In un mondo in cui gli stimoli esterni e interni possono mandare fuori equilibrio il nostro intero sistema corporeo, come riesce il nostro cervello a impedire di diventare eccessivamente stimolato?
La risposta sta nella capacità del nostro cervello di mantenere l'equilibrio tra eccitazione neurale (EN) e inibizione neurale (IE), il cosiddetto rapporto EN/IN. Regolando quel rapporto, il cervello impedisce la sovra-stimolazione e la sotto-stimolazione.
Il rapporto EN/IN nei bambini diminuisce con uno sviluppo sano.
Si è osservato che i bambini con un rapporto EN/IN inferiore hanno prestazioni migliori rispetto ai coetanei nei test cognitivi come quello della memoria e dell'intelligenza, secondo gli studi dei ricercatori della National University of Singapore (NUS).
Il team, guidato dal dottorando Zhang Shaoshi e dal professore associato Thomas Yeo della NUS, dal professor Bart Larsen dell'Università del Minnesota e dal professore associato Theodore Satterthwaite dell'Università della Pennsylvania, ha studiato come cambia il rapporto EN/IN nei giovani, esaminando le scansioni cerebrali a risonanza magnetica (MRI) di 885 bambini, adolescenti e giovani adulti degli USA e 154 bambini di Singapore.
Il rapporto EN/IN è un aspetto che cambia e si sviluppa continuamente durante l'infanzia e l'adolescenza.
I ricercatori hanno scoperto che troppa eccitazione o una eccessiva inibizione, descritte come Yin e Yang del cervello, possono essere dannose, portando a un rischio maggiore di sviluppare disturbi cerebrali, come l'autismo, l'Alzheimer e la schizofrenia. Troppa inibizione indica un'assenza di attività cerebrale, mettendo effettivamente la persona in uno stato vegetativo.
Per evitare l'invasività, il team ha sviluppato una tecnica che combina l'intelligenza artificiale e la modellazione biofisica per inferire i rapporti EN/IN da scansioni MRI non invasive e non radioattive. Il team ha dimostrato la validità dei rapporti EN/IN stimati attraverso un esperimento, durante il quale i partecipanti hanno avuto un farmaco anti-ansia (Xanax) o un placebo.
L'ipotesi della squadra è che una volta che il Xanax è ingerito, aumenta l'inibizione, quindi il rapporto EN/IN complessivo diminuisce. Per testare ciò, il team di ricerca ha scansionato individui sani in due occasioni separate. A un partecipante è stato dato Xanax prima di una sessione MRI e placebo nella successiva. Ad alcuni partecipanti, lo Xanax avrebbe potuto essere dato nella prima sessione, ad altri nella seconda. Il team ha scoperto che i marcatori di rapporto EN/IN stimati erano effettivamente più bassi dopo che i partecipanti avevano ingerito Xanax, rispetto al placebo, convalidando quindi la loro tecnica.
Il team di studio ha quindi proceduto a ulteriori scansioni cerebrali MRI per studiare lo sviluppo del cervello in un ampio campione di oltre 1.000 bambini, adolescenti e giovani adulti di Singapore e USA, scoprendo che il rapporto EN/IN diminuisce con uno sviluppo sano.
Successivamente, per stabilire il legame tra il rapporto EN/IN e la funzione cognitiva, il team ha diviso i partecipanti, che andavano da 7 a 23 anni, in gruppi con prestazioni alte e basse, in base ai loro punteggi su alcuni test cognitivi. Hanno scoperto che i gruppi a prestazioni alte avevano rapporti EN/IN più bassi rispetto ai loro coetanei della stessa età, suggerendo che le capacità cognitive migliorano con la maturazione del rapporto EN/IN durante lo sviluppo.
Fonte: National University of Singapore (> English) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: S Zhang, [+21], BT Thomas Yeo. In vivo whole-cortex marker of excitation-inhibition ratio indexes cortical maturation and cognitive ability in youth. PNAS, 2024, DOI
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