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Homunculus sensitivo, plastico e capace di adattarsi ai cambiamenti del corpo

Nell’area 4 di Brodman della corteccia cerebrale umana esiste un avatar motorio con la rappresentazione somatotopica del corpo chiamato homunculus motorio che “appoggia i suoi piedi” nella regione interemisferica e da lì risalgono il tronco, l’arto superiore e la mano che si trova già in regione temporale (1). Accollata a livello parietale si trova l’area somestesica primaria (circonvoluzione postcentrale somatosensoriale o area sensitiva primaria S1) deputata agli stimoli sensitivi in cui viene per convenzione posizionato l’avatar del cosiddetto homunculus sensitivo o somatosensoriale (2) (Figura 1).

 

L’area corticale di ogni regione corporea ha una rappresentazione direttamente proporzionale alla ricchezza dell’innervazione periferica e ciò ha dato luogo alla nota caricatura dell’homunculus a forma di gnomo con mani e labbra enormi (Figura 2).

Plasticità corticale. Per quanto nell’ultimo decennio le acquisizioni sulla plasticità neuronale abbiano indicato che soprattutto l’omuncolo sensitivo può andare incontro a rimaneggiamenti in risposta a sollecitazioni esterne e interne come avviene ad esempio per il “cervello uditivo” che adatta la sua sensibilità al rumore di fondo dell’ambiente (3) o per la riorganizzazione delle reti neuronali centrali nel caso di lesione midollare (4), uno studio appena pubblicato ha confermato come ciò si verifichi anche in caso di perdita di un arto e come tali neoconnesioni si adattino all’uso di un eventuale arto protesico (5,6).

Homunculus omeostatico. Gli autori introducono il concetto di homunculus omeostatico in cui, sfruttando la rappresentazione persistente dell’arto perduto si attua un vero e proprio remapping neuronale dell’attività latente dell’arto originale riadattata al nuovo arto protesico, la cui acquisizione viene stabilizzata attraverso un meccanismo omeostatico. L’amputazione era già considerata un modello di riorganizzazione corticale, ma non era chiaro se la rappresentazione di una mano perduta persistesse, per quanto il fenomeno dell’arto fantasma propenda quantomeno per una persistenza sensoriale con uno squilibrio funzionale fra homunculus motorio e sensitivo (7).

Stabilità funzionale. L’interpretazione degli autori dello studio è che la rimappatura risponda alla necessità di una stabilità funzionale del sistema piuttosto che alla sua riorganizzazione che è comunque sempre possibile se i cambiamenti corticali contribuiscono alla stabilità del sistema, perché è tale bisogno di stabilità che sta alla base della rimappatura, finora interpretata invece come conseguente alla riorganizzazione.

Quando la perdita di un arto si verifica in età adulta o nelle prime fasi dello sviluppo sono le proprietà adattive e la plasticità neuronale la chiave del mantenimento dell’organizzazione funzionale dell’omuncolo per la stabilità del sistema.

Alla luce di questa scoperta l’avvento dei più recenti modelli di protesi sia motorie che sensitive sembra aprire la strada all’arto bionico dell’eroe di Guerre Stellari Luke Skywalker (8).

Bibliografia

  1. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0940960211802128
  2. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S095943889880041X
  3. Pienkowskia M, and Eggermont JJ: Cortical tonotopic map plasticity and behavior, Neuroscience & Biobehavioral Reviews:  https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2011.02.002
  4. Henderson L.A. et al: Functional Reorganization of the Brain in Humans Following Spinal Cord Injury: Evidence for Underlying Changes in Cortical Anatomy, The Journal of Neuroscience, February 16, 2011, 31(7):2630-2637; doi:10.1523/JNEUROSCI.2717-10.2011, https://www.jneurosci.org/content/31/7/2630)
  5. Dollyane Muret, Tamar R Makin: The homeostatic homunculus: rethinking deprivation- triggered reorganisation, Current Opinion in Neurobiology, Vol 67, April 2021, Pp 115-122, https://doi.org/10.1016/j.conb.2020.08.008
  6. https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0017208
  7. https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0006920
  8. George JA et al. Biomimetic sensory feedback through peripheral nerve stimulation improves dexterous use of a bionic hand, Science Robotics  24 Jul 2019, Vol. 4, Issue 32, eaax2352, DOI: 10.1126/scirobotics.aax2352

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ultimo aggiornamento il 6 Luglio 2021 di Alessandro Visca

Cesare Peccarisi

Giornalista scientifico, neurologo, editorialista del Corriere Salute, già Responsabile della comunicazione scientifica dell’Istituto Neurologico Besta di Milano e di diverse Società Scientifiche Italiane

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