Stati nascosti del cervello

Perché esistono le emozioni? Klaas Enno Stephan, professore dell'ETH e dell'Università di Zurigo, deve fare molta strada per rispondere a questa domanda: "Mi sembra molto plausibile che le emozioni servano a renderci consapevoli di processi inconsci che hanno luogo nel corpo". Nella sua ricerca, il medico scienziato si interessa, tra le altre cose, all'interazione tra il cervello e il corpo. Fa un esempio: il corpo rilascia insulina alla vista del cibo, anche prima del primo boccone e dell'aumento dei livelli di zucchero nel sangue. "Ma non controlliamo consapevolmente questa reazione fisica", dice Stephan.

Il nostro cervello trae costantemente conclusioni dall'ambiente e le aggiorna continuamente. "Il cervello umwelt und Geomatik costruisce modelli del mondo e li usa per fare previsioni", spiega Stephan. Inoltre, sulla base delle previsioni, compie azioni di controllo, come il rilascio di insulina prima di mangiare. "Il cervello ha un obiettivo primario: mantenere il corpo in omeostasi", spiega il medico. L'omeostasi si riferisce all'equilibrio di importanti funzioni corporee come i livelli di zucchero nel sangue, la termoregolazione, la pressione sanguigna e l'equilibrio acido-base. Se questo equilibrio comincia a vacillare, il cervello interviene per regolarlo, di solito inosservato.

Tuttavia, se ci troviamo in una situazione di pericolo acuto che mette a repentaglio la nostra omeostasi, ha senso esserne consapevoli a livello cosciente. "? molto plausibile che le emozioni siano stati di coscienza associati ad azioni molto specifiche per mantenere le funzioni corporee", afferma Stephan. "La paura, ad esempio, ci fa capire a livello cosciente che ci sono dei pericoli a cui dobbiamo reagire incondizionatamente".

Gestione delle aspettative

Ma l'ansia non è sempre acuta. Ci sono persone che soffrono permanentemente di un aumento dell'ansia. Una spiegazione potrebbe essere rappresentata da previsioni troppo accurate. "Se il mio cervello costruisce un modello che prevede che il mio cuore batta in modo assolutamente regolare, questa aspettativa non viene soddisfatta se confrontata con la realtà. Anche il più piccolo, naturale, errore di previsione può essere un'altra causa di ansia.

Le deviazioni vengono quindi vissute come una minaccia e il corpo sano viene costantemente percepito come in pericolo. L'omeostasi appare squilibrata e si verificano azioni di controllo. Ma cercando di controllare il cuore, questo non fa altro che battere più velocemente e in modo più irregolare. Una spirale negativa, accelerata dal sistema nervoso simpatico, la parte del sistema nervoso che mobilita l'energia in situazioni di stress.

Con un sofisticato esperimento, Stephan e la sua collega Olivia Harrison sono riusciti a confermare la teoria secondo cui quando l'ansia è elevata in una specifica regione del cervello, l'insula anteriore, le previsioni sugli stati corporei sono eccessivamente accurate. A tal fine, i ricercatori hanno utilizzato la risonanza magnetica funzionale (fMRI) per esaminare soggetti con diversi livelli di ansia. I partecipanti si sono sdraiati nello scanner MRI e hanno dovuto respirare attraverso un tipo di boccaglio che poteva essere usato per aumentare improvvisamente la resistenza respiratoria. In una prima fase, hanno imparato che la visualizzazione di determinate immagini prediceva se sarebbero stati in grado di inspirare normalmente o se la loro resistenza respiratoria sarebbe aumentata in modo fastidioso. Nella fase successiva, la relazione tra immagini e resistenza respiratoria è stata invertita. Utilizzando modelli matematici, i ricercatori hanno potuto studiare in che misura l'attività cerebrale misurata riflettesse le aspettative apprese e i loro cambiamenti. In effetti, i segnali dell'accuratezza della previsione potevano essere localizzati nell'insula anteriore e l'attività di questa regione cerebrale differiva nelle persone con diverse tendenze ansiose.

Meccanismi di base

"Il nostro obiettivo è sempre l'applicazione clinica", afferma il medico. Stephan sottolinea che le malattie mentali vengono diagnosticate solo sulla base dei sintomi. "Un approccio promettente, tuttavia, è la modellazione matematica, che cerca di calcolare la forza degli stati nascosti, cioè non direttamente misurabili, delle popolazioni di cellule nervose a partire dall'attività cerebrale misurata. In linea di principio, tali modelli potrebbero essere utilizzati per riconoscere i possibili meccanismi biologici delle malattie, come i cambiamenti nella forza di alcune connessioni sinaptiche.

"Possiamo anche applicare questi modelli a problemi clinici specifici e usarli per fare previsioni individuali", dice Stephan. Un esempio è uno studio fMRI in cui ai pazienti affetti da depressione vengono presentate immagini di volti con emozioni diverse. Utilizzando un modello matematico di come le singole regioni cerebrali comunicano tra loro quando percepiscono i volti emotivi, è stato possibile prevedere con una probabilità individuale dell'80% se una persona sarebbe guarita dalla depressione entro due anni o sarebbe rimasta cronicamente depressa.

I metodi del laboratorio di Stephan non sono ancora pronti per essere utilizzati nella pratica. Tuttavia, il suo impegno non viene meno: "Con i modelli matematici, stiamo ottenendo l'accesso agli stati nascosti del cervello".