Scoperta sul controllo talamico della coscienza

 

 

GIOVANNI ROSSI

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XVII – 29 febbraio 2020.

Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.

 

 

[Tipologia del testo: RECENSIONE]

 

Abbiamo più volte, in passato, proposto sintesi delle principali teorie neurofunzionali della coscienza e delle nozioni acquisite dalla ricerca sulle basi neurobiologiche dei processi che consentono a un individuo di essere consapevole; rimandando alla lettura di quegli scritti per introdursi all’argomento, ricordiamo che operativamente si ritiene, sulla base degli studi elettrofisiologici e di risonanza magnetica funzionale (fMRI, da functional magnetic resonance imaging), che la coscienza dipenda da interazioni talamocorticali e cortico-corticali di grande scala. La ragionevole certezza di questo correlato – ormai equiparato a una nozione classica per le innumerevoli conferme ricevute – non è però di conforto per i ricercatori impegnati nel tentativo di individuare i meccanismi, perché rimane un’indicazione troppo generica. Si indaga, infatti, per conoscere il contributo e il ruolo dei gruppi neuronici di particolari circuiti e dei singoli strati della corteccia cerebrale.

In un nuovo studio, Michelle J. Redinbaugh e colleghi hanno ottenuto il risveglio di macachi dall’anestesia mediante stimolazione talamica centro-laterale, e hanno poi osservato una stretta relazione fra i livelli di coscienza e l’attivazione di talamo e corteccia profonda, facendo anche altri rilievi di notevole interesse.

(Redinbaugh M. J., et al. Thalamus Modulates Consciousness via Layer-Specific Control of Cortex. Neuron – Epub ahead of print doi: 10.1016/j.neuron.2020.01.005, 2020).

La provenienza degli autori è la seguente: McPherson Eye Research Institute, Department of Psychology, University of Wisconsin-Madison (USA).

Un’osservazione – probabilmente superflua per la maggior parte dei nostri lettori ma utile per chi non sia introdotto ai diversi paradigmi di studio dei correlati della coscienza – consiste nel rilevare che la concezione della coscienza adottata dagli autori dello studio qui recensito è di tipo anestesiologico o “quantitativo”. Così, di recente, mi sono espresso in proposito: “Le origini dello studio scientifico della coscienza coincidono, in una chiave epistemologica, con l’impiego di metodi riconducibili a tre paradigmi principali: anestesiologico, neurologico e psicologico-psichiatrico. Nelle epoche precedenti, la filosofia, prima, e la filosofia della mente, poi, avevano egemonizzato il campo dando luogo a numerose costruzioni teoriche, campi specializzati del sapere e visioni culturali”[1].

Gerald Edelman attribuisce le basi cerebrali dell’esperienza cosciente della nostra specie, col sostegno di evidenze sperimentali, al fenomeno del “rientro” che consente lo scambio bidirezionale e simultaneo fra aree corticali e fra talamo e corteccia, con generalizzazione dell’informazione (“sistemi globali”), fornendo risposta anche a domande relative ad aspetti qualitativi della coscienza. Questo modello, che è parte dell’unica teoria neurobiologica della mente che vada dal livello molecolare a quello psicologico, non affronta però gli aspetti più semplici dell’organizzazione del cervello alla base di alcuni fenomeni quantitativi rilevanti in termini clinici:

“Nonostante la potenza esplicativa e la coerenza con principi che legano i processi alla base della coscienza all’evoluzione filogenetica del sistema nervoso, la teoria di Edelman non sembra esserci d’aiuto quando ci poniamo interrogativi sugli stati cerebrali che riconduciamo ai vari gradi di coma e, anche se l’argomento è di tradizionale interesse neurologico, la concezione della coscienza che realmente poniamo in questione è quella anestesiologica. In altri termini, non sono in questione le alterazioni di aspetti delle funzioni psichiche coscienti per danni cerebrali, ma la condizione fisiologica complessiva che caratterizza lo stato naturale di veglia, vigilanza, consapevolezza e reattività agli stimoli ambientali”[2].

Discutendo della concezione di riferimento adottata da Tononi e Massimini negli studi che li hanno portati a definire una misura oggettiva della coscienza con l’indice PCI, rilevavo che anche in quel caso si trattava di una condizione di vigilanza non legata a contenuti mentali: “Infatti, i protocolli stilati per ottenere misure TMS/EEG sono stati messi alla prova con tre mezzi di abolizione della coscienza, midazolam, propofol e xenon, che esercitano l’effetto anestetico con tre meccanismi d’azione differenti, ma sono comunemente impiegati in anestesiologia”[3].

In occasione della presentazione dell’interessante libro di Stanislas Dehaene, Consciousness and the Brain: Deciphering How the Brain Codes Our Thoughts (Viking Adult, 2014), abbiamo proposto un breve saggio sulla coscienza, al quale rimandiamo sia per introdursi all’argomento in generale, sia per un inquadramento sintetico delle teorie scientifiche che tentano di spiegare le basi neurali dell’esperienza soggettiva di essere coscienti del mondo e di sé stessi[4].

Ritorniamo, ora, allo studio sulla modulazione talamica della coscienza attraverso il controllo specifico di strati della corteccia cerebrale.

Michelle J. Redinbaugh e colleghi, prendendo le mosse da studi di stimolazione centrotalamica durante anestesia e di analisi delle lamine neuroniche corticali, hanno registrato simultaneamente l’attività elettrica dei neuroni del talamo laterale centrale (CL, central lateral) e dei singoli strati della corteccia frontoparietale, in macachi in tre diverse condizioni neurofunzionali cerebrali: svegli, addormentati e anestetizzati. I ricercatori, assumendo un criterio anestesiologico di definizione della coscienza, hanno esaminato i dati di registrazione parallela dell’attività neurale del talamo e della corteccia, quali correlati di tre differenti livelli di coscienza.

I neuroni del talamo e degli strati profondi della corteccia sono i più sensibili ai cambiamenti dei livelli della coscienza, come ha provato la coerenza dell’attività con gli effetti prodotti dai diversi agenti anestetici e dal sonno. Dai rilievi è risultato evidente che l’attività degli strati profondi della corteccia cerebrale era sostenuta dai neuroni del talamo CL.

La coscienza dipende anche dai neuroni degli stati profondi della corteccia che forniscono feedback esclusivamente agli strati superficiali, e non agli stati profondi. Tale dato suggerisce che il feedback di lungo raggio e la segnalazione intracolonnare sono importanti. Per rilevare e mostrare la causalità, i ricercatori hanno stimolato i neuroni talamici CL nei macachi anestetizzati, ottenendo il ristabilirsi della reazione di risveglio e di una elaborazione neuronica simile a quella della veglia. Questo effetto si è rivelato specifico per localizzazione e frequenza.

Redinbaugh e colleghi concludono che dai dati emersi nel loro studio, per il cui dettaglio si rinvia al testo integrale del lavoro originale, si evincono correlati talamocorticali della coscienza specifici per strato neuronico corticale e si comprende come una stimolazione cerebrale profonda mirata possa alleviare i disturbi della coscienza.

 

L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle recensioni di studi di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Giovanni Rossi

BM&L-29 febbraio 2020

www.brainmindlife.org

 

 

 

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[1] Note e Notizie 25-01-20 Un nuovo studio sul coma.

[2] Note e Notizie 25-01-20 Un nuovo studio sul coma.

[3] Note e Notizie 25-01-20 Un nuovo studio sul coma.

[4] Note e Notizie 13-09-14 La coscienza e un interessante nuovo libro di Dehaene.