Cervello, la variabilità neurale influenza il nostro comportamento

L’attività neurale del nostro cervello è irregolare, e cambia da un momento all’altro. Fino ad oggi, questo apparente “rumore” sembrava esser dovuto a variazioni naturali casuali o a un errore di “misurazione”. Tuttavia, i ricercatori del Max Planck Institute for Human Development hanno ora dimostrato che questa variabilità neurale può in realtà fornire una finestra unica nella funzione del cervello. In un nuovo articolo Perspective pubblicato sulla rivista Neuron, gli autori sostengono che i ricercatori devono concentrarsi maggiormente sulla variabilità neurale per comprendere appieno come il comportamento emerge dal cervello.

In particolare, i neuroscienziati hanno ricordato che quando si studia il cervello, la sua attività sembra variare continuamente. A volte l’attività è più alta o più bassa, ritmica o irregolare. Sebbene sia la media dell’attività cerebrale ad essere considerata un modello standard per visualizzare come il cervello “funziona”, in realtà i modelli irregolari e apparentemente casuali nei segnali neurali sono stati spesso ignorati. Sorprendentemente, tali irregolarità nell’attività neurale appaiono indipendentemente dal fatto che vengano valutati singoli neuroni o intere regioni del cervello. I cervelli semplicemente appaiono sempre “rumorosi”, spingendo la domanda di ciò che tale variabilità neurale momento per momento può rivelare circa la funzione del cervello.

Attraverso una serie di studi negli ultimi 10 anni, i ricercatori del Lifespan Neural Dynamics Group (LNDG) presso il Max Planck Institute for Human Development e il Max Planck UCL Centre for Computational Psychiatry and Ageing Research hanno esaminato sistematicamente il “rumore” del cervello, dimostrando che la variabilità neurale ha un’influenza diretta sul comportamento.

In un nuovo articolo Perspective pubblicato sulla rivista Neuron, il LNDG in collaborazione con l’Università di Lubecca pone peraltro in evidenza ciò che ora è una prova sostanziale a sostegno dell’idea che la variabilità neurale rappresenta una dimensione chiave, ma sottovalutata, per comprendere le relazioni cervello-comportamento. “Gli animali e gli esseri umani possono infatti adattarsi con successo alle richieste ambientali, ma come può emergere tale successo comportamentale di fronte alla variabilità neurale? Noi sosteniamo che i neuroscienziati devono affrontare la possibilità che il comportamento possa emergere a causa della variabilità neurale, non nonostante essa“, dice Leonhard Waschke, primo autore dell’articolo e borsista post-dottorato del LNDG.

Un recente studio del LNDG pubblicato sulla rivista eLife esemplifica ad esempio il legame diretto tra variabilità neurale e comportamento. L’attività cerebrale dei partecipanti è stata misurata tramite elettroencefalografia (EEG) mentre rispondevano a deboli obiettivi visivi. Quando alle persone è stato detto di rilevare il maggior numero possibile di obiettivi visivi, la variabilità neurale è generalmente aumentata, mentre è stata più contenuta quando ai partecipanti è stato chiesto di evitare errori. In particolare, coloro che erano meglio in grado di adattare la loro variabilità neurale a queste richieste hanno ottenuto risultati migliori nel compito. “Meglio un cervello può regolare il suo ‘rumore’, meglio può elaborare informazioni sconosciute e reagire ad esse. I modi tradizionali di analizzare l’attività cerebrale semplicemente non tengono conto di tutto questo fenomeno“, dice il borsista post-dottorato dell’LNDG Niels Kloosterman, primo autore di questo studio e coautore dell’articolo su Neuron.

L’LNDG continua a dimostrare l’importanza della variabilità neurale per il successo del comportamento umano in una serie di studi in corso. Sia che si chieda di elaborare un volto, ricordare un oggetto o risolvere un compito complesso, la capacità di modulare la variabilità momento per momento sembra essere richiesta per una prestazione cognitiva ottimale. “I neuroscienziati hanno visto questo ‘rumore’ nel cervello per decenni, ma non hanno capito cosa significa. Un crescente corpo di lavoro del nostro gruppo e di altri evidenzia che la variabilità neurale può effettivamente servire come un segnale indispensabile di successo comportamentale a sé stante. Con la crescente disponibilità di strumenti e approcci per misurare la variabilità neurale, siamo entusiasti che tale ipotesi sia ora immediatamente testabile“, afferma Douglas Garrett, Senior Research Scientist e leader del gruppo LNDG.

Nelle prossime fasi delle ricerche, il gruppo prevede di esaminare se la variabilità neurale e il comportamento possano essere ottimizzati attraverso la stimolazione cerebrale, l’allenamento comportamentale o i farmaci.