Cosa fa il tuo cervello quando non stai facendo nulla | Rivista Quanti

Ogni volta che svolgi attivamente un compito, ad esempio sollevare pesi in palestra o sostenere un esame difficile, le parti del cervello necessarie per svolgerlo diventano "attive" quando i neuroni aumentano la loro attività elettrica. Ma il tuo cervello è attivo anche quando ti stai rilassando sul divano?

La risposta, hanno scoperto i ricercatori, è sì. Negli ultimi due decenni hanno definito quella che è conosciuta come la rete in modalità predefinita, una raccolta di aree del cervello apparentemente non correlate che si attivano quando non stai facendo molto. La sua scoperta ha offerto spunti su come funziona il cervello al di fuori di compiti ben definiti e ha anche stimolato la ricerca sul ruolo delle reti cerebrali – non solo delle regioni cerebrali – nella gestione della nostra esperienza interna.

Alla fine del XX secolo, i neuroscienziati iniziarono a utilizzare nuove tecniche per acquisire immagini del cervello delle persone mentre eseguivano compiti nelle macchine di scansione. Come previsto, l'attività in alcune aree del cervello è aumentata durante i compiti e, con sorpresa dei ricercatori, l'attività in altre aree del cervello è diminuita contemporaneamente. I neuroscienziati erano incuriositi dal fatto che, durante un’ampia varietà di compiti, le stesse aree cerebrali riducevano costantemente la loro attività.

Era come se queste aree fossero attive quando la persona non stava facendo nulla, e poi si spegnessero quando la mente doveva concentrarsi su qualcosa di esterno.

I ricercatori hanno definito queste aree “task negative”. Quando furono identificati per la prima volta, Marco Raichle, neurologo della Washington University School of Medicine di St. Louis, sospettava che queste aree negative per il compito svolgessero un ruolo importante nella mente a riposo. "Ciò ha sollevato la questione 'Qual è l'attività cerebrale di base?'" Ha ricordato Raichle. In un esperimento, ha chiesto alle persone sottoposte a scanner di chiudere gli occhi e semplicemente di lasciare vagare la mente mentre misurava la loro attività cerebrale.

Ha scoperto che durante il riposo, quando ci rivolgiamo mentalmente verso l’interno, le aree negative per il compito utilizzano più energia rispetto al resto del cervello. In un articolo del 2001, ha soprannominato questa attività “una modalità predefinita della funzione cerebrale.” Due anni dopo, dopo aver generato dati ad alta risoluzione, un team della Stanford University School of Medicine ha scoperto che questa attività negativa al compito definisce una rete coerente di regioni cerebrali interagenti, che hanno chiamato la rete in modalità predefinita.

La scoperta della rete in modalità predefinita ha acceso la curiosità tra i neuroscienziati su ciò che fa il cervello in assenza di un compito focalizzato verso l’esterno. Anche se alcuni ricercatori credevano che la funzione principale della rete fosse quella di generare la nostra esperienza di vagabondaggio mentale o di sogno ad occhi aperti, c'erano molte altre congetture. Forse controllava flussi di coscienza o attivava ricordi di esperienze passate. E la disfunzione nella rete in modalità predefinita è stata considerata una potenziale caratteristica di quasi tutti i disturbi psichiatrici e neurologici, tra cui depressione, schizofrenia e morbo di Alzheimer.

Da allora, una raffica di ricerche sulla modalità predefinita ha complicato quella comprensione iniziale. "È stato molto interessante vedere i tipi di compiti e paradigmi diversi che hanno coinvolto la rete in modalità predefinita negli ultimi 20 anni", ha affermato Lucina Udin, neuroscienziato dell'Università della California, Los Angeles.

La modalità predefinita era una delle prime reti cerebrali caratterizzate dalla scienza. È costituito da una manciata di regioni cerebrali, tra cui alcune nella parte anteriore del cervello, come le cortecce prefrontali mediali dorsale e ventrale, e altre sparse in tutto l'organo, come la corteccia cingolata posteriore, il precuneo e il giro angolare. Queste regioni sono associate alla memoria, alla riproduzione dell’esperienza, alla previsione, alla considerazione dell’azione, alla ricompensa/punizione e all’integrazione delle informazioni. (L'evidenziazione colorata nella figura seguente indica alcune delle aree cerebrali esterne che diventano più attive quando viene attivata la rete predefinita.)

Dalla sua scoperta, i neuroscienziati hanno vagamente identificato una manciata di ulteriori reti distinte, ciascuna delle quali attiva aree apparentemente disparate del cervello. Queste aree attivate non agiscono in modo indipendente, ma piuttosto si armonizzano in sincronia tra loro. "Non si può pensare a un'orchestra sinfonica composta solo da violini o oboi", ha detto Raichle. Allo stesso modo, in una rete cerebrale, le singole parti interagiscono per produrre effetti che possono produrre solo insieme.

Secondo la ricerca, gli effetti della rete in modalità predefinita includono il vagabondaggio della mente, il ricordo di esperienze passate, il pensiero sugli stati mentali degli altri, la visione del futuro e l'elaborazione del linguaggio. Anche se questo può sembrare un insieme di aspetti cognitivi non correlati, Vinod Menón, direttore dello Stanford Cognitive & Systems Neuroscience Laboratory, ha recentemente teorizzato che tutte queste funzioni potrebbero essere utili in costruzione di una narrazione interna. A suo avviso, la rete in modalità predefinita ti aiuta a pensare a chi sei in relazione agli altri, a ricordare le tue esperienze passate e poi a racchiudere tutto ciò in una narrazione di sé coerente.

La modalità predefinita è chiaramente legata a qualcosa di complicato; è coinvolto in molti processi diversi che non possono essere descritti chiaramente. "È un po' sciocco pensare che diventeremo mai del tipo: 'Questa regione o rete cerebrale fa una cosa'", ha detto Uddin. "Non credo che funzioni così."

Uddin ha iniziato a indagare sulla rete in modalità predefinita perché era interessata all'autoriconoscimento e molte attività di autoriconoscimento, come identificare il proprio volto o la propria voce, sembravano essere associate alla rete. Negli ultimi anni ha spostato la sua attenzione sulle interazioni tra le reti cerebrali. Proprio come diverse aree del cervello interagiscono tra loro per formare reti, diverse reti interagiscono tra loro in modi significativi, ha detto Uddin. "Le interazioni di rete sono in qualche modo più chiarificanti da studiare rispetto a una semplice rete isolata perché lavorano insieme e poi si separano e quindi cambiano ciò che stanno facendo nel tempo."

È particolarmente interessata a come interagisce la rete in modalità predefinita la rete di salienza, che sembra aiutarci a identificare l'informazione più rilevante in un dato momento. Il suo lavoro suggerisce che la rete di salienza rileva quando è importante prestare attenzione a qualcosa e quindi agisce come un interruttore per spegnere la rete in modalità predefinita.

I ricercatori hanno anche esaminato se i disturbi di salute mentale come la depressione potrebbero essere collegati a problemi con la rete in modalità predefinita. Finora, i risultati sono stati inconcludenti. Nelle persone depresse, ad esempio, alcuni ricercatori hanno scoperto che i nodi della rete sono eccessivamente connessi, mentre altri hanno scoperto il contrario: che i nodi non riescono a connettersi. E in alcuni studi, la rete in modalità predefinita in sé non è anormale, ma le sue interazioni con altre reti lo sono. Questi risultati possono sembrare incompatibili, ma sono in linea con le recenti scoperte secondo cui forse la depressione lo è un insieme di disturbi diversi che presentano sintomi simili.

Nel frattempo, Menon ha sviluppato quello che lui chiama il teoria della tripla rete. Si presuppone che le interazioni anormali tra la rete di modalità predefinita, la rete di salienza e una terza rete chiamata rete frontoparietale potrebbero contribuire a disturbi di salute mentale tra cui schizofrenia, depressione, ansia, demenza e autismo. Tipicamente, l'attività della rete in modalità predefinita diminuisce quando qualcuno presta attenzione a uno stimolo esterno, mentre aumenta l'attività nelle altre due reti. Questo push and pull tra le reti potrebbe non funzionare allo stesso modo nelle persone con disturbi psichiatrici o dello sviluppo, sospetta Menon.

Deanna Barch, che studia la neurobiologia delle malattie mentali alla Washington University di St. Louis, è incuriosito dalla teoria della tripla rete. Indagare su come le reti sono collegate in modo diverso nelle persone con disturbi di salute mentale può aiutare i ricercatori a trovare i meccanismi sottostanti e a sviluppare trattamenti, ha affermato. Tuttavia, non pensa che le sole interazioni di rete spiegheranno completamente la malattia mentale. "Penso che la comprensione delle differenze di connettività sia un punto di partenza", ha affermato Barch. "Non è un punto finale."

L’attuale comprensione della rete in modalità predefinita non è sicuramente nemmeno il suo punto finale. Sin dalla sua scoperta, ha spinto i neuroscienziati a pensare oltre le responsabilità delle singole regioni del cervello e guardando agli effetti delle interazioni tra le reti cerebrali. E ha spinto molte persone ad apprezzare le attività della mente focalizzate su se stesse: anche quando sogniamo ad occhi aperti o siamo a riposo, il nostro cervello è al lavoro per realizzarlo.