Continuous and discrete brain dynamics to study behavioral adaptation during cognitive motor dual-tasking in younger and older adults

Immaginate il vostro cervello come una città frenetica con milioni di strade, semafori e camion per le consegne in costante movimento. A volte la città scorre senza intoppi, ma altre volte affronta un'ora di punta in cui accadono due eventi principali contemporaneamente: una parata (un compito mentale) e una squadra di operai edili (un compito fisico) che cercano di usare le stesse strade. Gli scienziati che studiano il "traffico" del cervello sono particolarmente interessati a ciò che accade quando le persone invecchiano. Le strade si intasano? I semafori si confondono? Per molto tempo, i ricercatori hanno osservato questa ora di punta scattando un singolo scatto fotografico sfocato dell'intero viaggio. Misuravano quanto bene qualcuno eseguisse un compito dall'inizio alla fine, facevano una media di tutto e confrontavano il risultato con l'esecuzione di una sola cosa alla volta. Ma questo approccio presuppone che il flusso del traffico rimanga lo stesso per tutto il tempo, il che potrebbe non essere vero. Proprio come un vero tragitto casa-lavoro, il vostro cervello potrebbe essere caotico all'inizio di un viaggio e poi trovare un ritmo fluido in seguito. Comprendere come il cervello si adatta durante il viaggio, piuttosto che guardare solo alla destinazione finale, è fondamentale per capire come restiamo lucidi mentre invecchiamo.

Questo articolo approfondisce proprio quel quesito, osservando come il cervello cambia i suoi "modelli di traffico" mentre le persone gestiscono due compiti contemporaneamente. I ricercatori hanno chiesto a quaranta adulti più anziani (tra i 50 e gli 80 anni) e venti adulti più giovani (tra i 20 e i 40 anni) di fare qualcosa di complicato all'interno di una macchina per la risonanza magnetica (MRI). Dovevano pedalare su una speciale bicicletta con i piedi e, allo stesso tempo, giocare a un gioco mentale chiamato "Go/NoGo", dove dovevano reagire rapidamente ad alcuni segnali e trattenersi di fronte ad altri. Gli scienziati non si sono limitati a guardare il punteggio finale; hanno suddiviso la sessione in otto blocchi, per vedere come le prestazioni cambiassero dal primo blocco all'ultimo. Hanno anche utilizzato due diverse lenti superpotenziate per osservare il cablaggio interno del cervello: una che vede le connessioni scorrere come un fiume continuo (analisi delle componenti indipendenti dinamica) e un'altra che rileva il cervello che passa tra diversi "modi" o stati distinti, come cambiare stazione radio (un modello di Markov nascosto).

I risultati hanno mostrato che il cervello è tutt'altro che statico. Quando tutti hanno iniziato la sfida del doppio compito, i tempi di reazione nel pedalare erano molto altalenanti — molto instabili e incoerenti. Ma man mano che la sessione procedeva, le cose si sono stabilizzate. Entro il sesto blocco, l'oscillazione era quasi scomparsa e le prestazioni erano rimaste costanti. Tuttavia, i due gruppi di età hanno preso strade diverse per arrivarci. Gli adulti più anziani sono partiti con molta instabilità, ma sono riusciti a regolarizzarsi significativamente, avvicinandosi molto al loro ritmo abituale del compito singolo. Gli adulti più giovani, d'altra parte, sono partiti già con una certa stabilità e non avevano molto margine di miglioramento, quindi le loro prestazioni sono rimaste relativamente piatte durante tutto il processo.

Lo studio suggerisce che questo "miglioramento" o stabilizzazione è legato a come le reti cerebrali comunicano tra loro. Per coloro che hanno mostrato il calo maggiore di instabilità (il "beneficio del doppio compito"), i loro cervelli mostravano due cose specifiche: una connessione forte e costante attraverso una vasta rete cittadina che coinvolge i sistemi di attenzione, controllo e movimento, e una sana quantità di "scambio" tra diversi stati di rete. Interessantemente, i modelli cerebrali che hanno aiutato gli adulti più anziani a migliorare erano quelli che utilizzavano più spesso, mentre i modelli che hanno mantenuto i giovani adulti stabili erano quelli di cui facevano affidamento. Sembra che, sebbene entrambi i gruppi siano riusciti ad adattarsi alla sfida, l'abbiano fatto utilizzando diverse strategie di "gestione del traffico". Il cervello più anziano potrebbe essere come una città che inizia con un ingorgo ma impara un nuovo percorso efficiente per liberarlo, mentre il cervello più giovane è come una città che non ha mai avuto un ingorgo, che naviga lungo un'autostrada familiare e stabile. Questo ci dice che l'adattamento di successo non riguarda solo l'essere veloci o lenti; riguarda il modo in cui il flusso continuo del cervello e i suoi stati di commutazione discreti lavorano insieme per mantenerci in movimento in modo fluido, anche quando la strada si fa complicata.