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giovedì 30 maggio 2024

NEURONEWS — il Blog di Alberto Arturo Vergani

Alberto Arturo Vergani

Dopo la laurea in scienze cognitive a Milano e il dottorato in informatica e matematica a Varese, vince una posizione a Londra finanziata dal progetto europeo The Human Brain Project (HBP) e poi a Marsiglia, finanziata dall’agenzia nazionale della ricerca francese (ANR Horizontal- V1). Attualmente è ricercatore in neuroscienze presso il laboratorio di Neuroingegneria Computazionale dell'Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa. Tra i suoi temi di ricerca ci sono le patologie neurodegenerative (Alzheimer e Parkinson) e i disordini del neurosviluppo (autismo), che studia mediante le metodologie proprie del calcolo scientifico: simulazione, modellizzazione e analisi avanzata di segnali biologici.

​Come si adatta il cervello in condizione di microgravità

di Alberto Arturo Vergani - giovedì 04 aprile 2024 ore 08:00

La microgravità è una condizione fisica che permette agli oggetti di fluttuare liberamente. Sulla Terra questo accade quando un corpo è in caduta libera precipitando con una accelerazione prossima a quella gravitazionale (g=9,8 m/s²). Il classico esempio è quello del paracadutista, che si trova in questa condizione fisica fino a quando aprirà il paracadute. In modo più avanzato, la microgravità può essere controllata utilizzando aerei che volano in traiettorie paraboliche, oppure mediante torri di caduta, come la Zero Gravity Research Facility della NASA Glenn, che consente agli oggetti di cadere liberamente per pochi secondi.

E nello spazio? Molti pensano erroneamente che la gravità non esista nello spazio. In realtà è solo attenuata di circa il 10% per i veicoli spaziali orbitanti, come la stazione spaziale internazionale (SSI), che dista circa 400 km dalla Terra. Gli oggetti nella SSI sembrano fluttuare perché stanno precipitando effettivamente verso il centro della Terra, come dei paracadutisti, ma la velocità trasversale della SSI è calcolata per garantire un equilibrio tra fuga e caduta terrestre. Questo bilancio permette alla SSI di assumere un’orbita circolare in condizione di microgravità costante.

Oltre agli oggetti ci sono le persone, cioè gli astronauti che operano all’interno delle strutture spaziali. Per sostenere un'attività umana prolungata nello spazio, è essenziale capire come la microgravità influisca sulle funzioni cognitive e neurofisiologiche. L'elettroencefalogramma (EEG) è un metodo non invasivo per monitorare accuratamente i cambiamenti neurologici ed è stato ampiamente utilizzato nella ricerca aerospaziale per studiare gli adattamenti del cervello umano in condizioni gravitazionali variabili.

Un gruppo di ricercatori della University of Texas at Dallas ha eseguito una “review” relativa all’argomento. Una review è l’analisi sistematica di una raccolta di articoli scientifici inerenti un certo argomento. Il risultato che hanno raggiunto è che in letteratura sono riportati tre cambiamenti all’interno del segnale EEG registrato durante lo svolgimento di compiti cognitivi in condizione di microgravità.

Il primo fenomeno è la riduzione del potenziale elettrico evento-correlato N200, cioè un'onda negativa che raggiunge il suo picco tra 200 e 350 millisecondi dopo l'apparizione di uno stimolo. Questo potenziale viene principalmente rilevato dai canali EEG centro-frontali. La componente N200 è stata associata a diverse funzioni cognitive, tra cui l'identificazione degli stimoli, i cambiamenti nell'attenzione, l'inibizione delle risposte motorie, il superamento delle risposte stereotipate o il monitoraggio dei conflitti, il mantenimento delle informazioni di contesto e il rilevamento della novità o delle discrepanze.

Il secondo fenomeno è rappresentato da un potenziale evento-correlato chiamato P300, il quale presenta anch'esso una attenuazione in microgravità. La P300 è un tipo di potenziale elettrico caratterizzato da una flessione positiva di tensione, generata da stimoli rilevanti ma poco frequenti. Questo potenziale è considerato endogeno, il che significa che la sua presenza non dipende dagli aspetti fisici dello stimolo, come la sua forma o colore, ma piuttosto dalla risposta individuale allo stimolo stesso. Si ritiene che la P300 rifletta i processi coinvolti nella valutazione o categorizzazione dello stimolo. Come nel caso della N200, anche per P300 il nome deriva dalla sua latenza, ossia il ritardo tra la presentazione dello stimolo e la risposta, che è di circa 300 millisecondi.

Il terzo cambiamento specifico indotto dalla microgravità è l’attenuazione della potenza in banda alfa, cioè un gruppo di frequenze associate alle oscillazioni registrabili dalla macchina EEG aventi una dinamica da 8Hz a 13Hz. Le onde cerebrali nella banda alfa sono tipicamente associate a stati di rilassamento mentale, calma e concentrazione. La loro diminuzione può essere correlata a valori maggiori di potenze in altre bande, associate a compiti cognitivi impegnativi, oppure a frequenze più lente del regime alfa, riconducibili a condizioni di estremo rilassamento o sonno.

Ricapitolando, gli studiosi associano alla microgravità la presenza di un effetto di attenuazione su N200, P300 e potenza nella banda alfa e sottolineano che le anomalie identificate nella revisione persistono dopo il ritorno sulla Terra. Il principale limite evidenziato dai ricercatori è rappresentato dalle notevoli variazioni metodologiche negli studi EEG. Queste variazioni includono differenze nei dispositivi utilizzati, nel numero di elettrodi, nelle unità di misura, nelle tecniche di normalizzazione dei dati, nelle dimensioni dei campioni e nei compiti dei partecipanti. Pertanto, sarà cruciale convalidare i marcatori della microgravità identificati attraverso esperimenti più controllati e riproducibili.

L'importanza dello studio dell'adattamento del cervello in condizioni non terrestri è evidenziata dalla crescente commercializzazione dei viaggi nello spazio. Attualmente, diverse aziende offrono esperienze spaziali, come Space Perspective che offre un volo di 6 ore a 32 km sopra la Terra a $125.000, Virgin Galactic propone un volo di 2 ore a 80 km per $250.000, Blue Origin propone un volo di 12 minuti a 100 km per $300.000, e Axiom Space che dichiara di poter garantire un volo di ben 10 giorni per $55 milioni!

Referenze

● Cole, J. C., Akbar, A. M., Chakarvarty, S., & Jahangiri, F. R. (2024). The Effects of Microgravity on EEG Recordings: A Systematic Review. J of Neurophysiological Monitoring, 2(2), 14-24.

● NASA. (2009, February 13). What is Microgravity? - NASA. https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/glenn/what-is-microgravity.

https://starwalk.space/it/news/space-tourism

Alberto Arturo Vergani

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