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Una questione importante ma eccezionale nella neuroscienza cognitiva contemporanea è la comprensione delle proprietà organizzative dell'attività neurale. Ad esempio, esiste una struttura fondamentale per i modelli spazio-temporali dell'attività cerebrale neurale in condizioni diverse? Un approccio comune utilizzato per rispondere a questa domanda è quello di esaminare il cervello a "riposo". Misure come la connettività funzionale, l'analisi dei componenti indipendenti e le metriche teoriche dei grafici sono state applicate ai dati registrati utilizzando diverse tecniche di imaging (ad esempio, risonanza magnetica funzionale (fMRI) ed elettroencefalografia (EEG)), per raggruppare aree cerebrali che mostrano schemi di attività simili . Numerosi studi hanno dimostrato che l'attività cerebrale durante il "riposo" può essere raggruppata in reti distinte;<ref>{{cita libro  

  }}</ref><ref>Uddin LQ, Karlsgodt KH. Future directions for examination of brain networks in neurodevelopmental disorders. J. Clin. Child Adolesc. Psychol. 2018;47:483–497. doi: 10.1080/15374416.2018.1443461. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref><ref>Sripada C, et al. Prediction of neurocognition in youth from resting state fMRI. Mol. Psychiatry. 2020;25:3413–3421. doi: 10.1038/s41380-019-0481-6. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref> Questi risultati suggeriscono che queste reti potrebbero essere un aspetto intrinseco dell'attività neurale.

In effetti, lo stesso insieme di modelli strutturati di attività neurale è stato trovato durante stati "attivi", come durante il completamento di compiti diversi.<ref>Biswal BB, Eldreth DA, Motes MA, Rypma B. Task-dependent individual differences in prefrontal connectivity. Cereb. Cortex. 2010;20:2188–2197. doi: 10.1093/cercor/bhp284. [PMC free article][PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref><ref>Fox MD, Raichle ME. Spontaneous fluctuations in brain activity observed with functional magnetic resonance imaging. Nat. Rev. Neurosci. 2007;8:700–711. doi: 10.1038/nrn2201. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref><ref>Kraus BT, et al. Network variants are similar between task and rest states. Neuroimage. 2021;229:117743. doi: 10.1016/j.neuroimage.2021.117743. [PMC free article][PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref> Ad esempio, c'è un alto grado di corrispondenza tra le reti estratte durante il riposo e quelle estratte durante i compiti che misurano le capacità sensomotorie<ref>Kristo G, et al. Task and task-free FMRI reproducibility comparison for motor network identification. Hum. Brain Mapp. 2014;35:340–352. doi: 10.1002/hbm.22180. [PMC free article][PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref><ref>Sui J, Adali T, Pearlson GD, Calhoun VD. An ICA-based method for the identification of optimal FMRI features and components using combined group-discriminative techniques. Neuroimage. 2009;46:73–86. doi: 10.1016/j.neuroimage.2009.01.026.[PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref> e cognitive di livello superiore (cioè la memoria di lavoro).<ref>Calhoun VD, Kiehl KA, Pearlson GD. Modulation of temporally coherent brain networks estimated using ICA at rest and during cognitive tasks. Hum. Brain Mapp. 2008;29:828–838. doi: 10.1002/hbm.20581. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref><ref>Xie H, et al. Whole-brain connectivity dynamics reflect both task-specific and individual-specific modulation: A multitask study. Neuroimage. 2018;180:495–504. doi: 10.1016/j.neuroimage.2017.05.050. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref> Anche completare un compito complicato come seguire la trama di un film presenta la stessa architettura di rete osservata nel cervello a riposo.<ref name=":0">Naci L, Cusack R, Anello M, Owen AM. A common neural code for similar conscious experiences in different individuals. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2014;111:14277–14282. doi: 10.1073/pnas.1407007111. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref> La corrispondenza tra attività e reti basate sul riposo è così forte che l'attività della rete fMRI basata sui compiti può essere prevista dallo stato di riposo<ref>Kannurpatti SS, Rypma B, Biswal BB. Prediction of task-related BOLD fMRI with amplitude signatures of resting-state fMRI. Front. Syst. Neurosci. 2012;6:7. doi: 10.3389/fnsys.2012.00007.[PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref> e le coppie di reti di riposo-attività possono essere identificate a livello individuale.<ref>Elliott ML, et al. General functional connectivity: Shared features of resting-state and task fMRI drive reliable and heritable individual differences in functional brain networks. Neuroimage. 2019;189:516–532. doi: 10.1016/j.neuroimage.2019.01.068. [PMC free article][PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref> Insieme, questi risultati suggeriscono che i modelli di attività cerebrale basati sul riposo e sulle attività probabilmente condividono un'architettura neurale sottostante simile, nonostante esperienze e processi cognitivi distinti.<ref>Cole MW, Ito T, Cocuzza C, Sanchez-Romero R. The functional relevance of task-state functional connectivity. J. Neurosci. 2021 doi: 10.1523/JNEUROSCI.1713-20.2021. [PMC free article][PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref>

 

Esistono, tuttavia, differenze importanti tra i modelli di attività cerebrale attivati durante il riposo e i paradigmi basati sulle attività e l'insieme di esperienze e processi cognitivi associati a ciascuno.<ref>Zhang S, et al. Characterizing and differentiating task-based and resting state fMRI signals via two-stage sparse representations. Brain Imaging Behav. 2016;10:21–32. doi: 10.1007/s11682-015-9359-7.[PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref> Ad esempio, la presenza o l'assenza di un compito è accompagnata da un aumento della variabilità su diverse scale, comprese le variazioni della velocità di scarica neuronale nei potenziali di campo,<ref>Monier C, Chavane F, Baudot P, Graham LJ, Frégnac Y. Orientation and direction selectivity of synaptic inputs in visual cortical neurons: A diversity of combinations produces spike tuning. Neuron. 2003;37:663–680. doi: 10.1016/S0896-6273(03)00064-3.[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref><ref>Churchland MM, et al. Stimulus onset quenches neural variability: A widespread cortical phenomenon. Nat. Neurosci. 2010;13:369–378. doi: 10.1038/nn.2501. [PMC free article][PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref> la variazione della fMRI dipendente dal livello di ossigeno nel sangue (segnale BOLD)<ref name=":1">He BJ. Spontaneous and task-evoked brain activity negatively interact. J. Neurosci. 2013;33:4672–4682. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2922-12.2013. [PMC free article][PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref> e nelle bande di frequenza EEG.<ref name=":2">Bonnard M, et al. Resting state brain dynamics and its transients: A combined TMS-EEG study. Sci. Rep. 2016;6:1–9. doi: 10.1038/srep31220. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref> Inoltre, attraverso la stimolazione di corrente continua transcranica  (tDCS) è stato dimostrato che la stimolazione del lobo frontale aumenta la propensione a vagare per la mente.<ref name=":8">Axelrod V, Zhu X, Qiu J. Transcranial stimulation of the frontal lobes increases propensity of mind-wandering without changing meta-awareness. Sci. Rep. 2018;8:1–14. doi: 10.1038/s41598-018-34098-z. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref><ref name=":3">Axelrod V, Rees G, Lavidor M, Bar M. Increasing propensity to mind-wander with transcranial direct current stimulation. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2015;112:3314–3319. doi: 10.1073/pnas.1421435112. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]</ref> È importante sottolineare che queste differenze sono associate a cambiamenti nelle proprietà dell'attività neurale ma non a cambiamenti nell'architettura neurale sottostante.