La scienza può essere un passo più vicino alla comprensione di dove risiede la coscienza nel cervello. Un nuovo studio mostra l’importanza di alcuni tipi di connessioni neurali nell’identificazione della coscienza.
La ricerca, pubblicata su Cerebral Cortex, è stata guidata da Jun Kitazono, autore corrispondente e ricercatore del progetto presso il Dipartimento di Studi generali sui sistemi dell’Università di Tokyo.
”Dove risiede la coscienza cerebrale è stata una delle più grandi domande della scienza”, ha detto il professore associato Masafumi Oizumi, autore corrispondente e capo del laboratorio che conduce lo studio.
“Anche se non abbiamo raggiunto una risposta conclusiva, molte prove empiriche sono state accumulate nel corso della ricerca dei meccanismi minimi sufficienti per l’esperienza cosciente, o dei correlati neurali della coscienza”.
Per questo studio, il team ha fatto un passo avanti verso l’identificazione delle sottoreti minimamente sufficienti nel cervello che supportano l’esperienza cosciente.
Per identificare le aree del cervello in cui risiede la coscienza, i ricercatori hanno cercato un segno distintivo specifico della coscienza all’interno delle reti neurali del cervello: i percorsi bidirezionali. Quando vediamo qualcosa o proviamo una sensazione, il nostro cervello assorbe informazioni.
Questo è chiamato un segnale di feed-forward, ma ricevere tali segnali feed-forward non è sufficiente per la coscienza. Il nostro cervello ha anche bisogno di inviare informazioni indietro, in quello che viene chiamato feedback.
Non tutte le parti del cervello possono ricevere informazioni di feedback feed-forward e ritorno. I ricercatori hanno ipotizzato che queste connessioni bidirezionali siano un segno distintivo essenziale delle parti del cervello responsabili della coscienza.
”L’elaborazione feed-forward da sola non è sufficiente per i soggetti a percepire consapevolmente gli stimoli; piuttosto, è necessario anche un feedback, che indica la necessità di un’elaborazione bidirezionale. La componente di feedback scompare non solo durante la perdita di contenuti specifici di coscienza negli stati di veglia, ma anche durante gli stati inconsci in cui le esperienze coscienti sono generalmente perse, come l’anestesia generale, il sonno e gli stati vegetativi “, ha detto Kitazono.
Ha anche spiegato che non importa se si considera un essere umano, una scimmia, un topo, un uccello o una mosca; la bidirezionalità rimane essenziale.
I ricercatori hanno utilizzato un connettoma e tecniche computazionali per testare la loro idea. Un connettoma è una mappa dettagliata delle connessioni nel cervello. In primo luogo, hanno sviluppato un algoritmo efficiente per estrarre le parti del cervello con forti connessioni bidirezionali, chiamate complessi. Quindi, hanno applicato l’algoritmo al connettoma del topo.
”Abbiamo scoperto che i complessi estratti con la maggiore bidirezionalità non erano distribuiti uniformemente tra tutte le principali regioni, ma piuttosto sono concentrati nelle regioni corticali e nelle regioni talamiche”, ha detto Kitazono. “D’altra parte, le altre principali regioni hanno una bassa bidirezionalità. In particolare, le regioni del cervelletto hanno una bidirezionalità molto più bassa”.
Questi risultati si allineano con quanto precedentemente ipotizatto su dove la coscienza risieda nel cervello. La corteccia cerebrale, situata sulla superficie del cervello, contiene aree sensoriali, aree motorie e aree di associazione che si ritiene siano essenziali per l’esperienza della coscienza.
Il talamo, situato nel mezzo del cervello, è stato anche pensato per essere correlato alla coscienza, e in particolare, l’interazione tra il talamo e le regioni corticali, chiamata l’ansa talamo-corticale, è considerata importante per la coscienza.
”Questo studio si concentra solo sulle connessioni anatomiche ‘statiche’ tra neuroni o aree cerebrali. Tuttavia, la coscienza è ‘dinamica’, cambiando di momento in momento a seconda dell’attività neurale”, ha detto Oizumi.
“Sebbene le connessioni anatomiche ci dicano come l’attività neurale si propaga e come interagiscono le aree cerebrali, dobbiamo indagare direttamente le dinamiche dell’attività neurale per identificare il luogo della coscienza in un dato momento”.
Come passo successivo, ha detto che il team sta attualmente analizzando le reti cerebrali basate sull’attività in vari tipi di registrazioni neurali.
”L’obiettivo finale è trovare la relazione matematica tra coscienza e cervello”, ha detto Oizumi. “In questo studio, abbiamo tentato di mettere in relazione le proprietà di rete del cervello con il luogo della coscienza. Studieremo ulteriormente la relazione tra coscienza e cervello, verso quello che è il nostro obiettivo finale”.