizioni:

• depressione farmaco-resistente
• dolore cronico neuropatico (con applicazione dello stimolo all’ area motoria primaria controlaterale  al lato interessato dalla sintomatologia dolorosa?)
• riabilitazione della mano poi-ictus

La rTMS è usata anche nel disturbo ossessivo-compulsivo (DOC). In questo caso si stimola l’ area motoria supplementare.

Più recentemente, si è diffuso l’ uso di apparecchi di per la stimolazione elettrica transcranica, facilmente  reperibili su internet, da parte di giovani, al di fuori del controllo medico, per il miglioramento delle proprie prestazioni cognitive, aprendo così anche alcuni interrogativi di tipo etico..