La coscienza rappresenta uno dei territori più impervi della neuroscienza contemporanea. Comprendere come l'attività elettrochimica di miliardi di neuroni generi l'esperienza soggettiva, le emozioni e i pensieri rimane una sfida che ha resistito a decenni di ricerca. Ora, due ricercatori del Massachusetts Institute of Technology propongono di affrontare questo enigma attraverso una tecnologia ancora poco diffusa ma promettente: gli ultrasuoni focalizzati transcranici. In un articolo pubblicato sulla rivista Neuroscience and Biobehavioral Reviews, Daniel Freeman e il filosofo della scienza Matthias Michel, insieme ai colleghi Brian Odegaard dell'Università della Florida e Seung-Schik Yoo della Harvard Medical School, hanno tracciato una vera e propria mappa metodologica per applicare questa tecnica allo studio dei substrati neurali della percezione cosciente.
La peculiarità degli ultrasuoni focalizzati transcranici risiede nella capacità di modulare l'attività cerebrale con una precisione spaziale senza precedenti, raggiungendo strutture profonde del cervello senza ricorrere alla chirurgia. La tecnica invia onde acustiche attraverso il cranio, concentrandole su bersagli che possono essere estesi solo pochi millimetri. A differenza della stimolazione magnetica o elettrica transcranica, che agiscono principalmente sulle aree corticali superficiali, questo approccio può intervenire su circuiti sottocorticali situati a diversi centimetri dalla superficie del cuoio capelluto. Freeman sottolinea come si tratti della prima opportunità nella storia della neuroscienza di modulare l'attività cerebrale profonda con elevata risoluzione spaziale in soggetti sani, al di fuori del contesto della sala operatoria.
Il problema fondamentale nello studio della coscienza umana deriva dai vincoli etici e pratici che limitano la sperimentazione invasiva su individui sani. Le tecniche di imaging come la risonanza magnetica funzionale e l'elettroencefalografia hanno permesso di osservare correlazioni tra attività neurale e stati coscienti, ma non possono stabilire relazioni causali dirette. Queste metodologie rilevano l'attività cerebrale mentre i soggetti elaborano stimoli visivi o svolgono compiti cognitivi, ma non chiariscono se un determinato segnale neurale produce un'esperienza cosciente o ne costituisce semplicemente un epifenomeno. Gli ultrasuoni focalizzati transcranici offrono invece la possibilità di intervenire attivamente su specifiche regioni cerebrali e osservare gli effetti risultanti sulla percezione conscia, aprendo la strada a esperimenti controllati di tipo causa-effetto.
Questa capacità di manipolazione selettiva potrebbe contribuire a discriminare tra le principali teorie sulla natura della coscienza. L'approccio cognitivista sostiene che l'esperienza cosciente dipenda da processi mentali di alto livello come il ragionamento, la riflessione e l'integrazione di informazioni distribuite attraverso ampie reti neurali, con un ruolo centrale attribuito alla corteccia prefrontale. La prospettiva non-cognitivista suggerisce invece che la coscienza non richieda necessariamente macchinari cognitivi complessi, ma possa emergere da pattern specifici di attività in regioni cerebrali più localizzate, incluse aree posteriori della corteccia o strutture sottocorticali profonde.
I ricercatori del MIT propongono di utilizzare la tecnologia per esplorare questioni cruciali: quale ruolo svolge effettivamente la corteccia prefrontale nella percezione conscia? La consapevolezza dipende dall'attività locale di specifiche regioni o richiede l'integrazione su larga scala di reti distribuite? Come vengono combinate le informazioni provenienti da aree cerebrali separate per generare un'esperienza unitaria? Quale contributo forniscono le strutture sottocorticali alla coscienza? Questi interrogativi potrebbero trovare risposte empiriche attraverso esperimenti che modulano selettivamente l'attività delle regioni coinvolte, osservando gli effetti sulla percezione soggettiva dei partecipanti.
Gli esperimenti pianificati da Freeman e Michel si concentreranno inizialmente sulla corteccia visiva, per poi estendersi a regioni frontali di ordine superiore. L'obiettivo non è semplicemente documentare la risposta elettrica dei neuroni a uno stimolo, ma stabilire un collegamento causale tra l'attività di specifici circuiti neurali e ciò che una persona effettivamente percepisce. Freeman evidenzia come questa distinzione sia fondamentale: una cosa è registrare che determinati neuroni hanno risposto elettricamente, un'altra è determinare se la persona ha realmente visto la luce.
Un ambito particolarmente promettente riguarda lo studio del dolore, componente fondamentale dell'esperienza cosciente che presenta aspetti ancora enigmatici. Il riflesso di ritrazione della mano da una superficie calda si verifica prima che emerga la percezione conscia del dolore, sollevando interrogativi su dove e come venga effettivamente generata questa sensazione. Le ipotesi oscillano tra un'origine corticale e un ruolo predominante di strutture sottocorticali profonde. Freeman considera la possibilità che la manifestazione fisica del dolore possa risiedere in queste regioni profonde, un'ipotesi che gli ultrasuoni focalizzati transcranici potrebbero finalmente permettere di verificare sperimentalmente.
Nonostante la tecnica sia disponibile da diversi anni, non è ancora diventata uno strumento standard nella ricerca neuroscientifica. Michel riconosce che si tratta di una tecnologia relativamente nuova e che la sua efficacia nel rispondere alle domande sulla coscienza resta da dimostrare completamente. Tuttavia, sottolinea come il rapporto rischio-beneficio appaia estremamente favorevole, giustificando pienamente l'investimento di risorse in questa direzione di ricerca.
L'iniziativa dei ricercatori del MIT si inserisce in uno sforzo più ampio di costruzione di una comunità scientifica interdisciplinare dedicata allo studio della coscienza. Michel, insieme a Earl Miller, Picower Professor of Neuroscience nel Department of Brain and Cognitive Sciences del MIT, ha co-fondato il MIT Consciousness Club, un gruppo che riunisce studiosi di diverse discipline e organizza eventi mensili sugli avanzamenti della ricerca in questo campo. L'iniziativa riceve supporto parziale dal MITHIC, il MIT Human Insight Collaborative, promosso dalla School of Humanities, Arts, and Social Sciences dell'istituto.
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