RIP Andrew Huxley (1917-2012)

Ricordiamo con questo post Sir Andrew Huxley, fisiologo inglese vincitore del Nobel per la Medicina nel 1963 per le sue ricerche sulle basi della conduzione del potenziale d'azione, venuto a mancare nella giornata di ieri.
Possa il mondo averlo in gloria.

buon compleanno neuronerd!

il blog neuronerd compie un anno.

Si festeggia nel migliore dei modi: tra pochi giorni partirà la nostra sperimentazione con il professore Viggiano, docente di fisiologia della Seconda Università degli Studi di Napoli. Stay tuned

grazie a tutti voi

Apologia dell'errore

Un uomo di genio non commette errori. I suoi sbagli sono intenzionali e sono portali di scoperta(J.Joyce)

La biologia è il regno degli errori (e degli orrori). Darwin ha fatto risalire le “prodezze” umane a innumerevoli sbagli di un organismo microscopico, incapace di replicarsi con fedeltà. Dal batterio a bipedi forniti di grosso sedere, abili mani, cranio crivellato e rapidi a ciarlare. Non dobbiamo necessariamente scomodare l’evoluzionismo, né i filosofi, per celebrare l’errore: la DNA polimerasi, l’enzima che duplica il genoma per destinarlo alla cellula figlia, commette un errore ogni 10⁹ nucleotidi (e non è l’unica a sbagliare). Sembrerà poco, ma non lo è considerando l’innumerevole quantità di specie viventi e l’enorme tempo a disposizione concesso dalla Terra: siamo predestinati a inciampare lungo il cammino.

Il tanto osannato sistema nervoso nasce con i riflessi: risposte rapide, involontarie, a stimoli ambientali. Famosa l’illustrazione contenuta nel “De Homine” cartesiano, nella quale un bambino ritira il piede perché si scotta: a nulla valgono i consigli materni, senza sbagliare non potrebbe capirlo. Ancora oggi non possiamo minimamente fare a meno del dolore, nemmeno dopo l’infanzia. La scuola di guerra tedesca ci ha donato forse il più famoso aforisma: “ciò che non mi uccide mi rende più forte”. Il dolore metabolizza gli errori restituendo crescita e robustezza e nemmeno il più illuminato dei cervelli potrebbe mai farne a meno. I genetisti ci assillano con “le mutazioni sono il motore dell’evoluzione”: così l’alterazione genica che fa impazzire la cellula, il tumore, è assai vantaggioso per gli organismi unicellulari, mentre diventa letale per quelli grandi e grossi. Un errore ci uccide, un altro ci regala le mani di Paganini. Troppi errori cominciarono a diventare insostenibili quando si volle camminare: è solo per questa ragione che la selezione naturale risparmiò la comparsa del cervello vero e proprio. In primis cervelletto e gangli della base, veri e propri dittatori degli arti, in grado di porre il veto a più del 90% dei suggerimenti inviati dalla periferia. In secundis la corteccia cerebrale, supremo tiranno di idee, emozioni e istinti. Come discriminino giusto e sbagliato resta un mistero: secondo le teorie odierne solo quando, dopo tanti sbagli, il risultato corrisponde all’obiettivo. “Sbagliando si impara”. Le stesse sinapsi crescono a caso, e quelle non stimolate vengono recise.

Il primo dei sensi a comparire nella filogenesi è stato l’olfatto, poi gli altri. I motivi, sempre gli stessi: un’esperienza negativa con un alimento, un odore, un suono o un colore basterà per evitare il contatto futuro con quella sostanza. Medesimo discorso per la comparsa del centro del vomito, l’area postrema troncoencefalica: sopperire alla poco consona ingordigia dei nostri antenati. Per nulla infallibili, anzi preda di condizioni e suggestioni. L’occhio e l’orecchio di Alex deLarge ripudiano i film di violenza mostrati mentre i medici gli iniettano una sostanza emetica (che provoca il vomito): l’errore viene qui asservito dalla società per abolire istinti moralmente sconvenienti. In un recente studio di Kim BR è stato dimostrato, con semplici compiti valutativi, che la devianza da norme sociali viene trattata dal cervello come un proprio errore di valutazione. Una suggestiva guerra civile tra neuroni: liberali e neuroni specchio. Questi ultimi, scoperti da Giacomo Rizzolatti vicino all’area di Broca, un centro del linguaggio, ci invitano a scimmiottare chi è davanti a noi, e gradualmente a conformarci agli altri individui della nostra specie.

Tutto ciò è ben orchestrato: in un recente esperimento di Hester viene analizzata l’attività della corteccia frontale posteromediale (pMFC) prima e dopo la realizzazione di un errore; dopo l’errore i comportamenti vengono significativamente rallentati e meglio ponderati. Ma ancora una volta la società continua a baloccarsi con le nostre menti, infiltrata nel Super-Io (di cui probabilmente i neuroni specchio sono un aspetto fondamentale). Un rallentamento post-errore è stato osservato anche in un lavoro di De Bruijn, persino dopo errori altrui, in una situazione cooperativa; al contrario, in un contesto competitivo, vi è una tendenza ad accelerare i compiti. Questo indica che il sistema neuronale in grado di processare gli errori ha un’alta flessibilità, determinata dal contesto. Infatti in un altro articolo dello stesso autore gli errori in un contesto competitivo sono stati considerati dai soggetti come perdita di gratificazione sia se commessi da loro sia dagli altri partecipanti. Tanti gli studi a riguardo dei centri di controllo degli errori, ad esempio, Longe mostra come l’attività della parte dorsolaterale della corteccia prefrontale sia correlata ad alti livelli di autocritica, associata a un grande processamento degli errori e inibizione di comportamenti, maggiore in alcuni individui. La porzionale ventrolaterale della stessa corteccia prefrontale è invece associata a incoraggiamento individuale. Tutti questi studi aiutano la ricerca sulle malattie mentali come il disturbo bipolare e la depressione, ma non solo.

E’ proprio l’auto-incoraggiamento, la self-confidence, la grande forza che spinge avanti, cioè verso nuovi errori, la produzione umana. Non possiamo innalzarci restando a guardare i volti altrui: “I pedagoghi e gli educatori della prima infanzia riconoscono nell’errore del bambino che sta imparando a parlare un indizio del suo lavoro linguistico, che non è solo di semplice mimesi, ma anche, e soprattutto, di costruzione creativa e personale. Il bambino, in altre parole, non si limita ad imitare le frasi sentite da altri, ma utilizza il materiale linguistico di cui dispone per creare nuove frasi e nuove strutture sintattiche mai sentite prima. Questo lo vediamo quando il bambino dice “io ando” invece di “io vado”: capiamo soltanto così che egli ha utilizzato il verbo “andare” – che ha sentito da qualcuno – per formare la terza persona singolare per assimilazione.” Magari tutta l’arte fiorisce in questo modo. Non si può certo creare a mente vuota: spesso le grandi opere nascono da errori da parte di un riproduttore, come una canzone nasce da variazioni di un brano noto, inebriata da mille influenze. Homo sapiens e i suoi prodotti (alti e bassi) sono semplicemente figli della serendipità: non potremo mai toccare il cielo, ma non abbiamo alcun limite nell’esplorare la Terra con le nostre braccia e le nostre menti

Il progresso non è altro che brancolare da un errore all'altro. (Henrik Ibsen)

Roberto Infante

Approfondimento filosofico: http://www.libreriauniversitaria.it/apologia-inciampo-dona-massimo-bompiani/libro/9788845270659

References:

Kim BR, PMID:22038705

Longe O PMID:19770047

Hester R PMID:18189005

De Bruijn ER PMID:21347989

de Bruijn ER PMID:22347154

http://marcofantesca.wordpress.com

Spinoza ha anticipato Gazzaniga di 300 anni.

Spinoza ha anticipato Gazzaniga di 300 anni eppure pare che Homo Sapiens non si sbatta né il primo né il secondo.  “Gli uomini si credono liberi soltanto perché sono consapevoli delle proprie azioni e inconsapevoli delle cause che le determinano” un periodo assertivo, quasi da Bacio perugina, quale occorre. Tratto da “L’ethica”, monumentale opera scritta dall’ottico olandese, esempio di libero pensiero che ha addirittura lasciato dire a Hegel “Philosophieren ist Spinozieren”, rivela la subordinazione intrinseca della coscienza nella fisiologia del sistema nervoso.  Lasceremo spiegare il tutto a Gazzaniga e al suo straordinario lavoro “Un cervello, due menti” (1972). Gli esperimenti che alimentano quest’articolo scientifico sono stati condotti su pazienti “scissi”, pazienti cioè la cui epilessia aveva acquisito una dimensione tanto grave da dover ricorrere a un intervento chirurgico consistente nel tagliare le connessioni nervose tra i due emisferi cerebrali, il corpo calloso. Gazzaniga dimostrò che i due emisferi in questi soggetti non comunicano più e siccome l’area del linguaggio risiede solitamente nell’emisfero di sinistra, il paziente saprà esprimere solo ciò di cui quest’emisfero è a conoscenza. Se si benda il paziente e gli si chiede di toccare un oggetto con la mano sinistra, egli non saprà descrivere tale informazione tattile poiché le fibre nervose sensitive afferenti al sistema nervoso centrale dalla metà sinistra del corpo decussano la linea mediana e giungono all’emisfero destro isolato dal sinistro e quindi dall’area del linguaggio. Quest’esperimento molto semplice è servito da guida per altri, uno dei quali di importanza fondamentale. Se si induce segretamente l’emisfero destro ad avere una reazione, l’emisfero sinistro sarà capace di percepirla, ma rimarrà all’oscuro della sua motivazione. In che modo dunque la coscienza tratta il materiale inconscio? Ebbene, se si chiede a questi pazienti il perché della loro reazione, essi verbalizzano ciò che l’emisfero sinistro riesce a dedurre dalla situazione, inventando delle spiegazioni come se sapessero realmente cosa sia accaduto. LeDoux, un neurobiologo che ha collaborato con Gazzaniga in questi esperimenti, riporta nel suo libro “Il cervello emotivo” il comportamento dei pazienti: “se ordinavamo all’emisfero destro di salutare con la mano, il paziente salutava. Quando gli chiedevamo il perché, diceva che aveva creduto di vedere un conoscente. Se ordinavamo all’emisfero destro di ridere, il paziente ci diceva che eravamo buffi”. Le spiegazioni dei pazienti scissi non sono prodotte dalla conoscenza del perché delle azioni, ma solo in base alla percezione delle azioni stesse. Da tali esperimenti fu quindi dedotto che “molte delle nostre azioni hanno motivi di cui non siamo consapevoli (perché il comportamento è prodotto da sistemi cerebrali che operano inconsciamente) e che uno dei principali compiti della coscienza è quello di ricucire la nostra vita in una storia coerente, in un concetto del sé. Lo fa generando delle spiegazioni del comportamento sulla base dell’immagine di sé, dei ricordi del passato, delle aspettative del futuro, della situazione sociale presente e dell’ambiente fisico in cui quel comportamento è prodotto” (LeDoux, Il cervello emotivo).

Anche se irrelata dagli esperimenti di Gazzaniga, quanto detto da Spinoza appare ora più chiaro. L’importanza del periodo Spinoziano rimane tuttavia sottostimata. Homo Sapiens continua a ignorare che la sua coscienza è in realtà un accessorio comparso nella filogenesi.

Tutto il comportamento umano è determinato per riflesso, dunque è scatenato da processi inconsci. La cosa è anche più intuitiva di quanto si possa credere. Il riflesso è, per quanto semplice, una conquista complessa nella filogenesi e oltre che complessa è estremamente efficace: dunque perché non sfruttarla? Nello sviluppo successivo del sistema nervoso, gli errori accumulatisi hanno portato a un intreccio sempre più intricato di questi circuiti fino ad arrivare a reti neurali capaci di elaborare quanto l’autore sta scrivendo in questo momento.

Il linguaggio, strumento di elezione della coscienza, è anch’esso prodotto di processi inconsci. Non si pianifica consciamente la grammatica su cui un discorso s’intesse, non vi è abbastanza tempo e la coscienza è tra tutti i processi neurali “l’ultimo a sapere delle cose”. Un esempio pratico di quanto si sta dicendo è la situazione di un individuo che provi a parlare una lingua straniera, quando insomma è un competente consapevole: l’elaborazione di un periodo di senso compiuto sarà il risultato di un pensiero cosciente che richiederà concentrazione per la ricerca di ciò che si è appreso in precedenza. Lo stesso ovviamente non avviene se si elabora un periodo nella propria lingua madre in cui si ha raggiunto un livello di competenza inconsapevole. Detto questo sembra che Skinner avesse ragione quando disse che la Stein esprimeva nella sua prosa le automatiche risposte verbali che abbiamo davanti a specifici stimoli, la sua arte dunque non era che un riflesso involontario. Gertrude Stein obbiettò la frase di Skinner affermando di arrivare a frasi come “una rosa tagliata rosa, un crollo ed un buco venduto, un po’ meno caldo” grazie a un eccesso di coscienza, l’extra-coscienza. Eppure se Dostoevskij afferma che “è proprio […] nella perfetta consapevolezza di ogni cosa che sta l’ebbrezza”, Gertrude Stein ha dovuto infine ritenersi sconfitta. Vittoriosa ne uscì la linguistica di Chomsky. Il concetto è semplice: la struttura del linguaggio fa parte della struttura del cervello. Le parole vengono disposte su binari che il nostro cervello traccia inconsciamente.

A derubare la coscienza della sua importanza sono intervenuti anche Nisbett e Wilson che con esperimenti molto banali ne hanno mostrato la fragilità. Mostrando ad alcune donne delle paia di calze, hanno chiesto di scegliere un paio e di motivare la loro scelta. Le donne hanno eseguito motivando riguardo colore, elasticità, trasparenza senza sapere che le calze erano tutte uguali. Credevano insomma di aver deciso sulla base di giudizi interiori di qualità, sbagliando sulle cause interne delle loro azioni.
I meccanismi interni di importanti aspetti mentali, inclusa la comprensione del perché facciamo quel che facciamo non sono necessariamente conoscibili dall’io cosciente. In conclusione, ricordando Gertrude Stein in “How to write”: “Come può essere la coscienza? Ciò nonostante”.
                                                                                                     Giammarco Cascino

AUGURI

Tanti auguri di Buon Natale dalla redazione di NeuroNerd.

Stress: il picco del cortisolo al momento del risveglio (CAR)

Il cortisolo, principale prodotto endocrino di condizioni stressanti, viene secreto con un preciso andamento circadiano, regolato dal sistema nervoso centrale. La sua produzione durante al momento del risveglio e’ relativamente distinta dalla secrezione del resto del giorno: essa è sotto il controllo del nucleo soprachiasmatico dell’ipotalamo(SCN) e regolata finemente da una via neurale diretta alla corteccia surrenale tramite il simpatico. Esso è coinvolto in una serie di processi cruciali come il ripristino dello stato di coscienza, il conseguimento parziale o totale dell’allerta, le modificazioni degli altri ormoni, l’equilibrio immunitario e l’attivazione del sistema motorio.

Il CAR(cortisol awakening response) dura generalmente 30-45 min dopo il risveglio e può essere considerato un marcatore biologico dello stato psicosociale e di salute: molte malattie sono spesso associate ad una scarsa coordinazione circadiana, potenzialmente rilevabile da un esame del CAR. Invecchiamento e stress cronico sono associati a cambiamenti dell’asse ipotalamo-ipofisi-surrene(HPA) e di altre regioni del SNC sensibili a glucocorticoidi(ad esempio ippocampo)che comportano variazioni del pattern basale circadiano di secrezione di cortisolo, largamente controllato dall’SCN, che influenza l’attività del corticosurrene tramite input ai nuclei paraventricolari: la concentrazione di cortisolo salivare ha un incremento del 50-100% rispetto alla media durante i 30 min che seguono il risveglio per 5 giorni consecutivi in soggetti sani. Effettuando il medesimo esperimento con lo stesso gruppo di persone, 2 anni dopo, il picco in tutti i gruppi è a rimasto a 30 min dopo il risveglio, con buona stabilità intra-individuale. E’ bene precisare che il CAR non è associato a cambiamenti posturali, durata del sonno o modalità del risveglio, bensì maggiormente associato a variabili genetiche relative alla secrezione nittimerale di cortisolo.

L’invecchiamento, come una serie di condizioni cliniche(malattie cardiovascolari, autoimmuni, lenta riparazione delle ferite, depressione clinica, demenza, Alzheimer e attacchi d’ansia) sono associati ad un primo incremento durante risveglio e da un attenuato incremento dopo risveglio. Un’eccezione notevole è il disordine da stress post-traumatico(CAR attenuata e curva bassa durante risveglio). Sembra che soggetti sani possano modificare il proprio CAR in risposta alle esperienze del giorno precedente, prevedendo quelle del successivo: infatti il CAR è attenuato nel weekend, dove solitamente le persone hanno meno occupazioni. Tuttavia recentemente è stato riportato che una miglior misura di uno stato psicosociale positivo non dipende dall’ampiezza del CAR ma molto di più dalla variazione circadiana nel giorno intero.

Il CAR dipende anche da fattori non psicologici come sesso, tempo di veglia, luce, volume dell’ippocampo, feedback dei recettori dei glucocorticoidi e genotipo. Il simpatico, tramite in nervo splancnico, nel periodo immediatamente prima del risveglio riduce la sensibilità surrenale agli aumentati livelli di ACTH, mentre subito dopo il risveglio la sensibilità surrenale all’ACTH è incrementata in risposta alla luce: una funzione, questa, mediata dall’SCN con un pathway extraipofisario(retina->SCN->surrene, senza passare dall’ipofisi e senza coinvolgimento di CRH né di ACTH). L’ippocampo inoltre ha attività permissiva per il CAR pur avendo effetti inibitori sull’attività dell’asse HPA: probabilmente l’ippocampo agisce prima del risveglio(perché il sonno REM è associato a marcata attivazione ippocampale, che porta ad un tono inibitorio della secrezione di cortisolo, mentre il risveglio è associato a spegnimento ippocampale)

STATO DI COSCIENZA

Studi di EEG e imaging del cervello hanno rivelato che il risveglio comporta un rapido ristabilimento dello stato di coscienza, ma che il raggiungimento dello stato di allerta è relativamente lento. Tramite PET durante il risveglio si è notato che tronco encefalico, talamo, gangli della base e corteccia del cingolo anteriore si riattivano rapidamente con uno stato di “inerzia del sonno”(15-60 min tra riacquisto di conoscenza e raggiungimento di un’allerta completa)forse dovuto alla riattivazione più tardiva della corteccia prefrontale. Il CAR è coinvolto indirettamente: innalzamenti acuti di cortisolo stimolano l’eccitazione psicologica e riducono la fatica; lo è anche direttamente: In soggetti privati del sonno l’esposizione di prima mattina a luce intensa induce un immediato innalzamento dei livelli di cortisolo.

AFFATICAMENTO E MEMORIA

Un elevato CAR è associato a diminuzione della fatica media in un periodo di 3-4 gg. Stati di eccitazione o anticipazioni di giorni impegnativi prima dei 45 min post risveglio correlano positivamente con il CAR. Inoltre alti livelli di sonnolenza sono associati a bassi livelli di cortisolo 15 min dopo il risveglio in lavoratori d’ufficio sani. Da uno studio con un soppressore della sintesi del cortisolo è risultata una significativa perdita di memoria di immagini e testi appresi 3 giorni prima: il CAR può essere importante per l’avvio delle rappresentazioni mnemoniche nell’organizzazione della personalità, delle identità e del self, quando devono rimanere preattivate per esperienze maggiormente acute. A sostegno di questo, il CAR risulta attenuato in pazienti con disordini della memoria dovuti a danno ippocampale.

Il CAR ha relazioni anche con il ritmo circadiano immune(disregolazioni endocrine si osservano in varie malattie, come il cancro): il cortisolo inibisce i linfociti th1 e stimola la risposta th2; forse un elemento fondamentale del risveglio è lo switch tra risposta th1 notturna e th2, dominante al mattino.

ATTIVAZIONE MOTORIA

Stati di sonno associati a inibizione di funzioni motorie(atonia del sonno) sono fondamentali per assicurare passività fisica durante i periodi di attivazione dinamica del cervello associati agli stati di sogno; essa è indotta da proiezioni discendenti ai motoneuroni spinali dal tegmento pontino caudale dorso laterale. Il coinvolgimento del CAR potrebbe esserci in quanto incrementa l’eccitabilità della corteccia motoria; inoltre anche in altri momenti della giornata un picco di cortisolo potrebbe facilitare il movimento volontario, probabilmente facilitando risposte motorie appropriate a nuovi pattern comportamentali, es capacità di provare nuove abilità motorie(Sandi 1996). E’ anche vero che il cortisolo inibisce la plasticità neuronale della corteccia motoria (cruciale per la consolidazione delle abilità): probabilmente l’esplorazione ambientale avviene di giorno, mentre il consolidamento delle abilità, durante la fine della giornata(livelli di cortisolo più bassi)

Conclusione: in futuro è possibile che differenti pattern o caratteristiche del CAR possano essere riconosciuti come biomarker di differenti funzioni associante a diversi sistemi cerebrali e disfunzioni neuronedocrine(SCNmediate, funzione ippocampale, asse HPA)

References: Clow A, Hucklebridge F, Thorn L. The cortisol awakening response in context. PMID: 20970005