Aumentare la Coscienza

Nel 2003, il 39enne Terry Wallis ha pronunciato la sua prima parola (mamma) in 19 anni da quando un incidente d'auto lo aveva lasciato con gravi danni cerebrali. Aveva trascorso gran parte dei due decenni precedenti in quello che i neurologi chiamano uno stato di minima coscienza, da qualche parte nell'area grigia tra coma e coscienza. Negli anni prima del suo risveglio, tuttavia, la famiglia di Wallis aveva notato che stava diventando più vigile e reattivo, di tanto in tanto annuendo, grugnendo o addirittura piangendo, finché un giorno iniziò spontaneamente a parlare. Sebbene Wallis abbia ancora gravi problemi di memoria e movimento, continua a ottenere notevoli guadagni.

Nessuno sa cosa abbia spinto il ritorno di Wallis nel mondo della veglia. Ma il neurologo Nicholas Schiff è determinato a scoprirlo. Ricercatore presso il Weill Cornell Medical College di New York City, Schiff è uno dei pochi scienziati che studiano persone come Wallis, pazienti che trascorrono mesi o anni apparentemente inconsapevoli del mondo esterno e incapaci di comunicare. Utilizzando nuove tecniche di imaging cerebrale, Schiff spera di comprendere meglio la complessa natura della coscienza e trovare modi per aiutare a curare le migliaia di pazienti che soffrono di gravi disturbi della coscienza.

Questa storia faceva parte del nostro numero di gennaio 2007

• Vedi il resto del problema
• sottoscrivi

Otto mesi dopo le prime parole di Wallis, Schiff e i suoi collaboratori hanno iniziato a scattare istantanee del cervello di Wallis utilizzando un nuovo metodo in grado di creare mappe dettagliate delle fibre nervose del cervello. Quello che hanno trovato li ha sorpresi. Nel corso dell'anno e mezzo successivo, le immagini dei ricercatori sembravano mostrare che il cervello di Wallis si era parzialmente guarito. Ma come? E cosa ha innescato il processo di guarigione?

Negli ultimi decenni, le tecnologie mediche migliorate hanno mantenuto in vita più persone dopo lesioni cerebrali, ma molte di loro sono state lasciate in stati di coscienza alterati apparentemente permanenti. Immediatamente dopo una grave lesione cerebrale, un paziente spesso entra in coma, un periodo di incoscienza che dura in genere giorni o, al massimo, settimane. Coloro che sopravvivono non si risvegliano necessariamente; invece, possono entrare in uno stato vegetativo o in uno stato di minima coscienza (MCS), che può durare per anni. Sebbene sia difficile determinare quanti pazienti minimamente coscienti ci siano negli Stati Uniti (la MCS è stata introdotta come categoria diagnostica solo nel 2002), alcune stime indicano il numero a 25.000 o più, circa 10 volte il numero di pazienti in stato vegetativo. (Le due condizioni possono essere difficili da distinguere anche per i neurologi. I pazienti vegetativi sono definiti come quelli totalmente inconsapevoli del loro ambiente, mentre i pazienti che sono in uno stato di minima coscienza possono occasionalmente ridere o piangere, raggiungere oggetti o anche rispondere a semplici domande .)

A differenza di Wallis, la maggior parte dei pazienti che trascorrono anni in uno stato di minima coscienza non si sveglia mai. Le prospettive di guarigione diminuiscono con il passare del tempo, quindi molti medici adottano una sorta di nichilismo terapeutico nei confronti di coloro che sono costantemente incoscienti, presumendo che i loro casi siano senza speranza, afferma Steven Laureys, neurologo dell'Università di Liegi in Belgio. I pazienti con MCS hanno poche opzioni di trattamento e la maggior parte non ottiene un rigoroso follow-up a lungo termine o una riabilitazione intensiva. Wallis, per esempio, non aveva un neurologo e non fu raccolta molta storia medica durante i suoi 19 anni di interruzione dello stato di coscienza.

Tuttavia, studi recenti del laboratorio di Schiff e altri hanno dimostrato che almeno alcuni di questi pazienti apparentemente inconsapevoli hanno un livello sorprendentemente alto di attività cerebrale, reagendo mentalmente alle storie e ai comandi proprio come farebbe una persona sana. Schiff e altri che studiano i pazienti minimamente coscienti stanno attenti a distinguerli da pazienti come Terri Schiavo, che ha ricevuto l'attenzione dei media a livello nazionale nel 2005. Schiavo era in uno stato vegetativo, in cui è entrata dopo che la mancanza di ossigeno ha portato alla morte diffusa delle cellule cerebrali. Quando una lesione cerebrale è causata da un trauma, invece, il danno è spesso limitato alle fibre nervose che collegano le diverse parti del cervello, e alcuni circuiti neurali possono rimanere intatti. Tra questi pazienti, i nuovi studi di imaging stanno rivelando un potenziale sorprendente per il ripristino della normale attività cerebrale.

I risultati offrono speranza per un gruppo di persone in gran parte date per perse dalla comunità medica. Schiff e altri stanno lavorando per mettere insieme i cambiamenti strutturali o funzionali che consentono ad alcuni pazienti con MCS di risvegliarsi; alla fine, i ricercatori sperano di progettare trattamenti che possano stimolare quei cambiamenti negli altri. Allo stesso tempo, stanno aprendo una finestra su un mondo nascosto. La coscienza è un'esperienza soggettiva in prima persona, afferma Laureys. È molto difficile concludere l'assenza di coscienza basata sull'assenza di risposta al capezzale. Potrebbe esserci un mondo interiore che non abbiamo modo di valutare.

Tennis mentale

Nel 1998, Joy Hirsch, neuroscienziata presso il Columbia University Medical Center di New York City, ha aperto la strada a studi che utilizzano la risonanza magnetica funzionale (fMRI) per valutare i disturbi della coscienza. Misurando il flusso sanguigno nel cervello, l'fMRI può individuare le regioni attive quando, ad esempio, una persona prova rabbia o lavora su un problema astratto. Hirsch voleva un modo per localizzare, e quindi proteggere, l'area del linguaggio nei bambini che avevano bisogno di un intervento chirurgico al cervello. Mentre la maggior parte dei precedenti studi fMRI aveva richiesto ai volontari di svolgere compiti specifici, come leggere o parlare, per attivare le parti rilevanti del cervello, Hirsch ha scoperto che la sola lettura di una storia ai bambini potrebbe stimolare la regione coinvolta nel discorso. È diventato ovvio, dice, che la stessa tecnica potrebbe essere utilizzata per testare la funzione cognitiva in pazienti minimamente coscienti.

Aiutati da ulteriori miglioramenti nella tecnologia di imaging, nel 2005 Hirsch e Schiff hanno utilizzato la fMRI per esaminare come due pazienti minimamente coscienti hanno risposto alle storie raccontate da amici e familiari. I risultati sono stati simili a quelli osservati in volontari sani. Le storie hanno attivato l'attività nei centri del linguaggio e in altre aree del cervello, suggerendo che alcuni gruppi di neuroni sono rimasti intatti e funzionanti. Quando un paziente ascoltava sua sorella raccontare storie sulla sua infanzia, ad esempio, parti del suo sistema visivo si illuminavano, suggerendo che potesse immaginare quelle scene.

I risultati hanno suscitato un intenso interesse tra i neurologi, ma senza rapporti diretti dai soggetti stessi, era difficile giudicare esattamente cosa stessero vivendo i pazienti. Erano intrappolati in una prigione mentale solitaria, consapevoli del mondo esterno ma incapaci di rispondervi? Hanno vissuto solo momenti isolati di consapevolezza? O l'attività cerebrale era semplicemente una sorta di riflesso cognitivo, innescato da una voce familiare e da poche parole o nomi evocativi?

Nel 2005, Adrian Owen, neuroscienziato del Medical Research Council di Cambridge, in Inghilterra, ha iniziato una serie di esperimenti per rispondere a queste domande. Owen e i suoi colleghi hanno creato un test di imaging cerebrale che speravano avrebbe indicato se qualcuno era effettivamente consapevole del suo ambiente. A una paziente con MCS è stato chiesto di immaginare di giocare a tennis quando ha sentito la parola tennis, o di immaginare di camminare per casa sua quando ha sentito la parola casa; è stata quindi posizionata nello scanner e le sono state fornite istruzioni uditive. Il test è stato progettato per valutare sia la memoria a breve termine, perché le istruzioni sono state date molto prima dei suggerimenti, sia la capacità di un'attenzione sostenuta, perché al paziente è stato detto di continuare a immaginare una scena fino a quando non gli è stato chiesto di fermarsi. Cosa più importante, è stato progettato per richiedere un'azione intenzionale.

Se sei in buona salute, immaginando di giocare a tennis o di navigare in casa attiva parti specifiche del tuo cervello, rispettivamente, le aree motorie supplementari, che controllano le risposte motorie, e il giro paraippocampale, che svolge un ruolo nella memoria delle scene. Quindi gli scienziati sapevano esattamente cosa cercare nei pazienti con disturbi della coscienza. Il loro soggetto era una donna di 23 anni che era stata lasciata in uno stato vegetativo dopo un incidente d'auto nel 2005. Al momento dello studio, erano trascorsi cinque mesi dal suo incidente, il che significa che statisticamente aveva un 20% di possibilità di qualche recupero. Non mostrava segni esteriori di consapevolezza.

I risultati del test sono stati scioccanti, persino spettacolari, secondo un commento che accompagna la loro pubblicazione sulla rivista Scienza l'autunno scorso. Quando le suggerivamo la parola 'tennis', il suo cervello si attivava in un modo che è indistinguibile da una persona sana, dice Owen. Lo stesso valeva per la parola casa. Pensiamo che la risonanza magnetica abbia dimostrato inequivocabilmente che lei è consapevole, dice.

Sebbene la paziente soddisfacesse tutti i requisiti clinici per essere in uno stato vegetativo, la sua risonanza magnetica ha mostrato chiaramente un cervello in grado di elaborare gli stimoli relativamente complessi. Tuttavia, non è ancora certo quali conclusioni si possano trarre dal suo caso. Abbiamo studiato oltre 60 pazienti in Belgio e non abbiamo mai visto un'attivazione compatibile con la percezione cosciente, afferma Laureys. Penso decisamente che questa sia l'eccezione, ma non so dire se si tratta di un caso uno su mille o uno su un milione. Owen ora prevede di eseguire gli stessi test su più pazienti, utilizzando una variazione di fMRI che mostra le risposte del cervello in tempo reale.

Forse la domanda più sconcertante sollevata dai risultati riguarda lo stato d'animo della paziente: è veramente cosciente? È una questione di dibattito: Owen crede che la paziente fosse consapevole di se stessa e di ciò che la circondava, ma altri neurologi non ne sono così sicuri. Nessuno sa cosa stesse realmente pensando durante la scansione, dice Laureys.

La risposta potrebbe arrivare con il prossimo ciclo di esperimenti di Owen, che sono progettati per eseguire quello che alcuni considerano il miglior test di coscienza: chiedere a una persona il suo stato d'animo. Utilizzando la fMRI in tempo reale, gli scienziati possono porre domande ai pazienti e valutare le loro risposte sulla base della loro attività cerebrale. Ad esempio, poiché gli scienziati conoscono i modelli di attività associati ai giochi immaginari di tennis e alle passeggiate per le case, potrebbero dire ai loro pazienti di pensare al tennis per il sì e ai tour delle case per il no, quindi porre domande binarie durante l'esecuzione di scansioni cerebrali.

Come le scoperte di Schiff e Hirsch, quelle di Owen sono sia affascinanti che inquietanti, soprattutto perché i neurologi non sanno ancora cosa farne. L'attività cerebrale della donna studiata da Owen significa che si sveglierà presto? E gli altri pazienti con lesioni simili? Schiff, per esempio, ha in programma di vedere se alcuni dei suoi pazienti che mostrano segni visibili di consapevolezza possono replicare i risultati di Owen. La mia ipotesi è che alcuni di loro saranno in grado di farlo, dice.

Lesioni della coscienza

Probabilmente non sapremo mai se anche Terry Wallis fosse consapevole prima del suo risveglio. Ma un tipo di imaging cerebrale noto come imaging del tensore di diffusione (DTI) ha fornito ai ricercatori suggerimenti su come il suo cervello è cambiato da allora.

La DTI è una variante della risonanza magnetica che offre una visione senza precedenti del sistema di cablaggio del cervello: le lunghe e sottili code dei neuroni che trasportano segnali elettrici tra diverse regioni. La prima scansione DTI di Wallis, registrata otto mesi dopo la sua prima parola, ha rivelato che aveva un danno cerebrale profondo. Ma gli scienziati hanno anche scoperto possibili segni che nuove connessioni neurali erano germogliate tra le strutture cerebrali. In particolare, una vasta area nella parte posteriore del cervello sembrava avere più fibre neurali del normale, tutte orientate nella stessa direzione. L'area racchiusa da queste nuove fibre includeva una parte del cervello nota come precuneus, che è molto attiva durante la veglia cosciente ma meno attiva durante il sonno o l'anestesia.

Diciotto mesi dopo quella scansione, Wallis stava ancora meglio. Poteva muovere le gambe precedentemente paralizzate, un miglioramento inaspettato quanto il recupero della parola, dice Schiff. Quando i ricercatori hanno ripreso il suo cervello una seconda volta, hanno scoperto che l'area insolita nella parte posteriore si era normalizzata, mentre una regione coinvolta nella regolazione del movimento sembrava essere diventata più connessa. I risultati sono stati pubblicati lo scorso anno nel Journal of Clinical Investigation .

I ricercatori non possono ancora essere sicuri che i cambiamenti che hanno visto nelle immagini del cervello indichino davvero la crescita di nuove connessioni neuronali, né che quei cambiamenti abbiano innescato il recupero di Wallis. Perché è emerso? Nessuno di noi può rispondere a questa domanda, afferma Hirsch. Ma suggerisce una base biologica per il recupero.

L'imaging cerebrale potrebbe eventualmente essere utilizzato come strumento diagnostico per aiutare a individuare coloro che hanno maggiori probabilità di riprendersi. Dobbiamo sviluppare modi migliori per modellare e misurare l'emergenza alla coscienza e raccogliere abbastanza dati in modo da poter fare previsioni statistiche per il recupero, afferma Schiff. Tuttavia, identificare i cambiamenti rivelatori che predicono il risveglio promette di essere difficile. Schiff e Hirsch hanno scansionato più di una dozzina di altri pazienti oltre a Wallis, inclusi molti che si sono risvegliati, e devono ancora trovare schemi o cambiamenti specifici nell'attività cerebrale che potrebbero segnalare che un paziente sta migliorando. Ma stanno ancora esaminando se gli hub di rete del cervello sono attivi, ad esempio, o se l'attività in diverse aree del cervello è sincronizzata. Pensiamo ai pazienti con lesioni cerebrali traumatiche come pazienti con lesioni della coscienza, afferma Hirsch. Lei ipotizza che la coscienza nasca da una rete di connessioni piuttosto che da una posizione specifica nel cervello.

Il cervello elabora costantemente informazioni: immagini e suoni vengono registrati e sintetizzati in diverse parti del cervello, quindi fusi insieme in altre aree, creando un'immagine coerente del mondo esterno. E le prime prove indicano un legame tra la coscienza e la capacità di integrare le informazioni. In uno studio su 60 pazienti in stato vegetativo, Laureys ha scoperto che i sette pazienti che in seguito si sono risvegliati hanno recuperato il metabolismo cerebrale nelle regioni che collegano la corteccia con il talamo, un centro di collegamento nel cervello.

Lesioni al cervello possono lacerare le fibre nervose che trasmettono i messaggi tra le diverse regioni, impedendo il processo di integrazione. Allo stesso modo, Schiff ritiene che i circuiti lasciati intatti nei pazienti in stato vegetativo e minimamente coscienti possano comunicare in modo irregolare, rendendo difficile per il cervello coordinare compiti complessi che coinvolgono più aree cerebrali. I pazienti con disturbi della coscienza mostrano anche bassi livelli di attività neurale, dice Schiff; i loro cervelli possono impegnarsi in un compito particolare, generando la breve apparenza di reattività, ma poi si esauriscono. I momenti occasionali di chiarezza di un paziente, quindi, potrebbero provenire da brevi scatti di attività sincronizzata. Alcuni pazienti possono ospitare la capacità di recupero funzionale, ma dipende dal reclutamento di risposte neuronali a livello di circuito per sostenere uno stato come quello del cervello che funziona normalmente, dice Schiff. Gli eventi emotivi, come la descrizione di una sorella dei ricordi d'infanzia, possono fare un lavoro migliore nell'attivare quei circuiti, il che potrebbe spiegare perché le storie emotive sembrano innescare le risposte più forti.

Capire cosa causa menomazioni nella coscienza potrebbe in definitiva gettare luce su un enigma più ampio: cosa consente a una persona sana di essere consapevole di sé e dell'ambiente circostante? Penso che una comprensione dettagliata delle condizioni necessarie e sufficienti per il recupero della coscienza fornirà intuizioni immensamente importanti sulla natura fondamentale dello stato cosciente umano, afferma Schiff.

Abbandonato

L'obiettivo finale di Schiff, ovviamente, è quello di innescare risvegli come quello di Terry Wallis in altri pazienti minimamente coscienti. In un incontro di neuroscienze lo scorso ottobre, ha presentato prove preliminari che la stimolazione elettrica del talamo, che invia informazioni sensoriali alla corteccia cerebrale, potrebbe aiutare i pazienti a recuperare la coscienza. Schiff e il suo team hanno utilizzato la stimolazione cerebrale profonda, una terapia utilizzata per trattare il morbo di Parkinson, in cui un elettrodo viene impiantato nel cervello, per stimolare i neuroni talamici in un paziente di 38 anni in condizioni di minima coscienza che aveva subito una grave lesione cerebrale traumatica da sei anni prima di. Hanno scoperto che quando i neuroni venivano stimolati, il paziente era più reattivo e coordinato, persino in grado di mangiare un pasto con una certa indipendenza.

Sebbene Schiff sia riluttante a parlare delle scoperte del suo gruppo prima che vengano pubblicate in un documento sottoposto a revisione paritaria, lui e altri neurologi sono chiaramente entusiasti. Questa è un'osservazione molto interessante e importante, afferma James Bernat, neurologo della Dartmouth Medical School, che aggiunge che il risultato di Schiff è particolarmente degno di nota perché il paziente era in uno stato di minima coscienza da così tanto tempo. Precedenti studi sulla stimolazione cerebrale profonda, condotti principalmente in Giappone, hanno coinvolto pazienti recentemente feriti, che potrebbero comunque essere migliorati.

Per dimostrare l'efficacia della stimolazione cerebrale profonda nel trattamento dei disturbi della coscienza e per determinare quali pazienti potrebbe essere d'aiuto, altri ricercatori dovranno duplicare il successo di Schiff. Ma questo è un compito arduo. La ricerca su pazienti poco coscienti e vegetativi presenta enormi ostacoli: la logistica del trasporto dei pazienti dalle strutture di assistenza a lungo termine ai laboratori di imaging, le questioni etiche e legali relative ai test delle persone che non possono dare il consenso informato e la sfida tecnica della scansione dei pazienti che potrebbe muoversi in modo imprevedibile e potrebbe non essere in grado di comprendere le istruzioni per rimanere fermo.

Ma il più grande ostacolo agli studi più ampi è il finanziamento. Terry Wallis è uno dei casi di guarigione più straordinari che Schiff abbia mai visto. Eppure lo ha esaminato solo due volte: la prima quando una stazione televisiva britannica ha portato Wallis e la sua famiglia dall'Arkansas a New York, dove Schiff e i suoi collaboratori potevano scansionargli il cervello; e poi quando i produttori di un documentario della HBO hanno pagato il biglietto di Wallis a New York 18 mesi dopo, in modo che gli scienziati potessero valutare i cambiamenti avvenuti dalla prima scansione.

Ci si potrebbe aspettare che alcune delle entusiasmanti ricerche con pazienti minimamente coscienti negli ultimi due anni porteranno più soldi al campo, ma questo deve ancora accadere. All'inizio di novembre, Schiff ha ricevuto una notizia deludente: il National Institutes of Health, la principale agenzia di finanziamento biomedico negli Stati Uniti, aveva rifiutato di finanziare studi più ampi sui metodi diagnostici che lui e altri stavano sviluppando. Dice che mentre alcuni revisori delle sovvenzioni sono entusiasti dei recenti risultati, altri sono riluttanti a spendere soldi per un gruppo di pazienti che considerano oltre ogni speranza. Penso che mostri un pregiudizio discriminatorio nei confronti di questo pool di pazienti, afferma Schiff.

I neurologi che studiano i disturbi della coscienza affermano che il fatalismo sulle prospettive dei loro pazienti si estende ben oltre i muri delle organizzazioni di finanziamento. La famiglia di Wallis, ad esempio, ha presentato una petizione per un neurologo ogni anno per 19 anni senza successo. E Schiff dice che le famiglie dei pazienti arruolati nei suoi studi spesso lo ringraziano per essersi interessato a tutti. La loro esperienza uniforme è che a nessuno importa, dice. Sono completamente abbandonati da persone che altrimenti si sarebbero prese cura di loro.

Se Schiff e altri hanno ragione, questa popolazione di pazienti abbandonati include molte persone consapevoli di ciò che li circonda. E la guarigione di Wallis è un esempio di quanto alcuni di questi pazienti potrebbero essere in grado di migliorare se possono essere delicatamente spinti indietro nel mondo della piena coscienza. Mentre Wallis lavora diligentemente sui suoi esercizi di riabilitazione, Schiff continua la sua ostinata ricerca di indizi su come innescare un tale recupero negli altri, avvicinandosi sempre più alla comprensione dei misteri della coscienza.

Emily Singer è l'editor di biotecnologie e scienze della vita di Revisione della tecnologia .

nascondere