Errore osservato nel cervello

Proprio come un medico può usare un esame del sangue per determinare se il fegato di un paziente è sano, i neurologi Chi siamo usa test non invasivi per analizzare l'attività cerebrale dei loro pazienti. Utilizzando tecniche di imaging come la risonanza magnetica funzionale (fMRI), i medici possono misurare l'attività di determinate aree del cervello in base al loro flusso sanguigno. ? ancora difficile collegare l'attività cerebrale rilevata dalla fMRI con i processi neuronali, ossia l'attività di determinate reti di cellule nervose.

Klaas Stephan, professore di neuromodellismo traslazionale presso l'ETH e l'Università di Zurigo, e i suoi collaboratori mirano a stabilire questo legame. Sandra Iglesias, dottoranda di Stephan, ha gettato importanti basi a questo scopo: Insieme ai suoi colleghi, è riuscita a dimostrare che alcune fasi di un processo di apprendimento - più precisamente gli errori nell'apprendimento per associazione - attivano due specifiche reti di cellule nervose nel cervello.

La dopamina non è in premio

In una serie di test, i soggetti hanno ascoltato un suono acuto o basso e poi hanno dovuto prevedere se avrebbero visto l'immagine di una casa o di un volto. Ad esempio, c'era il 70% di probabilità che l'immagine della casa apparisse dopo il suono acuto. Contemporaneamente, i ricercatori hanno osservato l'attività cerebrale mediante fMRI. La domanda chiave di questo esperimento era quali aree cerebrali si attivassero quando veniva fatta una previsione sbagliata.

Se i soggetti del test sbagliavano la loro previsione, si attivava il mesencefalo. ? qui che si trovano principalmente i neuroni che comunicano attraverso il neurotrasmettitore dopamina, i cosiddetti neuroni dopaminergici. "Finora si è ipotizzato che i neuroni dopaminergici segnalassero una ricompensa inaspettata nei processi di apprendimento", spiega Iglesias. Nel loro studio, tuttavia, lei e i suoi colleghi sono riusciti a dimostrare per la prima volta che queste cellule nervose si attivano anche indipendentemente dalla ricompensa. Questa attività è stata attivata esclusivamente dalla comparsa inaspettata della casa o del volto dopo una previsione errata. "Questo non ha nulla a che fare con la ricompensa", sottolinea Iglesias.

I ricercatori sono riusciti a collegare un altro aspetto dell'apprendimento a un'attività cerebrale specifica: nel corso del test di apprendimento di 24 minuti, i ricercatori hanno variato la probabilità con cui l'immagine era collegata al rispettivo suono. Allo stesso tempo, hanno osservato la velocità e la precisione con cui i soggetti del test adattavano la loro previsione alla probabilità effettiva. Quanto più la probabilità prevista dal soggetto si discostava da quella reale, tanto maggiore era l'attività nel proencefalo basale visibile nella fMRI. Qui si trovano principalmente le cellule nervose che comunicano attraverso il neurotrasmettitore acetilcolina.

Sulla strada di uno strumento diagnostico

I ricercatori sono ancora all'inizio del loro viaggio con le loro scoperte. "Non abbiamo ancora studiato alcuna correlazione con processi clinicamente significativi", afferma Stephan. Il metodo deve essere ulteriormente sviluppato per poter leggere processi diagnosticamente rilevanti nei pazienti. "Se riusciamo a usare questa procedura per determinare, ad esempio, che un sottotipo di schizofrenia è legato a un'alterazione dei sistemi di segnalazione dopaminergici nel cervello, mentre un altro sottotipo non lo è, questo avrà un impatto sulla scelta dei farmaci".

In una fase successiva, Iglesias studierà se l'attività delle aree cerebrali descritte cambia nei test di apprendimento se i soggetti hanno precedentemente assunto un farmaco che influenza l'attività cerebrale. L'obiettivo sarebbe quello di utilizzare le immagini fMRI per prevedere se i pazienti hanno assunto il farmaco o un placebo. "Questo ci porterebbe un passo più vicino ai processi clinicamente rilevanti", afferma Stephan.