In che modo la scienza ufficiale moderna studia il cervello?

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

Non molto tempo fa, secondo gli standard storici, si parlava del cervello come di una "scatola nera", i cui processi all'interno rimanevano un mistero. I recenti risultati scientifici non ci consentono più di dichiararlo in modo così categorico. Tuttavia, ci sono ancora molte più domande che risposte univoche nel campo della ricerca sul cervello.

È estremamente difficile riconoscere in questo sistema, che ha parametri numerici cosmici ed è in costante movimento, meccanismi che potrebbero essere correlati a ciò che chiamiamo memoria e pensiero. A volte per questo devi penetrare direttamente nel cervello. Nel senso fisico più diretto.

Qualunque cosa dicano i difensori della fauna selvatica, nessuno ha ancora vietato ai ricercatori di sperimentare sul cervello di scimmie e topi. Tuttavia, quando si tratta del cervello umano - un cervello vivente, ovviamente - gli esperimenti su di esso sono praticamente impossibili per ragioni di diritto ed etica. Puoi entrare nella "materia grigia" solo, come si suol dire, per l'azienda con la medicina.

Fili nella mia testa

Una di queste opportunità presentate ai ricercatori sul cervello è stata la necessità di un trattamento chirurgico dei casi gravi di epilessia che non rispondono alla terapia farmacologica. La causa della malattia sono le aree interessate del lobo temporale mediano. Sono queste aree che devono essere rimosse con metodi neurochirurgici, ma prima di tutto devono essere identificate in modo da, per così dire, non "tagliare l'eccesso".

Il neurochirurgo americano Yitzhak Fried dell'Università della California (Los Angeles) è stato uno dei primi ad applicare la tecnologia di inserimento di elettrodi da 1 mm direttamente nella corteccia cerebrale negli anni '70. Rispetto alle dimensioni delle cellule nervose, gli elettrodi avevano dimensioni ciclopiche, ma anche uno strumento così rozzo era sufficiente per rimuovere il segnale elettrico medio da un numero di neuroni (da mille a un milione).

In linea di principio, questo era sufficiente per raggiungere obiettivi puramente medici, ma a un certo punto si è deciso di migliorare lo strumento. D'ora in poi, l'elettrodo millimetrico ha ricevuto un'estremità sotto forma di una ramificazione di otto elettrodi più sottili con un diametro di 50 μm.

Ciò ha permesso di aumentare l'accuratezza delle misurazioni fino alla fissazione del segnale da gruppi relativamente piccoli di neuroni. Sono stati inoltre sviluppati metodi per filtrare il segnale inviato da una singola cellula nervosa nel cervello dal rumore "collettivo". Tutto questo non è stato fatto per scopi medici, ma per scopi puramente scientifici.

Cos'è la plasticità cerebrale?

La plasticità del cervello è la straordinaria capacità del nostro organo del pensiero di adattarsi alle mutevoli circostanze. Se impariamo un'abilità e alleniamo intensamente il cervello, appare un ispessimento nell'area del cervello responsabile di quell'abilità. I neuroni ivi localizzati creano connessioni aggiuntive, consolidando le competenze appena acquisite. In caso di danno a una parte vitale del cervello, il cervello a volte sviluppa nuovamente i centri perduti nell'area intatta.

neuroni con nome

Oggetto della ricerca erano persone in attesa di intervento chirurgico per l'epilessia: mentre elettrodi incastonati nella corteccia cerebrale leggevano segnali provenienti dai neuroni per determinare con precisione l'area di intervento chirurgico, lungo il percorso sono stati condotti esperimenti molto interessanti. E questo è stato proprio il caso in cui le icone della cultura pop - le star di Hollywood, le cui immagini sono facilmente riconoscibili dalla maggior parte della popolazione mondiale, hanno portato reali benefici alla scienza.

Il collaboratore di Yitzhak Frida, medico e neurofisiologo Rodrigo Kian Quiroga, ha mostrato ai soggetti sul suo laptop una selezione di immagini famose, tra cui personaggi famosi e strutture famose come la Sydney Opera House.

Quando sono state mostrate queste immagini, è stata osservata l'attività elettrica dei singoli neuroni nel cervello e diverse immagini hanno "acceso" diverse cellule nervose. Ad esempio, è stato installato un "neurone di Jennifer Aniston", che "si attivava" ogni volta che sullo schermo appariva un ritratto di questa attrice romantica. Qualunque sia la foto che Aniston ha mostrato al soggetto, il neurone "il suo nome" non ha fallito. Inoltre, ha funzionato anche quando sullo schermo sono apparsi i fotogrammi della famosa serie TV, in cui l'attrice ha recitato, anche se lei stessa non era nell'inquadratura. Ma alla vista di ragazze che assomigliavano solo a Jennifer, il neurone tacque.

La cellula nervosa studiata, come si è scoperto, era associata proprio all'immagine olistica di una particolare attrice, e per niente ai singoli elementi del suo aspetto o dei suoi vestiti. E questa scoperta ha fornito, se non una chiave, un indizio per comprendere i meccanismi di conservazione della memoria a lungo termine nel cervello umano.

L'unica cosa che ci ha impedito di andare avanti sono state le stesse considerazioni di etica e di diritto, che sono state menzionate sopra. Gli scienziati non sono stati in grado di posizionare elettrodi in altre aree del cervello, ad eccezione di quelle soggette a ricerca preoperatoria, e lo studio stesso ha avuto un lasso di tempo medico limitato.

Ciò ha reso molto difficile trovare una risposta alla domanda se il neurone di Jennifer Aniston, o Brad Pitt, o la Torre Eiffel esista davvero, o forse a causa delle misurazioni, gli scienziati si sono imbattuti accidentalmente in una sola cellula di un'intera rete collegati tra loro da connessioni sinaptiche, che è responsabile della conservazione o del riconoscimento di una certa immagine.

Giocare con le immagini

Comunque sia, gli esperimenti continuarono e Moran Cerf si unì a loro: una personalità estremamente versatile. Israeliano di nascita, si è cimentato come consulente aziendale, hacker e allo stesso tempo istruttore di sicurezza informatica, oltre che artista e scrittore di fumetti, scrittore e musicista.

Fu quest'uomo con uno spettro di talenti degno del Rinascimento che si impegnò a creare una sorta di interfaccia neuromacchina sulla base del neurone di Jennifer Aniston e simili. Questa volta, 12 pazienti del Centro Medico intitolato a V. I. Ronald Reagan all'Università della California. Nel corso degli studi preoperatori, sono stati inseriti 64 elettrodi separati nella regione del lobo temporale mediano. Parallelamente, sono iniziati gli esperimenti.

Lo sviluppo delle scienze dell'attività nervosa superiore promette prospettive incredibili: le persone saranno in grado di comprendere meglio se stesse e far fronte a disturbi ora incurabili. Il lato morale e legale degli esperimenti su un cervello umano vivente rimane un problema.

Alle persone sono state mostrate per la prima volta 110 immagini di temi della cultura pop. Come risultato di questo primo round, sono state selezionate quattro immagini, alla vista delle quali l'eccitazione dei neuroni in diverse parti dell'area studiata della corteccia è stata chiaramente registrata nell'intera dozzina di soggetti. Quindi, due immagini sono state visualizzate contemporaneamente sullo schermo, sovrapposte l'una sull'altra, e ciascuna aveva una trasparenza del 50%, ovvero le immagini brillavano l'una attraverso l'altra.

Al soggetto è stato chiesto di aumentare mentalmente la luminosità di una delle due immagini, in modo da oscurare il suo "rivale". In questo caso, il neurone responsabile dell'immagine su cui si è concentrata l'attenzione del paziente ha prodotto un segnale elettrico più forte del neurone associato alla seconda immagine. Gli impulsi sono stati fissati da elettrodi, sono entrati nel decoder e trasformati in un segnale che controlla la luminosità (o trasparenza) dell'immagine.

Quindi, il lavoro di pensiero era abbastanza perché un'immagine iniziasse a "martellare" l'altra. Quando ai soggetti è stato chiesto di non intensificare, ma, al contrario, di rendere più chiara una delle due immagini, il collegamento cervello-computer ha funzionato di nuovo.

Testa leggera

Questo entusiasmante gioco valeva la necessità di condurre esperimenti su persone viventi, specialmente su quelle con gravi problemi di salute? Secondo gli autori del progetto, ne è valsa la pena, perché i ricercatori non solo hanno soddisfatto i propri interessi scientifici di natura fondamentale, ma hanno anche cercato approcci per risolvere problemi abbastanza applicati.

Se ci sono neuroni (o fasci di neuroni) nel cervello che sono eccitati alla vista di Jennifer Aniston, allora devono esserci cellule cerebrali responsabili di concetti e immagini che sono più essenziali per la vita. Nei casi in cui il paziente non è in grado di parlare o segnalare i suoi problemi e bisogni con i gesti, la connessione diretta al cervello aiuterà i medici a conoscere i bisogni del paziente dai neuroni. Inoltre, più associazioni si creano, più una persona sarà in grado di comunicare se stessa.

Tuttavia, un elettrodo incorporato nel cervello, anche se ha un diametro di 50 micron, è uno strumento troppo grezzo per mirare con precisione a un neurone specifico. Un metodo di interazione più sottile è l'optogenetica, che comporta la trasformazione delle cellule nervose a livello genetico.

Ed Boyden e Karl Thessot, che hanno iniziato il loro lavoro alla Stanford University, sono considerati tra i pionieri di questa direzione. La loro idea era di agire sui neuroni utilizzando sorgenti luminose in miniatura. Per questo, le cellule, ovviamente, devono essere sensibili alla luce.

Poiché le manipolazioni fisiche del trapianto di proteine sensibili alla luce - opsine - in singole cellule sono quasi impossibili, i ricercatori hanno suggerito… di infettare i neuroni con un virus. È questo virus che introdurrà un gene che sintetizza una proteina sensibile alla luce nel genoma delle cellule.

Questa tecnologia ha diversi potenziali usi. Uno di questi è un parziale ripristino della vista in un occhio con una retina danneggiata conferendo proprietà sensibili alla luce alle restanti cellule non sensibili alla luce (ci sono esperimenti di successo sugli animali). Ricevendo i segnali elettrici causati dalla luce incidente, il cervello imparerà presto a lavorarci e interpretarli come un'immagine, anche se di qualità inferiore.

Un'altra applicazione sta lavorando con i neuroni direttamente nel cervello utilizzando guide luminose in miniatura. Attivando diversi neuroni nel cervello degli animali con l'aiuto di un raggio di luce, è possibile tracciare quali risposte comportamentali provocano questi neuroni. Inoltre, l'intervento "leggero" nel cervello potrebbe avere un valore terapeutico in futuro.