Perché ti senti solo? La neuroscienza inizia a trovare risposte.

La caccia alla solitudine di un neuroscienziato potrebbe aiutarci a comprendere meglio i costi dell'isolamento sociale. Di

• Adam Pio pagina di archivio

4 settembre 2020

Jenny Siegwart

Molto prima che il mondo avesse mai sentito parlare di covid-19, Kay Tye ha deciso di rispondere a una domanda che ha assunto una nuova risonanza nell'era del distanziamento sociale: quando le persone si sentono sole, bramano le interazioni sociali allo stesso modo di una persona affamata ha voglia di cibo? E lei e i suoi colleghi potrebbero rilevare e misurare questa fame nei circuiti neurali del cervello?

La solitudine è una cosa universale. Se dovessi chiedere alle persone per strada: 'Sai cosa significa essere soli?', probabilmente il 99 o il 100% delle persone direbbe di sì, spiega Tye, neuroscienziato del Salk Institute of Biological Sciences. Sembra ragionevole sostenere che dovrebbe essere un concetto nelle neuroscienze. È solo che nessuno ha mai trovato un modo per testarlo e localizzarlo in celle specifiche. Questo è ciò che stiamo cercando di fare.

Negli ultimi anni è emersa una vasta letteratura scientifica che collega la solitudine alla depressione, all'ansia, all'alcolismo e all'abuso di droghe. C'è anche un crescente corpus di lavori epidemiologici che dimostrano che la solitudine aumenta le probabilità di ammalarsi: sembra indurre il rilascio cronico di ormoni che sopprimono la sana funzione immunitaria. I cambiamenti biochimici della solitudine possono accelerare la diffusione del cancro, accelerare le malattie cardiache e il morbo di Alzheimer, o semplicemente prosciugare i più vitali tra noi dalla volontà di andare avanti. La capacità di misurarlo e rilevarlo potrebbe aiutare a identificare le persone a rischio e aprire la strada a nuovi tipi di interventi.

Nei prossimi mesi, molti avvertono che è probabile che gli impatti sulla salute mentale del covid-19 si manifestino su scala globale. Gli psichiatri sono già preoccupati per l'aumento dei tassi di suicidio e overdose di droga negli Stati Uniti e l'isolamento sociale, insieme all'ansia e allo stress cronico, è una delle probabili cause. Il riconoscimento dell'impatto dell'isolamento sociale sul resto della salute mentale colpirà tutti molto presto, afferma Tye. Penso che l'impatto sulla salute mentale sarà piuttosto intenso e piuttosto immediato.

Eppure quantificare, o addirittura definire, la solitudine è una sfida difficile. Così difficile, infatti, che i neuroscienziati hanno evitato a lungo l'argomento.

La solitudine, dice Tye, è intrinsecamente soggettiva. È possibile trascorrere la giornata completamente isolati, in tranquilla contemplazione e sentirsi rinvigoriti. O per stufare nella miseria alienata circondati dalla folla, nel cuore di una grande città, o accompagnati da amici intimi e familiari. Oppure, per fare un esempio più contemporaneo, partecipare a una chiamata Zoom con i propri cari in un'altra città e sentirsi profondamente connessi, o anche più soli di quando è iniziata la chiamata.

Questa confusione potrebbe spiegare i curiosi risultati che sono emersi quando Tye, prima di pubblicare il suo primo articolo scientifico sulla neuroscienza della solitudine nel 2016, ha cercato altri articoli sull'argomento. Sebbene abbia trovato studi sulla solitudine nella letteratura psicologica, il numero di articoli che contenevano anche le parole cellule, neuroni o cervello era esattamente zero.

I neuroscienziati hanno a lungo ipotizzato che le domande su come la solitudine potrebbe funzionare nel cervello umano sarebbero sfuggite ai loro laboratori basati sui dati.

Sebbene la natura della solitudine abbia preoccupato per millenni alcune delle più grandi menti della filosofia, della letteratura e dell'arte, i neuroscienziati hanno a lungo ipotizzato che le domande su come potrebbe funzionare nel cervello umano sarebbero sfuggite ai loro laboratori basati sui dati. Come quantificare l'esperienza? E dove cominceresti a cercare nel cervello i cambiamenti provocati da un sentimento così soggettivo?

Tye spera di cambiarlo costruendo un campo completamente nuovo: uno volto ad analizzare e comprendere come le nostre percezioni sensoriali, esperienze precedenti, predisposizioni genetiche e situazioni di vita si combinano con il nostro ambiente per produrre uno stato biologico concreto e misurabile chiamato solitudine. E vuole identificare come appare quell'esperienza apparentemente ineffabile quando viene attivata nel cervello.

Se Tye avrà successo, potrebbe portare a nuovi strumenti per identificare e monitorare le persone a rischio di malattie aggravate dalla solitudine. Potrebbe anche fornire modi migliori per gestire quella che potrebbe essere un'incombente crisi di salute pubblica innescata dal covid-19.

Trovare i neuroni della solitudine

Tye si è concentrato su specifiche popolazioni di neuroni nel cervello dei roditori che sembrano essere associate a un bisogno misurabile di interazione sociale, una fame che può essere manipolata stimolando direttamente i neuroni stessi. Per individuare questi neuroni, Tye si è affidata a una tecnica che ha sviluppato mentre lavorava come post-dottorato nel laboratorio della Stanford University di Karl Deisseroth.

Deisseroth aveva aperto la strada all'optogenetica, una tecnica in cui proteine ​​geneticamente modificate e fotosensibili vengono impiantate nelle cellule cerebrali; i ricercatori possono quindi attivare o disattivare i singoli neuroni semplicemente illuminandoli attraverso cavi in ​​fibra ottica. Sebbene la tecnica sia troppo invasiva per essere utilizzata nelle persone, oltre a un'iniezione nel cervello per fornire le proteine, richiede di far passare il cavo in fibra ottica attraverso il cranio e direttamente nel cervello, consente ai ricercatori di modificare i neuroni in tempo reale , roditori che si muovono liberamente e quindi osservarne il comportamento.

Tye iniziò a usare l'optogenetica nei roditori per tracciare i circuiti neurali coinvolti nelle emozioni, nella motivazione e nei comportamenti sociali. Ha scoperto che attivando un neurone e quindi identificando le altre parti del cervello che hanno risposto al segnale emesso dal neurone, poteva tracciare i circuiti discreti delle cellule che lavorano insieme per svolgere funzioni specifiche. Tye ha meticolosamente tracciato le connessioni dell'amigdala, un insieme di neuroni a forma di mandorla che si pensa sia la sede della paura e dell'ansia sia nei roditori che negli esseri umani.

Kay Tye, neuroscienziata del Salk Institute of Biological Sciences, sta cercando di rilevare e misurare la solitudine nei circuiti neurali del cervello.

JENNY SIEGWART

Gli scienziati sapevano da tempo che stimolare l'amigdala nel suo insieme poteva indurre un animale a rannicchiarsi per la paura. Ma seguendo il labirinto di connessioni dentro e fuori le diverse parti dell'amigdala, Tye è stato in grado di dimostrare che il circuito della paura del cervello era in grado di impregnare gli stimoli sensoriali con molte più sfumature di quanto si pensasse in precedenza. Sembrava, infatti, modulare anche il coraggio.

Quando Tye ha aperto il suo laboratorio al Picower Institute for Learning and Memory del MIT nel 2012, stava seguendo le connessioni neurali dell'amigdala a luoghi come la corteccia prefrontale, nota come l'esecutivo del cervello, e l'ippocampo, la sede della memoria episodica . L'obiettivo era costruire mappe dei circuiti attraverso il cervello su cui ci affidiamo per comprendere il mondo, dare un significato alla nostra esperienza momento per momento e rispondere a situazioni diverse.

Ha iniziato a studiare la solitudine in gran parte per fortuna. Durante la ricerca di nuovi dottorandi, Tye si è imbattuto nel lavoro di Gillian Matthews. Come studentessa laureata all'Imperial College di Londra, Matthews aveva fatto una scoperta inaspettata quando aveva separato i topi nei suoi esperimenti l'uno dall'altro. L'isolamento sociale, il fatto stesso di essere soli, sembrava aver cambiato le cellule cerebrali chiamate neuroni DRN in modi che implicavano che avrebbero potuto svolgere un ruolo nella solitudine.

Tye vide immediatamente le possibilità. Oh, mio ​​Dio, è incredibile! ricorda di aver pensato. Che i segni dell'isolamento sociale potessero essere ricondotti a una parte specifica del cervello aveva assolutamente senso per lei. Ma dov'è e come lo troveresti? Se questa potesse essere la regione, ho pensato, sarebbe super interessante. In tutti i suoi studi sui neuroni, dice Tye, non avevo mai visto nulla sull'isolamento sociale prima. Sempre.

Tye si rese conto che se lei e Matthews fossero stati in grado di costruire una mappa di un circuito di solitudine, avrebbero potuto rispondere in laboratorio esattamente al tipo di domande che sperava di esplorare: in che modo il cervello infonde significato all'isolamento sociale? Come e quando l'esperienza oggettiva di non stare con le persone, in altre parole, diventa l'esperienza soggettiva della solitudine? Il primo passo è stato capire meglio il ruolo svolto dai neuroni DRN in questo stato mentale.

I neuroni DRN sono mostrati qui all'interno del sistema della dopamina e dei circuiti a valle.

MATTHEW UNGLESS/IMPERIAL COLLEGE LONDON GILLIAN MATTHEWS / KAY TYE / MIT GILLIAN MATTHEWS / KAY TYE / MIT

Una delle prime cose che Tye e Matthews hanno notato è che quando hanno stimolato questi neuroni, gli animali erano più propensi a cercare l'interazione sociale con altri topi. In un esperimento successivo, hanno dimostrato che gli animali, quando gli veniva data la possibilità di scegliere, evitavano attivamente le aree delle loro gabbie che, una volta entrate, attivavano l'attivazione dei neuroni. Ciò suggeriva che la loro ricerca di interazione sociale fosse guidata più dal desiderio di evitare il dolore che di generare piacere, un'esperienza che imitava l'esperienza avversa della solitudine.

In un esperimento di follow-up, i ricercatori hanno messo alcuni dei topi in isolamento per 24 ore e poi li hanno reintrodotti in gruppi sociali. Come ci si aspetterebbe, gli animali hanno cercato e trascorso una quantità insolita di tempo interagendo con altri animali, come se si fossero sentiti soli. Quindi Tye e Matthews hanno isolato di nuovo gli stessi topi, questa volta usando l'optogenetica per silenziare i neuroni DRN dopo il periodo in isolamento. Questa volta, gli animali hanno perso il desiderio di contatto sociale. Era come se l'isolamento sociale non fosse stato registrato nei loro cervelli.

Gli scienziati sanno da tempo che il cervello ospita l'equivalente biologico dell'indicatore del carburante di un'auto, un complesso sistema omeostatico che consente alla nostra materia grigia di tracciare lo stato dei nostri bisogni biologici di base, come quelli per cibo, acqua e sonno. Lo scopo del sistema è spingerci verso comportamenti volti a mantenere o ripristinare il nostro naturale stato di equilibrio.

Sembrava che Tye e Matthews avessero trovato l'equivalente di un regolatore omeostatico per i bisogni di contatto sociale di base dei roditori. La prossima domanda: cosa significano questi risultati per le persone?

Affamato di sorriso

Per rispondere a questa domanda, Tye sta lavorando con i ricercatori nel laboratorio di Rebecca Saxe, professoressa di neuroscienze cognitive al MIT, specializzata nello studio della cognizione sociale e delle emozioni umane.

Gli esperimenti umani sono molto più difficili da progettare perché la chirurgia cerebrale richiesta per l'optogenetica non è un'opzione. Ma è possibile esporre le persone sole a immagini di persone amichevoli che offrono segnali sociali, come un sorriso, e quindi monitorare e registrare i cambiamenti nel flusso sanguigno in diverse parti del cervello utilizzando l'imaging fMRI. E, grazie a esperimenti precedenti, gli scienziati hanno una buona idea di dove guardare nel cervello, un'area analoga a quella che Matthews e Tye hanno studiato nei topi.

L'anno scorso, Livia Tomova, una postdoc che ha supervisionato la ricerca nel laboratorio di Saxe, ha reclutato 40 volontari che si sono autoidentificati come dotati di grandi reti sociali e livelli di solitudine molto bassi. Tomova ha esiliato i suoi sudditi in una stanza del laboratorio e ha proibito qualsiasi contatto umano per 10 ore. Per fare un confronto, Tomova ha chiesto agli stessi partecipanti di tornare per una seconda sessione di 10 ore che conteneva molta interazione sociale, ma niente cibo.

Tomova e Saxe hanno utilizzato le scansioni fMRI per misurare la risposta del cervello al cibo e all'interazione sociale dopo periodi di digiuno e isolamento. La scansione a destra mostra l'attività nel mesencefalo associata ai premi.

Alla fine di ogni sessione, ai soggetti è stato chiesto di entrare nello scanner fMRI e sono stati esposti a diverse immagini: alcune mostravano persone che offrivano segnali sociali non verbali e altre contenevano immagini di cibo.

A differenza di Tye e Matthews, Tomova non è stata in grado di controllare i singoli neuroni. Ma è stata in grado di tracciare i cambiamenti nel flusso sanguigno all'interno di aree più ampie della scansione, note come voxel; ogni voxel mostrava l'attività mutevole di popolazioni discrete di diverse migliaia di neuroni. Tomova si è concentrato sulle aree del mesencefalo note per essere ricche di neuroni associati alla produzione e all'elaborazione del neurotrasmettitore dopamina.

Queste aree sono già state collegate in altri esperimenti alla sensazione di volere o bramare qualcosa. Sono aree che si illuminano in risposta alle immagini del cibo quando una persona ha fame o alle immagini legate alla droga in persone con dipendenza. Farebbero lo stesso con le persone sole che mostrano le immagini di un sorriso?

La risposta è stata chiara: dopo l'isolamento sociale, le scansioni cerebrali dei soggetti hanno mostrato molta più attività nel mesencefalo quando sono state mostrate loro le immagini dei segnali sociali. Quando i soggetti erano affamati ma non erano stati socialmente isolati, hanno mostrato una reazione altrettanto robusta ai segnali alimentari, ma non a quelli sociali.

Che sia la spinta al contatto sociale o la spinta ad altre cose come il cibo, sembra essere rappresentato in un modo molto simile, dice Tomova.

L'esperimento pandemico

Capire come si produce la fame di contatto sociale nel cervello potrebbe consentire una comprensione più profonda del ruolo che l'isolamento sociale gioca in alcune malattie.

Misurare oggettivamente la solitudine nel cervello, invece di chiedere alle persone come si sentono, potrebbe fornire un po' di chiarezza sulla connessione tra depressione e solitudine, per esempio. Che viene prima: la depressione causa solitudine o la solitudine causa depressione? E l'intervento sociale applicato al momento giusto potrebbe aiutare a combattere la depressione?

Secondo alcune ricerche, approfondimenti sui circuiti della solitudine nel cervello potrebbero anche far luce sulla dipendenza, a cui gli animali isolati sono più inclini. L'evidenza appare particolarmente forte negli animali adolescenti, che sembrano essere ancora più sensibili agli effetti dell'isolamento sociale rispetto a quelli più vecchi o più giovani. Gli esseri umani di età compresa tra i 16 ei 24 anni hanno maggiori probabilità di sentirsi soli, e questa è anche l'età in cui iniziano a manifestarsi molti disturbi della salute mentale. C'è una connessione?

Approfondimenti sui circuiti della solitudine nel cervello potrebbero far luce sulla dipendenza.

Ma l'esigenza attuale più ovvia potrebbe essere in risposta all'isolamento sociale provocato dalla pandemia di covid. Alcuni i sondaggi su Internet non segnalano un aumento generale della solitudine dall'inizio della pandemia, ma che dire delle persone maggiormente a rischio di problemi di salute mentale? Quando sono isolati, a che punto inizia a mettere in pericolo il loro benessere psicofisico? E quali tipi di interventi potrebbero proteggerli da tale pericolo? Una volta che possiamo misurare la solitudine, possiamo iniziare a scoprirlo, rendendo molto più facile progettare interventi mirati.

Una domanda vitale per la ricerca futura è quanto e quali tipi di interazione sociale positiva sono sufficienti per soddisfare questo bisogno di base e quindi eliminare la risposta del desiderio neurale, Tomova e Tye ha scritto in una prestampa del loro prossimo documento, pubblicato a fine marzo. La pandemia ha sottolineato la necessità di una migliore comprensione dei bisogni sociali umani e del meccanismo neurale alla base della motivazione sociale, hanno scritto. Il presente studio fornisce un primo passo in questa direzione.

Questo, nel linguaggio tipicamente sottovalutato della scienza, segnala la nascita di un campo di ricerca completamente nuovo, non qualcosa di cui spesso puoi assistere, per non parlare di farne parte.

È così eccitante per me, perché questi sono tutti concetti di cui abbiamo sentito parlare un milione di volte in psicologia e, per la prima volta, abbiamo effettivamente cellule nel cervello che possiamo collegare al sistema, dice Tye. E una volta che hai una cella, puoi tracciare all'indietro, puoi tracciare in avanti; puoi capire cosa c'è a monte; puoi capire cosa stanno facendo tutti i neuroni che sono a monte e quali messaggeri vengono inviati, dice Tye. Ora puoi trovare l'intero circuito; sai da dove cominciare.

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