La ricerca identifica i cambiamenti nei circuiti neurali alla base dell'autocontrollo durante l'adolescenza

I ricercatori del Lifespan Brain Institute della Perelman School of Medicine dell'Università della Pennsylvania e del Children's Hospital di Philadelphia hanno applicato gli strumenti della scienza delle reti per identificare come si sviluppano le connessioni anatomiche nel cervello per supportare l'attività neurale alla base di queste aree chiave. I risultati sono stati pubblicati negli Atti della National Academy of Sciences .

"Analizzando lo sviluppo del cervello durante l'infanzia e l'adolescenza, possiamo capire meglio come il cervello supporta la funzione esecutiva e l'autocontrollo sia nei bambini sani che in quelli con diverse esperienze di salute mentale", ha affermato l'autore senior dello studio Theodore Satterthwaite, MD, un assistente professore di psichiatria a Penn. "Poiché le anomalie nello sviluppo della connettività cerebrale e i deficit nella funzione esecutiva sono spesso collegati all'emergere di malattie mentali durante la giovinezza, i nostri risultati possono aiutare a identificare i biomarcatori dello sviluppo del cervello che predicono i risultati cognitivi e clinici più avanti nella vita."

In questo studio, i ricercatori hanno mappato l'accoppiamento struttura-funzione - il grado in cui il modello di connessioni anatomiche di una regione del cervello supporta l'attività neurale sincronizzata. Questo potrebbe essere pensato come un'autostrada, in cui le connessioni anatomiche sono la strada e le connessioni funzionali sono il traffico che scorre lungo quelle strade. I ricercatori hanno mappato e analizzato i dati di neuroimaging multimodale da 727 partecipanti di età compresa tra 8 e 23 anni e sono emersi tre importanti risultati.

In primo luogo, il team ha scoperto che la variabilità regionale nell'accoppiamento struttura-funzione era inversamente correlata alla complessità della funzione di cui è responsabile una determinata area cerebrale. È stato trovato un accoppiamento struttura-funzione superiore in parti del cervello specializzate nell'elaborazione di semplici informazioni sensoriali, come il sistema visivo. Al contrario, c'era un accoppiamento struttura-funzione inferiore in parti complesse del cervello che sono responsabili della funzione esecutiva e dell'autocontrollo, che richiedono un'elaborazione più astratta e flessibile.

I risultati hanno mostrato che l'accoppiamento struttura-funzione si allineava anche con i modelli noti di espansione del cervello nel corso dell'evoluzione dei primati. Precedenti lavori di confronto tra cervelli umani, scimmie e scimmie hanno dimostrato che aree sensoriali come il sistema visivo sono altamente conservate tra le specie di primati e non si sono molto espanse durante la recente evoluzione. Al contrario, le aree di associazione del cervello, come la corteccia prefrontale, si sono notevolmente espanse nel corso dell'evoluzione dei primati. Questa espansione potrebbe aver permesso l'emergere di abilità cognitive umane unicamente complesse. Il team ha scoperto che le aree del cervello che si espandevano rapidamente durante l'evoluzione avevano un accoppiamento struttura-funzione inferiore, mentre le semplici aree sensoriali che sono state conservate nella recente evoluzione avevano un accoppiamento struttura-funzione più elevato.

I ricercatori hanno anche scoperto che l'accoppiamento struttura-funzione è aumentato durante l'infanzia e l'adolescenza in regioni cerebrali frontali complesse. Queste sono le stesse regioni che tendono ad avere un accoppiamento struttura-funzione basale inferiore, sono espanse rispetto alle scimmie e sono responsabili dell'autocontrollo. Lo sviluppo prolungato dell'accoppiamento struttura-funzione in queste regioni può consentire una migliore funzione esecutiva e autocontrollo che si sviluppa nell'età adulta. In effetti, il team ha scoperto che l'accoppiamento struttura-funzione superiore nella corteccia prefrontale laterale - un'area cerebrale complessa che svolge ruoli importanti nell'autocontrollo - era associato a una migliore funzione esecutiva.

"Questi risultati suggeriscono che funzioni esecutive come il controllo degli impulsi - che possono essere particolarmente difficili per i bambini e gli adolescenti - dipendono in parte dallo sviluppo prolungato dell'accoppiamento struttura-funzione in aree cerebrali complesse come la corteccia prefrontale", ha spiegato l'autore principale Graham Baum , PhD, un borsista post-dottorato presso l'Università di Harvard, che era uno studente di dottorato in neuroscienze Penn durante il periodo della ricerca. "Ciò ha importanti implicazioni per comprendere in che modo i circuiti cerebrali si specializzano durante lo sviluppo per supportare comportamenti orientati agli obiettivi flessibili e appropriati".