Neurofisiologia del Cervello - Istituto Magistrale GB Vico

Neurofisiologia del Cervello
Gli studi condotti sul cervello hanno permesso di individuare alcune aree di quest’organo
che hanno funzioni specializzate, come l’area motoria in giallo, la corteccia
somatosensoriale in verde, l’area
visiva in rosso, quella uditiva in
azzurro e così via.
Ma la
neocorteccia oltre a presiedere
queste attività è sede di altri
fenomeni ben più complessi
come,
l’attenzione,
l’apprendimento e la memoria, il
comportamento istintivo e le
emozioni, la articolazione del
linguaggio.
(attenzione)
La risposta di “risveglio” ad uno
stimolo viene comunemente
detta attenzione. In questa
evenienza
qualsiasi
altra
sensazione viene interrotta. Questa inibizione sensoriale può avvenire a vari livelli a partire
dalla periferia (organo di senso) per finire nella corteccia dove la mancanza di sostanze
quali l’adrenalina alzano la soglia di alcuni neuroni. Viceversa nello stato di attenzione
queste sostanze abbassano tale soglia aumentando la sensibilità dellle cellule “stato di
attenzione”
(apprendimento e memoria)
L’apprendimento è il processo mediante il quale si acquisiscono nuove conoscenze e la
memoria e quello con il quale conserviamo nel tempo queste conoscenze. Apprendimento
e memoria sono dunque fondamentali per l’unicità di ciascun individuo. Nello studio della
memoria si deve distinguere la memoria a lungo termine da quella recente. E’ oramai
accertato che nella evocazione dei ricordi interagiscono tre processi: uno per gli eventi del
momento, un altro per quelli avvenuti in un tempo molto recente (ore o giorni) e un terzo
per i ricordi remoti ( mesi o anni). La memoria recente è spesso perduta nei traumi
cerebrali o nelle malattie nervose, quella remota è invece particolarmente resistente. W.
Penfield fu il primo che cercò di individuare l’area della corteccia interessata alla memoria.
Stimolando elettricamente alcune aree del cervello, osservò che talvolta tale stimolazione
produceva una risposta in cui il paziente descriveva un ricordo di un’esperienza passata.
Tali “ricordi” venivano ottenuti stimolando i lobi temporali. Durante la stimolazione il
paziente aveva l’impressione di rivivere l’esperienza che stava ricordando. Un particolare
ricordo può essere evocato stimolando un’area ben precisa del lobo temporale e l’evento
continua a svolgersi fintanto che perdura la stimolazione. La stimolazione di altre parti del
lobo temporale provocava in alcuni pazienti un cambiamento nell’interpretazione
dell’ambiente, per cui essi si sentivano estranei in un ambiente familiare, o al contrario
avevano la sensazione di familiarità di fronte ad eventi nuovi “fenomeno del già visto”.
Altro fenomeno che interessa la memoria è costituito dalla perdita di memoria per quegli
eventi che hanno preceduto un trauma o uno shock cerebrale “amnesia retrograda”.
L’asportazione parziale del lobo temporale a fini terapeutici dell’epilessia determina una
perdita della memoria recente e una incapacità di trasferimento dell’apprendimanto alla
memoria remota.
(linguaggio)
Il linguaggio è la capacità di comprendere la parola parlata e scritta e di esprimere concetti
con essa. Il linguaggio è nato e si è conservato perché si è dimostrato uno strumento di
comunicazione efficace soprattutto per concetti astratti. Si pensa che il cervello elabori il
linguaggio attraverso tre strutture che
interagiscono tra loro: un primo grande gruppo
di sistemi neurali che elabora le interazioni non
linguistiche tra il corpo e l’ambiente
(classificazione attraverso colori, forme o stati
emotivi) in questo modo vengono organizzati
oggetti, eventi e relazioni; un secondo gruppo di
sistemi neurali elabora le conbinazioni
fonemiche e le regole sintattiche per la
conbinazione delle parole e la costruzione delle
frasi, assembla forme di parole generando frasi
che verranno pronunciate o scritte; un terzo
gruppo di sistemi neurali che media tra i due,
riceve parole ed evoca dalla memoria eventi
corrispondenti. La zona cerebrale maggiormente correlata alla formazione di parole e frasi
sembra essere l’area 44 posta sopra il lobo temporale davanti alla scissura del Silvio e
detta area del Broca-Wernicke. La scoperta di tale area consolidò la teoria del fenomeno
della dominanza cerebrale secondo la quale negli esseri umani le strutture relative al
linguaggio si trovano quasi esclusivamente nell’emisfero sinistro (nella totalità dei destrorsi
e nel 75% dei sinistrorsi). La distruzione dell’area di Wernicke causata da una lesione
emorragica, traumatica, trombotica o tumorale provoca principalmente afasia motoria nella
quale il parlare è lento e le parole escono a fatica (afasia non fluente), in generale si ha
una compromissione del linguaggio parlato e della codificazione delle parole che tuttavia
vengono udite normalmente. Il tono è piatto, con lunghe pause fra le parole e con frequenti
errori di grammatica.
Nella soprastante immagine che si riferisce ad una serie di scansioni ottenute attraverso la
PET (tomografia ad emissione di positroni) si vede il cervello umano mentre esegue una
serie di compiti intelletivi associati a parole. Con la PET si vede il flusso ematico del
cervello che varia in base al compito che viene esegutio. Si nota nella prima scansione
l’area interessata nella visione delle parole e della loro associazioni a fenomeni od oggetti
colorati; nella seconda l’area motoria interessata alla pronuncia
delle parole e
all’assemblaggio delle frasi; nella terza area (area del Broca) quella dell’articolazione del
linguaggio. Nonostante le grandi possibilità nello studio dell’attività cerebrale date dal PET,
la profonda complessità dei fenomeni del linguaggio non permette di chiarire in modo
completo le interazioni tra le varie aree cerebrali, che in molti casi risultano ancora oscure.
(istinto ed emozioni)
Le emozioni hanno una doppia componente, una psichica ed una fisica. Ogni emozione
nasce da vari componenti come: la percezione di una sensazione, il sentimento che essa
genera, e la spinta all’azione. Da questo insieme di stati psichici nasce il cambiamento
fisico che mette in atto la risposta (accelerazione del battito cardiaco, aumento della
pressione sistemica, sudorazione etc.). Pare che tutte queste sensazioni, come pure il
comportamento sessuale e i bioritmi, si dipartono dal lobo limbico, da quella parte del
cervello reputata la più antica, e da
strutture ad essa associate come
l’amigdala e l’ippocampo.
(bioritmi)
Nell’uomo le fluttuazioni ritmiche ,come
l’attività di alune ghiandole, sono
regolate da una sorta di orologio
biologico localizzati nel sistema limbico.
Dopo una lesione di tale zona si sono
registrate anomalie del ciclo vegliasonno e di quello termico.
(comportamento sessuale)
L’accoppiamento è un fenomeno molto
complesso che si basa su una serie di
riflessi le cui basi comportamentali
(desiderio
sessuale,
coordinata
sequenza degli eventi) sono in gran
parte regolati dal lobo limbico e integrati poi a livello spinale. Nell’uomo qualche risposta
sessuale risulta congenita, ma molte funzioni sessuali sono encefalizzate e sono di
conseguenza condizionate da fattori psichici e sociali.
(paura e rabbia)
paura e rabbia sono emozioni molto affini. Le manifestazioni della paura consistono in
risposte quali la sudorazione, la dilatazione pupillare, il tremore e la ricerca continua di una
via di scampo che porta a ruotare la testa freneticamente da un lato all’altro. Le reazioni
alla rabbia sono simili se non altro per preparare l’individuo alla lotta qualora non trovi una
via di di fuga. Nell’uomo vi è equilibrio tra rabbia e il suo opposto, la placidità. Le cause più
irritanti in genere fanno perdere la calma, mentre quelle di poco conto vengono
normalmente trascurate. In alcune lesioni cerebrali che interessano alcuni nuclei
ipotalamici, anche un motivo futile può provocare eccessi di rabbia, così come delle lesioni
dell’amigdala producono una particolare placidità anche in seguito a stimoli
particolarmente irritanti.
(depressione)
Si è accertato che il cortisolo, un ormone secreto dalle ghiandole surrenali, è responsabile
del fenomeno della depressione e dello stress nell’uomo. Quando uno stress nervoso
stimola le aree indicate si ha una eccessiva liberazione di ACTH da parte dell’ipofisi. Tale
ormone stimola il surrene nella secrezione di cortisolo che di riflesso raggiunge alcuni dei
centri nervosi determinando lo stato di depressione caratterizzato da una alterazione del
tono emotivo, e della capacità di analizzare le informazioni e dare l’avvio ad azioni
specifiche.
(differenze sessuali a livello cerebrale)
L’influenza esercitata dagli ormoni sessuali nella fase di sviluppo del cervello determina le
differenze nelle attidudini cognitive di maschi e femmine. Le principali differenze legate al
sesso nella funzione intellettiva sembrano concentrarsi più che nell’intelligenza, nella
esplicazione di alcune attività. Gli uomini, in media, eseguono alcuni compiti di tipo
spaziale meglio delle donne; in particolare sono avvantaggiati nei test che richiedono di
immagginare un oggetto in rotazione o di manipolarlo. Superano le donne nel
ragionamento matematico e nell’orientamento
lungo un percorso. I maschi , inoltre, sono più
precisi nei test di abilità motoria diretta ad un
obiettivo esterno come la guida o la
precisione di mira. Le donne forniscono
prestazioni migliori rispetto agli uomini in
prove che richiedono la rapida identificazione
di somiglianze, hanno maggiore fluidità del
linguaggio in particolare la capacità di trovare
parole a cui venga imposto qualche vincolo.
Le donne superano inoltre gli uomini nel
calcolo aritmetico, nell’identificazione di
particolari e nell’esecuzione di lavori manuali
di precisione. Probabilmente il fatto che i due
sessi presentano tipi di abilità diversi riflette la
diversa influenza degli ormoni sullo sviluppo
del cervello, e in particolare sull’ipotalamo che
è in stretta connessione con l’ipofisi. E’ stato
infatti dimostrato che l’area preottica di questa
struttura è visibilmente più grande nel
maschio che nella femmina. Questo aumento
di dimensioni è promosso dalla presenza di
androgeni
nel
periodo
perinatale.
Omosessuali ed eterosessuali poi possono
anche fornire risultati diversi nei test cognitivi.
I maschi omosessuali, per esempio,
eseguono diversi compiti di tipo spaziale con
minore bravura dei maschi eterosessuali, di
contro risultano più abili di quest’ultimi nelle
prove di fluidità ideativa come elencare
oggetti di un dato colore. Gli effetti ormonali
possono comunque variare in base al
periodo di loro somministazione e dare quindi
risultati diversi. Privando, alla nascita, i maschi di testosterone o somministrando alte dosi
di estrogeni alle femmine, si ha una completa inversione del loro sviluppo cerebrale,
nonché di quei comportamenti legati al sesso. Le femmine si comportano da maschi e i
maschi da femmine. Un altro metodo per provare l’esistenza di differenze cerebrali fra i
due sessi è quello di esaminare e confontare le funzioni di particolari strutture cerebrali.
Tali studi hanno portato alla conclusione che i due emisferi coinvolti uno nel linguaggio e
l’altro nelle funzioni spaziali si presentano sviluppati in modo maggiormente asimmetrico
negli uomini che nelle donne. In ogni caso la scoperta di sostanziali differenze legate al
sesso conferma una evidente, ma complementare, diversità tra uomini e donne.
Invecchiamento cerebrale
e patologie mentali
In età avanzata il cervello umano va incontro ad alterazioni biochimiche perdendo
progressivamente efficienza, tuttavia queste alterazioni non sono una conseguenza
automatica della vecchiaia. Il più delle volte, negli anziani che perdono le loro funzioni
mentali, è una patologia specifica come l’Alzheimer o il morbo di Parkinson ad accelerare
il processo di invecchiamento cerebrale. In assenza di particolari patologie le alterazioni
biochimiche e strutturali del
cervello sono eterogenee e non
compromettono completamente la
funzionalità dell’organo. Talune
aree cerebrali sono più soggette
di altre a queste alterazioni ed
inoltre bisogna tenere presente
che l’epoca di insorgenza, l’entita
e il tipo di alterazione varia da
soggetto a soggetto. In linea
generale
si
può
affermare
comunque che gran parte di
queste modificazioni strutturali e
biochimiche si instaurano tra i 50
e i 60 anni, alcune di esse si
accentuano dopo i 70 anni. I
maggiori cambiamenti strutturali
sono dovuti alla perdita di un certo numero di neuroni che come è noto dopo la nascita
non proliferano più. Tale perdita non è però uniforme. A quanto pare pochi neuroni
scompaiono dalle aree ipotalamiche, molti invece nelle zone del tronco cerebrale (la figura
mostra le aree più direttamente interessate alla perdita cellulare). Come si può notare
varie parti del sistema limbico interessate all’apprendimente, alla memoria e all’emotività
subiscono in diversa misura la perdita di neuroni. Anche quando i neuroni stessi
sopravvivono i loro prolungamenti possono comunque atrofizzarsi. Le alterazioni dei
neuroni non sono comunque necessariamente distruttive. Nei neuroni superstiti, si è infatti
notato, il tentativo di supplire alla perdita dei primi con un netto accrescimento dei loro
dendriti instaurando altre connessioni e quindi una nuova rete neuronale. Oltre ai
cambiamenti morfologici i neuroni presentano cambiamenti nella loro architettura interna. Il
citoplasma può riempirsi di ammassi neurofibrillari di natura proteica e dare effetti come la
demenza (Alzheimer) o riempirsi di granuli contenenti sostanza lipidiche. Anche le aree
extracellulari soprattutto della corteccia si riempiono di particolari corpiccioli sferici
(depositi amiloidi o placche senili) di cui non si conoscono però gli effetti. Una tra le più
accreditate teorie sull’invecchiamento cerebrale sostiene che il processo è dovuto al fatto
che le cellule dell’organismo e soprattutto i mitocondri in esse contenuti, accumulano col
tempo difetti nel loro DNA. Ad un certo punto il gran numero di errori limiterebbe la
quantità e la qualita di certe proteine essenziali per la cellula e la scomparsa delle strutture
mitocondriali con grave alterazione in quest’ultimo caso del metabolismo energetico. In
definitiva i risultati ottenuti da varie ricerche in merito alla senescenza cerebrale fanno
intendere che una lieve o moderata diminuzione della memoria o della velocità di
elaborazione intellettiva è correlata ad una fisiologica variazione anatomica che
accompagna la vecchiaia. La demenza senile intesa come alterazione profonda delle
funzionalità cerebrali, sembra derivare da alterazioni più gravi a carico dei neuroni e dei
circuiti nervosi determinate dall’instaurarsi o dal persistere di stati patologici che
sovvertono i processi biochimici cellulari.