Un organo complesso e difficile da interpretare

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Come funziona il cervello. I suoi strumenti: 100 miliardi di neuroni e un numero incalcolabile di connessioni. Il suo “linguaggio”: minime correnti elettriche e circa 50 sostanze chimiche. Le sue funzioni: sovrintendere il lavoro dell’organismo, elaborare i segnali in arrivo dall’esterno, immagazzinare i ricordi e, soprattutto, permetterci di ragionare.

Non solo neuroni. Nel cervello sono presenti diversi tipi di cellule. Oltre ai neuroni (in giallo) ci sono per esempio gli astrociti (in blu) che hanno compiti di difesa. Poi ci sono le cellule della guaina mielinica: gli oligodendrociti e le cellule di Schwann.
Non solo neuroni. Nel cervello sono presenti diversi tipi di cellule. Oltre ai neuroni (in giallo) ci sono per esempio gli astrociti (in blu) che hanno compiti di difesa. Poi ci sono le cellule della guaina mielinica: gli oligodendrociti e le cellule di Schwann.
È l’oggetto più complesso e misterioso che si conosca: 1.300-1.500 grammi di tessuto gelatinoso, composto da 100 miliardi di cellule (i neuroni) ognuna delle quali sviluppa in media 10 mila connessioni con le cellule vicine. Ecco, in sintesi, come si forma, come è organizzato, come si difende e come funziona il cervello.

TUTTO IN OTTO MESI. Durante la vita fetale, l’organismo produce non meno di 250 mila neuroni al minuto. Ma 15-30 giorni prima della nascita, la produzione si blocca e per il cervello comincia una seconda fase che durerà per tutta la vita: la creazione di connessioni tra le cellule.

In questo processo, le cellule che falliscono le connessioni vengono eliminate, tanto che al momento della nascita sono già dimezzate. La moria diviene imponente dai 30-40 anni quando, senza che l’organismo le sostituisca (la rigenerazione di neuroni è stata realizzata solo in laboratorio), le cellule cerebrali cominciano a morire al ritmo di 100 mila al giorno, circa 1 al secondo. Per fortuna non c’è un corrispondente declino mentale: la capacità di creare nuove connessioni preserva infatti le facoltà mentali acquisite.

I TRE CERVELLI. Il cervello umano (più correttamente “encefalo”) è il risultato della sovrapposizione dei tre tipi di cervello apparsi nel corso dell’evoluzione dei vertebrati.

Dal basso (alla base del cranio), il cervello più antico, o romboencefalo, specializzato nel controllo di funzioni involontarie come vigilanza, respirazione, circolazione e tono muscolare. Comprende il cervelletto e le parti del midollo spinale che si allungano nel cervello.

Salendo, c’è il mesencefalo: una piccola porzione di tessuto nervoso costituita dai cosiddetti peduncoli cerebrali e dalla lamina quadrigemina.

Infine c’è il prosencefalo, la parte più “moderna”, suddiviso in diencefalo e telencefalo. Il primo, chiamato anche “sistema limbico”, contiene strutture come talamo, ipotalamo, ipofisi e ippocampo, da cui provengono sensazioni come fame, sete o desiderio sessuale. Infine, la parte più recente in assoluto: la corteccia, dove hanno sede le funzioni intelligenza e linguaggio.

Un edificio a strati successivi. del cervello: la parte più antica (romboencefalo) è costituita da cervelletto e tronco encefalico, la più moderna è formata dal sistema limbico (talamo, ipotalamo, ipofisi, ippocampo...), sede delle pulsioni, e dalla corteccia, sede dell’intelligenza.
Un edificio a strati successivi. del cervello: la parte più antica (romboencefalo) è costituita da cervelletto e tronco encefalico, la più moderna è formata dal sistema limbico (talamo, ipotalamo, ipofisi, ippocampo…), sede delle pulsioni, e dalla corteccia, sede dell’intelligenza.
LE SUE DIFESE. La corteccia occupa gran parte del cranio, quindi il suo volume è facilmente intuibile. Difficile, invece, immaginare quanto sia estesa. La corteccia è infatti percorsa da profonde fenditure (le circonvoluzioni cerebrali) tanto che, se potessimo “distenderla”, occuperebbe un’area molte volte maggiore di quella della testa.

La fenditura più profonda è quella che separa i due emisferi, uniti però dal corpo calloso, una fittissima trama di fibre nervose: se si recidessero, i due emisferi non comunicherebbero più. Le altre fenditure maggiori distinguono i cosiddetti “lobi”. I maggiori sono quello temporale (udito ed equilibrio), frontale (movimenti volontari), parietale (sensibilità tattile e gusto) e occipitale (visione).

Ad avvolgere l’encefalo troviamo infine le membrane chiamate meningi (pia madre, aracnoide e dura madre): contrariamente a quanto suggeriscono le frasi fatte, non servono a pensare, ma a nutrire e proteggere il cervello vero e proprio.

Sempre a scopo protettivo, l’encefalo è infine percorso da una serie di cavità piene di liquido (il liquor cefalorachidiano) che crea una sorta di “effetto galleggiamento” utile per contrastare la forza di gravità e le accelerazioni dovute ai rapidi movimenti della testa.

PERCHÉ TUTTI ODIANO LE DIETE. C’è infine una difesa cerebrale che, purtroppo, rende difficilissimo dimagrire a comando. Se un digiuno tende infatti a intaccare più i muscoli che la massa grassa, è infatti perché il cervello difende se stesso.

Il suo nutrimento sono gli zuccheri, e i neuroni non sono in grado di demolire i grassi per fabbricarsi zuccheri. Perciò, finiti quelli disponibili subito nel fegato, usano le proteine (nel frattempo l’organismo demolisce anche i grassi) e intaccano i muscoli. Meglio così, perché gran parte delle fibre nervose sono “isolate” da un manicotto – la guaina mielinica – costituito da grassi… se i neuroni li potessero “mangiare”, come accade in una malattia chiamata sclerosi multipla, diverrebbe impossibile l’attività cerebrale.

La scoperta del neurone. Era il 1873 quando una inserviente di laboratorio buttò per sbaglio nella spazzatura un pezzo di cervello destinato a essere sezionato e studiato. Qualche ora prima, nella stessa spazzatura, lo scienziato italiano Camillo Golgi aveva buttato del nitrato d’argento. Il mattino dopo, recuperato il pezzo di cervello, Golgi notò che il tessuto nervoso aveva assorbito il colorante alla perfezione, con i neuroni ben visibili in nero. Così Golgi scoprì un metodo di colorazione del tessuto nervoso (ancor oggi in uso) che gli permise di identificare per primo il neurone. Fece però un errore quando affermò che i neuroni formavano una rete continua di fibre. In seguito lo spagnolo Santiago Ramón y Cajal accertò che ogni neurone rappresenta un’unità anatomica distinta e che tra due neuroni c’è sempre un varco. I due scienziati nel 1906 condivisero il Nobel per la scoperta del neurone.
La scoperta del neurone. Era il 1873 quando una inserviente di laboratorio buttò per sbaglio nella spazzatura un pezzo di cervello destinato a essere sezionato e studiato. Qualche ora prima, nella stessa spazzatura, lo scienziato italiano Camillo Golgi aveva buttato del nitrato d’argento. Il mattino dopo, recuperato il pezzo di cervello, Golgi notò che il tessuto nervoso aveva assorbito il colorante alla perfezione, con i neuroni ben visibili in nero. Così Golgi scoprì un metodo di colorazione del tessuto nervoso (ancor oggi in uso) che gli permise di identificare per primo il neurone. Fece però un errore quando affermò che i neuroni formavano una rete continua di fibre. In seguito lo spagnolo Santiago Ramón y Cajal accertò che ogni neurone rappresenta un’unità anatomica distinta e che tra due neuroni c’è sempre un varco. I due scienziati nel 1906 condivisero il Nobel per la scoperta del neurone.
IL NEURONE: LA CELLULA-BASE. Ma veniamo ai mattoni del cervello, i neuroni: cellule specializzate nel raccogliere, elaborare e trasferire impulsi nervosi. Dal loro corpo cellulare si diramano vari rametti, i dendriti, e un ramo più grosso, l’assone. I primi ricevono i segnali in arrivo, il secondo conduce i messaggi in uscita. Grazie a dendriti e assoni, il numero totale delle connessioni che i neuroni di un cervello umano riescono a stabilire supera il numero di tutti i corpi celesti presenti nell’universo.

L’esistenza di queste connessioni, o sinapsi, fu scoperta alla fine del XIX secolo dal fisiologo inglese Charles Scott Sherrington, anche se non si tratta di connessioni fisiche perché tra due neuroni si interpone sempre una microscopica fessura. Per superare questo varco, i segnali cambiano faccia: da elettrici, diventano chimici. La terminazione dell’assone rilascia sostanze, dette neurotrasmettitori, che sono raccolte dagli appositi recettori presenti sulla membrana della cellula-obiettivo.

Catturato il neurotrasmettitore, il messaggio chimico viene riconvertito in impulso elettrico. Per rendere il viaggio più veloce, sull’assone l’impulso procede a balzi. L’assone, infatti, è ricoperto da un materiale isolante chiamato “guaina mielinica”, che però lascia scoperti alcuni punti: i nodi di Ranvier. E “saltando” da un nodo all’altro, l’impulso raggiunge i 400 km/h.

I MESSAGGI CHIMICI. I neurotrasmettitori sono come parole di un linguaggio limitato ma molto complesso, composto da appena una cinquantina di vocaboli, ma capaci di fornire istruzioni dettagliate. Purtroppo non esiste ancora un vocabolario per tradurre i messaggi chimici, ma possiamo almeno raggruppare i neurotrasmettitori in due gruppi distinti: quelli ad azione rapida e quelli ad azione lenta.

Tra i primi troviamo molecole come l’acetilcolina, l’adrenalina, la noradrenalina, la dopamina, la serotonina: molecole di piccole dimensioni, che hanno il compito di provocare risposte immediate, dalla percezione di un profumo alla reazione (per esempio, un sorriso).

Del secondo gruppo fanno parte i “neuropeptidi” (i più noti sono la somatostatina e le betaendorfine): grosse molecole, lente ad agire ma capaci di indurre modifiche durevoli. Danno per esempio forma alle sinapsi, ma possono anche ridurre i recettori per un certo neurotrasmettitore, rendendo così i neuroni “sordi” a certi comandi.

La struttura del neurone. Un neurone, rivestito dalla guaina mielinica (fatta di cellule di Schwann e oligodendrociti). Il segnale va dai dendriti all’assone ed esce dalle sinapsi.
La struttura del neurone. Un neurone, rivestito dalla guaina mielinica (fatta di cellule di Schwann e oligodendrociti). Il segnale va dai dendriti all’assone ed esce dalle sinapsi.

I RICORDI? SONO PERCORSI “FACILITATI”. Abbiamo già visto che due neuroni, per comunicare, si scambiano sostanze chimiche che li inducono a generare particolari impulsi elettrici. Immaginate di ripetere questo processo milioni, miliardi di volte e avrete descritto, pur se in maniera semplificata, il trasferimento di un’informazione (visiva, acustica…) all’interno di un circuito neuronale del cervello umano. Ma questo che relazione ha con i processi di apprendimento, memorizzazione e ricordo?

Vediamo un caso semplice. Immaginiamo per esempio di cogliere un fiore mai visto prima e caratterizzato da un profumo piacevolissimo. Questo tipo di informazione viaggerà dalla mucosa olfattiva (la parte interna del naso che “sente” gli odori), lungo il nervo olfattivo, fino alla parte della corteccia cerebrale organizzata per analizzare e comprendere i profumi. Nel fare ciò, l’informazione attraverserà un numero enorme di sinapsi creando l’equivalente di un “sentiero” neuronale. Al ripetersi dell’esperienza, l’informazione viaggerà nuovamente lungo lo stesso percorso rinforzandolo ancora di più, proprio come il passaggio di molte persone in un bosco crea un autentico sentiero.

MEMORIE ACCOPPIATE. Questo processo, chiamato “facilitazione”, è, con tutta probabilità, la base fisica dei processi di apprendimento e memorizzazione: quando un’informazione è passata un gran numero di volte attraverso la medesima sequenza di sinapsi, le sinapsi stesse sono così “facilitate” che anche segnali o impulsi diversi, ma attinenti (per esempio il nome del fiore che ha un certo profumo) generano una trasmissione di impulsi nella stessa sequenza di sinapsi. Ciò determina nel soggetto la percezione dell’esperienza fatta in precedenza numerosissime volte, e cioè il sentire quel piacevole profumo anche se il profumo non viene in realtà “sentito”. Ecco generato il ricordo.

Lo stesso accade quando si cerca di memorizzare un nuovo numero telefonico o un nuovo numero del Bancomat: occorrerà ricomporlo più volte prima di fissarlo nella memoria. A meno che non si usino strategie di memorizzazione che legano il nuovo numero a percorsi già formati… sarebbe facile per esempio ricordare un numero come 191518 collegandolo al concetto “Prima guerra mondiale” (cominciata nel 1915 e finita nel 1918).

Questo meccanismo spiega anche un altro piccolo mistero: perché mai, quando abbiamo imparato una canzone o una poesia, è così difficile recitarla partendo dalla seconda strofa e non dallinizio? Proprio perché l’intera memorizzazione fa parte di un percorso “facilitato”: solo imboccandolo dall’inizio si riesce a ripercorrerlo senza difficoltà.

Ovviamente il processo dell’apprendimento è molto più complesso.

Se la corteccia cerebrale si potesse “stendere”, ecco che superficie avrebbe: 2.200 cm quadrati di pellicola sottile 2 millimetri.
Se la corteccia cerebrale si potesse “stendere”, ecco che superficie avrebbe: 2.200 cm quadrati di pellicola sottile 2 millimetri.
SINAPSI IN COSTRUZIONE.Una cosa però è certa: alla base della memoria c’è la plasticità neuronale. Con queste parole si definisce l’abilità del cervello di plasmare se stesso attraverso il continuo rimodellamento delle sinapsi vecchie e la creazione di sinapsi nuove. Il cervello è infatti in costante rimodellamento, ed è proprio per questo che si deve mantenerlo sempre in esercizio per garantirne l’efficienza.

Certo, è legittimo pensare che l’apprendimento sia qualcosa di più della ristrutturazione di un certo numero di sinapsi… ma esiste una prova concreta che senza la plasticità neuronale non saremmo più capaci di apprendere. E nemmeno di imparare a memoria la “Vispa Teresa”.

Innanzitutto, una premessa: per essere “plastico”, il cervello deve poter fabbricare rapidamente nuove proteine. La semplice espulsione del neurotrasmettitore dall’estremità dell’assone richiede la presenza di proteine: il loro compito, in questo caso, è quello di spingere le vescicole piene di neurotrasmettitori in prossimità della membrana pre-sinaptica. Altre proteine hanno una funzione simile a quella delle gru nelle costruzioni edilizie: spostano i dendriti e gli assoni in nuove posizioni, dove possono connettersi con altre cellule prima fuori portata. Ebbene, è stato notato che l’uso di farmaci capaci di bloccare la sintesi proteica blocca anche apprendimento e memorizzazione. Il cervello, insomma, non impara se non modificandosi.

IL MAGAZZINO DEL PASSATO. Ma dove vanno a finire fisicamente le cose apprese e memorizzate? Come vengono archiviati i ricordi complessi? Anche qui, non tutto è chiaro. Sappiamo però che i ricordi non vengono immagazzinati nel cervello come fotografie, ma vengono in realtà scomposti nei loro costituenti (colore, sapore, movimento, profondità, intensità, suono e così via).

Il mistero maggiore è come facciano i frammenti dispersi nelle varie aree del cervello a ricomporsi, all’occorrenza, in qualche millesimo di secondo, facendo riemergere il ricordo completo. Più facile, invece, è capire perché alcuni ricordi si perdano (o vengano fatti sparire volontariamente): basta che il percorso “facilitato” tra le sinapsi si cancelli o si indebolisca, e il ricordo diventa inaccessibile.

Ecco come saremmo fatti se le proporzioni degli organi rispettassero la quantità di cervello a essi riservata.
Ecco come saremmo fatti se le proporzioni degli organi rispettassero la quantità di cervello a essi riservata.
CHE COS’È L’HOMUNCULUS.Il cervello ha molte altre funzioni, oltre all’apprendimento e alla memoria. In particolare, funge da centrale di controllo per le sensazioni e il movimento. E oggi i ricercatori hanno costruito con una certa precisione la mappa sensoriale e motoria del cervello. Come? Un sistema è quello di applicare, nel corso di interventi chirurgici in anestesia locale, minime stimolazioni elettriche in aree precise della corteccia e chiedere al paziente quali sensazioni prova.Viceversa, una stimolazione periferica (per esempio una puntura su un piede) produce nella corteccia un segnale elettrico che può essere rilevato grazie, per esempio, alla risonanza magnetica. Lo stesso dicasi per la corteccia motoria, la cui stimolazione elettrica può produrre un movimento specifico e viceversa.

Da qui è nato l’homunculus, ovvero la rappresentazione di come sarebbe il corpo umano se tutti gli organi fossero proporzionati alle aree cerebrali che li controllano: grande testa (con lingua ancora più grande), mani enormi, organi di senso in evidenza, genitali piccolissimi, muscoli insignificanti e così via.

TRA DESTRA E SINISTRA. Con la stessa tecnica si è messo in evidenza il modo in cui i due emisferi del cervello, che sono sostanzialmente identici, si sono suddivisi alcune funzioni. L’emisfero destro è più specializzato nei compiti spaziali e di sintesi come la lettura delle mappe, l’esecuzione di disegni geometrici, il riconoscimento dei volti e la sensibilità musicale.

L’emisfero sinistro predilige invece l’espressione e la comprensione del linguaggio, l’analisi dei dettagli, il ragionamento simbolico. Sono legate proprio a questa differenziazione tra gli emisferi anche alcune differenze statistiche tra i due sessi: gli uomini, che usano prevalentemente l’emisfero destro, si rivelano migliori nell’orientamento spaziale e nella logica matematica, le donne nella ricchezza di vocabolario e nell’abilità manuale.

E la nota differenza di volume tra il cervello di lui e quello di lei? Esiste, ma soltanto perché il maschio è più grosso e ha più muscoli, per cui al suo cervello è richiesto un maggior lavoro di controllo: per quanto riguarda la corteccia con funzioni cognitive, però, l’estensione è assolutamente identica nei due sessi.

C’è invece una disparità, meno nota, che si manifesta a livello di emisferi: nella donna i due emisferi cerebrali sono mediamente più simili tra loro. Con la conseguenza che, nel caso di una malattia che colpisce soltanto un emisfero, le capacità di recupero della donna risultano nettamente superiori a quelle del maschio.

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