Che diavolo è un Claustrum?

Data la sua natura soggettiva, la coscienza è già un argomento controverso nel mondo della scienza del cervello. Mentre alcuni neuroscienziati dubitano che la coscienza possa essere studiata, altri ancora tentano di identificare parti del cervello che supportano la consapevolezza soggettiva. Ad un incontro di neuroscienziati il ​​15 febbraio a Bethesda, nel Maryland, un annuncio ha spinto la ricerca di comprendere nuovamente la coscienza sotto i riflettori. Un gruppo di neuroscienziati guidati da Christof Koch ha identificato i neuroni in una regione del cervello relativamente oscura, conosciuta come claustrum che invia fibre in tutta la corteccia cerebrale, ben oltre il punto in cui dovrebbero proiettarsi. Un neurone mostrato nella presentazione ha inghiottito il cervello come una "corona di spine" con le sue fibre colossali. Secondo Nature News, "Koch vede questo come prova che il claustrum potrebbe coordinare input e output attraverso il cervello per creare consapevolezza."

L'ipotesi che una regione del cervello possa occupare una posizione privilegiata come il guardiano centrale della coscienza è sicura di innescare un dibattito in una comunità che è spesso scettica di quasi tutte le teorie della coscienza. Ma prima di esplorare la plausibilità di questa ipotesi, che diamine è un claustrum?

A differenza degli amici familiari come la corteccia cerebrale, il cervelletto, l'amigdala o il midollo, il claustrum si sente come il misterioso vicino del tuo condominio che non hai mai incontrato. Quando parliamo del claustrum, ci riferiamo a un foglio estremamente sottile di neuroni situato appena sotto il lobo insulare della corteccia, il lobo nascosto che può essere visto solo da un chirurgo se altre parti della corteccia vengono tirate da parte. La maggior parte, se non tutti, i mammiferi hanno un claustrum. Ma, stranamente, nessuno può sicuramente dire cosa fa il claustrum o perché è importante. La verità spaventosa è che nessun chirurgo del cervello può davvero dirti cosa sarebbe successo se lui o lei avesse rimosso questa sottile coperta di neuroni dal tuo cranio.

Il claustrum è mostrato come un foglio blu sotto la corteccia.

Fonte: Grey's Anatomy / Wikimedia Commons

Ciò è probabilmente dovuto al fatto che il claustrum è troppo bizzarro per poterlo manipolare o lesionare facilmente. Ogni cervello ha due claustra orientati lungo una linea che punta dalla parte anteriore della testa verso la parte posteriore. Come un pancake sciatto cucinato in fretta in un viaggio in campeggio, il claustrum umano appare come un foglio sottile e contorto. A differenza dell'amigdala a forma di noce – una struttura piccola e compatta il cui semplice bordo potrebbe facilmente eguagliare il percorso insidioso della morte del tessuto dopo un ictus – la strana anatomia del claustrum significa che non può essere facilmente lesionata senza danneggiare anche molte strutture cerebrali vicine. Per questo motivo, i medici devono ancora incontrare un paziente la cui lesione claustrale o lesione può essere chiaramente associata ad un deficit comportamentale o cognitivo. Inoltre, gli scienziati non possono facilmente lesionare il claustrum di un animale senza danneggiare altre aree del cervello. Di conseguenza, nessun esperimento fino ad oggi ha chiaramente stabilito un ruolo funzionale per il pezzo di anatomia più curioso del cervello.

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Un altro fatto strano sul claustrum è la sua scarsità di diversi tipi di cellule. Rispetto alla ricca varietà di neuroni presenti in altre parti del cervello come la corteccia, il claustrum presenta solo alcuni tipi diversi di neuroni. Dato questo fatto, combinato con la larghezza apparentemente sottile del claustrum, si potrebbe essere tentati di respingere il claustrum come una regione del cervello rudimentale, una struttura anatomica come l'appendice umana che non serve più a scopi chiari, continuamente ridotta di generazione in generazione dal parsimonioso mani di selezione naturale.

Ma ci sono molte prove che l'immagine sopra sia sbagliata. Il claustrum del topo trasmette la sua importanza dalla sconvolgente ampiezza delle sue proiezioni che la squadra di Koch ha recentemente fotografato. Ma il claustrum umano potrebbe ancora essere rudimentale? Anche questo è improbabile. Uno studio neuroimaging sull'uomo di Jack Van Horn e dei suoi colleghi dell'Università della California meridionale ha rivelato che nessun'altra struttura del cervello di un volume paragonabile ha così tante connessioni anatomiche con altre strutture cerebrali. In altre parole, il claustrum è come una minuscola stazione ferroviaria che, nonostante le sue dimensioni compatte, invia e riceve partenze e arrivi da un vasto numero di altre stazioni ferroviarie. L'altissima connettività del claustrum suggerisce che sia ingannevolmente importante in una o più reti cerebrali. Infatti, l'input sensoriale proveniente da quasi tutte le regioni della corteccia arriva al claustrum.

I collegamenti tra molte altre regioni del cervello e il claustrum sono mappati qui a colori.

Fonte: Gattass et al., Front. Syst. Neurosci., 07 maggio 2014 (licenza Creative Commons)

Data questa immagine riveduta del claustrum – ben lontano da un'appendice neurale – un nuovo errore chiama. Non è difficile immaginare il claustrum come una sorta di centro di comando del cervello, il suo interno rivestito da monitor televisivi che mostrano la piena attività del cervello mentre un ometto sorseggia la limonata e preme i pulsanti. Forse siamo ulteriormente incoraggiati a questa discutibile ipotesi da un rapporto pubblicato di una donna con elettrodi inseriti in profondità nel suo cervello per curare le convulsioni. La stimolazione erogata da un elettrodo tra il claustrum sinistro e la corteccia insulare ha causato la perdita di coscienza della donna, che ha riacquistato al termine della stimolazione. Poiché altri elettrodi posizionati nelle vicinanze non hanno avuto lo stesso effetto, questo caso clinico è la cosa più vicina che gli scienziati hanno di uno studio lesivo del claustrum.

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Quindi, il claustrum è un centro di comando figurativo? Un concetto simile fu concepito dal matematico e filosofo francese del diciassettesimo secolo René Descartes . Cartesio immaginava che ci fosse un punto nel cervello in cui tutte le informazioni sensoriali si intersecano e un'anima eterna si siede e osserva. Di fatto, immaginava che questo posto fosse la ghiandola pineale – una piccola ghiandola endocrina nel cervello – data la sua posizione comoda e centralizzata tra entrambi gli emisferi cerebrali. Per questo motivo, le teorie moderne che enfatizzano una parte del cervello come centro di comando o anima vengono spesso chiamate Teatri Cartesiani . La metafora di un ometto seduto all'interno di un teatro nel cervello e osservare un display di tutto il suo contenuto è allettante, ma la sua logica è circolare. Come fa questo omino a guardare il display? Dov'è il suo cervello, e come ha senso del teatro intorno a lui?

Il cervello ha un centro di comando privilegiato? René Descartes credeva che il cervello e l'anima interagissero alla ghiandola pineale.

Fonte: Rene Descartes (Wikimedia Commons)

Koch e il suo defunto collega Francis Crick , co-scopritore della struttura a doppia elica del DNA, hanno commentato questa visione del claustrum sottolineando che il claustrum è più probabile che sia un direttore d'orchestra di un centro di comando. Scienziati come Crick e Koch che studiano la coscienza devono spiegare perché la coscienza si sente come una cosa. Ad esempio, la forma, il colore e le dimensioni di un pallone da basket vengono elaborati in diverse aree del cervello, nonostante il fatto che tutte queste funzionalità siano integrate in un tutt'uno. Molte teorie popolari della coscienza, come la teoria dell'informazione integrata di Giulio Tononi , sottolineano la necessità di un cervello che integri le informazioni attraverso molte strutture o moduli nel dare origine alla coscienza. Tononi e altri spesso sottolineano la coesistenza di connessioni anatomiche sia a lungo raggio che a corto raggio all'interno della corteccia cerebrale come supporto di tale integrazione. In questa prospettiva, la responsabilità di integrare le informazioni è distribuita attraverso la corteccia da una rete di fibre diverse. La coscienza è auto-organizzata nel quadro di questa teoria: non derivante da un singolo luogo o modulo, ma piuttosto dalle interazioni tra molti diversi moduli cerebrali.

L'idea che una struttura come il claustrum abbia un ruolo privilegiato come direttore d'orchestra, sincronizzando e integrando l'attività tra gli emisferi cerebrali, sembra porre una sottile sfida all'immagine prevalente del cervello che enfatizza l' auto-organizzazione e l'attività distribuita. Tuttavia, anche se questa sfida vale il merito, è importante sottolineare che il claustrum è probabilmente solo necessario e non sufficiente per la coscienza. In altre parole, l'attività distribuita di altre aree cerebrali è ancora importante. Il direttore d'orchestra potrebbe essere necessario per l'orchestra, ma, inutile dirlo, abbiamo ancora bisogno dell'orchestra per suonare la musica!

Per ora, le teorie sulla funzione del claustrum rimangono speculative. Sebbene nessuno studio abbia dimostrato rigorosamente una funzione per questo pancake dalla forma strana, un possibile approccio sarebbe quello di esprimere proteine ​​speciali chiamate opsine nel claustrum che attivano l'attività neurale quando stimolate dalla luce. In questo modo, i neuroscienziati potrebbero illuminare la luce laser sul claustrum per eccitare o inibire i neuroni claustrali, mettendo così in crisi la loro relazione causale con comportamenti diversi. Questa tecnica, chiamata optogenetica , richiederebbe agli scienziati di identificare per prima cosa un'impronta genetica dei geni espressi dai neuroni claustrali prima che possano essere presi di mira per l'espressione dell'opsina.

Anche alla luce del recente annuncio di Koch, la funzione di questa insolita struttura cerebrale rimane misteriosa. Nell'oceano del cervello, c'è un sacco di territori inesplorati ancora da esplorare. Per i giovani studenti che studiano il cervello, molte opportunità di farsi un nome per se stessi attendono. Dopotutto, per quanto riguarda la funzione, ancora non sappiamo davvero cosa diavolo sia un claustrum.

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Guarda il discorso di Koch alla riunione dell'iniziativa BRAIN qui (salta alle 2:11:30).

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