ST. LOUIS (USA) – Proprio come i vecchi radioamatori (chi se li ricorda più nell’era di internet?) si mettevano in ascolto nel cuore della notte sintonizzando i loro magnifici apparecchi a “onde corte” su frequenze lontane, percettibili appena, i ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis hanno scoperto che anche il cervello umano “trasmette” e che è possibile ascoltare diverse “stazioni radio”. Basta sintonizzare il ricevitore sulle differenti lunghezze d’onda…

“L’analisi tradizionale del funzionamento del cervello si focalizza normalmente sul dove e sul quando dell’attività cerebrale: noi invece abbiamo scoperto un terzo elemento fondamentale per la comprensione della fisiologia cerebrale: le sue differenti lunghezze d’onda” dice il neurochirurgo Eric C. Leuthardt, coordinatore del gruppo di ricerca della St. Louis.

Di solito per misurare l’attività elettrica del cervello viene usata la tecnica della elettroencefalografia (EEG), consistente nel posizionamento sullo scalpo del paziente di elettrodi in grado di rilevare le “onde cerebrali” prodotte dalla scarica sincrona di un vasto numero di neuroni, in modo da poter quantificare la frequenza di scarica, espressa in Hertz (Hz) o cicli al secondo. L’EEG viene utilizzato correntemente nell’ambito della neurologia clinica per verificare ad esempio lo stato di coscienza di pazienti con traumi cranici e nello studio dell’epilessia e del sonno.

I ricercatori di St. Louis hanno invece utilizzato nel loro studio la tecnica della elettrocorticografia, che utilizza una griglia di elettrodi posizionati direttamente a contatto della superficie cerebrale (corteccia) del soggetto, metodo attualmente utilizzato dagli americani in sede neurochirurgica per identificare la sorgente di attacchi epilettici persistenti e resistenti al trattamento medico. “Col permesso del paziente – tengono a precisare i ricercatori – gli scienziati possono utilizzare questa tecnica anche in sede sperimentale, per monitorare uno spettro di attività cerebrale molto più ampio di quanto si possa fare con le tecniche elettrofisoilogiche tradizionali”.

Diversamente dall’EEG l’elettrocorticografia, registrando le onde cerebrali direttamente dalla superficie corticale, riesce a fornire segnali migliori e a determinare la sorgente con una risoluzione inferiore al centimetro; l’EEG inoltre è “sensibile” a frequenze al di sotto dei 40 Hertz, mentre l’elettrocorticografia può spingersi fino ai 500 Hertz, “cosa che espande di molto le possibilità di studio del cervello in attività”, spiega oggi Leuthard in una nota stampa.

Nello specifico, i ricercatori americani, durante la riduzione dello stato di coscienza del paziente a seguito di anestesia, hanno scoperto con l’elettrocorticografia che “ogni differente frequenza rilevata corrispondeva al cambiamento di attività nei diversi circuiti cerebrali, in proporzione alla profondità dell’anestesia, tranne in quelli caratterizzati da frequenze lentissime e tranne nel caso dei rapporti alta – bassa frequenza che resterebbero invariati”.

I neurosceinziati di St. Louis hanno anche riscontrato che la serie dei cambiamenti cerebrali avveniva in una precisa sequenza sia in fase di riduzione della coscienza (anestesia) sia (ma esattamente al contrario) al momento del risveglio del paziente, in particolare nella fascia di frequenze detta “banda gamma” (che si ritiene un indicatore della “comunicazione” fra neuroni viciniori), la quale si ridurrebbe di intensità in fase di perdita di coscienza e aumenterebbe in fase di recupero.

Leuthardt e colleghi hanno anche verificato che la lunghezza d’onda dei segnali provenienti da una determinata regione del cervello può anche essere usata per determinare quale funzione tale area sta eseguendo in quel determinato momento. Analizzando i dati di un singolo elettrodo posizionato nelle diverse aree del linguaggio, gli americani hanno potuto addirittura determinare, attraverso “l’ascolto” delle bande ad alta frequenza, se il paziente aveva sentito o visto una parola, se si stava preparando a dire la parola sentita o vista, se stava pronunciando la parola sentita o vista.

“La ricerca precedente ha sempre fatto un unico fascio delle frequenze che abbiamo usato ben distitnte nel nostro studio, trattandole come se fossero un unico fenomeno, mentre i nostri risultati dimostrano che vi è una significativa differenza e una singolare non uniformità fra di esse – dice Leuthardt – cosìcché un domani potremo migliorare la nostra capacità di decodificare l’attività del cervello e finanche l’intenzione cognitiva, semplicemente usando l’elettrocorticografia”.

La pubblicazione dei risultati di questi promettenti studi della St. Louis è stata pianificata su diverse riviste, fra le quali Proceedings of the National Academy of Sciences e il Journal of Neuroscience, in uscita domani.

References:

• Gaona CM, Sharma M, Freudenburg ZV, Breshears JD, Bundy DT, Roland J, Barbour D, Schalk G, Leuthardt EC. Nonuniofrm high-gamma (60-500 hz) power changes dissociate cognitive task and anatomy in human cortex. The Journal of Neuroscience, Feb. 9, 2011.
• Breshears JD, Roland JL, Sharma M, Gaona CM, Freudenburg ZV, Tempelhoff R, Avidan MS, Leuthardt EC. Stable and dynamic cortical electrophysiology of induction and emergence with propofol anesthesia. Proceedings of the National Academy of Sciences, Dec. 7, 2010.