IL CERVELLO

COME FUNZIONA?

"Il cervello è l'organo più difficile da studiare", ha detto E. Fuller Torrey, psichiatra dell'Istituto Nazionale americano di Igiene Mentale. "Ce lo portiamo in giro chiuso in questa scatola sulle spalle che è molto scomoda per fare ricerche".

Gli scienziati, però, dicono di avere già imparato molte cose sul modo in cui il cervello elabora le informazioni che riceve dai cinque sensi. Prendete, ad esempio, il modo in cui elabora gli stimoli visivi.

Gli occhi della mente

La luce raggiunge gli occhi e colpisce la retina, una struttura formata da tre strati di cellule che si trova sul fondo del bulbo oculare. La luce penetra fino al terzo strato. Qui si trovano cellule dette bastoncelli, che sono sensibili alle variazioni di luminosità, e coni, che reagiscono a luce di diverse lunghezze d'onda corrispondenti ai colori rosso, verde e blu. La luce scolora il pigmento presente in queste cellule. Questo genera un segnale che viene trasmesso alle cellule del secondo strato e da queste ad altre cellule ancora nello strato più esterno. Gli assoni di queste cellule si uniscono per formare il nervo ottico.

I milioni di neuroni del nervo ottico arrivano a una regione del cervello nota come chiasma ottico. Qui i neuroni che portano i segnali provenienti dalla parte sinistra della retina di ciascun occhio si incontrano e proseguono paralleli fino alla parte sinistra del cervello. Analogamente, i segnali provenienti dalla parte destra di ciascuna retina si uniscono e viaggiano verso la parte destra. Gli impulsi arrivano poi a un "ripetitore" situato nel talamo, e da li i neuroni successivi li trasmettono a una zona nella parte posteriore del cervello nota come corteccia visiva.

Elementi diversi dell'informazione visiva viaggiano su strade parallele. I ricercatori sanno ora che la corteccia visiva primaria, insieme a un'area vicina, funge un po' da "ufficio postale" in quanto seleziona, smista e integra le molte informazioni portate dai neuroni. Una terza area percepisce i contorni, ad esempio i margini di un oggetto, e i movimenti. Una quarta area riconosce sia la forma che il colore, mentre una quinta aggiorna di continuo mappe di dati visivi per seguire i movimenti. Le ricerche attuali fanno pensare che ci siano ben 30 aree cerebrali diverse che elaborano le informazioni visive raccolte dagli occhi! Ma in che modo queste aree collaborano per dar vita a un'immagine? Sì, come fa la mente a "vedere"?

"Vedere" con il cervello

L'occhio raccoglie informazioni per il cervello, ma è evidentemente la corteccia a elaborare le informazioni che il cervello riceve. Se scattate una foto. questa rivelerà particolari dell'intera scena. Se invece guardate la stessa scena con gli occhi, osservate consapevolmente solo quella parte su cui fissate l'attenzione. In che modo il cervello faccia questo rimane un mistero. C'è chi ritiene che questo sia il risultato di un'integrazione progressiva dell'informazione visiva in cosiddette "aree di convergenza", che permettono di paragonare ciò che si vede con ciò che si conosce già. Altri suggeriscono che quando non si vede qualcosa di evidente, è semplicemente perché i neuroni che controllano la visione cosciente non producono impulsi.

Comunque stiano le cose. Le difficoltà che gli scienziati incontrano nello spiegare i meccanismi della visione sono insignificanti in paragone con i problemi che pone il definire cosa sia implicato nei concetti di "consapevolezza" e "mente". Raffinate tecniche di indagine diagnostica, come la risonanza magnetica e la tomografia a emissione di positroni (PET), hanno permesso agli scienziati di osservare il cervello umano in modi nuovi. E osservando come il sangue affluisce a certe regioni del cervello durante i processi mentali hanno concluso con ragionevole certezza che udire le parole, visualizzarle e pronunciarle sono processi che coinvolgono aree diverse della corteccia cerebrale. Nondimeno, conclude uno scrittore, "il fenomeno della mente, ovvero della consapevolezza, è molto più complesso ... di quanto si potesse sospettare". Si, i misteri del cervello sono ancora in gran parte da svelare.

Il cervello: solo uno straordinario computer?

Per comprendere la complessità del cervello può essere utile fare dei paragoni. All'inizio della rivoluzione industriale, a metà del XVIII secolo, divenne di moda paragonare il cervello a una macchina. In seguito, quando le centraline telefoniche divennero un simbolo di progresso, il cervello venne paragonato a una centralina in piena attività con un operatore che prendeva decisioni. Ora che i compiti più complessi sono affidati a computer, c'è chi paragona il cervello a un computer. Ma il paragone spiega a sufficienza come funziona il cervello?

Tra il cervello e un computer esistono significative differenze basilari. Il cervello è fondamentalmente un sistema chimico, non elettrico. All'interno di ogni cellula avvengono numerose reazioni chimiche, mentre un computer funziona in maniera completamente diversa. Inoltre, come osserva Susan A. Greenfield, "il cervello non è programmato da nessuno: è un organo che si autoorganizza spontaneamente". Un computer, invece, deve essere programmato.

I neuroni comunicano tra loro in maniera complessa. Molti neuroni reagiscono a 1.000 o più "input" sinaptici. Per comprendere quali conseguenze ha questo fatto, notate i risultati ottenuti da un neurobiologo che ha studiato una regione della base del cervello, posta dietro il naso e leggermente più in alto, per scoprire come facciamo a distinguere gli odori. Egli osserva: "Persino questo compito apparentemente semplice, che sembra una sciocchezza in paragone con il dimostrare un teorema di geometria o con l'apprezzare un quartetto d'archi di Beethoven, coinvolge circa 6 milioni di neuroni, ciascuno dei quali può ricevere 10.000 stimoli dai suoi simili".

Ma il cervello non è solo un insieme di neuroni. Per ogni neurone vi sono diverse cellule dette gliali. Queste, oltre a servire da sostegno strutturale, provvedono all'isolamento elettrico dei neuroni, combattono le infezioni e si uniscono per formare la cosiddetta "barriera ematoencefalica" che protegge il cervello. Secondo i ricercatori le cellule gliali potrebbero avere altre funzioni non ancora scoperte. "L'ovvia analogia con i computer di fattura umana, che elaborano informazioni elettroniche in forma digitale, potrebbe essere talmente incompleta da risultare fuorviante", conclude la rivista Thè Economist.

E ci resta da spiegare ancora un altro mistero.

Di cosa sono fatti i ricordi?

La memoria, che secondo quanto scrive Ri­chard F. Thompson nel libro II cervello è "il fenomeno più straordinario di tutto il mondo naturale", coinvolge vari sistemi cerebrali distinti. La maggior parte degli studiosi del cervello distingue fra due tipi di memoria: dichiarativa e procedurale. La memoria procedurale ha a che fare con capacità e abitudini, mentre quella dichiarativa implica l'immagazzinare dati. Il succitato libro sul cervello classifica i processi della memoria sulla base del tempo: c'è la memoria a brevissimo termine, che si conserva per circa 100 millisecondi; la memoria a breve termine, che permane per alcuni secondi; la memoria di lavoro, che conserva le esperienze recenti; e la memoria a lungo termine, che immagazzina le informazioni verbali e le capacità motorie che sono state ripetute molte volte.

Una possibile spiegazione della memoria a lungo termine afferma che essa trae origine dall'attività della parte anteriore del cervello. L'informazione selezionata per la memoria a lungo termine passa sotto forma di impulso elettrico a una parte del cervello nota come ippocampo. Qui un meccanismo chiamato potenziamento a lungo termine accresce la capacità dei neuroni di trasmettere messaggi. — Vedi il riquadro "Sinapsi e neurotrasmettitori".

Una teoria diversa sul funzionamento della memoria parte dall'idea che le onde cerebrali vi svolgano un ruolo fondamentale. I suoi sostenitori ritengono che le regolari oscillazioni dell'attività elettrica cerebrale, un po' come i colpi di un tamburo che scandisce il tempo, aiutino ad associare i ricordi e a coordinare l'attivazione di varie cellule cerebrali.

Per quanto molti dei misteri del cervello rimangano irrisolti, questo organo straordinario ci permette di pensare, meditare e richiamare alla mente le cose imparate. Ma come possiamo usarlo al meglio? L'ultimo articolo di questa serie risponde a questa domanda.

SINAPSI E NEUROTRASMETTITORI

Quando un neurone viene stimolato, un impulso nervoso viaggia lungo l'assone. Quando l'impulso raggiunge la terminazione dell'assone (il cosiddetto "bottone" sinaptico), fa sì che le minuscole vescicole sinaptiche che vi si trovano, ciascuna delle quali contiene migliala di molecole di neurotrasmettìtore, si fondano con la membrana dell'assone e liberino il loro carico di neurotrasmettitori nello spazio della sinapsi.

Attraverso un complicato sistema di chiavi e serrature, il neurotrasmettitore apre e chiude canali di accesso nel neurone successivo. Di conseguenza, particene dotate di carica elettrica entrano nel neurone bersaglio e vi provocano ulteriori modificazioni chimiche che generano un impulso elettrico oppure inibiscono l'ulteriore attività elettrica.

Quando la stimolazione dei neuroni e la conseguente liberazione dei neurotrasmettitori nello spazio sinaptico avvengono con regolarità si verifica un fenomeno detto potenziamento a lungo termine. Secondo alcuni ricercatori questo implicherebbe un avvicinamento dei neuroni. Secondo altri ci sarebbero le prove che il neurone bersaglio invia a sua volta un messaggio a quello da cui è arrivato l'impulso. Questo, a sua volta, provoca delle modificazioni chimiche tali che viene prodotta una quantità ancora maggiore di proteine perché fungano da neurotrasmettitori. A loro volta, queste rafforzano il legame tra i neuroni.

La modificabilità delle connessioni all'interno del cervello, la sua cosiddetta "plasticità", è all'origine del detto:

"Ciò che non si usa si perde". Pertanto, se si vuole ricordare una cosa è utile richiamarla alla mente spesso.

CAPACITA'  CARATTERISTICHE DELL'UOMO

Grazie a regioni cerebrali specializzate dette aree del linguaggio gli esseri umani sono dotati di eccezionali capacità di comunicazione. A quanto pare quello che vogliamo dire viene organizzato dalla regione dell'emisfero cerebrale sinistro nota come area di Wemicke (1). Questa è in comunicazione con l'area di Broca (2), che applica le regole grammaticali. Gli impulsi arrivano poi ad alcune vicine aree motorie che controllano i muscoli facciali e aiutano a formare dovutamente le parole. Queste aree, inoltre, sono connesse con il sistema visivo del cervello così che possiamo leggere, con il sistema uditivo così che possiamo udire, capire quello che gli altri ci dicono e agire di conseguenza, e — fatto non meno importante — con le banche dati della memoria, così che possiamo immagazzinare pensieri significativi. "Quello che davvero distingue gli esseri umani dagli altri animali", osserva una pubblicazione di carattere scientifico, "è la capacità di imparare un'incredibile varietà di comportamenti, fatti e regole, non solo in relazione agli oggetti fisici dell'ambiente in cui si trovano, ma soprattutto in relazione alle altre persone e a ciò che le spinge a comportarsi in un determinato modo". —Journey to thè Centres of thè Brain.

       Basato su: Susan A. Greenfield, Thè Human Mind Explained, 1996.

Assono

Fibra in grado di trasmettere segnali che collega i neuroni                         

Dendriti

Connessioni brevi e ramificate che collegano i neuroni

Neuriti

Prolungamenti del neurone simili a tentacoli. Sono fondamentalmente di due tipi: assoni e dendriti  

Neuroni

Cellule nervose. Nel cervello ce ne sono da una decina di miliardi a un centinaio di miliardi, e "ciascuna è collegata a centinaia, a volte migliala, di altre cellule"

Neurotrasmettitori

Sostanze chimiche che trasportano un segnale nervoso da un neurone all'altro attraverso il cosiddetto spazio sinaptico

Sinapsi

La giunzione attraverso la quale un neurone o un nervo trasmette un segnale ad un altro