Il cervello umano Connectome e Psychiatry

Recentemente, ci sono stati importanti progressi nell'identificazione dei sistemi cerebrali associati a complesse funzioni comportamentali e mentali. Riteniamo che questo lavoro sia rilevante per la psichiatria clinica perché le anomalie che si verificano in specifici sistemi cerebrali sono responsabili dei sintomi e dei disturbi psichiatrici. In questo post, descriveremo per prima cosa cosa intendiamo per sistemi funzionali del cervello, e poi discuteremo di come una malattia comune – il morbo di Alzheimer – possa comportare la rottura di un sistema cerebrale chiamato "rete predefinita".

Il National Institutes of Health ha recentemente reso la mappatura dei sistemi cerebrali funzionali un'alta priorità sponsorizzando un grande sforzo di ricerca chiamato "Human Brain Connectome Project". In questa iniziativa, gli scienziati useranno metodi all'avanguardia per capire come varie regioni del cervello umano lavorano insieme per svolgere funzioni specifiche. In altre parole, questi scienziati studieranno la connettività funzionale del cervello umano.

Quindi, qual è la connettività funzionale? È il modo in cui diverse regioni del cervello sono collegate e lavorano insieme come sistemi integrati per svolgere funzioni specifiche, compresa la complessa elaborazione coinvolta nella cognizione, emozione e motivazione, la cosiddetta "trilogia mentale". La capacità di identificare specifici i sistemi cerebrali funzionali sono stati notevolmente aiutati dallo sviluppo di nuove tecniche di imaging cerebrale, tra cui la risonanza magnetica funzionale (fMRI). fMRI è in grado di misurare l'attività funzionale delle regioni del cervello durante il riposo e durante compiti specifici. L'imaging di connettività funzionale esamina le correlazioni e le interdipendenze tra le regioni del cervello quando interagiscono tra loro per svolgere compiti specifici.

Sappiamo già che il cervello umano è organizzato in sistemi funzionali che vengono definiti "reti di connettività intrinseca". Questi "ICN" aiutano gli esseri umani a elaborare informazioni cognitive, emotive e motivazionali. Uno di questi sistemi funzionali del cervello è chiamato "rete predefinita". La rete predefinita è costituita da un gruppo di regioni cerebrali che comunicano e condividono le informazioni durante quei periodi di tempo in cui non prestiamo attenzione a compiti specifici, cioè quando stiamo sognando ad occhi aperti o riposo. Si scopre che durante questi periodi in cui non siamo attivamente impegnati in compiti specifici, i nostri cervelli sono al lavoro per valutare il nostro stato interiore, elaborare i nostri ricordi e contemplare gli sforzi futuri. In effetti, la rete predefinita ci aiuta a "pensare" e "pianificare". Il sistema predefinito è fondamentale per l'elaborazione delle informazioni e utilizza molta energia del cervello.

Quando succede qualcosa che ci richiede di focalizzare la nostra attenzione, il cervello si sposta fuori dalla modalità predefinita e attiva un diverso set di reti cerebrali (ICN) che regolano l'attenzione. Regioni specifiche dei lobi frontali e parietali del cervello diventano attive in modo coordinato e ci aiutano a rivolgere la nostra attenzione verso i nuovi compiti. In effetti, un ICN ci aiuta a spostare la nostra attenzione e un ICN diverso ci aiuta a rimanere concentrati sui compiti a portata di mano.

È probabile che le malattie neurologiche e psichiatriche possano essere comprese definendo i malfunzionamenti specifici degli ICN che sono dedicati a compiti specifici. Ad esempio, recenti ricerche suggeriscono che le regioni chiave del cervello coinvolte nella rete di default sono le stesse regioni del cervello che mostrano i primi cambiamenti distruttivi nella malattia di Alzheimer e alcuni cambiamenti nella connettività del sistema predefinito sembrano verificarsi prima dell'inizio dei sintomi clinici. Perché? Sebbene ci siano molte speculazioni, non lo sappiamo davvero. L'alto consumo energetico del sistema predefinito può essere almeno un fattore che contribuisce. Capire perché può portare a nuovi approcci terapeutici.

Un altro esempio interessante in cui la rottura in uno specifico ICN sembra essere coinvolto in un disturbo specifico è la rara ma affascinante malattia neuropsichiatrica chiamata "demenza frontotemporale variante comportamentale". Questa malattia inizia tipicamente nella tarda mezza età (negli anni '50 o nei primi anni '60). I primi sintomi includono comportamenti sociali marcatamente inappropriati. Ad esempio, un individuo generalmente riservato potrebbe sviluppare gradualmente comportamenti drammatici e disinibiti, come raccontare storie forti e imbarazzanti in un ristorante o prendere in giro una persona al tavolo accanto a lui. Col passare del tempo, alla fine si verificano cambiamenti che coinvolgono la parola, la memoria e le funzioni indipendenti, e la malattia progredisce fino a uno stato clinico che assomiglia alla malattia di Alzheimer avanzata.

Ricerche recenti suggeriscono che la demenza frontotemporale variante comportamentale comporta la perdita di cellule cerebrali in un sistema cerebrale funzionale chiamato "rete di salienza emotiva". Questo ICN coinvolge diverse aree del sistema limbico del cervello. (Il sistema limbico è coinvolto nell'elaborazione delle informazioni emotive). Forse, questo sistema di salienza emotiva ci aiuta ad essere appropriati nelle nostre interazioni sociali e ci consente di integrare le componenti emotive nel modo in cui elaboriamo le informazioni. Perché questo sistema si rompa in questa rara forma di demenza rimane un mistero.

Poiché i sistemi cerebrali funzionali sono meglio caratterizzati, i ricercatori dovrebbero essere in grado di esaminare quali sistemi sono malfunzionanti in malattie come la schizofrenia, il disturbo bipolare e l'autismo. Più impariamo, più saremo in grado di definire i difetti di elaborazione associati a questi disturbi e sviluppare trattamenti migliori.

La recente esplosione di informazioni che utilizzano procedure di imaging per descrivere i sistemi cerebrali è solo uno dei molti approcci eccitanti che aggiungeranno alle nostre capacità di comprendere i sintomi psichiatrici e aiutare le persone che soffrono di queste malattie gravi e invalidanti.

Questo post è stato scritto da Charles Zorumski, MD e Eugene Rubin MD, PhD. Nessuno di noi ha conflitti di interessi finanziari con l'industria farmaceutica o con le industrie coinvolte nello sviluppo di nuovi dispositivi.

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