ScienceDaily (Nov. 29, 2011) - Più materia grigia hai nella parte del cervello che prende le decisioni e che elabora il pensiero, migliore è la tua capacità di valutare ricompense e conseguenze. Può sembrare una conclusione ovvia, ma un nuovo studio condotto presso il Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti è il primo a mostrare questo legame tra struttura e funzione nelle persone sane e la compromissione sia della struttura che della funzione nelle persone dipendenti dalla cocaina. .
"Questo studio documenta per la prima volta l'importanza di premiare l'elaborazione dell'integrità strutturale della materia grigia nelle parti della corteccia prefrontale del cervello che sono coinvolte nella funzione esecutiva di ordine superiore, compreso l'autocontrollo e il processo decisionale", ha detto Muhammad Parvaz, un borsista post-dottorato presso Brookhaven Lab e un co-autore principale del documento.
"Precedenti studi condotti a Brookhaven e altrove hanno esplorato l'integrità strutturale della corteccia prefrontale nella tossicodipendenza e le componenti funzionali dell'elaborazione della ricompensa, ma questi studi sono stati condotti separatamente", ha detto Parvaz. "Volevamo sapere se la funzione specifica dell'elaborazione della ricompensa potesse essere 'mappata' sulla struttura cerebrale sottostante, se e come questi due sono correlati", ha aggiunto.
Le differenze nel volume della materia grigia - la quantità di materia cerebrale composta dai corpi delle cellule nervose, al contrario degli assoni della "materia bianca" che formano le connessioni tra le cellule - sono state osservate in una serie di malattie neuropsichiatriche rispetto agli stati sani, ha spiegato Anna Konova, l'altra co-autrice del giornale. "Volevamo saperne di più su cosa significano funzionalmente queste differenze in individui sani e in soggetti tossicodipendenti", ha detto.
Per esplorare questa relazione struttura-funzione, gli scienziati hanno eseguito scansioni cerebrali con risonanza magnetica (MRI) per misurare il volume del cervello in 17 persone sane e 22 consumatori di cocaina. Le scansioni raccolgono misurazioni strutturali per l'intero cervello e possono essere analizzate voxel per voxel, l'equivalente di pixel tridimensionali, per ottenere misurazioni dettagliate per singole regioni del cervello.
Entro un breve periodo dalle scansioni MRI, gli scienziati hanno anche utilizzato elettrodi posizionati sullo scalpo dei soggetti di ricerca per misurare un particolare segnale elettrico noto come P300 (un potenziale correlato all'evento derivato da un elettroencefalogramma in corso, o EEG, cioè tempo- bloccato a un particolare evento). Questa misura specifica può indicizzare l'attività cerebrale correlata all'elaborazione della ricompensa. Durante queste registrazioni elettriche, i soggetti hanno svolto un compito psicologico a tempo (premendo i pulsanti secondo uno specifico insieme di regole) con la prospettiva di guadagnare diversi livelli di ricompensa monetaria, da zero soldi fino a 45 centesimi per ogni risposta corretta con una ricompensa potenziale totale di $ 50.
Precedenti studi del gruppo di ricerca hanno dimostrato che, nei soggetti sani, il segnale P300 aumenta di magnitudo con la quantità di ricompensa monetaria offerta. Gli individui dipendenti da cocaina, tuttavia, non mostrano questa risposta differenziale nella misura P300 dell'attività cerebrale, anche se, come i soggetti sani, valutano l'attività come più interessante ed eccitante quando la ricompensa potenziale è maggiore.
L'attuale studio ha esteso questi risultati collegandoli per la prima volta con le misurazioni strutturali.
Gli scienziati hanno utilizzato metodi statistici per cercare correlazioni tra la differenza nell'attività cerebrale osservata nelle condizioni di alta ricompensa e nessuna ricompensa - quanto la risposta del P300 del cervello è cambiata con l'aumento della ricompensa - e il volume della materia grigia in varie parti del cervello come voxel-by-voxel misurato nelle scansioni MRI.
Nei soggetti sani, l'entità del cambiamento nel segnale P300 con l'aumento della ricompensa era fortemente correlata al volume di materia grigia in tre regioni della corteccia prefrontale.
"Più alto è il volume della materia grigia in quelle particolari regioni, maggiore è l'attività cerebrale per la più alta ricompensa monetaria rispetto alla condizione di non ricompensa", ha detto Konova.
Gli individui dipendenti da cocaina avevano un volume di materia grigia ridotto in queste regioni rispetto ai soggetti sani e nessuna differenza rilevabile tra le condizioni di ricompensa nella misura P300 dell'attività cerebrale. Non c'erano nemmeno correlazioni significative tra il primo e il secondo - misure di struttura e funzione - nei soggetti dipendenti da cocaina.
"Questi risultati suggeriscono che l'elaborazione della ricompensa compromessa può essere attribuita a deficit nell'integrità strutturale del cervello, in particolare nelle regioni corticali prefrontali implicate nella funzione cognitiva ed emotiva di ordine superiore", ha detto Parvaz. "Questo studio quindi convalida l'uso delle misure strutturali ottenute dalla risonanza magnetica come indicative di deficit funzionali".
Le implicazioni sono importanti per comprendere la potenziale perdita di controllo e il processo decisionale svantaggioso che può verificarsi nelle persone che soffrono di tossicodipendenza, ha spiegato Konova: “Questi deficit struttura-funzione possono tradursi in comportamenti disfunzionali nel mondo reale. In particolare, la ridotta capacità di confrontare le ricompense e la riduzione della materia grigia nella corteccia prefrontale possono culminare nella capacità compromessa di provare piacere e di controllare il comportamento, specialmente in situazioni ad alto rischio - ad esempio, quando si brama o sotto stress - portando gli individui a usare droghe nonostante le conseguenze catastrofiche ".
Gli autori riconoscono che ci sono ancora domande sul fatto che questi cambiamenti nella struttura e nella funzione del cervello siano una causa o una conseguenza della dipendenza. Ma l'uso di tecniche di imaging multimodale, come illustrato da questo studio, può aprire nuovi modi per affrontare queste e altre domande rilevanti per comprendere la motivazione umana in entrambi gli stati di salute e malattia, con particolare rilevanza per il trattamento della tossicodipendenza.
Questa ricerca è stata eseguita al Brookhaven Lab sotto la guida di Rita Goldstein, direttrice del Neuropsychoimaging Group di Brookhaven Lab e l'autore corrispondente dell'articolo. Dardo Tomasi del National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism, che gestisce la struttura MRI di Brookhaven, e Nora Volkow, Direttore del National Institute on Drug Abuse (NIDA), sono stati coautori. La ricerca è stata finanziata da una sovvenzione a Goldstein dal National Institutes of Health e dal General Clinical Research Center della Stony Brook University.
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