I Tre Grandi Network Cerebrali: Caratteristiche e Funzionamento

6 Ott 2021 ∙ Neuroscienze

La  recente ricerca nell’ambito delle neuroscienze, grazie anche ai nuovi metodi di indagine, ha individuato come i processi cognitivi e psicopatologici siano il frutto non tanto di singole aree cerebrali, ma dell’attività dinamica di grandi network neurali che lavorano sinergicamente. Questi studi, che si sono basati principalmente sull’analisi delle connessioni tra varie regioni cerebrali (la cosiddetta ‘’analisi di connettività’’), hanno permesso di identificare diversi network cerebrali coinvolti in specifiche attività. Uno dei più importanti è il Default Mode Network (DMN), che è costituito da aree corticali e sottocorticali fortemente interconnesse tra loro e che comprendono il precuneo o corteccia cingolata posteriore (PCC), la corteccia prefrontale dorsomediale (dMPFC), la corteccia prefrontale mediale anteriore (aMPFC), la corteccia prefrontale ventromediale (vMPFC), il lobo parietale posteriore inferiore (plPL), la giunzione temporo-parietale (TPJ), la corteccia laterale temporale (LTC), la corteccia retrospleniale (Rsp), la formazione ippocampale (HP) e il giro ippocampale. Il DMN è stato concettualizzato per la prima volta nel 2001 quando Raichle e colleghi utilizzarono l’espressione ‘’default mode’’ per descrivere la funzione del cervello in condizioni di riposo. L’idea di base, infatti, faceva perno sul fatto che anche quando apparentemente il cervello non sta svolgendo alcun tipo di compito cognitivo, questo è particolarmente attivo. Sembrerebbe, dunque, che, in condizioni di riposo, si inneschino una serie di pensieri focalizzati principalmente su attività di introspezione e mentalizzazione, memorie autobiografiche e pensieri rivolti al futuro (Imperatori et al., 2020) e l’evidenza empirica di tale situazione sarebbe arrivata proprio quando Hans Berger, medico tedesco noto per l’invenzione dell’elettroencefalogramma (EEG), si accorse che, quando il soggetto si trovava ad occhi chiusi, l’EEG presentava delle caratteristiche particolari. 

DMN, CEN e SN: i tre grandi network del cervello

Il Default Mode Network non è, però, l’unico network cerebrale coinvolto nei processi cognitivi e psicopatologici. Infatti, oltre a questo, non possono non essere menzionati il Central Executive Network (CEN), un sistema fronto-parietale che include la corteccia prefrontale dorsomediale e la corteccia parietale posteriore laterale, coinvolto principalmente nell’esecuzione di diversi compiti cognitivi, e il Salience Network (SN), costituito dalla corteccia cingolata anteriore dorsale bilaterale e dall’insula anteriore bilaterale, che, invece, è impegnato nell’identificazione degli stimoli rilevanti. Insieme al DMN, queste reti neurali operano in maniera sinergica e coordinata tra loro, regolando il passaggio tra arousal, abilità cognitive e attenzione. Questo modello di interazione, proposto per la prima volta da Vinod Menon (professore di psichiatria, neurologia e neuroscienze presso la Stanford University), ha permesso di comprendere come un malfunzionamento a carico di uno o più di questi network possa essere responsabile delle diverse manifestazioni psicopatologiche che si osservano in alcuni disturbi psichiatrici, come, ad esempio, nella schizofrenia.

Ma come operano questi diversi network cerebrali fra loro?

Si è visto come DMN, CEN e SN lavorano in maniera perfettamente complementare. Infatti, mentre il CEN e il DMN correlano negativamente fra loro, al SN, invece, è affidato il compito di ‘’switchare’’ tra gli altri due. Infatti, svolgendo attività diametralmente opposte, il DMN e il CEN non possono essere attivi contemporaneamente, in quanto, mentre il primo è attivo principalmente nei pensieri autoreferenziali, il secondo, invece, è implicato nello svolgimento di compiti cognitivi. Perciò, un errore del SN nella sua funzione di alternare dinamicamente il CEN e il DMN, a causa, ad esempio, dell’iperattività di una di queste reti neurali, può portare allo sviluppo di diverse psicopatologie.

Sviluppi psicopatologici

Come abbiamo notato, una disfunzione nella connessione tra queste reti neurali può portare il soggetto a sviluppare i sintomi psicopatologici di diversi disturbi psichiatrici, come la depressione unipolare, il disturbo bipolare e la schizofrenia. Nella depressione unipolare, che si caratterizza per episodi ricorrenti di depressione senza mania in cui le manifestazioni cliniche comprendono sia sintomi somatici che psichici, si può osservare come, per quanto riguarda il DMN, vi è un incremento della connettività funzionale soprattutto tra la corteccia prefrontale mediale (mPFC) e la corteccia cingolata posteriore (PCC), responsabile delle rimuginazioni tipiche della sindrome depressiva; per quanto riguarda il CEN, i recenti studi di neuroimaging hanno mostrato come, al contrario, vi è un decremento della connettività funzionale tra la corteccia cingolata anteriore dorsale (dACC) e la corteccia prefrontale dorsolaterale (dlPFC), responsabile dei deficit cognitivi nel controllo di tipo top-down, che si configura come una manifestazione clinica caratteristica del disturbo; infine, nel SN, vi è, invece, un aumento della connettività funzionale tra insula e corteccia cingolata anteriore dorsale (dACC), che è  associata alla negativa interpretazione degli stimoli interni/esterni (ossia delle distorsioni cognitive) tipiche del disturbo unipolare. 

Nel disturbo bipolare, l’incremento della connettività tra insula e corteccia cingolata anteriore dorsale (dACC) a carico del SN è responsabile della distraibilità, delle difficoltà attentive, della fuga delle idee e dei sintomi psicotici caratteristici della sindrome; nel CEN, si assiste, invece, ad un decremento della connettività funzionale tra corteccia cingolata anteriore dorsale (dACC) e corteccia prefrontale dorsolaterale, responsabile dei deficit di tipo cognitivo; per quanto riguarda, invece, il DMN, non è stato possibile identificare di preciso in che cosa questo network è coinvolto, in quanto gli studi hanno riportato dei risultati contrastanti, probabilmente dipendenti dallo stato dell’episodio.  

Nella schizofrenia, le ultime ricerche hanno evidenziato, invece, un’alterazione di connettività generalizzata che coinvolge tutti i network cerebrali. In particolar modo, i deficit cognitivi che caratterizzano il disturbo sono stati indagati analizzando la relazione esistente tra DMN e CEN. A tal proposito, si è notato come la correlazione negativa di queste due reti neurali (quando il DMN è attivo, il CEN è meno attivo e viceversa) è ridotta nei pazienti affetti da disturbo schizofrenico, suggerendo che questo possa considerato un valido marker neurofisiologico associato ai deficit cognitivi tipici della schizofrenia (Imperatori et al., 2020).

Bibliografia

Manoliu, A., Meng, C., Brandl, F., Doll, A., Tahmasian, M., Scherr, M., Schwerthoffer, D., Zimmer, C., Forstl, H., Bauml, J., Riedi, V., Wohlschlager, A.M. & Sorg, C. (2014). Insular dysfunction within the salience network is associated with severity of symptoms and aberrant inter-network connectivity in major depressive disorder. Frontiers in human neuroscience, 7, 930. 

Manoliu, A., Riedl, V., Zherdin, A., Mühlau, M., Schwerthöffer, D., Scherr, M., Peters, H., Zimmer, C., Forstl, H., Bauml, J., Riedi, V., Wohlschlager, A.M. & Sorg, C. (2014). Aberrant dependence of default mode/central executive network interactions on anterior insular salience network activity in schizophrenia. Schizophrenia bulletin, 40(2), 428-437. 

Menon, V. (2011). Large-scale brain networks and psychopathology: a unifying triple network model. Trends in cognitive sciences, 15(10), 483-506. 

Menon, V., & Uddin, L. Q. (2010). Saliency, switching, attention and control: a network model of insula function. Brain structure and function, 214(5-6), 655-667.

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