Che cos’è la coscienza?

Che cos’è la coscienza?

Noi tutti siamo convinti che la coscienza, in quanto tale, sia appannaggio della corteccia cerebrale del cervello umano! Ma non è così! L’indagine non invasiva per eccellenza (PET) che mette a nudo in vivo, le attività dei viventi, dice il contrario! Sono aree antichissime del cervello rettile, che pure risiede in noi, a svegliarci da qualsiasi tipo di sonno! Oggi dire che gli animali non hanno coscienza è un delitto! E bisogna dirlo forte!

Ad essere interessati nella coscienza sono settori profondi del cervello! Parti antichissime del cervello rettile di MacLean! Vedi testo

 Una nuova ricerca basata sulla PET  tomogafia a emissione di positroni rivela che il recupero della coscienza dopo l'anestesia è associato all'attivazione di aree cerebrali profonde e filogeneticamente più antiche e non della più giovane e "moderna" corteccia cerebrale. Prima dell'inizio dell'attività delle strutture di ordine più alto, deve quindi essere recuperato uno stato di coscienza primitivo e fondamentale, una scoperta che rappresenta un importante tassello per ricostruire il mosaico della coscienza e della consapevolezza di sé e del mondo circostante

Il risveglio dall'anestesia è spesso associato a una fase iniziale di turbamento e di delirio prima del pieno recupero della coscienza e della consapevolezza dell'ambiente circostante. Utilizzando tecniche di imaging cerebrale su volontari sani, un team di ricercatori coordinati da Harry Scheinin, dell'Università di Turku, in Finlandia, in collaborazione con i colleghi dell'Università della California a Irvine, hanno ora scoperto il perché, evidenziando il processo di ritorno alla coscienza dopo l'anestesia generale. L'emergere della coscienza è infatti risultato associato all'attivazione di strutture cerebrali profonde e primitive anziché della neocorteccia, più giovane dal punto di vista evolutivo. 

L'immagine PET  mostra l'attivazione delle aree cerebrali coinvolte nel risveglio dall'anestesia. A sinistra, le sezioni sagittale (sopra) e assiale (sotto) mostrano l'attivazione della corteccia cingolata anteriore, del talamo e dell'area del locus coeruleus e del nucleo  parabrachiale del tronco encefalico. A destra, le immagini dell'attivazione corticale non mostrano alcuna attivazione evidente. (cortesia Turku PET Center)

 

“Ci aspettavamo di vedere il ritorno all'attivazione della corteccia cerebrale, considerata la sede delle funzioni superiori, in corrispondenza del ritorno della coscienza dopo l'anestesia”, spiega Scheinin, che firma in proposito insieme ai colleghi un articolo sulla rivista "Journal of Neuroscience". “Ma non è quello che ci hanno mostrato le immagini: in effetti, a recuperare la funzionalità sono le strutture più primitive, tra cui il talamo e parti del sistema limbico, indicando che, prima dell'inizio dell'attività delle strutture di ordine più alto, deve essere recuperato uno stato di coscienza primitivo e fondamentale ”.
Per arrivare a questa conclusione, sono stati sottoposti a scansione cerebrale 20 volontari anestetizzati con i farmaci dexmedetomidina o propofol. I soggetti venivano poi svegliati e i cambiamenti nell'attività cerebrale catturati in immagini mediante la tecnica di tomografia a emissione di positroni (PET).
Lo stato d'incoscienza indotto con la dexmedetomidina ha una stretta somiglianza con il sonno fisiologico normale, poiché può essere invertito con una debole stimolazione fisica o una forte stimolazione acustica senza richiedere alcuna variazione nel dosaggio del farmaco. Questa proprietà è stata essenziale cruciale per l'esperimento, poiché permette di separare le variazioni nell'attività cerebrale associate al cambiamento del livello di coscienza dagli effetti legati ai farmaci nel cervello. 

 
In particolare, il ritorno della coscienza, valutato in base alla risposta motoria a un comando vocale, è risultato associato all'attivazione di un network di livello profondo che coinvolge le regioni subcorticale e limbica, le quali risultavano accoppiate dal punto di vista funzionale a parti della corteccia frontale e parietale inferiore subito dopo il risveglio dallo stato d'incoscienza indotto dalla dexmedetomidina. Il network permetteva quindi il recupero della coscienza soggettiva del mondo esterno e la capacità di esprimere con il comportamento i contesti della coscienza attraverso risposte volontarie.

Di grande interesse il fatto che le stesse strutture cerebrali profonde, ovvero il tronco encefalico, il talamo, l'ipotalamo e la corteccia cingolata anteriore, si attivassero per prime anche quando il soggetto usciva dall'anestesia da propofol, il che porta a ipotizzare un meccanismo di risveglio comune e indipendente dal farmaco: per entrambi i farmaci, l'attivazione osservata non appena recuperata la coscienza era localizzata in gran parte nelle strutture cerebrali profonde e filogeneticamente più antiche invece che nella neocorteccia.

 

L'attuale tecnologia di monitoraggio dell'anestesia si basa sull'elettroencefamogramma corticale, cioè sui segnali elettrici misurati sulla superficie dello scalpo che hanno origine sulla superficie della corteccia cerebrale: è per questo motivo che finora sono falliti i tentativi di differenziare gli stati di coscienza da quelli d'incoscienza e di spiegare perché la consapevolezza durante l'anestesia generale non sia mai stata rivelata.

I risultati presentati in quest'ultimo lavoro aggiungono importanti conoscenze sui meccanismi dell'anestesia e sulla natura della coscienza, aprendo inoltre la strada a miglioramenti nelle metodiche di anestetizzazione profonda. Tuttavia, rimane una questione di fondo: in che modo i meccanismi neurali creano la consapevolezza di sé?

Credit   Le Scienze

Ipotalamo, sesso, riproduzione e invecchiamento

Ipotalamo, sesso, riproduzione e invecchiamento

Una recente ricerca dell'Albert Einstein College of Medicine rivela l'esistenza di un interruttore che decide 'la data di scadenza' della vita. E’ legata all’ipotalamo, al sesso e alla riproduzione!

Pubblicato su Nature, lo studio ha individuato in una molecola denominata NF-kB una delle cause dell'invecchiamento cellulare. Si tratta di una proteina prodotta dall'ipotalamo, una porzione del cervello situata tra i due emisferi cerebrali. Un'area importante perché controlla molte funzioni del corpo e agisce sull'attività dell'ipofisi.

Posizione del talamo, ipotalamo e cervelletto nell'encefalo

Oltre a regolare il sonno, lo stato di veglia, e i cosiddetti centri della fame, della sazietà e della sete, l'ipotalamo governa anche le emozioni e il comportamento sessuale. I ricercatori hanno così studiato le sue secrezioni, tra queste la NF-kB, formulando l'ipotesi che la sua inibizione potrebbe ritardare l'invecchiamento, procrastinando in questo modo la 'data di scadenza' dell'organismo. Si tratta di test eseguiti sul modello animale e nei topi utilizzati per gli esperimenti è stato ottenuto un allungamento medio della vita del 20%. Certamente una buona notizia alla quale va aggiunto che i topi in questione non presentavano le patologie che accompagnano normalmente l'invecchiamento. 

Posizione dell'ipotalamo e dell'ipofisi nell'encefalo

Gli scienziati hanno potuto rivelare che con il passare del tempo, la produzione della proteina NF-kB aumenta. In relazione a questo dato, sono stati eseguiti dei test su tre gruppi di topi. Al primo gruppo la produzione della molecola è stata inibita, il secondo non ha subito alcuna modifica, nel terzo gruppo, invece, il cervello è stato 'spinto' a produrre livelli maggiori di NF-kB.

Così, se il primo gruppo ha vissuto mediamente 1.110 giorni, il secondo non ha superato i 1000 giorni, mentre il terzo non ha superato i 900 giorni di vita. "Il nostro studio indica chiaramente che molti aspetti dell'invecchiamento sono controllati dall'ipotalamo", ha spiegato Donsheng Cai che ha coordinato i lavori. Nei topi, ha poi aggiunto Cai, agendo sulla proteina è stato possibile "rallentare l'invecchiamento, aumentando la longevità". 

Posizione dell'ipotalamo in 3D

Lo scienziato ha poi sottolineato che i topi, ai quali era stata inibita la secrezione della molecola, presentavano maggiore forza muscolare e migliori capacità d'apprendimento. E' presto per dire di aver trovato la chiave per l'elisir di lunga vita, ma certamente i risultati raggiunti potrebbero rappresentare una via per studi successivi finalizzati al controllo delle patologie correlate alla vecchiaia. Ma studiando il cervello di topolini transgenici, i ricercatori americani hanno infatti scoperto che i processi d’invecchiamento dell’intero organismo non solo sono coordinati dall’ipotalamo, ma che questa regione del cervello già coinvolta in altre funzioni come lo sviluppo, modifica le funzioni immunitarie e neuroendocrine allungando o accorciando la vita dei topi. Nei loro esperimenti, gli studiosi si sono concentrati sulla regione medio basale dell’ipotalamo e in particolare sul ruolo svolto dal complesso proteico Nfkb (Nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells). 

Posizione dell'ipotalamo e del talamo nell'encefalo

L'Nfkb è la proteina chiave nel controllo del processo d’infiammazione, un fenomeno che tende ad aumentare con l’età, spesso associato a malattie tipiche dell’invecchiamento come quelle cardiovascolari e neurologiche. Usando topolini di età diversa, gli scienziati hanno bloccato o attivato la via di segnalazione di Nfkb iniettando nei neuroni un marcatore fluorescente insieme a una proteina inibitrice o attivatrice e ne hanno monitorato l’effetto tramite test fisiologici, cognitivi e comportamentali. I topolini in cui l'Nfkb era inibito invecchiavano più lentamente e vivevano circa il 20% di più rispetto agli animali di controllo. Inoltre, nei test di memoria e apprendimento ottenevano punteggi migliori dimostrando di avere un cervello più "giovane". 

Ipotalamo e ipofisi - innervazione e spaccato

L’effetto non era limitato al cervello, ma riguardava tutto l'organismo, con miglioramenti della forza muscolare, aumento dello spessore della pelle e riduzione della perdita ossea. D'altra parte, l’attivazione dell'Nfkb accelerava il processo d’invecchiamento che riguardava tutti gli organi e accorciava la durata complessiva della vita degli animali. Da un punto di vista molecolare, l’equipe di Cai ha mostrato che l’attivazione della via dell'Nfkb causava una riduzione dei livelli di GnRH (ormone di rilascio della gonadotropina), un ormone prodotto dall’ipotalamo che controlla la riproduzione. Infatti, quando il GnRH era iniettato direttamente nel ventricolo ipotalamico di topolini vecchi, era in grado di promuovere la formazione di nuovi neuroni e indurre un miglioramento di tutti i segni legati all’età, incluse le capacità cognitive e le funzioni muscolari, facendoli essenzialmente "ringiovanire". 

Sistema simpatico e parasimpatico, implicazioni ipotalamo e ipofisi

Quindi, capire che il sesso e l’amore siano fondamentali nel processo d’invecchiamento il passo è breve. In fondo la natura ha creato un essere vivente affinchè sia capace di riprodurre altri esseri viventi, quando questa funzione è stata soddisfatta, invecchiamento e morte sono nell’ordine delle cose. Ripristinando tassi normali dell’ormone riproduttivo nel sangue significa essere ancora in grado di riprodursi (alias fare sesso) e quindi posticipare l’invecchiamento. "Capire come l’organismo nella sua totalità invecchia è un argomento di intensa ricerca e potrebbe avere implicazioni terapeutiche importanti", continua Cai. 

Quadro riassuntivo del controllo ormonale ipofisi - ipotalamo e le risposte degli organi bersaglio

L’identificazione dei meccanismi molecolari che controllano questo processo potrebbe, infatti, permettere di sviluppare metodologie per alterare le vie di segnalazione controllate dall’ipotalamo (Nfkb e GnHR) per rallentare il deterioramento delle funzioni dell’organismo. Una specie di elisir di lunga vita. L’ipotalamo, una struttura delle dimensioni di una mandorla è situato in profondità all’interno del cervello, ed è noto che ha un ruolo fondamentale nella crescita, lo sviluppo, la riproduzione e il metabolismo. Il dottor Cai sospettava che l’ipotalamo potesse anche svolgere un ruolo chiave nel processo di invecchiamento attraverso l’influenza che esso esercita in tutto il corpo. 

Mappa concettuale di tutte le interazioni endocrine

CERVELLETTO, SNODO ANCESTRALE TRA AFFETTO E COGNIZIONE

L’affettività e la cognizione  ancestrale risiedono nel cervelletto!

Timidezza, coraggio, intelletto e affettività dipendono da uno sconosciuto organo ancestrale di 500 milioni di anni! Le sue alterazioni conducono a ossessioni compulsive, disturbi affettivi ed autismo!

Voce bassa, vampate rosse e mani sudate? La timidezza potrebbe dipendere da un cervelletto taglia "small". La dimensione di quest'area fondamentale del cervello, infatti, influenzerebbe anche l'atteggiamento verso l'esterno: un cervelletto più grande aiuta ad essere intraprendenti, uno di taglia inferiore è legato a timidezza e prudenza. 

Rapporti tra cervelletto, talamo, collicolo sup. e visione

Lo sostiene uno studio italiano, dell'Irccs Fondazione S.Lucia e dell'Universita' "Sapienza"di Roma, pubblicato su Human Brain Mapping.  I ricercatori hanno raccolto dati da un campione molto ampio di soggetti sani, combinando tecniche di neuro-immagine strutturale e misure di personalità legate ai tratti temperamentali, descritti nella nota "Scala di Temperamento e Carattere" di Cloninger, padre del "modello bio-psico-sociale" della personalità. Secondo tale modello, mentre il carattere è influenzato dal contesto ambientale ed educativo, il temperamento è geneticamente determinato. 

Sistema Limbico: corpi mammillari, amigdala, ippocampo e cervelletto

Tra le dimensioni di temperamento, quelle di "Novelty Seeking", ovvero la predisposizione a ricercare/esplorare la novità, e "Harm Avoidance", ovvero la predisposizione ad essere cauti ed inibiti, sono le dimensioni fondamentali che guidano le nostre risposte agli stimoli ambientali. Le persone che non hanno paura del nuovo, più curiose di esplorare situazioni e contesti diversi mostrano volumi del cervelletto più grandi di chi invece  risulta preoccupato di vivere le novità. "Nell'investigare da un punto di vista strutturale le regioni cerebrali più probabilmente associate con gli stili di personalità - dicono i ricercatori - una questione preliminare risulta essere quella di determinare come le strutture, specificatamente in termini di volume, possano essere collegate alle funzioni”. 

Cervelletto in 3D

Se è vero che il cervelletto è specializzato, tra le altre cose, nell'orientamento rapido verso ambienti nuovi, nell'adattamento e nel passaggio da un compito all'altro, influenzando così con la sua dimensione, è anche vero il contrario, affermano i ricercatori. Chi sviluppa un comportamento riservato oppure preoccupato e ansioso verso potrebbe far mancare al cervelletto l'allenamento necessario, facendone ridurre il volume.

Fino ad ora si era ritenuto che questa parte del cervello fosse implicata sostanzialmente nelle funzioni motorie e cognitive, e più recentemente in quelle affettive, ma non era mai stata associata alla personalità.

La lampreda marina, antichissimo pesce già dotato di cervelletto 500 milioni di anni fa!

Il Cervelletto: funzioni principali

Quale è la funzione principale, del cervelletto?
I nuclei della base sono un filtro, un setaccio, mentre il cervelletto è uno comparatore.
In questa sua funzione di comparatore il cervelletto è estremamente antico, compare in epoca preistorica e perfino gli animali meno evoluti come la lampreda, che è un pesce serpentiforme, (le cui origini discendono direttamente dai primissimi vertebrati comparsi sulla terra quasi 500 milioni di anni fa, gli ostracodermi) possiede una cervelletto che a questa funzione di comparatore.

Rapporti tra cervelletto, talamo, midollo allungato e ponte.

Che vuol dire comparatore?

Corregge il movimento nel corso della sua esecuzione, pensate al vostro amico Fido quando gli lanciate per aria il Frisbee, il disco volante che sibila, il cane segue la traiettoria e per afferrarlo, coordina e corregge i movimenti d’istinto, senza riflettere tanto ci pensa il cervelletto, il comparatore cerebrale!

Evidenze cliniche e recenti indagini

I ricercatori hanno dimostrato il coinvolgimento del cervelletto nel controllo di alcuni compiti cognitivi e neuropsicologici, nel linguaggio, nell'interazione interpersonale, nel controllo e modulazione dell'affettività, nello sviluppo e negli apprendimenti in generale, nella patogenesi di alcune forme di autismo. In particolare, malformazioni coinvolgenti la porzione filogeneticamente più antica del cervelletto - il verme - producono i più importanti disturbi dell'affettività e della partecipazione sociale e determinano lo svilupparsi dei quadri a prognosi più sfavorevole, spesso associati a comportamenti riconducibili allo spettro autistico. 

La via dei cannabinoidi è la stessa seguita dalla dopamina, neurotrasmettitore endogeno legato all'euforia e alla felicità! Per questo le droghe sono assunte facilmente! Tutto è legato alla falsa gioia che sembrano assicurare, senza pensare alla dipendenza e all'illusione di provare emozioni d'amore!

Malformazioni coinvolgenti gli emisferi cerebellari sono invece più frequentemente associate a deficit neuropsicologici selettivi coinvolgenti le funzioni esecutive, le competenze visuospaziali ed il linguaggio.

Altri ricercatori hanno riscontrato attraverso tecniche di brain imaging  (SPECT) alterazioni del flusso ematico a livello cerebellare i cui soggetti risultavano affetti da disturbo ossessivo-compulsivo di severità clinica rilevante.

Altre fonti cliniche hanno evidenziato con esami RMN Encefalica segni di atrofia corticale di grado medio in regione parietale e in misura minore frontale ed un quadro atrofico di grado elevato ben apprezzabile a carico del verme cerebellare (con netta dilatazione della cisterna vermiana superiore e cisterna magna) e in misura moderata del tronco encefalico.  

Complessi meccanismi e rapporti tra il cervelletto, il sistema limbico e la neocorteccia, che dimostrano
come il cervelletto influenzi l'affettività, l'intelletto e il coordinamento muscolare e visivo.
Malformazioni ed alterazioni dello stesso, possono indurre disturbi dell'affettività,
psicosi ed autismo.

L'atrofia cerebellare in sede vermiana può essere valutata in modo affidabile calcolando il numero di solchi visibili nella zona mediana del verme: più solchi visualizzabili esprimono un maggior grado di atrofia. La diminuzione dell'area del verme cerebellare corrisponde microscopicamente alla perdita di cellule di Purkinje con assottigliamento degli strati granulare e molecolare. Pertanto i pazienti presentano rallentamento psicomotorio, povertà di pensiero, disturbi della concentrazione e della memorizzazione, ruminazioni, grave riduzione delle reazioni emotive, rigidità affettiva e ridotta socievolezza, incapacità di esprimere le proprie emozioni e tendenza marcata al ritiro autistico. 

Inoltre, dato più significativo, è stata dimostrata l'esistenza di afferenze provenienti da diverse aree del Sistema Nervoso Centrale. Tra queste, quelle meglio caratterizzate, sono rappresentate da una via vestibolo-cerebellare (che governa l'equilibrio e i movimenti oculari), una via spino-cerebellare (che controlla la postura e i movimenti degli arti) ed una via cortico-ponto-cerebellare (legata al controllo della coordinazione e dell'esecuzione dei diversi movimenti volontari). Quest'ultima, insieme al circuito efferente cerebello-talamo-corticale, rappresenta senza dubbio il migliore candidato a dimostrazione dell'esistenza di un substrato anatomico per il coinvolgimento del cervelletto in funzioni cognitive. Questi studi anatomici sono in linea con precedenti osservazioni fisiologiche, come quelle di Allen e Tsukuhara e Sasaki ed altri, che indicano la presenza di connessioni tra i lobi parietali e frontali con la corteccia cerebellare. Inoltre, i corpi mammillari mediali (implicati nella memoria) e gli strati profondi del collicolo superiore (importanti nella visione fine e nell'attenzione) sembrano avere proiezioni verso il ponte e connessioni reciproche con il cervelletto. 

Encefalo in situ. Visione delle complesse relazioni e aderenze dei vari organi cerebrali

Studi anatomici hanno anche dimostrato l'esistenza di connessioni dirette reciproche tra ipotalamo e cervelletto e precedenti studi neurofisiologici hanno portato alla conclusione che il cervelletto è implicato nel circuito limbico, in particolare con il nucleo del setto e con l'ippocampo. Le proiezioni ponto-cerebellari non sono state ancora completamente chiarite altrettanto dettagliatamente, ma le ben note conoscenze anatomiche di questo sistema sarebbero in accordo con il concetto che le diverse aree corticali associative sono collegate ai filogeneticamente più recenti emisferi cerebellari laterali.