Cosa fa il nostro cervello quando la mente è a riposo
Nuove conoscenze sulla rete di modalità predefinita del cervello
La rete di modalità predefinita (DMN) del cervello è un gruppo di regioni che si attiva quando non siamo impegnati con l'ambiente circostante, ad esempio quando sogniamo a occhi aperti. Durante la risoluzione di compiti, tuttavia, questa rete è meno attiva. I ricercatori del Forschungszentrum Jülich in Germania hanno ora studiato la struttura e la funzione di questa rete analizzando il tessuto cerebrale e applicando tecniche avanzate di risonanza magnetica. Il loro studio ha rivelato differenze microstrutturali che influenzano il modo in cui la DMN comunica con altre regioni del cervello. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Neuroscience.
Il DMN comprende regioni come il paraippocampo, il precuneo, il lobo temporale medio e parti del lobo frontale - aree associate alla memoria, alla consapevolezza di sé e all'elaborazione delle esperienze passate. Supporta il cosiddetto pensiero indipendente dallo stimolo, ossia i processi cognitivi che non sono innescati da stimoli sensoriali esterni. Questi includono non solo i sogni a occhi aperti, ma anche la pianificazione del futuro o la riflessione sul passato, nonché le situazioni sociali e l'auto-riflessione. Anche i momenti di intuizione creativa emergono spesso durante questi stati mentali incentrati sull'interiorità.
Tuttavia, il DMN svolge anche un ruolo nei compiti cognitivi più impegnativi e, in determinate circostanze, può essere influenzato da stimoli esterni. Ciò ha portato i neuroscienziati a un paradosso: come può una rete nota per il pensiero indipendente dagli stimoli rispondere anche agli input sensoriali? Il nuovo studio offre una spiegazione. La DMN non è un sistema uniforme, ma consiste piuttosto in sottoregioni strutturalmente distinte. Alcune aree sono strettamente collegate alle regioni sensoriali del cervello e possono essere attivate da segnali esterni come suoni o odori. Altre sono più isolate e supportano il pensiero introspettivo che nasce internamente.
Come il DMN elabora le informazioni
I ricercatori dell'Istituto di Neuroscienze e Medicina (divisioni INM-1 e INM-7) hanno scoperto che l'architettura del cervello determina non solo la sua struttura, ma anche il suo funzionamento, dalla semplice percezione alle capacità cognitive complesse. Le loro scoperte offrono importanti indicazioni sul perché certi pensieri sono fortemente influenzati dagli input sensoriali - per esempio, quando un particolare profumo evoca un ricordo o un brano musicale suscita un'emozione - e sul modo in cui il DMN traduce tali stimoli nel nostro mondo interiore di pensiero.
Le aree più chiaramente stratificate della DMN assomigliano all'architettura delle regioni sensoriali del cervello, responsabili dell'elaborazione di input come la vista e il suono. Come queste regioni, sono costituite da diversi strati cellulari distinti, responsabili di diversi tipi di elaborazione delle informazioni. Alcuni strati ricevono segnali da altre aree cerebrali, mentre altri sono responsabili del trasferimento delle informazioni. Nella DMN, questa struttura a strati favorisce una maggiore connettività con altre regioni cerebrali e un'elaborazione più efficiente dei dati sensoriali.
Questo potrebbe spiegare perché la DMN si attiva quando stimoli esterni come odori o musica evocano ricordi o emozioni. Le regioni meno stratificate, invece, sono più autonome e meno influenzate dal mondo esterno. Supportano il pensiero introspettivo, come il sogno a occhi aperti o l'autoriflessione, processi che nascono dall'interno.
Due approcci per nuove conoscenze
Per studiare più in dettaglio la struttura e la funzione della DMN, il team di ricerca ha combinato due metodi: l'analisi istologica approfondita del tessuto cerebrale post-mortem e la risonanza magnetica avanzata di partecipanti vivi.
Per le analisi dei tessuti, sono state esaminate al microscopio fette sottili di tessuto cerebrale. In questo modo sono stati rivelati dettagli microstrutturali di grande precisione, come la disposizione dei neuroni nelle diverse parti della DMN e la loro formazione in strati.
Per le scansioni MRI nei partecipanti viventi, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica non invasiva per studiare la struttura cerebrale e misurare l'attività, senza richiedere alcuna procedura chirurgica. Ciò ha permesso di osservare quali parti della DMN sono particolarmente attive e come interagiscono con le altre aree cerebrali.
La combinazione di entrambi i metodi si è rivelata la chiave. La risonanza magnetica da sola non è in grado di rilevare dettagli strutturali così fini. Tuttavia, confrontando le scansioni con campioni di tessuto reali, i ricercatori sono riusciti a identificare i modelli di organizzazione delle cellule nervose che svolgono un ruolo anche nel cervello vivente. Ciò ha permesso di dimostrare che le caratteristiche microstrutturali, come la stratificazione dei neuroni, influenzano direttamente il modo in cui le informazioni vengono elaborate e trasmesse all'interno del DMN. Molti dei modelli osservati nei campioni di tessuto hanno potuto essere confermati anche nel cervello di individui viventi.
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Pubblicazione originale
Casey Paquola, Margaret Garber, Stefan Frässle, Jessica Royer, Yigu Zhou, Shahin Tavakol, Raul Rodriguez-Cruces, Donna Gift Cabalo, Sofie Valk, Simon B. Eickhoff, Daniel S. Margulies, Alan Evans, Katrin Amunts, Elizabeth Jefferies, Jonathan Smallwood, Boris C. Bernhardt; "The architecture of the human default mode network explored through cytoarchitecture, wiring and signal flow"; Nature Neuroscience, Volume 28, 2025-1-28
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