La preparazione motoria senza azione per capire il controllo fra circuiti

 

 

LORENZO L. BORGIA

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XII – 22 febbraio 2014.

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 rientra negli oggetti di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.

 

 

[Tipologia del testo: RECENSIONE]

 

“Probabilmente non ce ne rendiamo conto, ma le azioni che volontariamente compiamo ogni giorno sono una sorta di piccolo miracolo neurofunzionale, che si attua mettendo in rapporto le nostre intenzioni con i giusti programmi di esecuzione del movimento necessari a perseguire uno scopo. Siamo così abituati al possesso di tali abilità, di cui si serve la nostra coscienza in forma di automatismi di servizio, che solo in condizioni particolari come quelle in cui siamo impediti da un’infermità motoria o siamo resi consapevoli di un problema di qualcuno che ci è vicino, verifichiamo quanto siano indispensabili e straordinari gli adattamenti e gli aggiustamenti che il sistema motorio compie in relazione alle circostanze della vita di tutti i giorni. In genere, lo scopo di quelle che chiamiamo azioni, ossia insiemi di movimenti armonicamente organizzati per il perseguimento di un fine intenzionale, dipende da ciò che abbiamo in mente, e che convenzionalmente si definisce stato motivazionale; ma la scelta e l’esecuzione degli atti appropriati richiede l’intervento di un sistema che va dalla corteccia cerebrale al muscolo e, grazie all’efficiente integrazione di tutti i suoi sottosistemi, trasforma le intenzioni nel comportamento motorio che le realizza.

“In genere, didatticamente, si fa dipendere l’insieme dei processi psiconeuromotori necessari ad attuare un proposito, unicamente dallo scopo; ma questo si realizza solo nei casi più semplici, come quello in cui si ha bisogno di un oggetto che è a portata di mano e non si deve far altro che prenderlo. In realtà, le circostanze della vita, in termini di luogo, tempo, contenuti simbolici e trame del vissuto, influenzano notevolmente i processi alla base del comportamento motorio, che può realizzarsi secondo una gamma che va dalla semplice scelta di movimenti elementari a complesse strategie soggette a continue rielaborazioni.

“Proviamo ad immaginare che il nostro stato motivazionale corrisponda al desiderio di bere un bicchiere d’acqua. Se siamo a tavola ed abbiamo davanti un bicchiere già colmo, lo scopo può essere facilmente perseguito con un semplice gesto del braccio, associato al movimento di prensione della mano. Ma se lo stesso desiderio compare in circostanze diverse, è probabile che non sarà sufficiente l’attuazione di una sequenza motoria, ma sarà necessario pianificare delle azioni e, magari, giungere alla vera e propria progettazione di strategie comportamentali. Ad esempio, se siamo alla guida di un’auto, in autostrada, dobbiamo programmare la sosta in un’area di servizio ed acquistare al bar l’acqua da bere; se siamo impegnati in un’escursione di gruppo nel deserto, come accade durante le visite alla Death Valley, il perseguimento dello scopo richiederà la realizzazione di un programma individuale; infine, se stiamo assistendo un ammalato sottoposto ad emodialisi, che desidera bere ma non può farlo, dovremo ricorrere a delle strategie comportamentali per non bere in sua presenza, a meno che non decidiamo di rinunciare alla soddisfazione del nostro desiderio.

“Negli esempi proposti, ciascuna delle azioni preparatorie o intermedie che compiamo per bere il bicchiere d’acqua, costituisce un segmento di una sequenza che ha senso solo nel suo insieme che porta al compimento dello scopo. La capacità di mantenere il fine comportamentale durante una serie di atti e, magari, elaborare strategie e sequenze alternative per superare ostacoli, imprevisti e variazioni delle circostanze, è un carattere distintivo del comportamento volontario, la cui organizzazione sembra dipendere in gran parte dalla corteccia prefrontale. In realtà, i processi più studiati, sono i meccanismi neuronali della corteccia premotoria e parietale, ma non si esclude l’importanza del rapporto realizzato dalle reti di tali regioni con molte altre aree.

“Nelle circostanze reali, le azioni volontarie implicano spesso l’interazione fisica con gli oggetti del mondo esterno, con la conseguente elaborazione encefalica della segnalazione sensoriale derivante da questa esperienza, l’integrazione con segnali e processi interni, e la produzione di comandi motori per i segmenti corporei interessati. L’insieme di questi processi si verifica grazie ad una sequenza di operazioni neurali che impegnano molte aree corticali e sottocorticali. Nessuna singola area è responsabile di tutti i passi dell’elaborazione, che vanno dall’intenzione all’azione, né è responsabile di una singola operazione. Questa organizzazione funzionale distribuita è caratteristica di tutti gli aspetti del controllo neurale del comportamento volontario.

“Un altro aspetto importante per la fisiologia, e molto interessante per la ricerca, è che l’intenzione comportamentale progettata può non andare in esecuzione ed essere rinviata nel tempo o, anche, non essere mai più attuata”[1].

Questa lunga citazione, tratta da una relazione del presidente Perrella, mi è sembrata il modo migliore per introdurre il lettore non specialista della neurofisiologia del movimento ad uno studio molto interessante, condotto da Matthew Kaufman e colleghi, nel quale sono stati indagati i processi che consentono alla corteccia motoria di preparare il movimento senza mandarlo in esecuzione prematuramente rispetto alle dinamiche fisiologiche, o intempestivamente in tutte le circostanze in cui è necessario attendere (Kaufman M. T., et al., Cortical activity in the null space: permitting preparation without movement. Nature Neuroscience – Epub ahead of print doi: 10.1038/nn.3643, 2014).

La provenienza degli autori dello studio è la seguente: Neuroscience Program, Stanford University, Stanford, California (USA); Department of Neurobiology, Department of Electrical Engineering and Department of Bioengineering, Stanford University, Stanford, California (USA); Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, New York (USA); Grossman Center for the Statistics of Mind, Kavli Institute for Brain Science and David Mahoney Center for Brain and Behavior Research, Columbia University Medical Center, New York (USA); Department of Neurosurgery, Palo Alto Medical Foundation, Palo Alto, California (USA).

I circuiti neuronici del sistema nervoso centrale, in generale, e del cervello, in particolare, devono costantemente effettuare computazioni e poi inviare selettivamente i risultati di queste elaborazioni ad altri circuiti. Le sinapsi, però, non possono cambiare radicalmente in intervalli temporali dell’ordine dei millisecondi, pertanto questo interrogativo sfida da tempo i ricercatori: come è controllata la comunicazione fra circuiti neurali?

Le regioni cerebrali implicate nella neurofisiologia del movimento sono state considerate le candidate ideali per studiare il controllo della comunicazione fra circuiti. Matthew Kaufman e colleghi hanno effettuato le loro osservazioni sperimentali nella scimmia, che presenta una fisiologia corticale del tutto simile alla nostra.

Nel controllo motorio, le aree cerebrali direttamente implicate nella guida del movimento, risultano funzionalmente attivate molto tempo prima che abbia inizio lo spostamento del segmento corporeo. L’attuazione del movimento, intesa nei termini dell’attività muscolare, può considerarsi come una lettura dell’attività neurale da parte del sistema esecutivo, che durante la preparazione non presenta variazioni funzionali, rimanendo virtualmente silente.

I ricercatori hanno rilevato che durante la preparazione, mentre la scimmia è ferma, cambiamenti nell’attività corticale motoria cancellano, al livello di queste popolazioni neuroniche, il processo di lettura. Un tale fenomeno potrebbe costituire la base neurofunzionale della nota capacità della corteccia motoria di preparare il movimento senza direttamente mandarlo in esecuzione, ma consentendo la modulazione temporale necessaria alle esigenze neurofunzionali complessive dell’organismo e all’adeguatezza esecutiva rispetto alla circostanza.

Un rilievo di notevole interesse è costituito dall’evidenza che questo meccanismo opera anche nella regione dorsale della corteccia premotoria. Un tale reperto può in gran parte spiegare come l’attività preparatoria sia attenuata nella corteccia motoria primaria.

I dati emersi da questa sperimentazione, nel loro complesso, suggeriscono un modello di come possa essere controllata la comunicazione fra le aree cerebrali responsabili del movimento e fra queste e il sistema muscolare: l’uso selettivo di patternsoutput-null” contro patternsoutput-potent” potrebbe realizzare le scelte nell’ordine temporale dei millisecondi che, sulla base delle conoscenze attuali, non possono spiegarsi in termini di variazioni sinaptiche.

 

L’autore della nota invita alla lettura di tutte le recensioni di lavori di argomento connesso che appaiono nella sezione “Note e Notizie” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Lorenzo L. Borgia

BM&L-22 febbraio 2014

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



[1] G. Perrella, L’organizzazione funzionale delle azioni e del comportamento volontario (relazione introduttiva all’attività del gruppo di lavoro sulla corteccia motoria e premotoria, tenuta il 2 aprile 2011), pp. 1-2, BM&L-Italia, Firenze 2011.