Ritmi alfa e theta

Le oscillazioni medie includono onde theta e alfa. Ritmi alfa da 8 a 12 Hz sono stati osservati per la prima volta sulla corteccia occipitale quando i soggetti umani erano rilassati o chiudevano gli occhi. Tuttavia, alfa e theta (4-7 Hz) sono ora noti per essere coinvolti in molti diversi compiti di veglia in molte parti del cervello. In molti casi queste onde vicino a 10 Hz sembrano coordinare le oscillazioni più veloci. In un senso molto ampio, vicino 10 onde Hz può funzionare come un diffuso “orologio di sistema” per molte parti del cervello. Per esempio, le onde theta sono note per facilitare la codifica dei ricordi episodici temporanei nella memoria episodica a lungo termine. Nella corteccia motoria è stato riportato che i ritmi alfa-simili sono coinvolti nell’inibizione delle azioni pianificate. Nel lobo frontale, le onde alfa sono coinvolte nell’immagazzinamento della memoria momentanea, e alcuni ricercatori trovano che sia la sincronia che la desincronia delle onde alfa possono avere un ruolo nei processi cognitivi. Anche il confine tra theta e alfa non è necessariamente chiaro, e alcuni ricercatori credono che queste onde non siano necessariamente stabili nella loro gamma convenzionale.

I periodi scientifici di rapida scoperta spesso sembrano confusi finché non si stabilizzano in qualche modello stabile di evidenza. Poiché la scienza empirica è imprevedibile, non sappiamo in questo momento se lo spettro delle onde cerebrali sarà diviso ordinatamente in gamme di frequenza o se luoghi diversi del cervello risulteranno avere oscillazioni molto diverse.

C’è un ragionevole accordo, tuttavia, che le oscillazioni alfa/theta vicino a 10 Hz interagiscono con oscillazioni più veloci. Una proposta è che le onde cerebrali assomigliano allo spettro radio, con “frequenze portanti” modulate (per ampiezza, come nella radio AM), o per frequenza (FM). Nel caso delle onde radio, le stazioni di trasmissione generano radiazioni elettromagnetiche a specifiche frequenze di sintonizzazione (come potete vedere sul vostro quadrante AM o FM). I ricevitori radio possono essere sintonizzati sulle frequenze principali. Poiché il discorso e la musica coinvolgono oscillazioni più veloci, queste sono “trasportate” dalle frequenze di sintonizzazione standard.

Nel caso del cervello, si ritiene che le onde theta a volte funzionino come onde portanti e che i singoli neuroni possano sintonizzare i propri schemi di accensione rispetto a qualche onda theta diffusa (Canolty et al., 2006). Poiché queste sono questioni aperte sulle frontiere scientifiche, non sappiamo con precisione come si risolveranno a lungo termine.

Non c’è accordo attualmente sulla gamma delle oscillazioni più veloci, spesso chiamate beta e gamma. Ritmi funzionali sono stati riportati fino a 200 Hz e anche (brevemente) 600 Hz. Poiché appaiono costantemente nuove scoperte, ha più senso descrivere tre gamme di frequenza (vedi Figura 8.1). Le oscillazioni di gamma media includono la classica alfa e theta, vicino a 10 Hz. Il ritmo delle nuove scoperte è ora così rapido che possiamo aspettarci di vedere un chiarimento molto maggiore su queste questioni.

Una gamma di frequenze sono state ora osservate per l’elaborazione sensoriale, il miglioramento attenzionale di input sensoriali, e sia la memoria di lavoro e a lungo termine. La sincronia è naturale e utile per la segnalazione in un sistema oscillatorio come il cervello. A volte la sincronia perfetta non è raggiungibile, quindi c’è un breve ritardo tra il picco dell’onda in un posto (come l’ippocampo) e un altro posto (come il lobo frontale). In questi casi, il termine migliore è phase locking o phase coherence, un po’ come un ritmo sincopato “fuori ritmo” nella musica. Si tratta di sincronia con un ritardo temporale.

I singoli neuroni hanno un tempo di integrazione temporale di circa 10 ms, il periodo in cui gli input dendritici possono sommarsi per aumentare la probabilità di un singolo picco di uscita assonale (vedi capitolo 3). Un gruppo di neuroni interconnessi può rafforzare l’un l’altro i tassi di sparo tra 30 e 100 Hz fornendo input sinaptici entro la finestra di 10 ms. Se due neuroni eccitatori si segnalano a vicenda a una frequenza di 50 Hz, per esempio, è possibile sostenere un ciclo di feedback eccitatorio, perché i segnali convergenti possono arrivare entro il periodo critico di 10 ms. Tuttavia, i tassi di accensione neuronale sotto 30 Hz non possono essere integrati dai neuroni bersaglio perché i diversi picchi possono arrivare troppo tardi per avere effetti additivi. Si ritiene quindi che un gruppo di neuroni che spara nella gamma beta-gamma eserciterà un impulso più forte ai neuroni a valle rispetto alle frequenze più basse. Ovviamente, le reti cerebrali reali sono più complesse e hanno elementi sia inibitori che eccitatori. Tuttavia, questi punti di base si applicano ai neuroni in generale e hanno ottenuto una buona quantità di supporto empirico diretto.

La trasmissione radio ha alcune somiglianze con la sincronia oscillatoria nel cervello. L’esistenza della radio AM e FM suggerisce almeno due modi in cui i ritmi cerebrali possono elaborare le informazioni nel cervello. Ma ci sono molti altri schemi di codifica. I ritmi cerebrali potrebbero servire come orologi, e possono usare singoli impulsi o una serie di impulsi come il codice Morse. Neuroni diversi possono usare i segnali in modi diversi, forse in combinazione con diverse molecole e sinapsi.

La televisione è un esempio di codice spazio-temporale, in cui il segnale di trasmissione attraversa ogni linea dello schermo dall’alto in basso. Gli schermi dei computer usano una codifica spazio-temporale simile. È probabile che i ritmi cerebrali coordinino anche le mappe visuotopiche, somatotopiche e motorie. Come abbiamo accennato, il cervello è ricco di mappe topografiche, che rappresentano array di input sensoriali o mappe neuromuscolari a vari livelli di astrazione (vedi capitolo 5).

L’evoluzione ha sfruttato le proprietà ritmiche dei neuroni per centinaia di milioni di anni. Per questo motivo, non dovremmo aspettarci di trovare un solo codice neurale. Quello che sappiamo è che i ritmi cerebrali sono molto diffusi e che sono associati a funzioni note.

Infine, le onde possono anche interferire tra loro. Quando si posiziona un ricevitore radio vicino a un computer, si sentirà uno scoppio di rumore ogni volta che si preme la tastiera. Questo perché ogni pressione di un tasto innesca un segnale elettromagnetico che si irradia nello spazio circostante. L’interferenza delle onde è un fenomeno fondamentale nella fisica della radiazione. L’interferenza può avere usi importanti nel cervello, ma potrebbe anche degradare l’elaborazione neurale delle informazioni. Stiamo solo iniziando a capire il ruolo dei ritmi cerebrali, ma è probabile che anche l’interferenza delle onde avrà degli effetti.