Onde cerebrali: cosa sono e come funzionano

Lo studio dei meccanismi elettrofisiologici del nostro cervello risulta imprescindibile in campo neuroscientifico e neuroriabilitativo. Questo perché l’attività elettrica costituisce il core del funzionamento cerebrale e da essa dipende uno dei fenomeni più interessanti del nostro cervello: le onde cerebrali.

Come funzionano le onde cerebrali?

L’organizzazione cerebrale è determinata da processi bioelettrici incessanti poiché il cervello, grazie alle sue numerose connessioni, genera costantemente attività elettrica che viaggia da un neurone all’altro e porta con sé le informazioni. Gli impulsi elettrici, sincronizzandosi, producono delle fluttuazioni di elettricità che danno origine a dei modelli di attività elettrica temporalmente oscillante, definiti onde o ritmi cerebrali.

Infatti, con questo termine ci riferiamo all’attività elettrica ritmica e ripetitiva del tessuto nervoso che, oscillando, permette al cervello di generare una propria struttura temporale.  Il loro ruolo funzionale sembra legato a processi cerebrali come, ad esempio, quelli attentivi e percettivi. In effetti, le onde si modificano in relazione a quello che stiamo vedendo, pensando o facendo, ponendosi, così, alla base della nostra cognizione e del nostro comportamento.

Come si registrano queste onde?

Ad oggi, uno degli strumenti privilegiati per lo studio di queste onde è l’Elettroencefalogramma (EEG), una metodica di registrazione relativamente semplice nel suo funzionamento, indolore e non invasiva. I primi studi EEG sull’uomo sono riconducibili allo psichiatra Hans Berger (1929), che identificò nei tracciati EEG differenti forme d’onda dei segnali a seconda della posizione di registrazione sullo scalpo, sia in soggetti sani che con patologie neurologiche.

L’EEG permette di analizzare la relazione tra il segnale elettrico cerebrale ed aspetti legati al sonno, per esempio, o di individuare alterazioni precise che possono indicare la presenza di una patologia, come l’epilessia. L’acquisizione del segnale elettrico avviene tramite degli elettrodi posti sul cuoio capelluto che, registrando l’attività elettrica corticale, permettono di effettuare una misurazione continua dei ritmi elettro-corticali.

L’unità di misura delle oscillazioni cerebrali è l’Hertz (Hz), ovvero la frequenza di un fenomeno periodico equivalente a 1 periodo al secondo. In particolare, ci si riferisce a dei ritmi che differiscono in aspetti come la frequenza, definita, appunto, come il numero di cicli per secondo, misurata in Hertz, e l’ampiezza, misurata in MicroVolt (mV). Effettivamente, diversi tipi di eventi inducono dei cambiamenti nello spettro di frequenza del segnale del tracciato EEG, per questo, possono essere registrate diverse tipologie di onde che si modificano in funzione dell’attività cerebrale.  

Ad esempio, se siamo coinvolti in attività cognitive che richiedono stati di estrema attivazione e concentrazione saranno dominanti le onde più veloci, mentre, se ci troviamo in uno stato di sonnolenza quelle più lente. Infatti, queste onde sono delineate tramite la loro velocità di oscillazione, cioè in base all’intervallo di frequenza entro cui variano e dalla quale dipende la loro funzionalità.

Quali sono le tipologie di onde cerebrali?

L’elettricità cerebrale viene convenzionalmente suddivisa in cinque onde, identificate con le lettere greche:

1. alpha
2. beta
3. delta
4. theta
5. gamma

Onde Alpha

Le oscillazioni nella banda di frequenza delle onde Alpha sono caratterizzate da onde di frequenza tra gli 8 e i 12 Hz e di ampiezza normalmente inferiore ai 50 mV. Sono maggiormente presenti sulle regioni occipito-parietali, nella parte posteriore del cervello, e costituiscono l’attività predominante negli adulti durante una condizione di veglia rilassata ad occhi chiusi.

Sin dalle prime ricerche EEG, Alpha risulta l’effetto oscillatorio più rilevane e il suo correlato funzionale è tra gli aspetti maggiormente approfonditi in ambito neuroscientifico. Principalmente, numerosi studi affermano che la frequenza e l’ampiezza dell’attività oscillatoria di alfa siano parametri relati ai processi di elaborazione visiva; inoltre, questi sembrano incidere significativamente sulla velocità di campionamento delle informazioni e sulla reattività del sistema visivo.

Onde Beta

Le onde Beta, di minore ampiezza e con un range di frequenza dai 12 ai 30 Hz, sono più evidenti nelle aree frontali e a livello di altre regioni nel corso di un’intensa attività mentale, come ad esempio parlare o leggere. Per questo, sono associate all’attivazione fisiologica (arousal), attenzione, pensiero analitico, risoluzione di compiti complessi e altri processi intellettivi.

Onde Delta e onde Theta

Le onde Delta (0,5-4 Hz) e Theta (4-8Hz), registrate a livello frontale e centrale, si osservano normalmente quando si è in uno stato di sonnolenza e nelle fasi iniziali del sonno, mentre se presenti durante lo stato di veglia possono essere indicative di disfunzione cerebrale.

Onde Gamma

Infine, le onde Gamma (30-50Hz) sono onde molto veloci e, per questo, a causa della loro ridotta ampiezza, non sono facili da registrare. Individuate in epoca più recente rispetto alle altre onde, sono ad oggi conosciute in maniera meno approfondita ed emergono, principalmente, in momenti di profonda concentrazione e di massima performance, fisica o mentale, oltre che durante esperienze mistiche e trascendentali.

Per concludere, la ricerca ha identificato nelle onde cerebrali una risorsa sempre più preziosa per la comprensione dei meccanismi cerebrali, sia in cervelli sani che in quelli affetti da patologie. Pertanto, il loro approfondimento può rappresentare una nuova frontiera di approccio di studio e d’intervento neuroscientifico e neuroriabilitativo.

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