Settimana mondiale del cervello. Focus sui sistemi neurofisiologici dell’attenzione
a cura di Cesare Peccarisi
Il padre che di buon mattino deve accompagnare il figlio in asilo e lo dimentica in auto è un terribile esempio di distrazione. La nuova legge sui seggiolini anti-abbandono eviterà probabilmente questo black-out dell’attenzione che, apparentemente assurdo, ha precisi motivi neurofisiologici, spiegati in uno studio appena pubblicato su PNAS dai ricercatori dell’Università dell’Oregon, che hanno analizzato il connettoma dell’attenzione utilizzando un modello matematico sviluppato alla Yale University in grado di prevederne l’efficienza funzionale (1).
CONNETTOMA. Col termine “connettoma” s’intende l’insieme di connessioni principalmente strutturali oltre che funzionali del sistema nervoso, all’interno del quale esistono sottosistemi connettomici che sono networks funzionali (2).
Nel caso dell’attenzione si parla di networks attenzionali e il modello della Yale University che li valuta si chiama CPM, cioè sustained attention connectome-based predictive model: analizza non solo le continue fluttuazioni attentive dovute a fattori distraenti sia interni che esterni, ma anche il declino della vigilanza legato all’invecchiamento, variabile da soggetto a soggetto anche nella stessa fascia d’età e in soggetti sovrapponibili.
HIGH-ATTENTION E LOW-ATTENTION NETWORK. L’attenzione sostenuta è fondamentale per la fissazione e la rievocazione dei ricordi: tramite test mnemonici con presentazione al computer di immagini di paesaggi, in cui era richiesto un task di riconoscimento rapido, i ricercatori USA hanno individuato con il CPM due tipi di circuito dell’attenzione, una elevata e una bassa: high-attention network e low-attention network.
Sulla base della struttura connettomica hanno potuto prevedere sia le fluttuazioni fisiologiche dell’attenzione nel tempo nell’ordine di minuti, giorni, settimane, ecc., sia quelle negative indotte da anestesia o quelle positive indotte da farmaci come il ritalin usato nell’ADHD (attention hyperattivity disorder), valutando quanto a lungo l’azione farmacologica possa incidere sui pattern di connettività attenzionale.
L’attenzione ha una componente statica, intrinseca nelle connessioni strutturali del suo connettoma e una componente funzionale dinamica che varia da momento a momento.
Il CPM le valuta entrambe definendo il connettoma di base su cui s’innesca la componente dinamica. Se quella basale è bassa, anche una minima componente dinamica può far crollare l’attenzione, come accade, ad esempio, al guidatore che usa il cellulare al volante.
Sono comunque molte le situazioni che inducono distrazione: divagare con la mente mentre si compiono azioni potenzialmente rischiose (ad es. affettare un salame), oppure ridotta motivazione a fare qualcosa (ad es. i compiti a casa) o ancora avere preoccupazioni (ad es. paura di licenziamento o malattia di persona cara) oppure un ridotto livello di vigilanza (ad es. risveglio dal sonno o da un’anestesia).
AMMICCAMENTO. Un precedente studio dell’Università di Osaka pubblicato sempre su PNAS (3) aveva analizzato il livello dell’attenzione tramite risonanza magnetica funzionale della corteccia frontale e il monitoraggio strumentale continuo dell’ammiccamento e del diametro pupillare.
20 soggetti di ambo i sessi con età fra 20 e 24 anni dovevano guardare una commedia televisiva della serie inglese di Mr. Bean. A parte un soggetto drop out addirittura addormentatosi nel corso del test, negli altri era risultato che il superamento della frequenza di ammiccamento per la normale lubrificazione oculare correla con la transitoria attivazione del default-mode network, il sistema cerebrale dell’introspezione noto con la sigla DMN che si contrappone al cosiddetto sistema dell’attenzione dorsale, che invece viene disattivato (4), situazione che depone per la messa a riposo dell’attenzione.
RISING BRAIN. In occasione della settimana mondiale del cervello organizzata in Italia dalla SIN dal 16 al 22 marzo ha parlato di questi sistemi dell’attenzione il Direttore del Neuroscience Center di Padova Maurizio Corbetta che li aveva descritti fin dal 2002 insieme a Gordon Shulman della Washington University School of Medicine (5).
“Il sistema dorsale mantiene attiva l’attenzione di base verso l’ambiente e ci consente ad esempio di ritrovare l’auto che abbiamo lasciato in un parcheggio – commenta Corbetta. “Quello ventrale rileva invece stimoli nuovi e improvvisi come ad esempio un’auto che arriva a tutto gas mentre stiamo attraversando le strisce pedonali”.
I due sistemi operano insieme e una loro alterazione ricade soprattutto sulla memoria, tipicamente compromessa nella malattia di Alzheimer (AD).
STIMOLAZIONE MAGNETICA CEREBRALE. Secondo un programma di ricerca finanziato dal Ministero della Salute, ancora in corso presso la Fondazione IRCCS Santa Lucia di Roma e affidato al gruppo di Stimolazione Cerebrale non Invasiva diretto da Giacomo Koch, nell’AD lieve la stimolazione TMS dei nodi fronto-temporali del connettoma migliora la memoria episodica.
“La stimolazione magnetica- spiega Marco Bozzali, dell’Università del Sussex e di quella di Torino, nonché Principal Neuroimaging Investigator al Santa Lucia- sembra rallentare i processi neurodegenerativi rimodulando l’attività dei circuiti grazie a un’azione sulla riserva cognitiva (6)”.
BIBLIOGRAFIA
1) Rosenberg MD et al. Functional connectivity predicts changes in attention observed across minutes, days, and months. PNAS 2020, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1912226117
2) Sporns O et al. The Human Connectome: A Structural Description of the Human Brain. PLoS Comput Biol 2005; 1(4): e42. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.0010042
3) Nakano T et al. Blink-related momentary activation of the default mode network while viewing videos, PNAS 2013; January 8,110 (2) 702-706; https://doi.org/10.1073/pnas.1214804110
4) Vossel S et al. Dorsal and Ventral Attention Systems, Distinct Neural Circuits but Collaborative Roles.Neuroscientist 2014 Apr; 20(2): 150–159, doi: 10.1177/1073858413494269
5) Corbetta M, Shulman GL. Control Of Goal-Directed and Stimulus-Driven Attention in The Brain. Nature Reviews Neuroscience 2002; DOI:10.1038/Nrn755, www.nature.com/review/neuro
6) Serra L et al. Network-based substrate of cognitive reserve in Alzheimer’s disease. J Alzheimer’s Dis 2017; 55: 421–30, doi: 10.3233/JAD-160735
