Come si aggiorna il vecchio omuncolo corticale

 

 

LORENZO L. BORGIA

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XX – 29 aprile 2023.

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]

 


Quanto è poco ciò che sappiamo del cervello… e della mente…

Quanto è poco ciò che sappiamo della natura e dello spirito dell’uomo e

di Dio. Ora noi siamo davanti a questa frontiera interna dell’ignoranza.

Se riusciremo ad attraversarla, potremo scoprire il significato della vita…

[Wilder Penfield]

 

 

 

Il fascino dell’homunculus o omuncolo corticale, ossia della localizzazione somatotopica delle aree cutanee e dei sottostanti segmenti muscolari come mappa di tutto il corpo sulla superficie del pallio pre- e post-centrale, consiste nella suggestione di una comprensione analogica e immediata della fisiologia del cervello. Ma sappiamo bene che, pur potendo individuare sulla corteccia cerebrale aree precisamente delimitabili, ciascuna delle quali corrisponde ad un’area della periferia corporea, questa disposizione non indica l’elaborazione compartimentata in moduli funzionali indipendenti, come si poteva ingenuamente ritenere al tempo della frenologia e dell’organologia, ma solo la specializzazione di un controllo funzionale che si integra col complesso sistema di reti alla base dell’organizzazione del sistema nervoso centrale.

Eppure, la scoperta che stimolando con elettrodi la superficie della corteccia frontale precentrale in un particolare punto si otteneva sempre la flessione del pollice, in un altro punto un movimento delle labbra e, oltrepassando la scissura interemisferica e andando in basso, si trovavano aree corrispondenti agli arti inferiori e alle dita dei piedi, rivelava una precisa mappa del corpo, con localizzazione fissa di ogni segmento somatico e con estensione maggiore della rappresentazione delle parti soggette a un controllo più fine, come il volto e la mano.

Questa definizione di rapporti precisi non ha solo influenzato il modo di concepire le basi neuroanatomiche della fisiologia cerebrale di generazioni di ricercatori, medici, neurologi e psichiatri, ma aveva anche contribuito a rafforzare la convinzione del Premio Nobel Roger Sperry, che sosteneva il cablaggio “punto a punto” quale chiave di volta dell’organizzazione del sistema nervoso.

Oggi, in tutte le trattazioni di fisiologia della corteccia cerebrale è contemplata l’illustrazione della doppia mappa motoria e sensitiva dei giri precentrale e post-centrale dell’intero corpo, che rappresenta la proiezione neuronica corticale delle singole aree somatiche deformando le proporzioni delle singole parti del disegno di un uomo, il celebre homunculus o omuncolo motorio e sensitivo, riprodotto nei testi fedelmente da settantatré anni, ossia da quando il neurofisiologo e neurochirurgo Wilder Penfield con Theodore Rasmussen pubblicò The cerebral cortex of man (Macmillan, 1950), un saggio che compendiava un mastodontico lavoro, avviato nel 1930 e compiuto con oltre 400 craniotomie per la stimolazione con elettrodi della corteccia di volontari svegli in anestesia locale.

Da anni sappiamo che quella mappa, pur essendo stata sostanzialmente confermata da studi di neuroimmagine, presenta delle imprecisioni e delle incongruenze di non facile interpretazione, che hanno dato luogo a vari studi che, fino ad oggi, non erano giunti a decifrare ciò che ancora non si conosceva, e a integrare o modificare la mappa definita da Wilder Penfield e colleghi.

Nico Dosenbach, Evan Gordon e altri 46 ricercatori hanno ridisegnato la configurazione della mappa motoria includendo aree responsabili della coordinazione di movimenti complessi e connessioni per il pensiero critico, la pianificazione delle azioni e la fisiologia dell’organismo.

(Gordon E. M. et al., A somato-cognitive action network alternates with effector regions in motor cortex. Nature – Epub ahead of print doi: 10.1038/s41586-023-05964-2, 2023).

La provenienza degli autori è la seguente: Mallinckrodt Institute of Radiology, Washington University School of Medicine, St Louis, MO (USA); Department of Neurology, Washington University School of Medicine, St Louis, MO (USA); Department of Biomedical Engineering, Washington University School of Medicine, St Louis, MO (USA); Department of Neurology, New York University Langone Medical Center, New York, NY (USA); Department of Psychiatry, Washington University School of Medicine, St Louis, MO (USA); Department of Psychological and Brain Sciences, Washington University School of Medicine, St Louis, MO (USA); Department of Pediatrics, Washington University School of Medicine, St Louis, MO (USA); Department of Neurosurgery, Washington University School of Medicine, St Louis, MO (USA); Department of Neuroscience, Washington University School of Medicine, St Louis, MO (USA); Department of cognitive Science, University of California San Diego, La Jolla, CA (USA); Center for Developing Brain, Child Mind Institute, New York, NY (USA); Department of Neuroscience, University of Minnesota, Minneapolis, MN (USA); Department of Psychology, Florida State University, Tallahasee, FL (USA).

La cultura di neuroanatomia funzionale derivata dagli studi seguiti a quelli di Penfield ha creato la propensione a considerare la corteccia motoria, in neurofisiologia indicata con la sigla M1, come un continuum somatotopico corrispondente, con qualche aggiornamento e nuova acquisizione, all’omuncolo di Penfield e Rasmussen che va dal fondo interemisferico del giro precentrale, con la rappresentazione del piede e della gamba, fino all’estremità opposta sulla convessità esterna dell’emisfero dove è rappresentato il volto. Anche se, da oltre 45 anni, sono state rilevate, dimostrate e descritte zone funzionali concentriche, in base alle quali è stato delineato un modello spaziale dell’organizzazione di M1[1], e nonostante siano state rivelate mappe di azioni complesse nel giro precentrale[2], si tende ancora, operativamente, a considerare valida la rappresentazione tradizionale di Penfield.

Nico Dosenbach, Evan Gordon e i numerosi altri ricercatori hanno adottato tecniche di precisione della metodica della risonanza magnetica funzionale (fMRI, functional magnetic resonance imaging) per determinare in vivo, in modo non invasivo, la mappa di M1 nell’uomo. In tal modo è emerso che la classica rappresentazione dell’omuncolo non è continua a coprire tutta la superficie della circonvoluzione precentrale, ma si interrompe di tanto in tanto, lasciando spazio a regioni organizzate secondo criteri funzionali diversi. E, dunque, la mappa somatotopica è interrotta da regioni con una propria specifica connettività, una peculiare struttura e precipue funzioni, che si alternano, di fatto, alle aree effettrici-specifiche di bocca, mano, piede, ecc.

Le nuove regioni possono essere per questo denominate regioni inter-effettrici. Tali regioni presentano uno spessore corticale inferiore ma una forte connettività funzionale che, da una parte, le lega le une alle altre e, dall’altra, le collega alla rete cingulo-opercolare (CON), che conosciamo come un sistema di importanza cruciale per l’azione, per il controllo fisiologico, per l’allerta, per gli errori e per il dolore. Questa alternanza o “interdigitazione” – come la chiamano gli autori dello studio – di regioni effettrici motorie con regioni associate al controllo dell’azione è stata verificata in tre set molto estesi di dati di fMRI.

La fMRI di precisione nel macaco e in età pediatrica, ossia nel neonato, lattante e bambino, indica la presenza di omologhi cross-species e di precursori evolutivi del sistema intereffettore. Una batteria di compiti motori e azioni per la fMRI ha documentato somatotopie effettrici concentriche separate da regioni inter-effettrici connesse alla rete CON.

Le regioni inter-effettrici mancavano di specificità per il movimento e si co-attivavano durante la pianificazione dell’azione (coordinazione di mani e piedi) e durante movimenti assiali del corpo, quali movimenti delle sopracciglia o dell’addome.

Questi risultati, insieme con quelli di studi precedenti, che hanno dimostrato azioni complesse evocate da stimolazione e connettività con organi interni, quali la midollare del surrene, suggeriscono che M1 è “punteggiata” da un sistema per la pianificazione dell’azione del corpo intero, la rete SCAN (somato-cognitive action network), e da collegamenti con l’anatomia viscerale. In M1 due sistemi paralleli si intrecciano, formando un pattern integrato/isolato: regioni effettrici specifiche (piede, mano e bocca) per il controllo motorio isolato e la rete SCAN per integrare scopi, fisiologia e movimenti corporei.

 

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

 

Lorenzo L. Borgia

BM&L-29 aprile 2023

www.brainmindlife.org

 

 

 

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[1] Kwan H. C., et al. Spatial organization of precentral cortex in awake primates. II. Motor outputs. J. Neurophysiol. 41, 1120-1131, 1978.

[2] Graziano M. S. A., Ethological action maps: a paradigm shift for the motor cortex. Trends Cogn. Sci. 20, 121-132, 2016.