Studio dell'attività cerebrale al di fuori del laboratorio

Fonte: James E. Crum II

A un certo momento o in un altro, abbiamo tutti assistito a qualcuno in pubblico a fare qualcosa, sia stupido o geniale, e mi chiedo: cosa sta succedendo nella testa di quella persona in questo momento? Oppure, quando si tratta di alcune persone, possiamo considerare se c'è qualcosa che si verifica al di sotto del loro cranio. Sebbene non sia certamente difficile immaginare, ad esempio, i vantaggi sociali da cui uno potrebbe trarre beneficio se si potesse comprendere il funzionamento interno delle menti altrui, è chiaro che ci manca questa capacità; tuttavia, la scienza non ha bisogno di

Se si chiedesse al pubblico generale se è possibile osservare l'attività neurale nel cervello delle persone mentre svolgono vari compiti in un laboratorio, ci sarebbe un consenso sul fatto che, sì, i neuroscienziati possono già farlo. In effetti, i neuroscienziati hanno utilizzato il neuroimaging funzionale per esaminare come il cervello umano risponde a una vasta gamma di stimoli per oltre tre decenni.

I metodi di neuroimaging includono tipicamente tomografia ad emissione di positroni (PET), risonanza magnetica funzionale (fMRI), elettroencefalografia (EEG), magnetoencefalografia (MEG) e spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) e, relative l'una all'altra, ciascuna di queste tecniche ha vantaggi e svantaggi spaziali e temporali unici. Tuttavia, tutti tranne uno di questi metodi sono limitati dalla loro capacità di investigare le basi neuronali dei processi cognitivi in ​​situazioni di vita reale e naturalistiche: fNIRS è l'eccezione, e sta diventando estremamente importante.

fNIRS è una tecnica di imaging ottico sicura e non invasiva. Non usa isotopi come PET, agenti di contatto come EEG o campi magnetici come fMRI; piuttosto, è un dispositivo di testa relativamente piccolo, simile a qualcosa di paragonabile a un casco da bicicletta, che i partecipanti indossano sulle loro teste. Simile a fMRI, fNIRS misura le variazioni delle concentrazioni di ossigenazione del sangue per indicizzare l'attività neurale nel cervello. Tuttavia, fNIRS utilizza la luce nel vicino infrarosso, anziché un campo magnetico, per osservare questi cambiamenti.

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Nello specifico, il tessuto umano e l'osso sono in gran parte trasparenti alla luce del vicino infrarosso, e così questa forma di luce viene riflessa nel cervello attraverso le fonti e raccolta dai rivelatori; una sorgente e un rivelatore formano un canale e fNIRS è tipicamente un sistema multicanale (Bakker, Smith, Ainslie, & Smith, 2012). Quando questa luce viene inviata nel cervello, parte di essa viene assorbita e dispersa e alcuni continuano attraverso il cervello senza ostacoli. L'intensità della luce che ritorna ai rivelatori viene utilizzata per calcolare i cambiamenti nelle concentrazioni di emoglobina ossigenata e deossigenata. Tuttavia, vale la pena notare che fNIRS è limitato dal fatto che questa luce non può penetrare più in profondità di circa 4 cm nel cervello. Pertanto, fNIRS non può investigare l'attivazione nelle regioni subcorticali (Lloyd-Fox, Blasi, Elwell, 2010).

L'avvento dell'uso della spettroscopia nel vicino infrarosso per valutare l'attivazione funzionale nel cervello umano è stato 25 anni fa, e ci sono stati notevoli progressi tecnologici per i sistemi fNIRS sin da questo inizio (Ferrari & Quaresima, 2012). Di particolare importanza è il recente sviluppo di dispositivi fNIRS senza batteria e alimentati a batteria. Questi sistemi consentono ai partecipanti di svolgere liberamente compiti senza i vincoli comuni ad altri metodi di neuroimaging, fornendo un'opportunità senza precedenti di studiare la cognizione in un modo che è più ecologicamente valido, cioè al di fuori del laboratorio.

Wireless fNIRS è in grado di indagare su situazioni difficili da escogitare in un ambiente di laboratorio, vale a dire romanzo, compiti a tempo indeterminato, ed è quindi una tecnica appropriata per esplorare i processi cognitivi reclutati da tali situazioni. I ricercatori dell'University College di Londra (UCL) hanno recentemente tentato di dimostrare che il wireless fNIRS può valutare le basi neurali delle attività della vita quotidiana. Ad esempio, uno studio, intitolato "Utilizzare fNIRS senza fibra e indossabile per monitorare l'attività cerebrale nelle attività cognitive del mondo reale", è stato condotto in un ambiente naturalistico – i Queen Square Gardens di Londra – e ha richiesto ai partecipanti di ricordare di rispondere in certi modi quando ha incontrato spunti sociali e non sociali (Pinti et al., 2015). In particolare, incontrando un confederato (un altro sperimentatore posizionato in vari luoghi), è stato chiesto di ricordare di salutare la persona con un pugno; hanno pugno le cassette postali urtate per la condizione non sociale.

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La memoria prospettica si riferisce alla nostra capacità di ricordare di eseguire un'intenzione in un determinato momento nel futuro o quando si verifica un determinato evento (McDaniel & Einstein, 2007). Pertanto, la memoria prospettica viene reclutata quando si ricorda di salutare qualcuno o una casella di posta in un incontro. Inoltre, il recupero di un'intenzione futura è in gran parte auto-avviato perché dobbiamo decidere quando è opportuno interrompere le nostre attività correnti per realizzare l'intenzione.

Per catturare ciò nel mondo reale, lo studio ha chiesto ai partecipanti di impegnarsi in un compito continuo durante il tempo tra la formazione dell'intenzione di salutare qualcosa e la realizzazione di quell'intenzione. Ad esempio, ai partecipanti è stato richiesto di contare il numero di scale non ostruite degli edifici della Queen Square mentre camminavano. Il sistema wireless fNIRS ha avuto successo nell'osservare le differenze nell'attivazione prefrontale tra le condizioni sociali e non sociali. In particolare, le differenze sono state trovate non solo quando è stata recuperata un'intenzione, ma anche quando è stata mantenuta durante le attività in corso. Questi risultati suggeriscono che i processi cognitivi come la memoria prospettica possono essere studiati al di fuori dei confini di un laboratorio e che il fNIRS senza fibre è un metodo di neuroimaging praticabile.

Quindi il fNIRS senza fibre è il futuro delle neuroscienze cognitive? Per alcuni aspetti, no, ma in altri, sì: questi sistemi sono limitati dal punto di vista del problema scientifico in questione, in quanto, ad esempio, non sono adatti per le domande riguardanti le regioni del cervello sottocorticali; tuttavia, fNIRS senza fibre presenta un approccio unico, e forse più sensibile, per indagare i processi alla base delle attività della vita quotidiana in ambienti reali. Come il professor Paul Burgess, uno dei principali investigatori del suddetto studio UCL, ha spiegato alla conferenza annuale della British Neuropsychological Society il 17 marzo 2017, "Se studierai questo tipo di processi, [fNIRS] è praticamente su misura “.

Le future applicazioni di fNIR senza fibre sono estese. Gli ingegneri continueranno a migliorare e perfezionare le apparecchiature fNIRS, e questi progressi tecnologici permetteranno ai ricercatori di studiare il cervello in una serie diversificata di contesti nel mondo naturale. Immagina di esplorare cosa sta succedendo nel cervello di un chirurgo del cervello mentre fai la chirurgia cerebrale. Le interazioni sociali tra gruppi di persone potrebbero essere esplorate – situazioni in cui vengono utilizzati più dispositivi fNIRS sui partecipanti. Anche le prospettive di investigare l'attività neurale in atleti, piloti, astronauti e così via sono promettenti. Inoltre, la scienza clinica è forse il campo in cui i partecipanti possono trarre il maggior vantaggio da fNIRS, in particolare i neuropsicologi potrebbero utilizzare questo metodo per studiare l'efficacia degli interventi di neuroriabilitazione.

Pertanto, studi futuri aiuteranno a stabilire ulteriormente il wireless fNIRS come un metodo valido per esplorare complessi processi cognitivi nel mondo naturale. Siamo davvero un passo avanti nella comprensione di cosa sta succedendo nelle teste delle persone, per così dire, e sembra che ci possa essere finalmente una risposta alla richiesta di una psicologia più ecologica (Neisser, 1976).