Le nuove scoperte radicali stanno capovolgendo la neuroscienza
I progressi nelle neurotecnologie stanno distruggendo i sistemi di credenze di vecchia data e trasformando le visioni consolidate di come funziona il cervello a testa in giù. Questi sono tempi entusiasmanti di scoperte neuroscientifiche radicali che ci aiutano a capire meglio come funzionano la nostra mente e il nostro cervello.
Negli ultimi mesi, un'ondata di nuove ricerche sulle regioni del cervello sottocorticali – tra cui il cervelletto, il tronco cerebrale e i gangli della base – stanno cambiando il modo in cui i neuroscienziati vedono la funzione delle regioni del cervello corticale che includono la corteccia prefrontale. ( Corticale significa "relativo allo strato esterno del cervello" che è noto come la corteccia cerebrale. Subcortical si riferisce a qualsiasi regione del cervello al di sotto della corteccia cerebrale.)
Le regioni cerebrali corticali del cervello sono generalmente considerate il "cappuccio pensante" che comprende tutte le regioni cerebrali del cervello. Il rovescio della medaglia, le regioni sottocorticali sono considerate "non-pensanti" regioni del cervello che sono guidate da forze automatiche o subconscie.
Più avanti in questo post del blog di Psychology Today , ho intenzione di riassumere i punti salienti di tre diversi studi all'avanguardia sulle strutture cerebrali sottocorticali che sono stati pubblicati l'anno scorso. Ma prima, voglio darti un background personale che spieghi perché ho avuto le mie antenne per questo tipo di ricerca dall'inizio del 21 ° secolo. E perché mi sveglio ogni mattina sperando in nuove ricerche all'avanguardia sulle regioni del cervello sottocorticali.
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"Qualunque cosa stia facendo il cervelletto, ne sta facendo un sacco"
Mio padre, Richard Bergland, era un neurochirurgo, neuroscienziato e autore di The Fabric of Mind. Come pensatore visionario, mio padre era un pioniere e un pioniere che era in anticipo sui tempi. Come neuroscienziato, mio padre era spesso frustrato dai limiti tecnologici del XX secolo.
Troppo spesso, era scientificamente impossibile per mio padre provare empiricamente una delle sue ipotesi sul ruolo di una particolare regione del cervello – che aveva acquisito osservando i suoi pazienti umani prima e dopo aver eseguito un intervento chirurgico al cervello in sala operatoria – usando animali come topi o pecore nel suo laboratorio.
Ad esempio, un ictus o un tumore che colpisce in ultima analisi la funzione cognitiva, emotiva e psicologica di qualcuno potrebbe verificarsi nelle regioni corticali del cervello che includono i lobi frontali, parietali, temporali e occipitali o strutture subcorticali che includono i gangli della base, il tronco cerebrale e il cervelletto .
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Come neurochirurgo, mio padre fu testimone di conseguenze neurologiche di prima mano molto specifiche che un evento traumatico al cervello in uno dei suoi pazienti avrebbe causato. Mio padre sapeva, aneddoticamente, da decenni di interventi chirurgici al cervello che sia il danno corticale sia quello sottocorticale avevano un impatto drammatico su vari aspetti della funzione cognitiva e psicologica. Ma, ancora una volta, non ha potuto provare empiricamente questi risultati nel suo laboratorio.
A causa della sua conoscenza anatomica che il cervelletto era solo il 10 percento del volume del cervello ma manteneva ben oltre il 50 percento dei neuroni totali del cervello, mio padre sollevava regolarmente la questione delle influenze subcorticali dicendo: "Non sappiamo esattamente cosa sia il cervelletto facendo. Ma qualunque cosa stia facendo, ne sta facendo un sacco. "
Nel tardo ventesimo secolo, mio padre ha avuto difficoltà a convincere i suoi colleghi scientifici che le regioni subcorticali "non-pensanti" del cervello (come il cervelletto) potrebbero influenzare i processi cognitivi. Ma come ho menzionato sopra, è stato impossibile per lui provare ciò che ha osservato aneddoticamente con i pazienti in uno studio su animali basato su empirica.
Purtroppo, la maggior parte dei colleghi di mio padre nell'establishment medico finirono per etichettarlo come un eretico per aver tentato inesorabilmente di mettere sotto i riflettori le influenze cognitive ed emotive del cervelletto e di altre regioni del cervello sottocorticali.
La colossale delusione di mio padre sull'essere incapace di ottenere le sue idee più radicali su come funziona il cervello pubblicato su riviste peer-reviewed mi ha fatto stare male per lui. Volevo aiutare mio padre a trovare uno stealth attorno a ciò che chiamava "guardiani della torre d'avorio" inventandosi un modo per aggirare l'establishment medico e far pubblicare le sue idee rivoluzionarie sul cervello.
Fortunatamente, nel 2004, dopo aver battuto un Guinness World Record eseguendo 6 maratone back-to-back (153,76 miglia) in 24 ore su un tapis roulant, un agente letterario di New York di nome Giles Anderson mi ha contattato per vedere se ero interessato a scrivere un libro. Poche settimane dopo, avevamo firmato un accordo con Diane Reverand alla St. Martin's Press. Sapevo che questa era un'opportunità d'oro e la mia occasione irripetibile di portare le idee di mio padre sulle strutture cerebrali sottocorticali a un vasto pubblico generale.
Per tutto il 2005, mio padre ed io abbiamo parlato alcune volte al giorno e scambiato centinaia e centinaia di e-mail sulle neuroscienze. Durante questo periodo, mio padre e io abbiamo creato il "Modello del Cervello Spaccato di Bergland" che sedeva strutture corticali in quelle che chiamavamo "cervello in su" e strutture sottocorticali in quello che chiamavamo "cervello in giù".
Il modello a cervello diviso di Bergland di " cervello cerebrale in su " era una risposta diretta e convincente al modello ubiquitario ma profondamente imperfetto del " cervello sinistro-destro-destro ".
All'inizio del 2007, poche settimane prima che mio padre morisse improvvisamente per un infarto, pubblicai la nostra struttura rivoluzionaria del cervello diviso in The Athlete's Way: Sweat and the Biology of Bliss . (Sono eternamente grato che mio padre sia morto sapendo che le sue idee radicali sulle regioni del cervello sottocorticali erano state pubblicate dalla St. Martin's Press).
L'illustrazione del "Modello del Cervello Spaccato di Bergland" sotto è da p. 81 di The Athlete's Way . Questo diagramma evidenzia la divisione rilevante tra le regioni cerebrali corticali e sottocorticali in una struttura ipotetica snella che si basa sullo yin-yang della connettività funzionale robusta tra queste regioni per mantenere l'omeostasi psicologica.
"Cervello in giù" | Versione 2.0
La mia versione originale di "cervello cerebrale alto" come visto sopra si concentrava esclusivamente sul cervello (latino per "cervello") e sul cervelletto (latino per "piccolo cervello"). Tuttavia, sulla base di tutte le nuove ricerche pionieristiche sulla potente influenza di altre regioni cerebrali sottocorticali negli ultimi anni; Ora includo i gangli della base e il tronco cerebrale come parte del "cervello in giù" nella versione 2.0 aggiornata del modello del cervello diviso di Bergland.
Una decina di anni fa, quando ho pubblicato le idee radicali di mio padre sulle strutture cerebrali sottocorticali in The Athlete's Way, la maggior parte di queste idee erano solo un'ipotesi basata sulle prove aneddotiche di mio padre. Da allora, i progressi delle tecnologie basate sulle neuroscienze hanno reso possibile per i ricercatori scavare più in profondità e portare alla luce nuovi interessanti indizi sulla misteriosa interazione tra regioni corticali e sottocorticali del cervello nei laboratori di tutto il mondo.
Le ultime scoperte empiriche stanno trasformando la saggezza convenzionale su come le regioni subcorticali "non-pensanti" del nostro cervello influenzino effettivamente il "pensiero" cerebrale al contrario.
Poiché c'è troppa nuova ricerca scientifica sulle strutture cerebrali sottocorticali da presentare in un singolo post, ho deciso di scegliere tre studi innovativi che sono stati pubblicati nell'ultimo anno. Ognuno di questi studi aiuta a far progredire la nostra comprensione di come il cervelletto, il tronco cerebrale e i gangli della base lavorano in congiunzione con le regioni corticali del cervello.
Nella sezione seguente, ho incluso un esempio per ognuna di queste tre regioni del cervello insieme a una rappresentazione artistica della regione del cervello, una sinossi dello studio e un link a un post più approfondito di Psychology Today sulla ricerca .
1. Il cervelletto
Nel 1504, Leonardo da Vinci fece dei getti di cera del cervello umano e coniò il termine "cervelletto" per descrivere due piccoli emisferi cerebrali che sono ordinatamente nascosti sotto gli emisferi relativamente cerebrali del cervello. Cerebella r è la parola sorella per cerebrale e significa "relativa o localizzata nel cervelletto".
Storicamente, i neuroscienziati consideravano il cervelletto la sede di attività non mentali come il coordinamento e la messa a punto dei movimenti muscolari. Tuttavia, negli ultimi anni, una vasta gamma di studi ha dimostrato (per la prima volta) che il cervelletto gioca un ruolo importante in molti dei nostri processi cognitivi, emotivi e creativi.
Ad esempio, neuroscienziati e psicologi della Stanford University stanno conducendo ricerche pionieristiche sulla base neurale dell'ottimizzazione della capacità creativa. Le loro scoperte suggeriscono che il cervelletto potrebbe essere la principale forza motrice in molti dei nostri processi creativi. La ricerca suggerisce che, affinché il pensiero creativo possa funzionare liberamente, è utile "sbloccare" le rigide funzioni esecutive della corteccia prefrontale.
I ricercatori di Stanford hanno scoperto che sopprimendo i centri di controllo esecutivo del cervello e consentendo al cervelletto di essere il "controllore", aumenta la capacità creativa spontanea. Questo è un concetto rivoluzionario che sfida il dubbio costrutto del "cervello destro" che è il nostro epicentro creativo.
Lo studio del giugno 2016, "Cambiamenti nell'attivazione cerebrale associata a improvvisazione spontanea e creatività figurativa dopo l'allenamento basato sul pensiero progettuale: uno studio fMRI longitudinale", è stato pubblicato sulla rivista Cerebral Cortex . Ho scritto su questa ricerca in un post sul blog di Psychology Today : "La capacità potenziata del cervelletto aumenta la capacità creativa".
2. I gangli basali
I gangli basali sono una regione del cervello subcorticale con proiezioni neurali e connettività funzionale che si estendono alla corteccia cerebrale, al tronco cerebrale, al cervelletto e a molte altre aree del cervello.
Lo striato è una sottosezione specifica dei gangli della base che contiene un gruppo di varie regioni e neuroni del cervello associati alla formazione dell'abitudine, al controllo di movimenti volontari, alle emozioni e alla dipendenza.
Secondo i neuroscienziati del Massachusetts Institute of Technology (MIT), i malfunzionamenti dei gangli della base sono stati associati alle malattie del Parkinson e di Huntington, così come i disturbi dello spettro autistico (ASD), il disturbo ossessivo-compulsivo (OCD) e la sindrome di Tourette.
Utilizzando un modello murino, i neuroscienziati del MIT guidati da Ann Graybiel sono stati recentemente in grado di identificare che uno specifico gruppo di neuroni nei gangli della base è coinvolto nel prendere decisioni emotive che richiedono qualsiasi tipo di "analisi costi-benefici" che provochi ansia e che sia pragmatico mentre ascolti i tuoi istinti primordiali allo stesso tempo.
I ricercatori del MIT hanno identificato che il percorso di comunicazione neurale verso lo striato è direttamente collegato a un altro sottosistema complesso alimentato dalla dopamina. I ricercatori chiamano questo sottosistema un "mazzo striosome-dendron".
Ti preghiamo di dedicare alcuni minuti per vedere Graybiel riassumere chiaramente come regioni sottocorticali come i gangli della base interagiscono con il "cappuccio pensante" della corteccia cerebrale. Ho avuto un Aha! momento dopo aver visto questo video su YouTube. Il video è davvero ben fatto e ha una grafica fantastica.
L'ultima ricerca del MIT sullo striato mostra che la meccanica cerebrale del processo decisionale emotivo coinvolge un circuito ad anello che si basa sulla funzione della dopamina radicata nei gangli della base.
Questo studio del settembre 2016, "Striosome-Dendron Bouquets evidenziare un unico circuito striatonale mirato ai neuroni contenenti dopamina", è stato pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences . Ho scritto un post sul blog di Psychology Today basato su questi risultati, "Studio individua i circuiti cerebrali del processo decisionale emotivo".
3. Il tronco cerebrale
Il tronco cerebrale è una regione del cervello subcorticale che è fondamentale per il mantenimento della coscienza, che regola la funzione cardiaca e respiratoria automatica del sistema nervoso centrale e molto, molto di più.
Fino a poco tempo fa, i neuroscienziati non pensavano che il tronco cerebrale avesse un ruolo nei comportamenti sociali dei mammiferi. Ma una nuova ricerca mostra che le proiezioni neurali dalla corteccia prefrontale a una regione specifica del tronco cerebrale sono direttamente collegate al controllo del comportamento impulsivo e alla risposta "combatti o fuggi".
Nel 2007, Dean Mobbs, professore di neuroscienze cognitive al Caltech e al suo team, ha identificato per la prima volta che l'interazione tra la corteccia prefrontale (PFC) e l'area grigia periaqueductal (PAG) del tronco cerebrale era associata a specifici aspetti del comportamento sociale -come l'impulso di prendere il volo in risposta a uno stimolo minaccioso, come un predatore o un prepotente.
Per questo studio, Mobbs et al. usato fMRI per monitorare l'attività cerebrale mentre i partecipanti allo studio hanno giocato un gioco simile a Pac-Man all'interno dello scanner di neuroimaging. I ricercatori hanno scoperto che nei momenti prima che l'avatar di Pac-Man di qualcuno venisse inglobato, la corteccia prefrontale dei giocatori si spegnerebbe proprio quando una regione del tronco cerebrale chiamata PAG diventerebbe molto attiva e si illuminerebbe nella fMRI.
All'inizio di questa settimana, i neuroscienziati del Laboratorio europeo di biologia molecolare (EMBL) in Italia hanno individuato specifiche proiezioni neuronali dalla corteccia prefrontale alla regione PAG del tronco cerebrale che sembrano impedire a creature socievoli – come umani e topi – di agire su istinti impulsivi guidato da sentimenti di sconfitta sociale.
Lo studio di gennaio 2017, "Prefrontal Cortical Control of a Brainstem Social Behavior Circuit", è stato pubblicato online prima della stampa su Nature Neuroscience . Ho scritto su questi risultati in un post sul blog di Psychology Today , "Social Defeat Wreaks Havoc on Brain Circuitry, Study Finds."
Questo studio EMBL illumina l'importanza di una connettività funzionale robusta tra la corteccia prefrontale e il tronco cerebrale per controllare l'impulsività basata sulla paura innescata dalla sconfitta sociale o dal bullismo. Questi risultati potrebbero avere vaste implicazioni per il trattamento della schizofrenia insieme ad una vasta gamma di disturbi dell'umore quali depressione, ansia e comportamenti evitanti associati al disturbo da stress post-traumatico (PTSD).
Donald Trump è un perfetto esempio del mondo reale e case study dei nuovi risultati EMBL che il controllo degli impulsi richiede una connettività funzionale robusta tra PFC e PAG. Ad esempio, mentre guardavo Donald Trump perdere la calma in una conferenza stampa di ieri e scagliarsi contro un reporter della CNN perché si sentiva sconfitto socialmente e vittima di accuse di "false notizie" da fonti anonime … Mi chiedevo se il nostro Presidente eletto e la sua squadra di transizione potrebbe trarre beneficio dalla comprensione dei correlati neurali di determinati comportamenti sociali?
Rimanere in equilibrio durante i momenti emotivi della sconfitta sociale – quando l'impulsività o la paura spesso conducono a impulsive reazioni istintive di scelta di combattimento o fuga sembra richiedere una forte connettività con la corteccia prefrontale per mantenere l'autocontrollo e l'equanimità.
La buona notizia è che questi circuiti neurali non sono mai stati riparati. La neuroplasticità rende possibile a ciascuno di noi migliorare la connettività funzionale del nostro cervello e imparare ad essere più compassionevoli, empatici ed evitare scoppi di aggressione o rabbia. (Per ulteriori informazioni su come eseguire questa operazione, consulta il post sul blog di Psychology Today , "5 modi basati sulla scienza per spezzare il ciclo degli attacchi rabbia")
Si spera che le ultime scoperte dell'EMBL e altre scoperte qui presentate che fanno avanzare la nostra comprensione della potente influenza delle regioni subcorticali del cervello sul nostro comportamento porteranno a nuovi interventi basati sulle neuroscienze che migliorano le vite individuali e le dinamiche sociali tra persone di ogni ceto sociale.
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