Corteccia prefrontale: anatomia, funzioni e disturbi associati

La corteccia prefrontale, nota anche come corteccia prefrontale, è una regione del cervello che si trova nella parte anteriore dei lobi frontali.

Nello specifico, questa struttura si trova di fronte alle aree motoria e pre-motoria della corteccia frontale, risultando in una regione base per la pianificazione di comportamenti cognitivamente elaborati.

Recenti ricerche hanno collegato la corteccia prefrontale ad attività quali l'espressione della personalità, i processi decisionali e l'appropriatezza del comportamento sociale in ogni momento.

Pertanto, questa regione del cervello è una delle strutture di base che determina le qualità del comportamento umano, nonché l'esecuzione delle attività più complesse.

In questo articolo esaminiamo le principali caratteristiche della corteccia prefrontale. Vengono discusse le principali teorie su questa regione del cervello, nonché le attività svolte e i disturbi associati.

Caratteristiche della corteccia prefrontale

La corteccia prefrontale (PFC) è una regione del cervello che costituisce circa il 30% della corteccia cerebrale.

Questa struttura si trova nella regione frontale del cervello, cioè nell'area che si trova sulla fronte, ed è la parte anteriore dei lobi frontali del cervello.

Più specificamente, la PFC è appena più avanti di altre due importanti aree del lobo frontale: la corteccia motoria e la corteccia pre-motoria.

Attualmente ci sono tre modi principali per definire la corteccia prefrontale. Questi sono:

1. Come la corteccia frontale granulare.
2. Come area di proiezione del nucleo medio-dorsale del talamo.
3. Come la parte della corteccia frontale la cui stimolazione elettrica non causa movimenti.

Il CPF può essere distinto da altre aree del lobo frontale attraverso la sua composizione cellulare, la sua innervazione dopaminergica e le sue afferenze talamiche. In questo modo, costituisce oggi una regione ben consolidata e delimitata.

Secondo la maggior parte degli autori, come Miller e Cohen, la corteccia prefrontale è la regione più elaborata nei primati, animali noti per il loro repertorio comportamentale diversificato e flessibile.

Pertanto, il CPF costituisce un insieme di aree neocorticali che inviano e ricevono proiezioni da praticamente tutti i sistemi corticali sensoriali, i sistemi motori e molte strutture sub-corticali, ed è una regione base per lo sviluppo del comportamento e della personalità.

In questo senso, Miller e Cohen hanno determinato che il CPF non è una struttura critica per l'esecuzione di comportamenti semplici o automatici, che non generalizzano a nuove situazioni.

Al contrario, la corteccia prefrontale è importante in quelle attività che richiedono un'elaborazione top-down, cioè quando il comportamento deve essere guidato da stati interni o quando è necessario utilizzare elementi sociali e ambientali che determinano il comportamento.

anatomia

Il CPF è stato definito attraverso la sua citoarchitettura dalla presenza di uno strato granulare che corrisponde al quarto strato della corteccia cerebrale.

Allo stato attuale, non è del tutto chiaro chi sia stato il primo a utilizzare questo criterio di distinzione della corteccia prefrontale. Molti dei ricercatori pionieri della citoarchitettura cerebrale hanno limitato il termine prefrontale a una regione molto più piccola.

Tuttavia, nel 1935, Carlyle Jacobsen usò il termine CPF per differenziare le aree granulari prefrontali dal motore non granulare e dalle aree pre-motorie del lobo frontale.

Nella terminologia delle aree di Brodmann, la corteccia prefrontale include le aree 8, 9, 10, 11, 44, 45, 46 e 47, risultando in una regione molto ampia con un gran numero di strutture al suo interno.

D'altra parte, il CPF si distingue per essere una zona di proiezione dei nuclei di talamo, secondo il lavoro di Rose e Woolsey. Questi autori hanno dimostrato che negli animali non primati (che non hanno FPC), queste strutture sono proiettate verso regioni diverse. Specificamente, verso le aree anteriore e ventrale.

Inoltre, ci sono attualmente studi che hanno dimostrato che le proiezioni del nucleo mediodorsale del talamo non sono limitate al PFC nei primati, ma potrebbero anche spostarsi in altre strutture cerebrali.

Infine, oggi il CPF è anche noto come quell'area della corteccia frontale la cui stimolazione elettrica non provoca movimenti osservabili. Tuttavia, questa definizione causa alcune controversie poiché l'assenza di movimenti osservabili dopo la stimolazione elettrica può essere osservata anche in regioni non granulari della corteccia.

funzioni

La corteccia prefrontale è una struttura fortemente interconnessa con gran parte del cervello. All'interno puoi vedere abbondanti connessioni con altre regioni, sia corticali che sub-corticali.

In questo senso, la corteccia prefrontale dorsale è particolarmente interconnessa con le regioni del cervello coinvolte in processi quali l'attenzione, la cognizione e l'azione. Al contrario, la corteccia prefrontale ventrale si interconnette con strutture cerebrali correlate e coinvolte nei processi emotivi.

Infine, va tenuto presente che il CPF riceve informazioni dai sistemi di eccitazione del tronco cerebrale e la sua funzione è particolarmente dipendente dal suo ambiente neurochimico.

Più in generale, esiste attualmente un alto consenso scientifico per stabilire che la corteccia prefrontale è una regione del cervello che è principalmente coinvolta nella pianificazione di comportamenti cognitivamente complessi.

Questo tipo di funzioni implica la realizzazione di attività come l'espressione della personalità, lo sviluppo di processi decisionali o l'adattamento del comportamento alle situazioni sociali che si verificano in ogni momento.

Pertanto, il CPF è una regione fondamentale per coordinare pensieri e azioni in conformità con gli obiettivi interni e le conoscenze acquisite.

In questo senso, per determinare la funzionalità della corteccia prefrontale è stato sviluppato il termine medico della funzione esecutiva. Questo tipo di funzione si riferisce alla capacità di stabilire distinzioni tra pensieri in conflitto, formulare giudizi morali, prevedere conseguenze, ecc.

Corteccia prefrontale e funzioni esecutive

Attraverso gli studi iniziali di Fuster e Goldman-Rakic, il termine delle funzioni esecutive è stato elaborato per dare un nome alla capacità e all'attività che sviluppa la corteccia prefrontale.

La funzione esecutiva si riferisce quindi alla capacità di rappresentare informazioni che non sono presenti nell'ambiente in un dato momento, così come la creazione di un "taccuino mentale".

Pertanto, il concetto di funzione esecutiva della corteccia prefrontale è lo sviluppo di risposte cognitive a problemi complessi o difficili da risolvere.

In questo senso, gli studi attuali suggeriscono che nel CPF le esperienze passate sono rappresentate per applicarle al presente e, in questo modo, guidare il processo decisionale.

In generale, attraverso questa funzione, la corteccia prefrontale sarebbe la struttura cerebrale che darebbe alle persone la capacità di ragionare e la capacità di usare la conoscenza e l'esperienza passata per modulare il comportamento.

Più concretamente, il lavoro di Goldman-Rakin descrive questo tipo di funzione come il modo in cui la conoscenza rappresentativa può essere usata per guidare in modo intelligente pensieri, azioni ed emozioni.

Le funzioni esecutive sarebbero un processo che risulterebbe nella capacità di inibire pensieri, comportamenti e sensazioni considerati inappropriati.

Teorie delle funzioni esecutive

Al momento, ci sono molte teorie diverse che cercano di spiegare il funzionamento concreto di questa attività disinnescata dal CPF.

Uno di questi postula che la memoria di lavoro sarebbe una parte fondamentale del processo di attenzione e inibizione comportamentale.

Nello specifico, la memoria di lavoro consente di conservare le nuove informazioni acquisite e di tenerlo per alcuni secondi nella mente della persona. L'adattamento di tali informazioni a conoscenze pregresse potrebbe essere il processo che darebbe origine alle funzioni esecutive e determinerebbe l'attività del CPF.

D'altra parte, Shimamura ha proposto la teoria del filtraggio dinamico per descrivere il ruolo della corteccia prefrontale nelle funzioni esecutive.

In questa teoria, si postula che il CPF agirà come un meccanismo di filtraggio di alto livello che favorirebbe le attivazioni orientate agli obiettivi e inibire le attivazioni che potrebbero essere irrilevanti.

Infine, Miller e Cohen proposero una teoria integrativa del funzionamento della corteccia prefrontale. In questa teoria, si teorizza che il controllo cognitivo deriva dal mantenimento attivo dei modelli di attività nel CPF, che mirano a creare rappresentazioni degli obiettivi da raggiungere e dei mezzi necessari per raggiungerlo.

Attività del CPF

Attualmente ci sono molte teorie che cercano di definire come avviene l'operazione del CPF attraverso le funzioni esecutive.

In questo senso, la corteccia prefrontale è una regione funzionalmente molto difficile da analizzare e studiare, poiché ha molteplici connessioni con praticamente tutte le strutture del cervello.

Tuttavia, al di là del meccanismo che può presentare, al momento è ben descritto il tipo di attività svolte.

Come accennato in precedenza, l'attività del CPF rientra nelle cosiddette funzioni esecutive ed è caratterizzata dall'esecuzione delle seguenti azioni:

1. Sviluppo di capacità per formulare obiettivi e piani di progettazione.
2. Sviluppo di facoltà coinvolte nella pianificazione di processi e strategie finalizzate al raggiungimento degli obiettivi.
3. Esecuzione di competenze coinvolte nell'esecuzione dei piani.
4. Riconoscimento del risultato raggiunto attraverso la condotta e la necessità di modificare l'attività, fermarla e generare nuovi piani d'azione.
5. Inibizione di risposte inadeguate.
6. Processo di selezione dei comportamenti e della loro organizzazione nello spazio e nel tempo.
7. Sviluppo della flessibilità cognitiva nel monitoraggio delle strategie.
8. Supervisione dei comportamenti basati su stati motivazionali e affettivi.
9. Supervisione dei comportamenti in base alle particolarità del contesto in ogni momento.
10. Processo decisionale

Danni al CPF

La prima scoperta sulle lesioni nella corteccia prefrontale è stata fatta attraverso la documentazione del famoso caso di Phineas Gage, un ferroviere che, dopo un incidente, ha riportato una grave lesione al lobo frontale del cervello.

Attraverso il danno cerebrale sofferto che ha coinvolto in modo critico il CPF, Phineas ha mantenuto le sue capacità di memoria, le sue capacità linguistiche e motorie. Tuttavia, i suoi tratti di personalità sono cambiati radicalmente dopo l'incidente.

In effetti, il danno sperimentato nella corteccia prefrontale lo rendeva irritabile, impaziente e con alti deficit nelle relazioni sociali e interpersonali.

Successivamente, altri studi condotti su pazienti affetti da danno prefrontale hanno dimostrato che le persone sono in grado di verbalizzare correttamente quale sarebbe il comportamento sociale più appropriato in determinate circostanze.

Nonostante siano in grado di ragionare correttamente sul comportamento da seguire, in pratica hanno difficoltà nell'eseguire questi comportamenti. Di fatto, nella vita di tutti i giorni tendono a compiere atti che comportano gratificazione immediata pur conoscendo le conseguenze negative che possono comportare a lungo termine.

Disturbi associati

I dati raccolti sugli effetti del danno diretto al PFC indicano che questa regione del cervello non è solo legata alle capacità di comprendere le conseguenze a lungo termine, ma coinvolge anche la capacità mentale di ritardare la gratificazione immediata.

In questo senso, oggi esiste un'abbondante letteratura che mira a migliorare la comprensione del ruolo della corteccia prefrontale in diversi disturbi neurologici, come la schizofrenia, il disturbo bipolare o il disturbo da deficit di attenzione e iperattività.

Queste tre psicopatologie sono state collegate a una certa disfunzione della corteccia cerebrale, un fatto che avrebbe motivato la comparsa di alterazioni comportamentali nelle persone.

Allo stesso modo, sono iniziati gli studi clinici con la farmacoterapia, che hanno dimostrato che alcuni farmaci, come la guanfacina, migliorano la funzione della corteccia prefrontale.

Infine, si postula che altre condizioni patologiche come la depressione, le alte risposte allo stress, i comportamenti e i tentativi di suicidio, le sociopatie o la tossicodipendenza potrebbero anche essere correlate al funzionamento del PFC.

Tuttavia, le prove scientifiche su queste ipotesi sono limitate e sono necessarie ulteriori ricerche per determinare il ruolo della PFC in questo tipo di alterazioni psicopatologiche.