Quando ci si innamora si dice di avere le “farfalle nello stomaco”, quando proviamo una forte paura diciamo di “avere il cuore in gola”. Nell’immaginario comune, i processi mentali e quelli corporei sono intimamente legati. Anche illustri filosofi si sono interrogati sull’importanza del corpo per la nostra vita mentale, formulando l’ormai noto esperimento mentale detto del “cervello in una vasca” (Dennett & Hofstadter, 1985; Putnam, 1981). Immaginate che uno scienziato pazzo rimuova il cervello dal vostro corpo e lo colleghi a un computer che simuli tutti gli input che il vostro cervello riceve normalmente attraverso l’interazione del vostro corpo con il mondo. Notereste la differenza tra l’esperienza prodotta dall’interazione con il mondo reale e quella prodotta da un sofisticato programma digitale? In altre parole, che ruolo hanno i segnali corporei nella nostra esperienza cosciente?
Lo psicologo americano William James fu tra i primi autori a teorizzare l’importanza che i segnali provenienti dal nostro corpo hanno per i nostri processi mentali, in particolar modo per le emozioni (James, 1890). Per James, la paura che provo dopo aver visto un'ombra muoversi nel buio deriva dalla concettualizzazione di un segnale corporeo: il mio cuore che batte all’impazzata. Benché altre teorie abbiano rifiutato (Cannon, 1927), o mitigato (Pezzulo, 2014; Seth, 2013), l’idea che l’esperienza emotiva derivi solamente dall’interpretazione dei segnali corporei, la riflessione di James ha posto le basi per lo studio scientifico dell’interazione tra segnali corporei e processi mentali. Ma in che modo i segnali corporei contribuiscono ai processi mentali? E di quali segnali corporei stiamo parlando?
I segnali viscerali
In questo articolo mi concentrerò sui segnali viscerali, cioè sulle informazioni provenienti dal cuore e dal tratto gastro-intestinale. Questi organi si contraggono in maniera ritmica (il cuore ogni 800 millisecondi, lo stomaco ogni 20 secondi) grazie a impulsi elettrici generati da cellule che si trovano sulle loro pareti. Per rendersi conto della generazione endogena di questo ritmo è sufficiente sapere che quando il cuore è asportato dalla cassa toracica, e quindi disconnesso dal cervello, continua a battere autonomamente per qualche tempo (5-10 minuti). Questa caratteristica distingue cuore e stomaco dall’attività ritmica di altri organi, per esempio i polmoni, che necessitano di impulsi elettrici inviati dal cervello per mettersi in moto.
Benché autonoma, l’attività pulsatile di cuore e stomaco è costantemente monitorata dal cervello, che è dunque informato del ritmo delle contrazioni e della loro intensità. Questo continuo controllo permette di regolarne l’attività per mantenere un equilibrio biologico, attraverso processi omeostatici, o per rispondere a nuovi i bisogni dell’organismo, attraverso dei processi allostatici. Data l’importanza capitale dei segnali viscerali per la sopravvivenza dell’organismo, la loro comunicazione con il cervello è mantenuta anche quando quella che riguarda altri segnali corporei è interrotta a causa di condizioni patologiche. Per esempio, i segnali viscerali continuano ad arrivare al cervello dei pazienti locked-in, persone coscienti ma completamente paralizzate. Al contrario, il cervello di questi pazienti non riceve nessun segnale propriocettivo, cioè quei segnali provenienti da muscoli e articolazioni che permettono di conoscere la posizione del nostro corpo nello spazio. Questo conferisce ai segnali viscerali una certa unicità rispetto ad altri segnali corporei.
Tuttavia, al di là dell’importanza che i segnali viscerali hanno per la regolazione dei processi fisiologici di cuore e stomaco, delle scoperte recenti hanno messo in luce come le informazioni viscerali contribuiscano a diversi processi cognitivi e meccanismi cerebrali.
L’informazione cardiaca come segnale di allerta
Uno degli approcci usati per studiare il ruolo dei segnali cardiaci nei processi cognitivi è quello di sfruttarne la ciclicità. Il ciclo cardiaco è infatti composto da due fasi: la diastole e la sistole. Durante la diastole, il cuore si rilassa e si riempie di sangue; durante la sistole, i ventricoli si contraggono e spingono il sangue carico di ossigeno nelle arterie. In questa seconda fase, degli speciali neuroni (barorecettori) posti sulle pareti del cuore e delle arterie rilevano la distensione dei tessuti dovuta al passaggio del sangue e inviano a varie strutture cerebrali, attraverso impulsi elettrici chiamati potenziali d’azione, delle informazioni sul ritmo e sulla sua intensità della contrazione cardiaca. Per scoprire se l’informazione cardiaca ha un effetto sui processi cognitivi è dunque possibile contrastare il modo in cui i processi cognitivi si svolgono quando l’informazione cardiaca giunge al cervello (durante la sistole) o quando ancora non è presente (durante la diastole).
Per investigare l’effetto dell’informazione cardiaca sulla percezione visiva, dei ricercatori dell’Università di Londra e di Sussex, nel Regno Unito, hanno chiesto a dei partecipanti di identificare se gli individui, caucasici o di colore, nelle foto presentate sullo schermo, impugnassero un’arma o un utensile (Azevedo, Garfinkel, Critchley, & Tsakiris, 2017). Presentando le fotografie o durante la contrazione dei ventricoli (sistole) o durante il loro rilassamento (diastole), i ricercatori hanno scoperto che i partecipanti scambiavano più frequentemente un utensile con un’arma durante la sistole, cioè quando si ipotizza che il cervello riceva l’informazione cardiaca. Sorprendentemente, questo errore si verificava specificamente per le fotografie di individui di colore. Secondo gli autori, l’informazione cardiaca funzionerebbe come un segnale di allerta che induce il cervello a interpretare erroneamente stimoli neutri (degli utensili) come minacciosi (delle armi) e ad associarli con individui di colore, pregiudizievolmente considerati come più pericolosi.
L’informazione cardiaca e la coscienza corporea
Altri ricercatori hanno invece ipotizzato che le informazioni cardiache contribuiscono alla coscienza del nostro corpo, cioè all’identificazione di ciò che appartiene al nostro corpo (Park & Blanke, 2019). In condizioni normali, le informazioni visive riguardanti il nostro corpo (per esempio la lieve pulsazione delle vene) corrispondono all’informazione cardiaca ricevuta dal cervello attraverso i canali enterocettivi, ossia l’insieme di percorsi neurali che portano le informazioni viscerali al cervello. Manipolando questa corrispondenza naturale, i ricercatori hanno mostrato che presentare delle immagini di parti di corpo (virtuali o di altri individui) che pulsano (cioè che si illuminano ritmicamente) al ritmo del loro battito cardiaco, spinga le persone a identificarle come appartenenti al loro corpo. Vari gruppi di ricerca hanno dimostrato che queste illusioni sono presenti per diverse parti del corpo: mani virtuali (Suzuki et al., 2013), volti (Sel et al., 2017) o addirittura corpi virtuali (Aspell et al., 2013). Queste brillanti illusioni indicano come i segnali cardiaci costituiscano un’informazione importante per la rappresentazione cosciente del nostro corpo, tanto da influenzare ciò che consideriamo appartenerci.
I segnali cardiaci come sostrato delle rappresentazioni di sé
Recentemente, un gruppo di ricercatori dell’École Normale Supérieure di Parigi, ha ipotizzato che i segnali cardiaci siano utilizzati più generalmente in tutte le rappresentazioni di se stessi, anche quelle più astratte (Azzalini et al., 2019; Park & Tallon-Baudry, 2014).
Utilizzando la magneto-encefalografia (MEG), una tecnica di neuroimaging funzionale che permette di registrare l’attività elettrica dei neuroni della corteccia cerebrale, Babo-Rebelo e colleghi (2016) hanno scoperto che alcune aree cerebrali processano i segnali cardiaci più intensamente (i neuroni rispondono con più energia all’arrivo dei segnali cardiaci) quando pensiamo spontaneamente a noi stessi e quando ci è chiesto esplicitamente di immaginare noi stessi in situazioni mai esperite prima (per esempio, stringere la mano a Barack Obama). Al contrario, l’elaborazione cerebrale dei segnali cardiaci è più debole quando pensiamo o immaginiamo altre persone o semplicemente degli oggetti.
In linea con questi risultati, Azzalini e colleghi (2020) hanno scoperto che l’intensità con cui i neuroni di alcune aree cerebrali rispondono ai segnali cardiaci predice la stabilità delle nostre preferenze. Ciò suggerisce che i segnali cardiaci sono utilizzati dal cervello per creare una rappresentazione stabile dei nostri gusti, rendendo le nostre scelte meno soggette a influenze temporanee.
Questi risultati mostrano come anche le rappresentazioni più astratte di noi stessi, come i nostri gusti e l’immagine mentale che abbiamo di noi stessi, si fondino sull’elaborazione cerebrale di un semplice segnale corporeo: il battere del nostro cuore.
Ritmi gastrici e ritmi cerebrali
Oltre ai segnali cardiaci, anche i segnali provenienti dallo stomaco sono costantemente monitorati dal cervello. Benché non esistano ancora prove empiriche del legame diretto tra processi cognitivi e segnali gastrici, alcuni esperimenti ne suggeriscono la plausibilità, mostrando come i segnali gastrici strutturino le dinamiche cerebrali. Ricerche recenti hanno rivelato che, mentre si è svegli ma a riposo, l’attività spontanea di aree corticali distanti tra loro segue delle dinamiche comuni (Fox et al., 2005). Queste aree sono cioè più o meno attive allo stesso tempo, un meccanismo che permetterebbe loro di “dialogare” e condividere delle informazioni. Utilizzando la risonanza magnetica funzionale, una tecnica di neuroimaging che permette di registrare un indice indiretto dell’attività dei neuroni con precisione millimetrica, Rebollo e colleghi hanno mostrato come l’attività di alcune aree cerebrali (tra cui la corteccia somatosensoriale e occipitale extra-striata, coinvolte rispettivamente nell’elaborazione di stimoli tattili e di informazioni visive) aumenti e diminuisca secondo un preciso ordine temporale a seconda della fase del ritmo gastrico (Rebollo et al., 2018). Il segnale gastrico svolgerebbe dunque il ruolo di “direttore d’orchestra”: esso organizzerebbe l’attività delle varie aree cerebrali in modo che possano condividere le informazioni che ciascuna possiede. Il ruolo del ritmo gastrico nel coordinamento dell’attività cerebrale è stato corroborato da un altro esperimento. Benché meno precisa spazialmente, la magneto-encefalografia (vedere sezione precedente) permette di registrare direttamente l’attività dei neuroni ogni millisecondo, catturando cambiamenti di attività neurale troppo rapidi per la risoluzione temporale della risonanza magnetica. L’attività neurale non è costante nel tempo, ma fluttua con ritmi specifici che vengono chiamati oscillazioni (o onde) cerebrali. Queste oscillazioni sono prodotte dalla sincronizzazione dell’attività di un insieme di neuroni e sono state associate a vari processi cognitivi, come l’attenzione e la memoria. Pertanto, comprendere i fattori che contribuiscono alle dinamiche dei ritmi cerebrali significa avere una finestra sui i processi cognitivi associati. Uno dei ritmi prevalenti nel cervello umano è il ritmo alfa (α), associato a processi quali la soppressione di informazioni irrilevanti (Jensen & Mazaheri, 2010). Richter e colleghi (Richter et al., 2017) hanno scoperto che l’ampiezza del ritmo alfa, un indice della sincronizzazione tra neuroni, dipende dalla fase del ciclo gastrico, dimostrando come la comprensione più completa delle dinamiche cerebrali passi per la considerazione dei segnali viscerali che ne influenzano l’attività.
Conclusione
Benché, l’esistenza di un legame tra processi mentali e segnali corporei sia un’intuizione che esiste da secoli, le recenti scoperte neuroscientifiche forniscono una descrizione più precisa di questo rapporto. Inoltre, varie psicopatologie – come la depressione, la dipendenza da sostanze e i disturbi dell’umore – sono caratterizzate da un’alterazione delle risposte cerebrali alle informazioni viscerali. Queste scoperte hanno dunque il grande potenziale di offrire una conoscenza utile per la diagnosi (e magari la cura) di alcune tra queste psicopatologie, che possono ridurre la speranza di vita fino a 17 anni e la cui incidenza aumenta sempre di più nelle nostra società (Prideaux, 2015).
Glossario
I canali enterocettivi sono i percorsi neurali attraverso cui i segnali viscerali raggiungono il cervello. I segnali viscerali riguardano vari tipi di informazioni: la pressione sanguigna, la distensione dei tessuti e la concentrazione di vari composti chimici. Ciascuna di queste informazioni è rilevata da diversi tipi di neuroni presenti nel cuore, nelle arterie e nello stomaco: i barorecettori (per la pressione), i meccanocettori (per la distensione dei tessuti) e chemiocettori (per le informazioni chimiche). Le informazioni captate da questi neuroni sono poi inviate attraverso il nervo spinale e i nervi craniali (il nervo vago e il nervo glossofaringeo) a varie strutture del tronco encefalico. Da qui i segnali viscerali vengono distribuiti a differenti aree della corteccia cerebrale e ad altre strutture subcorticali per essere integrati in vari processi di regolazione fisiologica ma, come descritto nell’articolo, anche in vari processi cognitivi.
I processi allostatici sono meccanismi neurali che permettono a un organismo di adattare i processi fisiologici per rispondere a nuove esigenze, spesso innescando un cambiamento dell’interazione con l’ambiente. L’accelerazione cardiaca e la riduzione delle contrazioni gastriche, comandate del cervello per addurre più energia ai muscoli e preparare la fuga da un pericolo imminente, esemplificano un tipico meccanismo allostatico.
I processi omeostatici sono processi automatici di regolazione attraverso cui un organismo mantiene i suoi processi fisiologici in equilibrio, cioè all’interno di un intervallo di valori che ne permettono la sopravvivenza. Il riflesso barocettivo, messo in atto da una struttura cerebrale chiamata tronco encefalico, è un tipico meccanismo omeostatico preposto al controllo della pressione sanguigna. Esso opera accelerando o rallentando la frequenza cardiaca e regolando la costrizione dei vasi sanguigni.
L’oscillazione è un’attività caratterizzata da variazioni cicliche che si ripetono nel tempo. Essa ha due caratteristiche principali: la frequenza, ossia la durata di un ciclo completo, misurata in Hertz (numero di cicli per secondo), e l’ampiezza, ossia la grandezza dell’oscillazione.
Neuroimaging funzionale è un insieme di tecniche utilizzate nelle neuroscienze cognitive per registrare l’attività cerebrale mentre dei partecipanti volontari agli esperimenti svolgono dei compiti cognitivi (per esempio delle decisioni percettive). Ciò permette ai ricercatori di quantificare l’attività cerebrale, le sue dinamiche temporali e le aree cerebrali coinvolte durante differenti processi cognitivi. Queste tecniche comprendono, tra le altre, la risonanza magnetica funzionale, la magneto- e l’elettro-encefalografia.
Tratto gastro-intestinale è l’insieme di organi che permette l’ingestione e la digestione del cibo. Esso comprende la bocca, l’esofago, lo stomaco e l’intestino.
Bibliografia
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