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
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