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I neuroni specchio e la plasticità cerebrale: le nuove frontiere della riabilitazione

La tecnica neurocognitiva, associata ai classici protocollo riabilitativi, può agevolare il recupero del gesto tecnico sportivo

di Patrizia Maiorano

Tripla Colorazione Neuroni (foto commina.wikipedia.org)

La scoperta più interessante degli ultimi anni è stata sicuramente la dimostrazione che il pensiero, l’apprendimento e le esperienze di vita in genere sono in grado di apportare delle modifiche strutturali al cervello agendo direttamente sull’espressione genica

Tra gli anni ’80 e ’90 un gruppo di ricercatori dell’Università di Parma, coordinato da Giacomo Rizzolatti, scoprì che in alcune aree corticomotorie del macaco esistevano neuroni diversi da quelli “canonici” chiamati, poi, “neuroni specchio” (Mirror Neurons) per la loro capacità di attivarsi non solo quando la scimmia svolgeva un’azione, ma anche quando osservava la stessa azione svolta da altri (scimmia o uomo).

Nel 1996 lo stesso gruppo di scienziati pubblicò il primo lavoro scientifico sui neuroni specchio presenti nella corteccia cerebrale dell’uomo (aree motorie e premotorie, area del linguaggio e corteccia parietale), attribuendo loro un ruolo rilevante nell’apprendimento delle abilità motorie per imitazione e nella capacità di riconoscere e, quindi, di partecipare alle emozioni altrui (Empatia).

Per quanto riguarda l’acquisizione di nuove abilità, diversi studi hanno dimostrato che come le aree motorie si attivano nell’esecuzione di un movimento così si attivano anche quando il soggetto osserva quello stesso movimento eseguito da terzi. Ed infatti Rizzolatti spiega: “In un esperimento su come si apprende a suonare la chitarra, è stato visto che il sistema mirror si attiva sia durante l’osservazione dell’accordo eseguito dall’insegnate, sia quando quello stesso accordo viene rifatto dall’allievo”.

Nell’apprendimento per imitazione, poi, intervengono meccanismi per cui alcune sequenze non vengono memorizzate. A tal proposito Rizzolatti sostiene che: “Certamente con il sistema mirror non si spiega tutto. Infatti, interviene il secondo meccanismo logico-inferenziale. Faccio un esempio: se osserviamo qualcuno che si tocca ripetutamente un lobo dell’orecchio, per prima cosa riconosciamo che noi e lui siamo esseri simili e quale gesto stia compiendo; poi applichiamo il ragionamento, grazie al quale capiamo che il comportamento è un po’ bizzarro”.

La scoperta dei neuroni specchio ha condotto, negli anni, all’introduzione in ambito neurologico di tecniche neurocognitive specifiche per la riabilitazione di pazienti che perdono un’abilità motoria in seguito ad una lesione dell’area corticale corrispondente:

Motor Imagery, il paziente immagina il movimento;

Mirror Therapy, il paziente riproduce il movimento con l’arto sano dinanzi ad uno specchio;

Action Observation Therapy (AOT), il paziente osserva quello stesso movimento eseguito da altri, dal vivo o proiettato in un video.

Studi di Risonanza Magnetica Funzionale eseguiti mentre il soggetto applicava le suddette tecniche riabilitative, hanno dimostrato che l’area motoria corrispondente all’arto leso si attiva allo stesso modo in cui si attiva quando risponde all’esecuzione diretta del movimento.

Risultati di RMN funzionale

Risultati di RMNfunzionale Post-immobilizzazione dell’arto superiore destro in tutore:

(a).  Il paziente osserva in video un paesaggio naturalistico

(b). Lo stesso paziente osserva il movimento di un arto superiore destro proiettato in un video (AOT)

L’area corticomotoria corrispondente si attiva in (b) come quando il paziente muove direttamente il suo arto destro in Pre-immobilizzazione.

Questo principio permette di mantenere “allenata” un’area cerebrale che inevitabilmente andrebbe incontro a depressione neuronale, non ricevendo più informazioni periferiche recettoriali/propriocettive dall’arto immobile. Le modifiche corticali che ne conseguono dipendono dal fatto che il nostro cervello è dotato di neuroplasticità neuronale. Essa si manifesta con un aumento di connessioni neuronali preesistenti nella corteccia cerebrale ogni volta che si acquisiscono nuove abilità motorie (esperienza) e, al contrario, una riduzione di tali connessioni (neuroplasticità maladattativa) qualora i distretti motori corrispondenti restino immobilizzati per un periodo, per un qualsivoglia motivo.

L’esperienza (nella forma di inputs sensoriali o outputs motori) si esplica in cambiamenti nella morfologia del nostro cervello per un processo di sinaptogenesi (incremento di sinapsi tra neuroni) e plasticità sinaptica (cambiamenti di efficacia nelle sinapsi preesistenti dovuti al fenomeno di Long Term Potentation – LTP). I cambiamenti sinaptici, poi, portano ad una riorganizzazione della mappa corticale che esita in apprendimento, sia esso motorio, sensoriale o altro.

Eric Kandel fu il primo a dimostrare che quando impariamo qualcosa di nuovo, i nostri neuroni modificano la loro struttura creando nuove connessioni sinaptiche: i cambiamenti a breve termine avverrebbero semplicemente attraverso modificazioni biochimiche temporanee a livello delle terminazioni sinaptiche, mentre i cambiamenti a lungo termine implicherebbero un processo decisamente più complesso in cui la protein-chinasi A dal corpo della cellula passerebbe all’interno del nucleo favorendo l’espressione di alcuni geni; i geni attivati produrrebbero a loro volta altre proteine che, modificando la struttura, favorirebbero la crescita di nuove connessioni sinaptiche. La plasticità cerebrale è il risultato di due fenomeni, lo sprouting e la neurogenesi.

Sprouting sta per gemmazione o germogliazione e si riferisce allo sviluppo di nuove connessioni sinaptiche tra i neuroni; la neurogenesi, invece, implica la possibilità che si possano formare nuove cellule nervose o che quelle silenti possano diventare attive.

La scoperta più interessante degli ultimi anni è stata sicuramente la dimostrazione che il pensiero, l’apprendimento e le esperienze di vita in genere sono in grado di apportare delle modifiche strutturali al cervello agendo direttamente sull’espressione genica.

La plasticità cerebrale è, infatti, un meccanismo evolutivo in grado di bypassare le limitazioni imposte dal genoma, permettendo l’adattamento alle pressioni ambientali, ai cambiamenti fisiologici e alle esperienze in genere. Ma se la plasticità è il meccanismo alla base dello sviluppo e dell’apprendimento, purtroppo lo è anche per la patologia (neuroplasticità maladattativa).

Pascual-Leone e coll. (Plastic Human Brain Cortex, 2005) hanno condotto uno studio su soggetti sani privati totalmente della vista per 5 giorni. Al termine, tutti i soggetti sono stati sottoposti a mappatura cerebrale con la TMS (stimolazione magnetica transcranica), scoprendo che la loro corteccia visiva aveva già cominciato a elaborare stimoli tattili e acustici in un così breve periodo di tempo.

La rapidità nell’elaborare stimoli per i quali la corteccia visiva non dovrebbe essere geneticamente predisposta, ha portato gli autori a ipotizzare che, in condizione di deprivazione sensoriale, la riorganizzazione cerebrale possa avvenire secondo due steps:

1) smascheramento di circuiti preesistenti che tendono a tornare immediatamente silenti nel caso in cui si ripristini una condizione di normalità sensoriale;

2) sviluppo di nuovi percorsi che implicano la crescita di nuove sinapsi e di nuove connessioni neurali in situazioni ambientali di cambiamento più prolungati nel tempo e più stabili.

A livello strutturale, il risultato principale è un aumentato volume della materia grigia o un’aumentata densità delle aree del cervello associate con l’apprendimento di nuove abilità. Riguardo alla riorganizzazione funzionale, prove di imaging funzionale hanno dimostrato che la neuroplasticità funzionale si verifica non solo nel dominio motore, ma anche in ambiti cognitivi e percettivi associati ad un miglioramento delle prestazioni.

In uno studio più recente, Bassolino et al. hanno analizzato l’atto motorio più comune della vita quotidiana: “raggiungere per afferrare”. Anch’esso verrebbe significativamente influenzato dopo l’immobilizzazione dell’arto superiore. Dopo appena 10 ore di immobilizzazione, i soggetti erano ugualmente in grado di cogliere correttamente gli oggetti come prima dell’immobilizzazione e paragonabili al gruppo di controllo, ma con una cinematica diversa per raggiungere ed afferrare, sia in termini di precisione che di impugnatura.

Tali osservazioni portano all’idea che l’utilizzo dei Neuroni Specchio, capaci di attivare un’area motoria anche solo quando il soggetto osserva l’esecuzione di un movimento e riducendo, quindi, le possibilità di una riorganizzazione maladattativa cerebrale (utilizzo già ben collaudato nella riabilitazione dei pazienti neurologici), possa essere una metodologia adatta e necessaria anche nei pazienti immobilizzati per infortuni di natura ortopedica.

A tal proposito si guarda alla tecnica neurocognitiva, associata ai protocolli classici di riabilitazione, come la nuova frontiera nel mondo dello sport, potendo essa agevolare un mantenimento e/o un ripristino più rapido del gesto tecnico in termini di cinematica e di propriocezione e, quindi, ridurre i tempi di recupero e di ritorno all’attività sportiva.

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