Perché è necessario un ripensamento radicale per comprendere il cervello umano
Le neuroscienze sono state sulla strada sbagliata per secoli? Justin Pickard / Flickr, CC BY-SA

Comprendere il cervello umano è probabilmente la più grande sfida della scienza moderna. Il approccio guida per la maggior parte del ultimi anni 200 è stato quello di collegare le sue funzioni a diverse regioni del cervello o anche singoli neuroni (cellule cerebrali). Ma ricerche recenti suggerisce sempre più che stiamo prendendo completamente la strada sbagliata se vogliamo comprendere la mente umana. The Conversation

L'idea che il cervello sia composto da numerose regioni che svolgono compiti specifici è conosciuta come "modularità”. E, a prima vista, ha avuto successo. Ad esempio, può fornire una spiegazione su come riconosciamo i volti attivando una catena di specifiche regioni cerebrali nel occipitale ed lobi temporali. I corpi, tuttavia, vengono elaborati da un diverso insieme di regioni cerebrali. E gli scienziati ritengono che ancora altre aree - le regioni della memoria - aiutano a combinare questi stimoli percettivi per creare rappresentazioni olistiche delle persone. È stata anche l'attività di alcune aree del cervello legato a condizioni e malattie specifiche.

La ragione per cui questo approccio è stato così popolare è in parte dovuto alle tecnologie che ci stanno dando una visione senza precedenti del cervello. Risonanza magnetica funzionale (fMRI), che tiene traccia dei cambiamenti nel flusso sanguigno nel cervello, consente agli scienziati di vedere le aree del cervello accese in risposta alle attività - aiutandole a mappare le funzioni. Nel frattempo, optogenetics, una tecnica che utilizza la modificazione genetica dei neuroni in modo che la loro attività elettrica possa essere controllata con impulsi luminosi - può aiutarci ad esplorare il loro specifico contributo alla funzione cerebrale.

Mentre entrambi gli approcci generano risultati affascinanti, non è chiaro se forniranno mai una comprensione significativa del cervello. Un neuroscienziato che trova una correlazione tra un neurone o una regione del cervello e un parametro fisico specifico, ma in principio arbitrario, come il dolore, sarà tentato di trarre la conclusione che questo neurone o questa parte del cervello controlla il dolore. Questo è ironico perché, anche nel neuroscienziato, la funzione intrinseca del cervello è quella di trovare correlazioni - in qualunque compito esso compia.


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Ma se invece considerassimo la possibilità che tutte le funzioni cerebrali siano distribuite attraverso il cervello e che tutte le parti del cervello contribuiscano a tutte le funzioni? Se questo è il caso, le correlazioni trovate finora possono essere una perfetta trappola dell'intelletto. Dovremo quindi risolvere il problema di come la regione o il tipo di neurone con la funzione specifica interagisce con altre parti del cervello per generare un comportamento significativo e integrato. Finora, non esiste una soluzione generale a questo problema - solo ipotesi in casi specifici, come il riconoscimento delle persone.

Il problema può essere illustrato da un recente studio che ha scoperto che la droga psichedelica LSD può distruggere l'organizzazione modulare ciò può spiegare la visione. Inoltre, il livello di disorganizzazione è legato alla gravità della "rottura del sé" che le persone comunemente sperimentano durante l'assunzione del farmaco. Lo studio ha scoperto che il farmaco influenzava il modo in cui diverse regioni del cervello comunicavano con il resto del cervello, aumentando il loro livello di connettività. Quindi, se mai vogliamo capire qual è il nostro senso del sé, dobbiamo capire la connettività sottostante tra le regioni del cervello come parte di una rete complessa.

Una via da seguire?

Alcuni ricercatori ora credi il cervello e le sue malattie in generale possono essere intesi solo come un interazione tra un numero enorme di neuroni distribuiti attraverso il sistema nervoso centrale. La funzione di ogni singolo neurone dipende dalle funzioni di tutte le migliaia di neuroni a cui è connessa. Questi, a loro volta, dipendono da quelli degli altri. La stessa regione o lo stesso neurone possono essere utilizzati in un numero enorme di contesti, ma hanno funzioni specifiche diverse a seconda del contesto.

Potrebbe effettivamente essere una piccola perturbazione di queste interazioni tra i neuroni che, attraverso gli effetti di valanghe nelle reti, causano condizioni come la depressione o il morbo di Parkinson. In ogni caso, dobbiamo capire i meccanismi delle reti per capire le cause e i sintomi di queste malattie. Senza il quadro completo, non saremo in grado di curare con successo queste e molte altre condizioni.

In particolare, la neuroscienza deve iniziare a indagare su come le configurazioni di rete derivino dai tentativi di tutta la vita del cervello di dare un senso al mondo. Abbiamo anche bisogno di avere un quadro chiaro di come la corteccia, il tronco cerebrale e il cervelletto interagiscano con i muscoli e le decine di migliaia di sensori ottici e meccanici dei nostri corpi per creare un'unica immagine integrata.

Connettersi alla realtà fisica è l'unico modo per capire come l'informazione è rappresentata nel cervello. Uno dei motivi per cui abbiamo un sistema nervoso in primo luogo è che l'evoluzione della mobilità richiedeva un sistema di controllo. Le funzioni cognitive, mentali - e persino i pensieri - possono essere considerati come meccanismi che si sono evoluti in ordine pianificare meglio le conseguenze di movimento e azioni.

Quindi la via da seguire per le neuroscienze potrebbe essere quella di concentrarsi maggiormente sulle registrazioni neuronali generali (con optogenetica o fMRI) - senza mirare a tenere ogni neurone o regione cerebrale responsabile di una particolare funzione. Questo potrebbe essere inserito nella ricerca teorica di rete, che ha il potenziale per spiegare una varietà di osservazioni e fornire una spiegazione funzionale integrata. In realtà, una tale teoria dovrebbe aiutarci a progettare esperimenti, piuttosto che solo il contrario.

Ostacoli maggiori

Non sarà facile però. Le tecnologie attuali sono costose - ci sono importanti risorse finanziarie e il prestigio nazionale e internazionale investito in esse. Un altro ostacolo è che la mente umana tende a preferire soluzioni più semplici a spiegazioni complesse, anche se la prima può avere un potere limitato di spiegare i risultati.

L'intero rapporto tra neuroscienza e industria farmaceutica è anche costruito sul modello modulare. Strategie tipiche quando si tratta di malattie neurologiche e psichiatriche comuni sono identificare un tipo di recettore nel cervello che può essere preso di mira con farmaci per risolvere l'intero problema.

Per esempio, gli SSRI - che bloccano l'assorbimento della serotonina nel cervello in modo che più è liberamente disponibile - sono attualmente usati per trattare un numero di diversi problemi di salute mentale, inclusa la depressione. Ma non funzionano per molti pazienti e potrebbero esserci a effetto placebo coinvolto quando lo fanno.

Allo stesso modo, l'epilessia è oggi ampiamente vista come una singola malattia ed è trattato con farmaci anticonvulsivanti, che funzionano smorzando l'attività di contro tutti i neuroni. Anche questi farmaci non funzionano per tutti. In effetti, potrebbe essere che ogni minima perturbazione dei circuiti nel cervello - derivante da una delle migliaia di diversi trigger unici per ciascun paziente - potrebbe spingere il cervello in uno stato epilettico.

In questo modo, la neuroscienza sta gradualmente perdendo la bussola sul suo presunto percorso verso la comprensione del cervello. È assolutamente cruciale che lo facciamo nel modo giusto. Non solo potrebbe essere la chiave per comprendere alcuni dei più grandi misteri noti alla scienza - come la coscienza - potrebbe anche aiutare a trattare una vasta gamma di problemi di salute debilitanti e costosi.

Circa l'autore

Henrik Jörntell, Senior Lecturer in Neuroscience, Università di Lund

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.

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