Percezione delle emozioni e dilatazione pupillare: uno studio di neuromodulazione

NEUROMODULAZIONE

Emozioni e funzioni cognitive, come la percezione, la memoria di lavoro e la capacità di

apprendimento dipendono da alterazioni fisiologiche dell’attività cerebrale e dell’eccitabilità

corticale. Negli ultimi anni sono state sviluppate tecniche di stimolazione elettrica cerebrale

non invasive in grado di replicare, in una certa misura, questi processi fisiologici (Kuo &

Nistche, 2012).

2.1 I metodi di stimolazione elettrica transcranica (tES)

I metodi di stimolazione elettrica transcranica (tES) sono un gruppo di tecniche di stimolazione

celebrale non invasiva (NIBS) in cui una corrente a bassa intensità (1-2 mA) viene applicata

attraverso lo scalpo dell’individuo. Queste tecniche non sono in grado di indurre l’attivazione

neuronale direttamente in una cellula a riposo; tuttavia, modulano i tassi di attivazione

spontanea dei neuroni corticali e inducono cambiamenti nell’eccitabilità corticale che vengono

mantenuti per un certo tempo dal termine della stimolazione. I metodi tES includono la

stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS), la stimolazione transcranica a corrente

alternata (TACS) e una forma particolare di TACS, la stimolazione transcranica random noise

(tRNS; Paulus, Nitsche, & Antal, 2016).

Mentre la prima (tDCS) influenza l’attività corticale spontanea, la stimolazione transcranica

random-noise (tRNS) modula in maniera specifica l’attività corticale oscillatoria, a seconda

della frequenza della stimolazione (Boros et al., 2012).

Nello specifico, la tRNS consiste nell’applicazione non invasiva di una corrente alternata a

bassa intensità dove l’intensità e la frequenza della corrente variano casualmente. In generale,

la frequenza di stimolazione è compresa tra 1 Hz a 640 Hz, e si conviene che il range da 1 a

100 Hz rappresenta la bassa frequenza, mentre il range da 101 a 640 Hz indica l’alta frequenza

(Paulus et al., 2016). Durante la stimolazione la corrente viene erogata da uno stimolatore a

batteria attraverso una coppia di elettrodi di gomma avvolti in una spugna imbevuta di una

soluzione salina isotonica. Durante la stimolazione o al termine possono verificarsi sensazioni

cutanee come prurito, formicolio o bruciore; tuttavia, è stato osservato che l’applicazione della

tRNS sul cuoio capelluto induce un minor numero di sensazioni “spiacevoli” rispetto ad altre

tecniche di stimolazione non invasiva (Fertonani, Ferrari, & Miniussi, 2015). I meccanismi

fisiologici della tRNS non sono ancora molto chiari, tuttavia, Miniussi e collaboratori (2013)

hanno suggerito che la tRNS possa aumentare la sincronizzazione dell’attivazione neuronale

attraverso l’amplificazione dell’attività oscillatoria sottosoglia. Oltre a ciò, è stato riscontrato

che gli effetti della tRNS potrebbero essere associati all’apertura ripetitiva dei canali del sodio

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(Chaieb, Antal, & Paulus, 2015) e possono indurre cambiamenti emodinamici a lungo termine

nel cervello umano, i quali potrebbero essere correlati alla riorganizzazione neuroplastica

(Snowball et al., 2013).

In generale, i metodi tES sembrano rappresentare degli strumenti efficaci per alterare

l’eccitabilità corticale, la cognizione e il comportamento. Uno dei principali vantaggi delle

tecniche tES è che sono in grado sia di interrompere sia di potenziare determinate funzioni

corticali a discapito di una bassa capacità di focalizzazione riguardo alle aree specifiche (Paulus

et al., 2016).

2.2 Il ruolo della corteccia prefrontale dorsolaterale e ventromediale nell’elaborazione degli

stimoli emotivi

Tra le regioni cerebrali spesso oggetto di studi di stimolazione cerebrale non invasiva vi è la

corteccia prefrontale dorsolaterale (DLPFC). La corteccia dorsolaterale è una componente della

corteccia prefrontale (PFC) che costituisce circa due terzi della corteccia frontale umana ed è

coinvolta in vari aspetti della gestione dei comportamenti. Anatomicamente, la corteccia

prefrontale è divisa in tre aree principali: la corteccia dorsolaterale prefrontale (DLPFC), la

corteccia prefrontale mediale (mPFC) e la corteccia ventrale orbito frontale (OFC). A livello

funzionale e strutturale, l’area prefrontale mediale e la corteccia orbitofrontale sono altamente

interconnesse e spesso vengono considerate come una struttura più o meno uniforme che prende

il nome di corteccia prefrontale ventromediale (vmPFC; Nejati et al., 2021). La corteccia

DLPFC è maggiormente coinvolta nelle funzioni esecutive e nel controllo cognitivo,

contribuendo così a molti processi psicologici, come la memoria di lavoro, il pensiero

divergente, l’attenzione e il decision making (Ghavanati et al., 2019). La corteccia

ventromediale prefrontale è sensibile alla ricompensa che gli stimoli possono offrire e al loro

valore, al processo decisionale basato sul guadagno, sull’anticipazione della ricompensa e sulla

valutazione di sé stessi (Salehinejad, Nejati, & Nitsche, 2020). Quindi, la corteccia

ventromediale ha un ruolo cruciale nel processamento emotivo, mentre la dorsolaterale è

coinvolta maggiormente nel controllo cognitivo e nelle funzioni esecutive. È tuttavia

improbabile che vi sia una così netta distinzione funzionale tra le due aree (Nejati et al., 2021);

nella fattispecie, studi di neuroimaging funzionale mostrano una transizione graduale tra le aree

prefrontali ventromediali e dorsolaterali riguardante l’elaborazione delle emozioni (Steele &

Lawrie, 2004).

È stato infatti ampiamente dimostrato che la DLPFC svolge un ruolo chiave nell’umore,

nell’elaborazione emotiva e nell’elaborazione attentiva delle informazioni emotive (Mondino

et al., 2015). Nello specifico, un lavoro di metanalisi ha confermato il ruolo svolto della DLPFC

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nell'elaborazione attentiva delle informazioni emotive (Steele & Lawrie, 2004). Altri autori

hanno inoltre suggerito una specializzazione emisferica nella codifica dei processi emotivi:

l'attivazione della DLPFC sinistra sembra essere associata a stimoli a valenza positiva; al

contrario, la DLPFC destra sembra avere un ruolo nell’elaborazione di stimoli negativi (Canli

et al., 1998).

Al di là del contributo simultaneo di entrambe le aree implicate nell’elaborazione emotiva, sono

stati considerati due meccanismi principali per l'interazione tra emozioni e cognizione, come

modalità di comunicazione tra vmPFC e DLPFC. In primo luogo, gli stimoli emotivi sono

capaci di modulare le funzioni esecutive; ciò sembra avvenire perché le informazioni

emotivamente salienti possono catturare le risorse attentive e dirigere o modificare i risultati

delle funzioni esecutive stesse. In altre parole, attribuire un valore emotivo agli stimoli

migliorerà la loro possibilità di essere selezionati per un'ulteriore elaborazione (Öhman, Flykt,

& Esteves, 2001). In secondo luogo, c'è un ruolo di regolazione delle emozioni. Infatti,

l'insorgenza, la durata, l'intensità o il contenuto della risposta emotiva sono regolati dalle

funzioni esecutive (Ray, Wilhelm, & Gross, 2008).

Sembrerebbe quindi che l'interazione tra queste aree della corteccia prefrontale possa avere un

impatto importante sul comportamento. Un ruolo ben documentato della corteccia prefrontale

dorsolaterale è la regolazione del controllo top-down per guidare un comportamento

appropriato (O’Reilly, 2010). Possibili difetti nel controllo prefrontale sono strettamente

collegati alle psicopatologie (Alizadehgoradel, 2020). Ad esempio, l'iperattività della PFC e

dell'amigdala, dovuta a un controllo insufficiente esercitato dalla DLPFC, porta a una

distorsione dell'attenzione agli stimoli correlati alla minaccia nell'ansia (Hakamata et al., 2010).

Allo stesso modo, la mancanza di controllo regolatorio della DLPFC sui circuiti della paura

nella vmPFC è coinvolta nel disturbo da stress post-traumatico (PTSD) a causa di difetti sia nei

contenuti cognitivi che in quelli emotivi (Nejati, Salehinejad, & Sabayee 2018). Un ridotto

controllo della DLPFC sulla vmPFC o uno squilibrio generale nelle loro interazioni sembra

essere associato infine ai disturbi depressivi (Koenigs & Grafman, 2009).

La corteccia prefrontale ventromediale, inoltre, sembra essere strettamente implicata nella

regolazione dell’arousal. Uno studio di neuroimaging condotto da Zhang e collaboratori (2014)

ha mostrato un’importante correlazione tra l’attività della vmPFC e le misurazioni della

conduttanza cutanea; un indicatore fisiologico dei livelli di arousal e di attività del sistema

nervoso simpatico (Naqvi & Bechara, 2006). È stato riscontrato che l’aumento di attività nella

corteccia ventromediale porta ad una diminuzione della conduttanza cutanea, a conferma, del

ruolo causale di questa porzione di corteccia nella regolazione dell’eccitazione fisiologica. La

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capacità di regolare la generazione, l’esperienza e l’espressione delle emozioni è, quindi, un

aspetto centrale della salute mentale umana (Gross, 1998).

Come già discusso sopra, diversi studi di ricerca suggeriscono che la regolazione delle emozioni

dipende dall’interazione tra la corteccia prefrontale (coinvolta nei processi di controllo), e

strutture sottocorticali, come l’amigdala, coinvolta nella generazione delle emozioni (Ochsner

& Gross, 2005). È stato osservato che la corteccia dorsolaterale è anche implicata nella

rivalutazione (reappraisal) degli stimoli emotivi. Durante la funzione di rivalutazione, le

strategie cognitive vengono utilizzate per reinterpretare il significato di uno stimolo che suscita

un’emozione, attenuando così le risposte emotive automatiche (Gross, 1998). Studi di

neuroimaging suggeriscono che gli sforzi per rivalutare uno stimolo emotivo attivano ampie

aree della corteccia prefrontale, comprese le regioni dorsolaterale e ventromediale (Ochsner &

Gross, 2005). Nello specifico, una significativa attivazione dell’area DLPFC durante la

rivalutazione potrebbe riflettere il ruolo di quest’area nel mantenimento e nella

rappresentazione delle richieste di attenzione del compito (Kalisch, 2009). In un altro studio

fMRI condotto da Golkar e collaboratori (2012), gli autori si sono proposti di indagare il ruolo

della corteccia dorsolaterale nella rivalutazione degli stimoli emotivi. I risultati emersi hanno

mostrato che la corteccia DLPFC veniva attivata durante il compito di rivalutazione,

indipendentemente dal fatto che lo sforzo di rivalutazione fosse mirato a stimoli negativi o

neutri.

I ricercatori Webb, Miller e Heller (2005) hanno svolto uno studio di neuroimaging per

esaminare la relazione tra stimoli piacevoli e spiacevoli e l’attività nella corteccia prefrontale.