Il cervelletto, la corteccia cerebrale e l'autismo sono intrecciati

L'iperconnettività o la sottocorrettivita 'tra regioni specifiche del cervelletto e la corteccia cerebrale sono legate ai bambini con disturbi dello spettro autistico.

Fonte: SDSU Marketing e comunicazioni

I neuroscienziati hanno identificato un nuovo marker per l'autismo basato sulla connettività anormale tra il cervelletto e la corteccia cerebrale. Questo studio è il primo a guardare le connessioni tra l'intera corteccia cerebrale e il cervelletto utilizzando l'imaging cerebrale fMRI.

I neuroscienziati cognitivi della San Diego State University (SDSU) hanno recentemente scoperto che nei bambini e negli adolescenti con disturbo dello spettro autistico (ASD) le connessioni tra il cervelletto e la corteccia cerebrale erano sovrasviluppate nelle regioni sensomotorie del loro cervello.

Il rovescio della medaglia, i partecipanti allo studio con autismo avevano una connettività sottosviluppata tra le regioni del cervello coinvolte in funzioni cognitive di ordine superiore come il processo decisionale, l'attenzione e il linguaggio.

Lo studio di aprile 2015, "Cerebro-Cerebellar Resting State Functional Connectivity in Children and Adolescents With Autism Spectrum Disorder", è stato pubblicato sulla rivista Biological Psychiatry .

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La prima scrittrice dello studio, Amanda Khan, è una ex studentessa al SDSU ed è attualmente dottoranda alla Suffolk University di Boston. Ralph-Axel Müller, uno psicologo SDSU, è l'autore corrispondente dello studio.

Per questo studio, i ricercatori hanno chiesto a 56 bambini e adolescenti -28 con autismo e 28 senza il disturbo – di fissarsi su un punto focale senza pensare a nulla in particolare mentre utilizzavano la tecnologia di imaging cerebrale fMRI per esaminare il cervello dei bambini. Catturare questa attività spontanea ha permesso ai ricercatori di concentrarsi sui modelli neuronali di base essenziali di ciascun partecipante.

Cervelletto in rosso.

Fonte: Wikimedia Commons / Database delle scienze della vita

Tipicamente, le connessioni sensomotorie tra la corteccia cerebrale e il cervelletto si sviluppano durante i primi anni di vita. In un comunicato stampa Müller disse:

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I nostri risultati suggeriscono che le prime connessioni sensorimotorie in via di sviluppo sono altamente rappresentate nel cervelletto a scapito delle più alte funzioni cognitive nei bambini con autismo.

Nel momento in cui le funzioni cognitive superiori iniziano a venire online, molte delle connessioni sono già specializzate. Se una particolare parte del cervello è già funzionalmente attiva in un dominio, potrebbe non esserci motivo per il cervello di trasferirlo in un altro dominio più avanti nella vita.

Durante la prima infanzia, l'impalcatura viene stabilita tra varie regioni del cervello che creano le basi per le future reti neurali che saranno potate o rafforzate attraverso la neuroplasticità. La chiave dell'apprendimento e della memoria si basa sul principio del "fuoco e filo" che crea connettività cerebrale tra regioni cerebrali che lavorano insieme in modo più efficiente.

Il cervello vuole essere semplificato. Attraverso la plasticità, il tuo cervello taglia le connessioni tra reti apparentemente inutili e rafforza le connessioni tra regioni cerebrali che richiedono linee di comunicazione più robuste.

Le reti neurali sono come reti di telecomunicazione.

Fonte: dominio pubblico

Potete immaginare i miliardi di connessioni neurali all'interno e tra il cervelletto e la corteccia cerebrale come i vecchi fili del telefono di una griglia di utilità simile a quelli visti in questa illustrazione di New York City del 1890.

Sembra che nell'autismo l'eccessivo sviluppo della connettività tra le regioni sensorimotorie del cervello monopolizzi le reti neurali e inibisca il cablaggio connettivo che è tipicamente designato per servire un funzionamento cognitivo superiore.

È come se tutte le linee di comunicazione nei bambini con ASD venissero inglobate da connessioni sensomotorie prima che le connessioni delle funzioni cognitive di ordine superiore abbiano la possibilità di diventare una parte delle altre reti di comunicazione del cervello.

"Qualunque cosa stia facendo il cervelletto, ne sta facendo un sacco"

Tradizionalmente, la maggior parte dei neuroscienziati ha considerato il cervelletto (in latino "Little Brain") avere il compito relativamente semplice di controllare la coordinazione e l'equilibrio muscolare. Convenzionalmente, i neuroscienziati non attribuiscono al cervelletto molto credito per funzioni esecutive superiori, cognizione, disturbi psichiatrici o regolazione emotiva. Fortunatamente, queste nozioni obsolete del cervelletto si stanno rapidamente evolvendo.

Mi sono dedicato a svelare i misteri del cervelletto per oltre un decennio. Mio padre, Richard Bergland, era un neuroscienziato, neurochirurgo e autore di The Fabric of Mind (Viking). Era ossessionato dal cervelletto e ha passato questa ossessione a me.

Fonte: Viking Adult

Il cervelletto è solo il 10% del volume del cervello, ma contiene oltre il 50% dei neuroni totali del cervello.

Sulla base di questa sproporzione, mio ​​padre diceva sempre: "Non sappiamo esattamente cosa stia facendo il cervelletto, ma qualunque cosa stia facendo, ne sta facendo un sacco".

Mio padre aveva l'impressione che il cervelletto potesse avere un ruolo nella funzione cognitiva, ma non era in grado di dimostrarlo nel suo laboratorio. È diventato frustrato dai limiti della tecnologia di imaging cerebrale del XX secolo, ma, tragicamente, non è vissuto per vedere l'avvento della tecnologia utilizzata oggi.

Quando mio padre è morto nel 2007, ho fatto voto di tenere le mie antenne in attesa di nuove ricerche sul cervelletto e fare del mio meglio per rivendicare le sue convinzioni sul cervelletto postumo in memoria a lui.

Ho "Google Alert" sul mio smartphone impostato su ding con un suono speciale ogni volta che un aggiornamento sul "cervelletto" o "cerebellar" è pubblicato su Internet. Sono come un cane pavloviano che saluta quando sento il mio telefono suonare con un avviso di Google che c'è un aggiornamento di notizie sul cervelletto.

Inutile dire che ieri ero al settimo cielo quando ho avvertito di questo nuovo studio e sbavavo dappertutto. Ancora una volta, questa innovativa SDSU è la prima in assoluto a esaminare sistematicamente le connessioni tra l'intera corteccia cerebrale e il cervelletto utilizzando l'imaging cerebrale fMRI.

Diminuzione dell'attività neurale legata all'apprendimento più veloce

È interessante notare che un altro studio di aprile 2015 ha rilevato che gli studenti più veloci in un esperimento sensomotorio hanno effettivamente mostrato una diminuzione dell'attività neurale tra specifiche regioni del cervello nella corteccia frontale e nella corteccia cingolata anteriore.

Questo studio è stato una collaborazione che comprendeva l'Università della California a Santa Barbara, Scott Grafton, MD e colleghi dell'Università della Pennsylvania e della Johns Hopkins University. Il loro studio, "Autonomia indotta dall'apprendimento dei sistemi Sensorimotor", è stato pubblicato sulla rivista Nature Neuroscience .

In un comunicato stampa, Grafton descrisse la ricerca dicendo:

È utile pensare al tuo cervello come a un kit di strumenti molto grande. Quando inizi a imparare una nuova e stimolante abilità, come suonare uno strumento musicale, il tuo cervello utilizza molti strumenti diversi nel disperato tentativo di produrre qualcosa di lontanamente vicino alla musica.

Con il tempo e la pratica, sono necessari meno strumenti e le aree motorie principali sono in grado di supportare gran parte del comportamento. Ciò che mostra il nostro studio di laboratorio è che oltre una certa quantità di pratica, alcuni di questi strumenti cognitivi potrebbero in realtà ostacolare l'ulteriore apprendimento.

Grafton e i suoi colleghi hanno scoperto che i blocchi visivo e motorio avevano molta connettività durante le prime prove, ma mentre l'esperimento progrediva diventavano essenzialmente autonomi. Grafton ha spiegato che "la parte del cervello che controlla il movimento delle dita e la parte che elabora lo stimolo visivo non interagisce affatto per la fine dell'esperimento".

"Le precedenti ricerche sull'imaging cerebrale hanno per lo più considerato l'apprendimento delle abilità al massimo – pochi giorni di pratica, il che è sciocco", ha detto Grafton. Aggiungendo: "Chi ha mai imparato a suonare il violino in un pomeriggio? Studiando gli effetti di una pratica dedicata per molte settimane, otteniamo informazioni su cambiamenti cerebrali mai osservati prima. Questi rivelano intuizioni fondamentali nell'apprendimento delle abilità che sono simili ai tipi di apprendimento che dobbiamo raggiungere nel mondo reale. "

Il mese scorso, ho scritto un post sul blog di Psychology Today intitolato "The Cerebellum Deeply Influences I nostri pensieri ed emozioni", basato sulla ricerca che Jeremy D. Schmahmann, MD sta facendo presso la Harvard Medical School.

Schmahmann ha una teoria che lui chiama "Dysmetria of Thought", che è fondamentalmente un'ipotesi che il cervelletto perfeziona e coordina il nostro apprendimento e il nostro pensiero proprio come si sintonizza e coordina i movimenti dei muscoli.

Con l'idea di una "dismetria di pensiero" fresca nella mia mente, ho mandato una mail al dottor Scott Grafton per chiedergli se pensava che il cervelletto potesse giocare un ruolo nel perché gli studenti più veloci mostrassero meno attività neurale. Ha risposto: "Christopher, non credo che il cervelletto possa spiegare i complessi cambiamenti delle comunità di rete che stiamo osservando. È lungo il viaggio, ma non ci sono prove chiare che stia guidando questi cambiamenti ".

Mentre provo a collegare i punti tra tutte le ultime ricerche sul cervelletto, mi chiedo se i risultati di SDSU potrebbero coincidere in qualche modo con la ricerca di Grafton e aiutare a spiegare come il cervelletto è "pronto per il viaggio"?

Il cervelletto rimane molto misterioso. Sono ottimista sul fatto che tutta questa ricerca e questa scoperta siano parte della soluzione di un puzzle che un giorno potrebbe consentire ai ricercatori di creare trattamenti rivoluzionari per disturbi come l'autismo.

Conclusione: superfluidità e la psicologia positiva del cervelletto

Come per la maggior parte dei disturbi neurologici, qualsiasi cosa che porta qualcuno "a sud di zero" sulla scala da -5 a +5 ha la capacità di portare qualcuno "a nord di zero" quando, invece di essere disfunzionali, la connettività cerebrale e la plasticità sono ottimizzate.

Ho un'ipotesi che massimizzare la funzione cerebrale e il potenziale umano può essere raggiunto ottimizzando l'interconnessione tra ciascuno dei quattro emisferi del cervello e trovando modi per mitigare la plasticità dannosa della sovraccettività e della sottocarbonnessione.

Di seguito è riportato un abbozzo rudimentale che ho fatto alcuni anni fa che illustra la mia teoria della "superfluidità" che è un termine che uso per descrivere la sincronicità della connettività tra la materia grigia e bianca di ogni regione del cervello all'interno di entrambi gli emisferi del cervello e del cervelletto .

"Superfluidità" viene creata quando la connettività tra tutte le regioni del cervello viene ottimizzata.

Fonte: Illustrazione e fotografia di Christopher Bergland c. 2009

Come ipotesi plausibile, sospetto che si ottenga una funzione cerebrale ottimale quando tutti e quattro gli emisferi cerebrali lavorano insieme in perfetta armonia a livello elettrico, chimico e architettonico.

Credo che un picco di stato di coscienza avvenga quando ogni angolo di ognuno dei quattro emisferi del tuo cervello lavora insieme in sincronicità. Lo chiamo stato di "superfluidità" perché rappresenta assolutamente zero attrito, zero entropia e zero viscosità tra pensiero, azione ed emozione.

Se desideri saperne di più sul cervelletto, dai un'occhiata ai miei post precedenti sul blog di Psychology Today :

• "In che modo il cervelletto è collegato ai disturbi dello spettro autistico?"
• "La ricerca collega la gravità dell'autismo con le carenze di abilità motorie"
• "Come sono le cellule di Purkinje nel cervelletto legate all'autismo?"
• "L'autismo, le cellule di Purkinje e il cervelletto si intrecciano"
• "Il cervelletto influenza profondamente i nostri pensieri ed emozioni"
• "In che modo la postura del corpo influenza l'apprendimento precoce e la memoria?"
• "Il cervelletto contiene molti indizi per la creazione di robot umanoidi"
• "Migliori abilità motorie legate a punteggi accademici superiori"
• "Il coordinamento occhio-mano migliora le abilità cognitive e sociali"
• "Un pensiero troppo cristallizzato riduce l'intelligenza fluida"
• "In che modo il cervelletto è collegato al disturbo bipolare?"
• "La dimensione del cervelletto è legata all'intelligenza umana?"
• "La neuroscienza del conoscere senza sapere"
• "Area del cervello primitiva legata all'intelligenza umana"
• "The Mysterious Neuroscience of Learning Automatic Skills"
• "La neurobiologia della grazia sotto pressione"
• "In che modo il nervo vago trasmette l'istinto al cervello?"
• "Perché Overthinking causa l'arresto degli atleti?"
• "Verso un nuovo modello split-brain: cervello cervello in su"
• "I neuroscienziati scoprono come la pratica rende perfetti"
• "I problemi della famiglia dell'infanzia possono smuovere lo sviluppo del cervello"
• "La neuroscienza di calmare un bambino"
• "Perché ballare così bene per il tuo cervello?"
• "The Neuroscience of Madonna's Enduring Success"
• "Gesturing coinvolge tutti e quattro gli emisferi cerebrali"
• "La neuroscienza della superfluidità"
• "Un altro motivo per staccare la televisione"
• "La neuroscienza dell'immaginazione"
• "Può allenarsi da solo a creare maestria?"
• "No. 1 La pratica del motivo rende perfetti "
• "Come si pratica la memoria muscolare a lungo termine?"

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