Screen Shot 2017-03-30 at 23.17.37.pngAttorno al 350 a.C. Aristotele individua ancora nel cuore la sede del pensiero e delle emozioni, che farebbero ribollire il sangue e porterebbero ai comportamenti istintivi; lascia invece al cervello il solo compito di centrale di raffreddamento per il prevalere del pensiero razionale. Eppure già attorno al 400 a.C. Ippocrate, padre della medicina occidentale, aveva attribuito al cervello la maggior parte dei ruoli che gli diamo oggi. Per spiegarne i meccanismi si sono sviluppati nel corso del tempo vari modelli, ciascuno intriso della percezione del mondo tipica del periodo: fino a 300 anni fa si considerava il cervello come un macchinario idraulico, con Franklin si passò a un circuito elettrico e oggi, nel pieno dell’era digitale, vige l’analogia fra cervello e computer. In ogni caso è sempre bene tener presente che ogni modello supporta ma al contempo limita la nostra comprensione, e che ricorrere a diversi modelli ci permette di spiegare differenti aspetti del sistema studiato.

Introduciamo il sistema nervoso ricorrendo all’analogia del computer: attraverso dispositivi di input come il mouse e la tastiera immettiamo informazioni, che viaggiano attraverso cavi o circuiti fino a un’unità centralizzata per la processazione dei dati, e l’elaborato corre nuovamente attraverso cavi fino ai dispositivi di output quali monitor e stampante. Così i nostri recettori sensoriali captano informazioni che viaggiano nei nervi, i quali si riuniscono nel midollo spinale e raggiungono i centri superiori per la processazione (e.g. cervelletto, per la coordinazione motoria inconscia, e cervello). Il midollo appare esternamente più chiaro (sostanza bianca) in quanto qui viaggiano le informazioni in fibre rivestite da una guaina isolante di grasso che velocizza la conduzione, e internamente più scuro (sostanza grigia) dove avviene una prima elaborazione dei dati. A livello superiore la sostanza grigia va invece a costituire perlopiù la corteccia superficiale, fortemente ripiegata per ottenere una maggiore estensione e quindi maggiore capacità elaborativa. I dati in uscita viaggiano quindi nuovamente nel midollo spinale, e raggiungono muscoli e ghiandole (dispositivi di output).

cervello 1

Il metodo più immediato per studiare il cervello consiste nell’estrarlo dal cranio post mortem e nel guardarlo ad occhio nudo. In tal caso si maneggia un organo estremamente spugnoso e deformabile, in cui è facile distinguere visivamente la sostanza bianca profonda dalla grigia corticale, ripiegata in solchi (depressioni) e giri (protrusioni) ad arrangiamento simile nei diversi individui. Quest’osservazione permise di rilevare, a partire dal XIX secolo, una correlazione fra determinati disturbi cognitivi e lesioni corticali localizzate: si individuarono zone coinvolte in elaborazione e comprensione del linguaggio, riconoscimento dei volti e distinzione fra socialmente accettabile e inaccettabile.

Se una corteccia più estesa è capace di maggiore capacità di calcolo, giri più evidenti dovrebbero indicare una funzione locale più sviluppata. L’essere umano è prevedibile, e non passò molto tempo prima che incominciassero a sorgere le solite discussioni su chi ha più grosso cosa. Il culmine arrivò col lavoro di Gall, secondo cui dalla conformazione cranica si potrebbe inferire quella cerebrale e, conseguentemente, la personalità dell’individuo: sarebbe possibile fin dall’adolescenza individuare omicidi, stupratori e gentiluomini. Oggi si sa che gli aspetti di cranio e cervello sono indipendenti, e che anche la corrispondenza fra estensione corticale e capacità elaborativa, pur esistente, non è ancora chiara. Basti pensare al ritrovamento di un cervello completamente liscio che ha permesso una vita lunga al proprietario, sebbene conclusasi in un centro di salute mentale. Non bisogna poi pensare le funzioni come limitate a specifiche aree: una ventiquattrenne cinese ha scoperto di mancare completamente del cervelletto pur manifestando solo lievi disturbi della coordinazione.

Sul finire del 1800 lo sviluppo dell’impregnazione argentica ha permesso a Golgi e a Cajal di osservare microscopicamente il tessuto nervoso, rilevandone la fine struttura a rete per cui condivisero il Nobel. Ma un aspetto importante ha diviso nelle conclusioni i due ricercatori e ha condotto a scontri anche particolarmente accesi: Golgi affermava che il sistema nervoso è composto da un’unica rete senza soluzione di continuità, mentre Cajal sosteneva che esistono tanti moduli indipendenti chiamati neuroni. Oggi sappiamo che la cellula nervosa effettivamente esiste, e che simula le caratteristiche del sistema nervoso nel suo complesso: un albero dendritico riceve l’informazione e la invia al corpo cellulare che la processa (sostanza grigia), e l’output è inviato attraverso un lungo assone e trasmesso ad un altro neurone attraverso una sinapsi.

Ma come il tentativo di comprendere un’opera teatrale osservando e ascoltando uno solo degli attori è destinato a fallire, così non possiamo ridurre la mente al singolo neurone. Risulta qui utile pensare al cervello come a un formicaio, che ai nostri occhi manifesta un’attività spiegabile solo con un’intelligenza coordinatrice che guidi la formazione di ponti fra foglie (come nell’immagine di copertina) e l’assegnazione dei compiti secondo il bisogno. In realtà non esiste alcuna gerarchia: la formica regina ha solo ruolo riproduttivo, e l’attività complessa del formicaio è spiegabile interamente sulla base delle interazioni fra formiche e con l’ambiente. Allo stesso modo è una perdita di tempo cercare la ghiandola pineale di Cartesio, ovvero un neurone o una popolazione di neuroni a capo di tutto il cervello, ospitante l’informazione integrata e la capacità decisionale: la mente non è contenuta al centro del cervello allo stesso modo in cui le formiche non prendono ordini da un individuo pensante che abita il centro del formicaio. La mente è invece la manifestazione del pattern di attivazione dell’intero sistema nervoso, delle interazioni fra tutti i neuroni, e con questa considerazione potremmo affermare che quando Golgi descriveva una funzione emergente solo a livello dell’intera rete non sbagliava affatto.

Lo studio della rete cerebrale a livello delle interazioni fra neuroni è oggi possibile solo per insiemi limitati di cellule: il microscopio a scansione elettronica rileva fette sottili e molto ravvicinate del tessuto e poi le integra in un’immagine tridimensionale, mentre la tecnica del brainbow (cervello arcobaleno) fa esprimere ai singoli neuroni frazioni diverse di proteine fluorescenti blu, rosse e verdi e riporta una suggestiva immagine bidimensionale. L’unica specie la cui rete è stata mappata per intero è ad oggi il verme Caenorhabditis elegans, di cui comunque non comprendiamo ogni comportamento poiché, fra le altre considerazioni, sono importantissime anche le interazioni fra neuroni e cellule dette gliali. Possiamo inoltre notare che neuroni a funzione diversa presentano forma differente: molte ramificazioni brevi ricche di sinapsi permettono l’integrazione di una grande quantità di informazione, mentre un assone lungo oltre un metro invia rapidamente l’ordine motorio al muscolo senza che troppe sinapsi ritardino il segnale.

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Per la limitatezza degli strumenti a nostra disposizione non possiamo perciò mappare il cervello umano considerando i singoli neuroni. Sfruttando la colorazione di Nissl, che permette di osservare la forma del corpo cellulare, Brodmann all’inizio del ventesimo secolo disegnò una mappa citoarchitettonica della corteccia. L’imaging con tensore di diffusione, una risonanza magnetica che rileva la direzione dei fasci di connessione nel cervello, mostra che effettivamente queste aree presentano un maggior numero di connessioni interne rispetto al numero di proiezioni che inviano o che ricevono da altre aree. Sembra perciò che vi siano effettivamente popolazioni neuronali segregate incaricate di specifici compiti.

In realtà la risonanza magnetica funzionale, che nota l’incremento del flusso sanguigno nelle aree che aumentano la propria attività, propone dati che propendono verso un’elaborazione più diffusa. Accanto alla segregazione risulta perciò fondamentale l’integrazione, permessa da quelle poche ma importanti connessioni che collegano moduli lontani, e che sono bersagliate dagli anestetici generali allo scopo di ridurre lo stato di coscienza.

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Le connessioni fra moduli sono inoltre perlopiù bidirezionali, a minare ancora una volta il modello gerarchico e a rendere conto, in quanto formano rientri del segnale, dell’esistenza di pattern di attivazione endogeni che permangono in assenza di stimolazione esterna: pattern in continuo cambiamento ma non per questo casuali, come quelli osservabili nelle onde del mare che si scontrano con la scogliera. Fluidi e imprevedibili potrebbero essere la materia di cui sono composti i sogni, o la sorgente del flusso di coscienza. Qualcun altro sostiene invece che in questi motivi incomprensibili si annidi il fondamento di ciò che chiamiamo libero arbitrio: l’attivazione pregressa sarebbe infatti fondamentale quanto l’input per determinare l’output, e con un pattern endogeno mutevole ogni input si proietterebbe in un universo di possibilità.

C’è ancora molto da dire, e ancora di più da scoprire. Il concetto importante da fare proprio è che anche quando funzione e forma sembrano appartenere a due piani di esistenza diversi, come accade nello studio di mente e cervello, gettare luce sull’uno permette di allontanare le ombre anche dall’altro.

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