Biopsicologia e metodi di ricerca

19 Marzo 2019
I metodi di ricerca della biopsicologia rappresentano un grande strumento per lo studio del cervello. Grazie a essi, possiamo capire meglio il funzionamento del nostro organo più misterioso. Ma quali sono, precisamente, questi metodi?

Alcuni autori adoperano il termine “psicobiologia”, come ad esempio Donald A. Dewsbury, che definisce questo campo come lo “studio scientifico della biologia del comportamento”. Altri studiosi, tuttavia, preferiscono il termine “biopsicologia”, perché più adatto a indicare “un approccio biologico allo studio della psicologia, piuttosto che un approccio psicologico allo studio della biologia”. Grazie al progresso scientifico, i metodi di ricerca della biopsicologia negli ultimi anni sono stati al centro di enormi rivoluzioni.

Quanti dei primi ricercatori avrebbero mai pensato che, un giorno, sarebbero arrivati a osservare il funzionamento del cervello dal vivo? Dal momento che i metodi di ricerca della biopsicologia sono molti, qui ci soffermeremo solo su quelli che studiano ciò che accade nel cervello in determinate condizioni.

“L’uomo è l’oggetto più misterioso e sconcertante scoperto dalla scienza.”

-Ganivet-

cervello e biopsicologia

Biopsicologia e metodi di stimolazione e di osservazione del cervello umano

La possibilità di osservare e registrare l’attività cerebrale dal vivo è un traguardo raggiunto grazie alle diverse tecniche che sono state sviluppate nel corso del XX secolo. Tali tecniche hanno permesso di fare enormi passi avanti nella comprensione del funzionamento di questo incredibile organo, del quale rimane ancora molto da scoprire.

Raggi X con mezzo di contrasto

Questa tecnica consiste nell’iniettare nel corpo una sostanza che assorbe i raggi X. In questo modo, si può osservare con un rilevatore il contrasto tra il liquido e il tessuto circostante.

L’angiografia cerebrale è una tecnica di diagnosi che sfrutta i raggi X con mezzo di contrasto. Si effettua iniettando una sostanza radiopaca in un’arteria cerebrale, con l’obiettivo di osservare il sistema circolatorio del cervello mentre si effettua una radiografia. Questa tecnica è utile per localizzare lesioni vascolari e tumori cerebrali.

Tomografia assiale computerizzata (TAC)

Attraverso la TAC la struttura del cervello può essere osservata nella sua interezza. Durante l’esame medico, il paziente si trova al centro di un macchinario cilindrico di grandi dimensioni. Mentre è sdraiato, un tubo a raggi X e un ricevitore, in posizione diametralmente opposta, acquisiscono separatamente un gran numero di fotografie. L’acquisizione avviene mentre l’emettitore e il ricevitore ruotano intorno alla testa del soggetto.

Le informazioni contenute nelle fotografie vengono in seguito unite grazie a un computer. Questa operazione consente la ricostruzione di una sezione orizzontale dell’encefalo. Di solito questa può essere eseguita attraverso otto o nove sezioni cerebrali orizzontali (tagli). Quando tutte le ricostruzioni sono state combinate, si ottiene una rappresentazione tridimensionale del cervello.

Risonanza magnetica nucleare (RMN)

Con la RMN si possono acquisire immagini ad alta risoluzione grazie alle diverse onde emesse dagli atomi di idrogeno quando vengono attivati dalle onde a radiofrequenza in un campo magnetico. Questa tecnologia garantisce un’elevata risoluzione spaziale e produce immagini in tre dimensioni.

Tomografia a emissione di positroni (PET)

Le scansioni della PET forniscono informazioni fisiologiche, ossia producono immagini dell’attività cerebrale piuttosto che della struttura dell’organo. Per ottenere queste immagini, viene iniettato un radiofarmaco come il 2-desossiglucosio (2-DG) nell’arteria carotide del soggetto.

I neuroni attivi assorbono rapidamente il 2-DG e, poiché non sono in grado di metabolizzarlo, questo si accumula fino a quando non inizia a decadere gradualmente. In questo modo si può osservare quali neuroni si attivano, e in quale momento, durante le diverse operazioni del cervello.

Risonanza magnetica funzionale (fMRI)

La fMRI offre immagini della variazione di ossigenazione sanguigna nelle regioni dell’encefalo. Per questo motivo, è una tecnica che viene molto spesso impiegata nella misurazione dell’attività cerebrale. Rispetto alla PET, essa presenta inoltre quattro vantaggi:

  • Al soggetto non viene iniettata nessuna sostanza.
  • Fornisce informazioni sia funzionali che strutturali.
  • Garantisce una migliore risoluzione spaziale.
  • Può fornire immagini tridimensionali dell’intero cervello.
Metodi di ricerca della biopsicologia - Risonanza magnetica

Magnetoencefalografia

Con questo metodo si misurano le variazioni nei campi magnetici che si verificano sulla superficie del cuoio capelluto. Questi cambiamenti sono prodotti da variazioni nei modelli che sono alla base dell’attività neuronale.

Stimolazione magnetica transcranica (TMS)

Secondo la definizione di Vincent Walsh e John Rothwell, la stimolazione magnetica transcranica è “una tecnica per alterare l’attività di un’area della corteccia cerebrale, creando un campo magnetico attraverso una bobina posizionata sulla testa del paziente”.

L’EMT “spegne” temporaneamente una parte del cervello per valutare l’effetto di questo blackout sul comportamento e le attività cognitive.

Metodi lesivi della biopsicologia

I metodi lesivi sono quelli che distruggono alcune aree del cervello per verificare quali effetti possono avere sul comportamento.

  • Lesioni per aspirazione. Questo metodo viene impiegato per provocare lesioni in alcune aree del tessuto corticale visibili a occhio nudo. Il tessuto viene estratto attraverso una pipetta di vetro a punta sottile.
  • Lesioni da radiofrequenza. Si tratta di piccole lesioni sottocorticali. Per effettuarle viene utilizzato un elettrodo per canalizzare una corrente ad alta frequenza attraverso il tessuto che deve essere distrutto. La dimensione e la forma della lesione dipendono da tre fattori:
    • Durata.
    • Intensità della corrente.
    • Configurazione della punta dell’elettrodo.
  • Tagli da bisturi. Consistono nel separare l’area del cervello che si desidera distruggere.
  • Blocco a freddo. Sebbene questa tecnica di solito venga annoverata tra quelle lesive, è tuttavia reversibile. Invece di distruggere permanentemente le strutture, un’area del cervello viene raffreddata e mantenuta sopra il punto di congelamento. I neuroni smettono dunque di emettere segnali e il funzionamento di quella regione dell’encefalo si interrompe. In questo modo, si può osservare quali alterazioni nel comportamento può provocare l’intervento su determinate zone. Quando la temperatura torna normale, viene ripristinata la normale funzione cerebrale.

Stimolazione elettrica

Un altro metodo di ricerca in biopsicologia sfrutta la stimolazione elettrica. Una struttura del sistema nervoso viene stimolata elettricamente per ottenere dati sul suo funzionamento. Di solito viene utilizzato un elettrodo bipolare.

Questa stimolazione interessa i neuroni e altera il loro comportamento. L’effetto che si ottiene di solito è contrario a quello provocato dalle lesioni. Se per esempio da una lesione consegue una riduzione drastica del sonno, con la stimolazione si può invece arrivare ad avere una risposta al sonno sproporzionata.

Metodi dannosi con registrazione elettrofisiologica

  • Registrazione intracellulare di un’unità. Questa tecnica viene eseguita attraverso l’introduzione di un microelettrodo all’interno di un neurone. Fornisce un registro delle fluttuazioni graduate del potenziale di membrana dello stesso.
  • Registrazione extracellulare di un’unità. Un microelettrodo è posto nel liquido extracellulare che circonda il neurone e attraverso di esso ne vengono registrati gli impulsi. Tuttavia, con questo metodo non si possono raccogliere informazioni sul potenziale di membrana.
  • Registrazione di unità multiple. In questo caso la punta dell’elettrodo è più grande di quella di un microelettrodo, quindi è in grado di raccogliere i segnali di diversi neuroni contemporaneamente. I potenziali d’azione che vengono così rilevati sono condotti a un circuito che li integra e li somma.
  • Registrazione EEG (elettroencefalogramma) invasiva. In questo caso gli elettrodi vengono impiantati. Quando si cercano registrazioni di segnali di EEG corticali, vengono utilizzati elettrodi cranici “con dado” in acciaio inossidabile. Per i segnali sottocorticali vengono solitamente utilizzati elettrodi con cavo impiantati mediante radiochirurgia stereotassica.

“L’antropologia, la biologia, la fisiologia, la psicologia, hanno messo insieme vere e proprie montagne di materiale per erigere di fronte all’uomo, in tutta la loro portata, i compiti del suo stesso perfezionamento corporale e spirituale e del suo sviluppo ulteriore.”

-Leon Trotsky-

Metodi di ricerca in biopsicologia: una lunga strada da percorrere

Nell’articolo sono stati trattati i metodi di ricerca della biopsicologia più rappresentativi. Tuttavia, vale la pena ricordare che vi sono ulteriori tecniche che permettono di studiare altre parti del corpo. Tra queste possiamo trovare la misurazione della tensione muscolare, la registrazione dei movimenti oculari, della conduttività della pelle o dell’attività cardiovascolare.

I metodi di ricerca della biopsicologia negli ultimi anni hanno subito un’evoluzione notevole, ma questo non significa che le tecniche impiegate attualmente debbano considerarsi definitive. Vale a dire che tra qualche anno potrebbero emergere nuove tecnologie che in questo momento non riusciamo nemmeno a immaginare.

Tutto ciò contribuirà al progresso delle neuroscienze che, a loro volta, aiuteranno a migliorare la qualità della vita delle numerose persone che soffrono di un qualche tipo di malattia neurologica.

  • Dewsbury, D. A. (1990). Psicobiologia. American Psychologist.
  • Pinel, J., & Barnes, S. J. (2017). Biopsychology. Pearson College Div.
  • Walsh, V., & Cowey, A. (2000). Transcranial magnetic stimulation and cognitive neuroscience. Nature Reviews Neuroscience. http://doi.org/10.1038/35036239