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Perchè i fotoni di luce

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da Perché NEURO-UPPER? I principi teorici, i meccanismi di azione, il primo studio sperimentale - Olimpia Pino, Dipartimento di Neuroscienze, Università di Parma e Francesco La Ragione, Microengineering, Caserta

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Perchè i fotoni di luce

Il sistema visivo ha ricevuto molta attenzione nelle neuroscienze durante gli ultimi cento anni. Dai fotorecettori retinici, i percetti visivi si propagano prima alle aree visive e dopo a tutto il cervello. La presentazione di stimoli visivi permette di registrare nelle aree visive i cosiddetti potenziali evocati visivi (PEV). I tipi di stimoli che possono provocare i VEPs sono molti, i più comuni sono il flash e i pattern di stimolazione. Questi VEPs transitori sono noti e si presentano come una successione di forme d’onda. Il sistema visivo ha un’architettura complessa: è costituito da diversi percorsi che trasmettono gli aspetti di ciò che vediamo come forma, movimento, colore e così via. Fino a poco tempo fa la ricerca si è focalizzata su due percorsi principali: la via parvocellulare (PC) che nasce nelle cellule gangliari retiniche (RGCs) e la via magnocellulare (MC). Secondo la teoria classica la via MC era coinvolta nella detezione delle forme dinamiche, del movimento e della profondità mentre la via PC è coinvolta nella rilevazione dei contrasti spaziali e delle informazioni sul colore, con una propagazione più lenta alla via MC; questi percorsi sono associati a specifiche funzioni, trasmettendo il “cosa” e il “dove” delle informazioni visive. Tuttavia di recente sono state scoperte negli esseri umani altre mappe del campo visivo situate nell’area occipitale con connessioni superiori, laterali e inferiori. Il sistema completo ha tre principali vie parallele che partono dalla retina (MC, PC e KC) passano attraverso il nucleo genicolato laterale nuclei (LGN) per raggiungere infine l’area visiva V1. Funzionalmente queste tre vie originano dai coni sensibili alle diverse lunghezze d’onda ed hanno specifici ruoli funzionali giocando un ruolo chiave nella formazione dei VEPs a livello corticale. Gli stimoli visivi in relazione alle loro caratteristiche possono evocare risposte differenti nel sistema visivo. La via MC risponde preferenzialmente a stimoli neutri dal punto di vista del colore ma con una luminanza diffusa, basso contrasto e larga ampiezza mentre le vie PC e KC rispondono meglio a stimoli che contengono colori differenti, hanno alto contrasto, dimensione ridotta, se esibiscono una variazione spaziale significativa nella luminanza e se il contrasto è invertito a ritmo lento (Vialatte, Maurice, Dauwles & Cichocki, 2010).

La stimolazione luminosa di NU non avviene solo tramite la via visiva: esistono alcune opsine non-visive, come la melanopsina, distribuite in tutto il corpo, che contribuiscono a regolare il ritmo circadiano umano e animale (Starck et al., 2012). Gli esseri umani sono specie diurne abitualmente esposte alla luce. La luce esercita anche effetti non visivi mediati, in parte, dalle cellule retiniche dei gangli scoperte di recente. Recenti studi di neuroimaging mostrano che le lunghezze d’onda, la durata e l’intensità dell’esposizione alla luce modulano le risposte cerebrali alla luce, inizialmente osservate nelle strutture sottocorticali correlate alla vigilanza (ipotalamo, tronco encefalico, talamo) e limbiche (amigdala e ippocampo) e seguite da modulazione dell’attività nelle aree corticali. Grazie alla scoperta delle opsine non-visive, molti ricercatori hanno iniziato ad indagare gli effetti della luce sull’organismo umano, al di là della regolazione del ritmo circadiano. Molte indagini, infatti, hanno dimostrato che varie patologie cognitive e psicologiche sono correlate a carenza di vitamina D. Individui affetti da disturbo affettivo stagionale (Stagional Affective Disorder - SAD) ne presentano una quantità inferiore alla media e, trattati con speciali lampade durante i periodi invernali, miglioravano sensibilmente. In seguito al successo della Light Therapy con questo disturbo, il trattamento è stato esteso anche alla depressione maggiore ed ai disturbi cognitivi. I risultati confermano che la luce, che permette la produzione di vitamina D, migliora i sintomi psicopatologici e il deterioramento cognitivo. Molte sono le aree cerebrali che possiedono recettori per la vitamina D: corteccia cingolata, talamo, cervelletto, amigdala e ippocampo (Pino & La Ragione, 2014). Diversi sono gli approcci al trattamento, come quello di Lim (2013) di stimolazione intranasale con una luce vicina all’infrarosso (near-infrared - NIR) o “Audio-Visual Entrainment” (AVE) che combina luce pulsata e ritmi binaurali e le più attuali BCI (Shangkai, Yijun, Xiaorong & Bo, 2014).

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