Le funzioni cerebrali complesse di Cerebellum Fine-Tune?
Nel 1504, Leonardo da Vinci fece dei getti di cera del cervello umano e coniarne il termine cervelletto (latino per "piccolo cervello"). Storicamente, il cervelletto è stato considerato dalla maggior parte dei neuroscienziati una regione del cervello che è principalmente coinvolta in attività non mentali come il coordinamento dei tempi e della precisione dei movimenti muscolari.
Anche se sono passati cinque secoli da quando Da Vinci ha realizzato i suoi iconici getti di cera del cervelletto, i neuroscienziati stanno appena iniziando a decodificare il misterioso "piccolo cervello". Questo è un momento molto eccitante per ricercare e scrivere sul cervelletto. Negli ultimi anni, una vasta gamma di studi ha dimostrato, per la prima volta, che il cervelletto svolge un ruolo fondamentale in molti dei nostri processi cognitivi, emotivi e creativi.
Nel marzo 2016, Ian Fyfe, MD, ha pubblicato un articolo, "L'atrofia cerebellare ha modelli specifici per la malattia", sulla rivista Nature Reviews Neurology . ( Cerebellar significa "del cervelletto" ed è la parola sorella di cerebrale , che significa "del cervello".) Nella sua recensione, Fyfe evidenzia due studi recenti che hanno identificato modelli distintivi di atrofia cerebellare che sono legati a modelli più ampi di cervello degenerazione della rete. Entrambi gli studi hanno rilevato che la perdita di volume del cervello della materia grigia in specifiche regioni del cervelletto è legata alla malattia di Alzheimer (AD) e alla demenza frontotemporale (FTD).
Questa ricerca aggiunge una lista crescente di studi innovativi sul cervelletto che sono stati pubblicati l'anno scorso. Ad esempio, uno studio di aprile 2015 ha riportato che gli adolescenti con disturbi dello spettro autistico (ASD) presentavano una connettività anormale cerebellare con aree del cervello (latino per "cervello") coinvolte in funzioni cognitive di ordine superiore come il processo decisionale, l'attenzione e il linguaggio . Altri studi nell'ultimo anno hanno collegato l'ASD allo sviluppo atipico delle cellule di Purkinje nel cervelletto.
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Nel gennaio 2016, uno studio ha identificato una correlazione tra il danno delle cellule di Purkinje cerebellare nei veterani di combattimento che avevano sperimentato che i microblasti erano fortemente legati al disturbo da stress post-traumatico (PTSD) resistente al trattamento.
All'estremo opposto dello spettro, nel maggio del 2015 uno studio condotto da ricercatori della Stanford University ha riportato che un'attività cerebrale robusta e sana è legata al pensiero creativo e alle scoperte innovative.
Per leggere più approfonditamente la copertura di tutte le ultime ricerche sul cervelletto, controlla i link ai miei post precedenti di Psychology Today in fondo a questa pagina.
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Nel marzo del 2015, il programma "Morning Edition" della NPR ha fatto una storia sul cervelletto che ha evidenziato il lavoro di Jeremy Schmahmann, MD, del Massachusetts General Hospital.
Dopo aver ascoltato il pezzo del NPR, ho mandato una email al Dr. Schmahmann per presentarmi e fargli alcune domande sulla sua ricerca pionieristica sul cervelletto. Attraverso la nostra corrispondenza, ci siamo resi conto che Schmahmann e mio padre – che ha trascorso molti anni come capo della neurochirurgia all'ospedale Beth Israel di Boston – avevano una connessione "a due gradi di separazione" attraverso la Harvard Medical School.
La scorsa primavera, ho anche appreso l'affascinante teoria di Schmahmann chiamata "Dysmetria of Thought", che è fondamentalmente un'ipotesi che il cervelletto aiuta a coordinare e perfezionare le funzioni cognitive nella corteccia cerebrale allo stesso modo in cui affina i movimenti muscolari comunicando con gli emisferi destro e sinistro del cervello. (L'emisfero sinistro del cervello controlla i movimenti sul lato destro del corpo, l'emisfero destro del cervelletto controlla i movimenti sul lato destro del corpo e viceversa).
Di seguito una clip di YouTube della conferenza del Dr. Schmahmann, "La sindrome cognitiva affettiva cerebellare: implicazioni per la neuropsichiatria", in cui spiega la sua teoria rivoluzionaria di "dismetria del pensiero" in relazione al cervelletto e alle funzioni cerebrali.
Uno dei punti chiave di questo video è il fatto che, per eoni, gli scienziati del cervello hanno identificato funzioni specifiche di varie regioni del cervello solo dopo un ictus, un incidente o qualche altra malattia danneggiata un'area specifica che ha provocato deficit o cambiamenti nella personalità. Ad esempio, l'area di Broca (che è un'area del cervello associata alla parola) è stata scoperta quando Pierre Paul Broca ha identificato le menomazioni in due pazienti che avevano perso la capacità di parlare dopo un infortunio nell'area del giro frontale inferiore.
Pertanto, al fine di identificare gli interventi che ottimizzano la funzione cerebrale, i neuroscienziati si basano innanzitutto sul fare associazioni con varie funzioni cognitive identificando quando e come le cose vanno male. Ad esempio, qualsiasi scoperta sul cervelletto che individua come la perdita di volume del cervello (o connettività funzionale) porti qualcuno "a sud di zero" può essere applicata al contrario per portare qualcuno "a nord dello zero" identificando scelte di stile di vita o farmaci che possono fortificare struttura e connettività funzionale del cervelletto nella direzione opposta.
La ricerca futura sul cervelletto potrebbe portare a progressi che aiutino le persone con demenza, malattia di Alzheimer, autismo o PTSD a condurre una vita migliore. Questa ricerca rivoluzionaria sul cervelletto può anche rivelarsi utile per identificare modi attuabili per ottimizzare il potere cerebrale e le funzioni cerebrali per persone di ogni ceto sociale.
"Qualunque cosa stia facendo il cervelletto, ne sta facendo un sacco"
Se ti stai chiedendo come mi sono interessato al cervelletto, ecco il retroscena. Mio padre, Richard Bergland, era un neurochirurgo, neuroscienziato e autore di The Fabric of Mind (Viking). Mio padre era ossessionato dal cervelletto e mi ha trasmesso questa ossessione.
Sebbene il cervelletto rappresenti solo il 10% del volume totale del cervello, gli emisferi cerebellari rappresentano ben oltre il 50% dei neuroni totali del cervello. Sulla base del numero sproporzionato di neuroni nel cervelletto, mio padre diceva spesso: " Non sappiamo esattamente cosa stia facendo il cervelletto, ma qualunque cosa stia facendo, ne sta facendo un sacco. ”
Nel 2005, mio padre e io abbiamo creato un modello split-brain che taggava il cervello come "cervello in alto" e il cervelletto come "cervello in basso". Questa è stata una risposta diretta e convincente al modello del cervello sinistro-destro padre aveva contribuito a mettere sotto i riflettori durante gli anni '70.
Oltre al suo stesso scritto per un pubblico mainstream, mio padre era anche un esperto medico per libri come Betty Edwards ' Drawing on the Right Side of the Brain . Sebbene inizialmente mio padre sostenesse il modello del cervello destro-sinistro, più tardi nella sua vita si convinse che la divisione più importante nel cervello non era tra il corpo calloso e gli emisferi cerebrali, ma piuttosto tra il mesencefalo che collega il cervello e cervelletto, e il verme.
Quando mio padre è morto improvvisamente per un infarto nel 2007, ho fatto voto che avrei fatto del mio meglio per finire il lavoro della sua vita tenendo le antenne in attesa di nuove ricerche sul cervelletto. Il mio obiettivo è quello di collegare i punti delle ultime neuroscienze in modi nuovi e utili per un pubblico di lettura generale. Questo impegno quotidiano è il motivo per cui sto scrivendo questo post sul blog … Ogni giorno, mi sveglio sperando che ci saranno nuove scoperte che faranno avanzare la nostra comprensione del misterioso e potente cervelletto.
Di seguito è riportato un semplice schizzo che ho disegnato in base a quali mappe i vari emisferi cerebrali potrebbero essere interconnessi in modo da mettere a punto entrambi i nostri movimenti e pensieri muscolari.
L'atrofia del cervelletto è collegata alla malattia di Alzheimer e alla demenza
Il mese scorso ha prodotto un'abbondanza di nuove proficue ricerche riguardanti la connessione tra il cervelletto e le complesse funzioni cerebrali. Come ho accennato in precedenza, Ian Fyfe ha recentemente messo in luce due diversi studi come un nuovo terreno collegando una perdita di volume cerebrale nel cervelletto come associata al declino cognitivo osservato sia nella malattia di Alzheimer che nella demenza del lobo frontale.
Storicamente, gli scienziati si sono concentrati esclusivamente sull'atrofia nella corteccia cerebrale come associata a malattie neurodegenerative come la demenza. Fino a poco tempo fa, il cervelletto di solito è andato sotto il radar. Tuttavia, l'ultima ricerca suggerisce che i modelli di atrofia osservati nel cervelletto possono essere una parte intrinseca di un quadro di degenerazione basato sulla rete in cui la neuropatologia si diffonde attraverso le reti di connettività tra tutti e quattro gli emisferi cerebrali.
Il primo studio, "Vulnerabilità selettiva della rete del cervelletto umano per la malattia di Alzheimer e demenza frontotemporale", è stato condotto da ricercatori in Australia e pubblicato nel numero di febbraio 2016 della rivista Brain . I ricercatori hanno identificato che specifiche reti neurali tra circuiti cerebellari – che condividono estese connessioni con la corteccia cerebrale – potrebbero essere selettivamente mirate da certe malattie neurodegenerative.
Per questo studio, i neuroscienziati hanno esaminato l'atrofia strutturale nel cervelletto attraverso tipi comuni di malattie neurodegenerative e hanno caratterizzato i modelli di connettività funzionale di queste regioni di atrofia cerebellare.
I ricercatori australiani hanno concluso che la malattia di Alzheimer e la demenza frontotemporale sono associate a un'atrofia distinta e circoscritta nel cervelletto. Questa è la prima volta che i ricercatori hanno dimostrato la vulnerabilità selettiva del cervelletto alle comuni malattie neurodegenerative. I ricercatori dello studio hanno concluso,
"Il nostro lavoro ha anche implicazioni dirette sul contributo cerebellare ai processi cognitivi e affettivi che sono compromessi nella neurodegenerazione così come la pratica di utilizzare il cervelletto come regione di riferimento per gli studi di neuroimaging ligando."
Il secondo studio, "Modelli di atrofia cerebellare regionale nella demenza frontotemporale genetica", è stato condotto da ricercatori dell'University College di Londra (UCL) e pubblicato nel numero di febbraio 2016 di Neuroimage: Clinical .
La demenza frontotemporale (FTD) è una disfunzione neurodegenerativa eterogenea con una forte componente genetica. Il cervelletto non è stato tradizionalmente considerato coinvolto nell'FTD, ma recenti ricerche suggeriscono un potenziale legame all'atrofia cerebellare perché il cervelletto è ampiamente connesso a diverse regioni cerebrali del cervello, comprese le aree chiave coinvolte nell'FTD.
I ricercatori sottolineano che sebbene il verme (che collega l'emisfero sinistro e destro del cervelletto) sia da tempo coinvolto nell'integrazione di input sensoriali riguardo ai comandi motori, "è anche considerato il" cervelletto limbico ", coinvolto la modulazione delle emozioni e dei comportamenti sociali, basata sulle sue connessioni con le strutture del cervello limbico. "
L'integrità grigia e bianca della materia tra il cervello e il cervelletto è connessa?
Ieri, ho scritto un post sul blog di Psychology Today , "Vuoi accendere il tuo cervello? Bruciate alcune calorie tramite l'esercizio ", basato su un nuovo studio che ha scoperto che bruciare calorie attraverso l'attività fisica era legato all'aumento del volume di materia grigia nel cervello. Altri studi recenti hanno scoperto che la mancanza di esercizio fisico è legata alla riduzione dei volumi cerebrali della materia grigia nel cervello.
In questo senso, in uno studio di agosto 2015, i ricercatori del Beckman Institute dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno riferito che l'esercizio aerobico e la forma fisica migliorano l'integrità dei tratti della sostanza bianca che collegano la materia grigia in varie regioni del cervello. Questo miglioramento dell'integrità della sostanza bianca è stato associato a una maggiore flessibilità cognitiva e all'attività cerebrale spontanea negli anziani.
In The Athlete's Way , discuto che l'atrofia del cervelletto è legata al sedentarismo. Le persone costrette a letto per più di sei mesi possono perdere fino al 23% del volume cellulare di Purkinje nel cervelletto.
Sulla base delle ultime scoperte, si potrebbe formulare un'ipotesi plausibile secondo cui l'attività fisica potrebbe stimolare la crescita della materia grigia attraverso la neurogenesi in entrambi gli emisferi del cervello e del cervelletto. Viceversa, sedersi tutto il giorno potrebbe causare il restringimento del volume di materia grigia in tutti e quattro gli emisferi cerebrali e contemporaneamente ridurre la connettività funzionale della materia bianca tra le regioni del cervello.
Albert Einstein ha detto di E = mc2, "Ci ho pensato mentre guidavo la mia bicicletta." Einstein era famoso per fare lunghe passeggiate nel campus di Princeton, andare in bicicletta regolarmente, ed essere un violinista virtuoso all'età di sette anni. È interessante notare che nel 2013 uno studio postumo sugli emisferi cerebrali cerebrali di Albert Einstein ha rivelato che aveva una connettività straordinariamente robusta tra gli emisferi sinistro e destro del suo cervello che potrebbe aver acceso la sua brillantezza.
Sebbene sia pura speculazione da parte mia, non sarei sorpreso di apprendere che Einstein aveva anche una struttura robusta e una connettività funzionale tra i suoi emisferi cerebellari basati sulla sua attività fisica e musicalità.
Uno dei motivi principali per cui sono in una crociata per mettere il cervelletto sotto i riflettori (e fare del cerebellar una parola di famiglia) è la mia convinzione che la chiave per massimizzare il potenziale umano di ogni individuo risieda nell'ottimizzazione della struttura e della connettività funzionale di tutti quattro emisferi cerebrali per tutta la vita.
Come padre di un bambino di 8 anni, sono fortunato che la routine quotidiana e l'educazione di mia figlia rappresentino una miscela omogenea di apprendimento cerebrale cristallizzato di conoscenza "esplicita" e apprendimento "implicito" cerebellare. Oltre alle attività cerebrali che flettono i suoi "libri intelligenti", la routine settimanale di mia figlia include attività cerebellari come tennis, nuoto, danza, taekwondo, lezioni di piano e violino, arte, ecc. Collettivamente, questi "cervelli cerebrali" le attività fortificano lo sviluppo e la connettività del suo cervelletto e del suo cervello.
Stare seduti e memorizzare i fatti per tutto il giorno ristagna il cervelletto
Sfortunatamente, con l'eccessiva enfasi sui punteggi dei test standardizzati, c'è una reazione istintiva a tagliare i finanziamenti per le arti e i programmi sportivi nelle scuole pubbliche perché la maggior parte delle persone non considera questi programmi correlati ai risultati scolastici. Credo che questo sia miope per molte ragioni.
Ho il privilegio di laurearmi all'Hampshire College, che è una delle poche università del paese senza test o voti. In Hampshire, non devi mai memorizzare i fatti o sentirti sotto pressione per ottenere un A + in un esame. Credo che togliere l'enfasi dall'intelligenza cristallizzata e dai punteggi dei test porti a un pensiero più fluido.
La pedagogia dell'Hampshire College alimenta la connettività tra il cervelletto e il cervello. Quando a qualcuno viene data la libertà di "sbloccare" la corteccia prefrontale e il pensiero cerebrale, favorisce la creatività consentendo al cervelletto di integrare e perfezionare le idee complesse tra i quattro emisferi cerebrali in modi nuovi e inaspettati. Questo tipo di pensiero porta ad Eureka! momenti, brevetti, marchi, ecc.
Sono in missione per raccogliere tutti i dati scientifici che confermano l'importanza delle attività quotidiane che rafforzano l'architettura e la connettività di tutti e quattro gli emisferi cerebrali sin dalla giovane età, nel tentativo di persuadere i politici statunitensi a finanziare programmi artistici e sportivi. Nel lungo periodo, la nostra forza lavoro e l'economia trarranno beneficio dall'assegnazione di fondi per l'arte, la musica e i programmi sportivi nelle scuole pubbliche americane.
Come nazione, se vogliamo che la prossima generazione di giovani americani abbia livelli di potenza cerebrale V12, dobbiamo porre l'accento sui test standardizzati e concentrarci sullo sviluppo simultaneo del cervelletto e del cervello di ogni bambino. Concentrandosi rigorosamente sulla conoscenza cristallizzata contenuta nel cervello e costringendo i bambini a stare seduti tutto il giorno a scuola a riempirsi la testa di fatti e cifre, si ritorceranno nel lungo periodo se trascuriamo il cervelletto e lo lasciamo atrofizzare.
Al fine di facilitare l'intelligenza fluida e il pensiero creativo, credo sia fondamentale per i genitori, gli educatori e gli allenatori avere le risorse che consentono ai nostri figli di rimanere fisicamente attivi durante la ricreazione, praticare sport ed esprimersi attraverso l'arte e la musica. Ciò non solo favorirà la salute dei loro corpi, ma favorirà la struttura e la connettività funzionale di tutti e quattro gli emisferi all'interno del loro cervello.
Conclusione: la nuova tecnologia aiuterà a decodificare il cervelletto misterioso
In chiusura, c'è stata un'altra svolta neuroscientifica questa settimana che potrebbe aprire più porte in termini di comprensione del cervelletto. I ricercatori del Max Planck Florida Institute for Neuroscience hanno annunciato di aver perfezionato le nuove tecniche rivoluzionarie per valutare l'attività di apprendimento motorio dei neuroni di Purkinje per giorni, settimane o persino mesi nei topi mentre sono svegli.
Lo studio del marzo 2016, "Imaging cronico dell'attività del calcio cellulare delle cellule del Purkinje correlato al movimento in Awake Behaving Topi", è stato pubblicato sul Journal of Neurofisiologia.
Queste tecniche all'avanguardia consentiranno ai neuroscienziati di individuare specifiche caratterizzazioni delle cellule di Purkinje in tempo reale mentre un topo si impegna in attività motorie e altri comportamenti. In un comunicato stampa, il co-autore Jason M. Christie, Ph.D., ha dichiarato: "Il nostro lavoro offre una visione significativa della comprensione dei circuiti neurali all'interno del cervelletto, che sarà essenziale per capire come questi circuiti sono alterati in condizioni patologiche “.
Questo è un momento molto eccitante per ricercare e riferire sul cervelletto. Scommetto che se Leonardo da Vinci fosse vivo oggi, sarebbe piacevolmente sorpreso di sapere che il "piccolo cervello", che è rimasto nell'ombra per così tanto tempo, sta ottenendo ottimi risultati nel 21 ° secolo. So per certo che mio padre sarebbe entusiasta di vedere che i progressi nella tecnologia di imaging cerebrale stanno contribuendo a risolvere l'enigmatico enigma di ciò che tutti quei neuroni nel cervelletto stanno effettivamente facendo … Resta sintonizzato per una ricerca più all'avanguardia sul cervelletto.
Per saperne di più su questo argomento, controlla i miei post sul blog di Psychology Today ,
- "Il genio di Einstein legato agli emisferi cerebrali ben collegati"
- "Un pensiero troppo cristallizzato riduce l'intelligenza fluida"
- "Il 'Cervello Destro' non è l'unica fonte di creatività"
- "The Neuroscience of Madonna's Enduring Success"
- "Le attività fisiche possono migliorare l'intelligenza fluida?"
- "La formazione musicale ottimizza la funzione cerebrale"
- "La neuroscienza dell'immaginazione"
- "Il cervelletto può essere la sede della creatività"
- "Bambini e classi: perché l'ambiente è importante"
- "La creatività infantile porta all'innovazione nell'età adulta"
- "Perché Overthinking sabota il processo creativo"
- "Superfluidità: decodifica l'enigma della flessibilità cognitiva"
- "Come sono le cellule di Purkinje nel cervelletto legate all'autismo?"
- "Il danno al cervelletto può essere il Rood di PTSD in combattenti veterani"
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