Come funziona il cervello?

Come riusciamo a vedere, immaginare, creare o più semplicemente a leggere queste parole e a capirne il significato? Se non fosse che è scienza sarebbe facile chiamarla magia…

E’ difficile impostare un argomento del genere perché non esiste un inizio e una fine che ne permettano una trattazione lineare. La funzione del cervello è il risultato di un continuo sovrapporsi di miliardi di attività neuronali che gestiscono informazioni interne e stimoli esterni che non cessano praticamente mai, nemmeno nel sonno. Essendo questo è un articolo scritto potremmo iniziare cercando di capire come fate a leggere e a capire le parole, tralasciando il fatto che abbiate frequentato la scuola dell’obbligo e quindi padroneggiate la lingua italiana… Ma che succede quando posiamo lo sguardo su un testo? L’immagine che rientra nel campo visivo dei vostri occhi viene trasdotta in un segnale elettrico dai fotorecettori presenti dalla retina e trasmessa dal nervo ottico a stazioni di elaborazioni successive che culminano nelle aree visive del cervello, le quali poi comunicano con altre aree percettive ed infine con l’area di Dejerine, centro corticale per la comprensione del linguaggio scritto, dove le informazioni arrivate dall’occhio vengono fatte corrispondere a dei significati arbitrari immagazzinati nella memoria a lungo termine. Tutto chiaro?

Quello della comprensione del linguaggio è un esempio valido per riassumere l’iter generale che sta alla base del meccanismo globale: un’informazione viene raccolta dal mondo esterno (ma anche dall’interno), il cervello la interpreta ed elabora un’eventuale risposta adeguata. Cos’è un’informazione? Sostanzialmente è energia che interagisce con noi e viene trasdotta dai nostri apparati recettoriali dedicati, comunemente chiamati sensi:

  • Somestesia -> è la sensibilità raccolta da diversi tipi di recettori meccanici che si trovano nella cute, nei muscoli e nelle articolazioni; comprende il tatto, la propriocezione, il dolore e il senso termico.
  • Udito -> il suono è una vibrazione, una compressione e rarefazione dell’aria che siamo in grado di percepire grazie ai meccanocettori presenti nell’orecchio.
  • Gusto -> è una sensazione che scaturisce dall’interazione di particolari molecole chimiche con i calici gustativi presenti sulla lingua (e non solo).
  • Olfatto -> anche questo senso è dovuto all’interazione tra molecole chimiche e recettori, in questo caso posizionati nell’epitelio olfattivo della volta della cavità nasale.
  • Vista -> L’intervallo di luce compreso tra i 400nm e i 700nm (lunghezza d’onda) è tutto quello che riusciamo a vedere dello spettro elettromagnetico.

I sensi non sono altro che il nostro modo di percepire il mondo. Se vi state domandando se quindi esistano altri tipi di energia che non siamo in grado di percepire perchè non ne abbiamo i mezzi sappiate che non siete i soli. Gli input raccolti dai recettori delle varie modalità sensoriali convergono nel sistema nervoso attraverso grandi autostrade che si diramano dentro il nostro corpo, i nervi, e raggiungo i centri superiori deputati alla loro analisi.

Le informazioni condotte dai nervi attraversano diverse stazioni di controllo prima di raggiungere il cervello e in queste sedi intermedie i segnali vengono puliti ed elaborati in modo da facilitarne la percezione. Esempio? Una sensazione tattile, come quella evocata da una coccinella che ci cammina sul palmo della mano, viene percepita da una popolazione di recettori specializzati, chiamati meccanocettori, cui sono collegate fibre nervose che risaliranno il braccio e la spalla fino a raggiungere i gangli della colonna spinale, dove troviamo il corpo del primo neurone della via, il quale ritrasmette l’informazione tramite una proiezione che ascende nel midollo spinale e raggiunge il tronco encefalico, più precisamente il Bulbo, dove troviamo il secondo neurone. Questo neurone proietta al Talamo, una formazione del Diencefalo, dove troviamo l’ultimo neurone che diffonde l’input ricevuto alla corteccia telencefalica di competenza dove l’informazione raggiunge il livello di “coscienza”, cioè dove noi ne abbiamo la percezione. Com’è evidente i segnali inerenti la coccinella hanno attraversato tre stazioni differenti prima di raggiungere la sede finale di analisi (la corteccia),

Ricapitolando abbiamo un’informazione raccolta dal mondo esterno che viene convogliata al cervello seguendo un percorso ben delimitato, anche se cervello è un termine poco adeguato per questa trattazione in quanto indica l’insieme di diencefalo e telencefalo, mentre noi faremo riferimento al solo telencefalo, il centro nervoso sede dei processi più evoluti di elaborazione dell’informazione.

Il telencefalo è la parte più sviluppata del nostro encefalo (che è la parte di sistema nervoso accolta nella scatola cranica) e risulta diviso in lobi, delimitati da scissure.

Dal punto di vista strutturale è invece divisibile in strati che dall’esterno all’interno sono la sostanza grigia (corteccia), la sostanza bianca e i nuclei della base.

La corteccia non è omogenea in tutta la sua estensione e la sua citoarchitettura varia di regione in regione, tanto che il neurofisiologo Korbinian Brodmann operò una suddivisione tutt’ora utilizzata per identificare le diverse aree, numerate dall’1 al 47:

 

La nozione più importante che dobbiamo ricavare da questa noiosa introduzione è che esiste una divisione dei compiti nella corteccia per cui diverse aree svolgono funzioni diverse, anche se è sbagliato parlare di compartimentalizzazione in quanto le connessioni, e quindi le collaborazioni, tra diverse aree della corteccia, e tra i due emisferi che compongono il telencefalo, sono davvero notevoli. In base alla funzione possiamo suddividere le aree della corteccia in:

  • Aree sensoriali: ricevono e analizzano le informazioni sensoriali delle diverse modalità (visione, gusto, tatto, dolore ecc)
  • Aree motorie: elaborano e applicano comandi motori che vanno a controllare i muscoli del corpo
  • Aree associative: integrano informazioni di diverse modalità ed associano l’input sensoriale all’output motorio. Sono la sede delle nostre capacità intellettive più evolute come il pensiero, la coscienza e la memoria.

Adesso che conosciamo gli elementi che costituiscono il sistema vediamo come interagiscono tra loro:

  1. Un’area sensoriale primaria riceve informazioni riguardo uno stimolo di competenza: l’input di un oggetto che entra nel nostro campo visivo viene inviato all’area visiva primaria della corteccia.
  2. Lo stimolo viene inoltrato ad aree sensoriali di ordine superiore affinchè ne vengano analizzati tutti gli aspetti, ma sempre della stessa modalità: dell’oggetto in questione vengono analizzati i dettagli morfologici, il movimento ed il colore in aree vicini all’area visiva primaria.
  3. Le info visive vengono trasmesse alle aree associative, aree in cui convergono input di varie modalità affinchè si ottenga un quadro completo delle caratteristiche dell’oggetto di interesse: oltre agli aspetti visivi analizzati nel punto 2 queste aree ricevono info sull’eventuale suono, odore, sapore e sensazione tattile di quell’oggetto. L’aspetto più affascinante di questo processo è la capacità del sistema nervoso di prendere informazioni diverse, provenienti e analizzate da strutture anatomiche diverse, ed integrarle come appartenenti allo stesso oggetto (nonostante nel campo visivo compaiano centinaia di oggetti diversi). Se l’oggetto osservato avrà un qualche tipo di significato emotivo verrà evocata anche una risposta congrua.
  4. Viene pianificato un piano d’azione a seconda delle nostre intenzioni sull’oggetto in questione; dopo averlo identificato grazie all’area associativa posteriore, la nostra area associativa anteriore elabora il da farsi (valutando anche le conseguenze dell’azione scelta!) ed in base al nostro scopo costruirà un piano d’azione per azionare i muscoli adatti allo svolgimento del compito stabilito.
  5. Le intenzioni vengono trasformate in movimenti del corpo ad opera delle aree motorie: in queste aree troviamo neuroni che emettono le proiezioni, ovvero i comandi finali, che andranno ad influenzare i motoneuroni che gestiscono i vari muscoli del corpo. L’azione finale oltre ad essere “messa in atto” viene anche valutata ed in caso di necessità rielaborata e migliorata.

Va precisato che i cinque punti appena esposti non rendono giustizia alla complessità e alle capacità di calcolo che si celano dietro all’intero processo, ma in fondo abbiamo ancora tanto da scoprire sull’argomento. Per non parlare della coscienza, del pensiero, della creatività e di altre funzioni squisitamente umane. Questi processi superiori sono al centro degli interrogativi della neurofisiologia moderna che tuttavia non riesce ancora a rispondere con precisione. Come mai nel mondo animale solo l’uomo ha sviluppato certe funzioni intellettive? Tralasciando speculazioni filosofiche o religiose la risposta più attendibile è da ricercare nell’evoluzione: la corteccia infatti non ha la stessa origine filogenetica in quanto presenta parti più antiche di altre:

  • Archipallio: corrisponde all’ippocampo, che ha un ruolo nella memoria e nell’orientamento spaziale
  • Paleopallio: corrisponde al lobo olfattivo
  • Neopallio: corrisponde al 90% della corteccia ed è sede delle funzioni di apprendimento, linguaggio e percezione

E’ evidente che il nostro cervello si è evoluto passando da funzioni più basse, cioè più istintive, a funzioni più intellettive (a cui nell’homo sapiens è dedicata la parte più voluminosa della corteccia). Come si è intrapresi questo sentiero evolutivo? Forse per errore, come una mutazione che si è rivelata tuttavia vantaggiosa, o forse perché la lotta per la sopravvivenza ha guidato la spinta evolutiva verso lo sviluppo dell’organo che sarebbe stato più utile alla causa… Quanto è curioso il fatto che il cervello stia indagando su se stesso (e non riesca a darsi la risposta)?