I modelli cerebrali della coscienza

I ricercatori identificano le reti neurali che sembrano evidenziare la coscienza umana.

 

Gli esseri umani hanno imparato a viaggiare nello spazio, a curare malattie e a comprendere la natura al livello incredibilmente piccolo di particelle fondamentali, eppure non abbiamo idea di come la coscienza - la nostra capacità di sperimentare e conoscere il mondo in questo modo e riferirlo agli altri - si generi nel funzionamento delle aree cerebrali.

Infatti, mentre gli scienziati si sono preoccupati di comprendere la coscienza per secoli, rimane una delle più importanti domande senza risposta della neuroscienza moderna. Ora il nuovo studio, pubblicato su Science Advances, fa luce sul mistero scoprendo le reti cerebrali che si attivano quando siamo coscienti.

Non è solo una questione filosofica. Determinare se un paziente è "consapevole" dopo aver subito un grave danno cerebrale è una sfida enorme sia per i medici che per le famiglie che devono prendere decisioni sull'assistenza. 

Le moderne tecniche di imaging cerebrale stanno iniziando a ridimensionare questa incertezza, fornendoci intuizioni senza precedenti nella coscienza umana.

Ad esempio, sappiamo che aree cerebrali complesse, inclusa la corteccia prefrontale, che sono responsabili di una serie di funzioni cognitive superiori, sono tipicamente coinvolte nel pensiero cosciente. 

Tuttavia, le grandi aree del cervello sono responsabili di moltepilici funzioni cognitive. 

Per i ricercatori la sfida è scoprire come la coscienza è rappresentata nel cervello a livello di reti neurali specifiche.

La ragione per cui è così difficile studiare le esperienze coscienti è che sono interamente interne e non sono accessibili agli altri. Ad esempio, entrambi possiamo guardare la stessa immagine sui nostri schermi, ma non ho modo di dire se la mia esperienza di vedere quell'immagine sia simile alla tua, a meno che non me ne parli. 

Solo gli individui coscienti possono avere esperienze soggettive e, quindi, il modo più diretto per valutare se qualcuno è cosciente è chiedere loro di parlarci di loro.

 

Cosa succederebbe se perdessi la tua capacità di parlare?

In tal caso, potrei ancora farti alcune domande e potresti forse confermare le tue risposte, ad esempio annuendo con la testa o spostando la mano.

Naturalmente, l'informazione che otterrei in questo modo non sarebbe altrettanto ricca, ma sarebbe comunque abbastanza per me sapere che hai effettivamente esperienze. Se non fossi in grado di produrre alcuna risposta, non avrei modo di dire se sei cosciente e probabilmnte penserei che non lo sei.

 

 

La scansione delle reti neurali

Il nuovo studio, frutto della collaborazione di sette paesi, ha identificato le connessioni cerebrali che sono correlate alla coscienza senza fare affidamento sull'auto-report o alla necessità di chiedere ai pazienti di impegnarsi in un particolare compito, e di distinguere tra pazienti consci e inconsci dopo una lesione cerebrale.

Quando il cervello subisce un danno rilevante, ad esempio in un grave incidente stradale, le persone possono andare in coma. 

Questo è uno stato in cui si riduce lo stato di vigilanza e di consapevolezza dell’ambiente circostante e si ha bisogno di supporto meccanico per respirare. In genere non dura più di pochi giorni. Successivamente, i pazienti a volte si svegliano ma non mostrano alcuna prova di avere alcuna consapevolezza di sé stessi o del mondo che li circonda - questo è noto come "stato vegetativo". 

Un'altra possibilità è che mostrano prove solo di una consapevolezza minima - indicata come uno stato minimamente consapevole. Per la maggior parte dei pazienti, questo significa che il loro cervello percepisce ancora le cose ma non le sperimenta. 

Tuttavia, una piccola percentuale di questi pazienti è effettivamente cosciente ma semplicemente incapace di produrre risposte comportamentali.

La tecnica nota come risonanza magnetica funzionale (fMRI), ci consente di misurare l'attività del cervello e il modo in cui alcune aree cerebrali "comunicano" con le altre. In particolare, quando una regione del cervello è più attiva, consuma più ossigeno e ha bisogno di una maggiore quantità di sangue per soddisfare le sue richieste. 

E’ possibile rilevare questi cambiamenti anche quando i pazienti sono a riposo e misurare in che modo varia l’attività tra le diverse aree cerebrali per creare modelli di connettività neurale.

Il metodo è stato sperimentato su 53 pazienti in stati vegetativo, 59 soggetti in uno stato minimamente consapevole e 47 persone sane.

I soggetti del campione provenivano dagli ospedali di Parigi, Liegi, New York, Londra e Ontario.

I pazienti di Parigi, Liegi e New York sono stati diagnosticati attraverso valutazioni comportamentali standardizzate, come chiedere di muovere una mano o battere ciglio. 

Al contrario, i pazienti di Londra sono stati valutati con altre tecniche avanzate di imaging cerebrale che richiedevano al paziente di produrre risposte neurali invece di quelle fisiche esterne, come immaginare di muovere la propria mano invece di spostarla.

I risultati evidenziano due principali modelli di comunicazione tra le aree cerbrali.

Le connessioni fisiche del cervello si sono riflesse solo tra coppie di regioni che hanno un collegamento fisico diretto tra di loro. Questo è stato visto in pazienti in stato incosciente

Una rappresentava interazioni dinamiche molto complesse a livello cerebrale in un insieme di 42 regioni del cervello che appartengono a sei reti cerebrali con ruoli importanti nella cognizione.

Questo modello complesso era presente quasi esclusivamente in persone con un certo livello di coscienza.

È importante sottolineare che questo modello complesso è scomparso quando i pazienti erano in anestesia profonda, confermando che i nostri metodi erano effettivamente sensibili al livello di coscienza dei pazienti e non al loro danno cerebrale generale o reattività esterna.

In futuro potrebbe essere possibile sviluppare modi per modulare esternamente queste firme coscienti e ripristinare un certo grado di consapevolezza o reattività nei pazienti che li hanno persi, ad esempio utilizzando tecniche di stimolazione cerebrale non invasiva come la stimolazione elettrica transcranica

Infatti, nel gruppo di ricerca presso l'Università di Birmingham, si sta iniziando a esplorare questa possibilità.

La ricerca scientifica ci porta anche ad avvicinarci alla comprensione di come nasce la coscienza nel cervello

In tal modo avremo maggiori informazioni sulle firme neuronali della coscienza in persone che hanno sperimentato vari stati di coscienza alterati - che vanno dall'assunzione di sostanze psichedeliche a sperimentare sogni lucidi - un giorno potremmo decifrare questi processi.

Si tratta di una sfida davvero emozionante non solo per la scienza ma per la vita di ciascun essere umano!

 

Riferimenti bibliografici

Human consciousness is supported by dynamic complex patterns of brain signal coordination di a. demertzi, e. tagliazucchi, s. dehaene, g. deco, p. barttfeld, f. raimondo, c. martial, d. fernández-espejo, b. rohaut, hu voss, nd schiff, am owen, s. laureys, l. naccache, jd sitt Science Advances  06 Feb 2019: vol. 5, no. 2, eaat7603

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