IL NOSTRO CERVELLO UNA MERAVIGLIA

IL CERVELLO - LA MERAVIGLIA

Gli antichi Egizi non attribuivano una grande importanza alla materia cerebrale poiché pensavano che la coscienza risiedesse nel cuore e non nel cervello. Questa visione, condivisa pure da Aristotele e dal suo retaggio medievale, portò all'elaborazione di un processo che prevedeva l'estrazione del cervello di un sovrano defunto attraverso le cavità nasali prima della fasciatura del cranio con dei tessuti.

Addirittura in seguito alla creazione dell'opinione comune che colloca la sede del pensiero nella testa, si riteneva che l'elemento imprescindibile non fosse il cervello, bensì gli spazi vuoti al suo interno, i ventricoli, in cui volteggiavano gli spiriti effimeri. E nel 1662, il filosofo Henry More affermò con scherno che il cervello "non mostra maggiore capacità di pensare di un dolce allo strutto o di una scodella di cagliata".

Nello stesso periodo, il filosofo francese Renato Cartesio codificò la separazione del pensiero cosciente dalla massa fisica del cervello, introducendo così un "dualismo" che per diversi secoli esercitò una rilevante influenza sulla scienza occidentale e che ancora oggi alimenta quel credo popolare, non condiviso tuttavia da gran parte dei neuroscienziati,
secondo il quale la mente è considerata una qualità magica e trascendente.

Il primo a suggerire che non era solo il cervello a essere la sede della mente, ma che ogni sua parte attivava specifiche funzioni cognitive, fu Thomas Willis, un contemporaneo di Cartesio reputato da molti il padre della neurologia. Curiose furono poi le applicazioni di questa nozione messe in atto dai frenologi di inizio Ottocento, i quali proposero che le inclinazioni comportamentali potevano essere dedotte toccando le prominenze del cranio, formate dalle spinte del cervello in quei punti in cui si era più sviluppato. Calchi di gesso delle teste di condannati giustiziati venivano esaminati e comparati con un modello allo scopo di determinare se una specifica protuberanza potesse essere associata con certezza a un comportamento criminale particolare.

Nonostante la sua non scientificità eccessiva addirittura per quel periodo, la frenologia fu sorprendentemente presciente, almeno fino a un certo limite. Soprattutto nello scorso decennio, le tecnologie avanzate impiegate per scattare delle istantanee del cervello in attività hanno confermato che funzioni specifiche hanno luogo in zone precise: l'"indirizzo" neuronale in cui si ricorda, ad esempio, un numero di telefono è diverso da quello in cui si richiama alla mente il viso di una persona, il quale può coinvolgere diversi circuiti se appartiene a un conoscente o al proprio miglior amico.

Eppure è sempre più chiaro che le funzioni cognitive non possono essere posizionate nel cervello come città su una cartina geografica. Un preciso compito mentale può interessare una rete complessa di circuiti, che interagiscono con altri secondo livelli mutevoli in tutto il cervello, come strumenti di un'orchestra sinfonica che uniscono il tono, il volume e la risonanza per creare un particolare effetto musicale.

Corina e il suo cervello
In una sala operatoria del centro medico di UCLA (University of California Los Angeles), Corina Alamillo è distesa sul fianco destro. Un cuscino è infilato tra la guancia e una morsa di acciaio fissata alla fronte che le mantiene la testa perfettamente immobile. È un'assistente medica di circa trent'anni dagli occhi scuri, con ciglia folte e un viso tondo e ampio.

Dall'altro lato di una tenda di carta sterile blu, due chirurghi sono impegnati a lavorare su un'area del cervello di Corina grande quanto un piattino da caffè, che luccica come madreperla e pulsa delicatamente al ritmo del battito cardiaco. Sulla superficie dell'organo, una filigrana di arterie apporta sangue alla regione controllata minuziosamente e urgentemente dai chirurghi: si tratta di una parte del lobo frontale sinistro indispensabile per la vocalizzazione. A lato, il bordo smussato e nero di un tumore, minaccioso quanto una tempesta.

Il compito dei chirurghi è quello di asportarlo, senza compromettere le capacità comunicative della paziente. Per compiere questa operazione, è necessario che Corina sia cosciente e reattiva durante l'inizio del processo, iniziato da un'anestesia che ha permesso di rimuovere un pezzo del cuoio capelluto e del cranio e di piegare all'indietro la membrana protettiva sottostante. Grazie a questo procedimento, i chirurghi sono ora in grado di agire sul cervello, privo di recettori del dolore.

"Svegliati tesoro" dice un'altra dottoressa seduta accanto a Corina sotto la tenda di carta. "Sta andando tutto bene. Riesci a parlare?" La ragazza muove le labbra e tenta di rispondere cercando di superare la fitta nebbia dell'anestesia.
"Ciao" sussurra.

Il colore rosso intenso del tumore è così evidente che un profano riuscirebbe a distinguerlo pure se stesse dietro al chirurgo. È questo il colore del tessuto che circonda il cervello di Corina, un bolo di grasso e proteine di un chilo e 400 grammi simile a un casco, rugoso come una spugna e con la consistenza del latte cagliato.

Il cervello di Corina è quanto di più bello possa esistere al mondo, addirittura più bello di Corina stessa, poiché le permette di percepire la bellezza, di avere una personalità e, soprattutto, di essere consapevole dell'esistenza. Ma com'è possibile che questa mera materia componga la mente? Come fa questo ammasso di carne a porre in essere la comprensione della domanda del dottore e la capacità di dare una risposta? Attraverso quale sublime processo l'energia elettrochimica si trasforma nella sua speranza che tutto si concluda per il meglio o nella sua apprensione per i due figli nel caso in cui l'operazione non andasse a buon fine?

Come viene creato il ricordo di lei che stringe la mano della madre nella stanza d'ospedale mezz'ora fa o in un parcheggio di un supermercato 20 anni prima? Sono tutte domande che sono già state poste, o quasi. Tuttavia, negli ultimi anni, nuove potenti tecniche che hanno permesso di rilevare i centri dei pensieri, delle emozioni e del comportamento stanno rivoluzionando il modo in cui comprendiamo la natura del cervello e della mente che crea.

L'apertura nel cranio fornisce uno scorcio della storia dei tentativi compiuti dalla mente di comprendere il proprio stato fisico. La zona nel lobo frontale accanto al tumore viene chiamata area di Broca, dall'anatomista francese Paul Broca, vissuto nel Diciannovesimo secolo. Fu uno dei primi scienziati a dimostrare definitivamente che, giacché non esiste un'unica sede del pensiero, funzioni e tratti cognitivi specifici vengono elaborati in regioni circoscritte del cervello.

Broca individuò l'area omonima studiando una vittima di infarto. Nel 1861, il dottore incontrò un paziente soprannominato "Tan", poiché "tan" era l'unica sillaba che era stato in grado di pronunciare nei 21 anni precedenti. Quando Tan morì, un'autopsia rivelò che una porzione del lobo frontale sinistro grande quanto una pallina da golf era stata liquefatta da un grave infarto avvenuto qualche anno prima.

Qualche anno dopo, il neurologo tedesco Carl Wernicke identificò un secondo centro del linguaggio in un'area più retrostante, nel lobo temporale sinistro. I pazienti che hanno subito un ictus o un qualsiasi altro danno che abbia interessato l'area di Wernicke sono in grado di parlare senza alcun problema, ma non riescono a comprendere la lingua e a formulare un discorso sensato.

Fino a poco tempo fa, i cervelli compromessi rappresentavano la miglior fonte di informazioni sulle origini della normale funzione cognitiva. La vista di un soldato della Prima Guerra Mondiale con una piccola ferita da proiettile dietro la testa poteva essere interessata, per esempio, da delle zone d'ombra, provocate da una lesione corrispondente nella corteccia visiva. È possibile che una persona vittima di un ictus veda il naso, gli occhi e la bocca di un altro individuo, ma non sia in grado di collocarli nella giusta posizione sulla faccia. Ciò dimostra che il riconoscimento facciale è una facoltà mentale discreta esercitata nella regione della corteccia danneggiata dall'ictus.

Negli anni Cinquanta, il neurochirurgo americano Wilder Penfield usò un elettrodo per stimolare direttamente alcuni punti del cervello di centinaia di pazienti epilettici coscienti durante le operazioni e scoprì che ogni parte del corpo era distintamente progettata su una striscia di corteccia sul lato opposto del cervello. Per esempio, il piede destro di un individuo rispondeva a uno stimolo su un punto della corteccia motoria di sinistra adiacente a un altro punto che avrebbe dato una risposta simile nella gamba destra. Lo stimolo di altre zone sulla superficie corticale avrebbe suscitato un gusto particolare, rievocato un chiaro ricordo d'infanzia o un pezzo di un brano ormai dimenticato.

I due chirurghi nella sala operatori di UCLA si preparano ad applicare la tecnica di Penfield sull'area di Broca del cervello di Corina. Si trovano già nella zona interessata, ma prima di rimuovere il tumore, devono trovare l'indirizzo esatto delle specifiche abilità linguistiche di Corina. Inoltre, il bilinguismo della paziente rende più delicata la situazione: i territori neuronali che governano il suo inglese e il suo spagnolo possono essere contigui o, ancor più probabile, parzialmente sovrapposti, visto che ha cominciato ad apprendere entrambe le lingue nei primi anni di vita. Susan Bookheimer, la neuropsicologa che parla a Corina sotto la tenda, prende una carta da un mazzo e gliela mostra, mentre Linda Liau, il capo chirurgo, le stimola il cervello con un elettrodo. Corina non percepisce nulla, perché le funzioni sono momentaneamente inibite in quel punto.

"Che cosa vedi tesoro?", le chiede la dottoressa. Stordita, Corina fissa la figura.
"Sassofono" sussurra.
"Brava!" risponde la dottoressa mentre scorre il mazzo di carte. L'elettrodo non ha stimolato un punto critico del linguaggio. Liau, quindi, sposta lo strumento di qualche millimetro e Bookheimer sceglie un'altra carta.
"Cos'è questo?"
"Unicorno".
"Bravissima. Y éste?"
"Casa".
"Y éste?"
Corina ha un attimo di esitazione. "Bicicleta?" risponde, ma non è una bicicletta, bensì un paio di corna. Quando sbaglia o fa fatica a riconoscere una figura di un oggetto comune, i dottori sanno di aver toccato un punto critico e lo contraddistinguono con un pezzettino di carta sterile, simile a un bigliettino.

Per il momento, è una procedura standard per la dottoressa Liau (sua madre è morta per un cancro al seno che si è esteso al cervello), che ha eseguito circa 600 operazioni simili, ma la mappatura del cervello di Corina sta per raggiungere una svolta. Ci sono una dozzina di persone nella sala operatoria, il doppio dello staff necessario per un intervento simile. Gli altri medici sono indispensabili per usare lo stabilizzatore ottico d'immagini (OIS), il cui impiego è stato sviluppato presso UCLA da Arthur Toga e Andrew Cannestra, uno dei chirurghi che sta assistendo Liau.

Una speciale fotocamera montata su una giraffa si sposta sul lobo frontale della paziente. Lo scopo di questo dispositivo è quello di registrare i minuscoli cambi di riflesso della luce sulla superficie del cervello ogniqualvolta Corina dà un nome alle figure che vede o risponde a semplici domande, come di che colore è l'erba o qual è l'animale che abbaia. Riflessi diversi individuano una variazione del flusso sanguigno, che a sua volta è indice dell'attività cognitiva in quel punto.

Quando Corina risponde "verde" o "cane", il modello preciso di circuiti neuronali che trasmettono nell'area di Broca e nei tessuti circostanti viene fotografato e inviato a un monitor posizionato in un angolo della sala. Da quel punto, l'immagine viene caricata istantaneamente in un supercomputer nel Laboratorio di Neuroimaging di UCLA, collocato in uno dei piani superiori, e viene aggiunta ad altre 50.000 scansioni di altri 10.000 individui, ottenute grazie a una gamma di tecnologie ottiche. In questo modo, Corina diventa una galassia in un universo di informazioni sul cervello umano in continua espansione.

"Il cervello di una persona è tanto unico quanto lo è la sua faccia" afferma, da dietro la mascherina, il dottor Toga, direttore del Laboratorio di Neuroimaging, che oggi osserva l'operazione. "Nonostante questa quantità d'immagini, diverse cose non sono ancora chiare. Ma analizzando migliaia di persone, potremmo essere in grado di avere più informazioni che ci diranno com'è organizzato il cervello".

La maggior parte delle immagini nell'atlante cerebrale di UCLA sono state scattate grazie a una tecnica innovativa chiamata risonanza magnetica funzionale (fMRI). Come l'OIS, l'fMRI controlla l'aumento del flusso sanguigno come misurazione indiretta dell'attività cognitiva. Sebbene non sia una tecnica precisa, l'fMRI è completamente non invasiva e può essere utilizzata per studiare le funzioni cerebrali non solo in pazienti come Corina, ma anche in coloro che riescono a trascorre pochi minuti nella cavità tubulare di una macchina MRI.

È stata impiegata per esplorare gli schemi del circuito neuronale di persone colpite da depressione, dislessia, schizofrenia e altre condizioni neurologiche ed è stata sperimentata sul cervello di centinaia di migliaia di soggetti occupati a eseguire compiti precisi, come muovere un dito di scatto, ricordare una faccia conosciuta, risolvere un dilemma morale, provare un orgasmo o confrontare i gusti di una Pepsi e di una Coca-Cola.

Ma come ha fatto il cervello ventottenne di Corina a produrre la sua mente? Che cosa può dirci la nuova scienza al riguardo? In termini di crescita cerebrale, la nascita a Santa Paula, una comunità agricola a circa 80 chilometri a nord di Los Angeles, è un non-evento. Al contrario, i nove mesi precedenti nell'utero materno furono un dramma neuroevolutivo di proporzioni epiche.

Quattro mesi dopo il concepimento, l'embrione che sarebbe diventato Corina stava producendo mezzo milione di neuroni al minuto. Durante le settimane successive, queste cellule migravano verso il cervello e altre destinazioni specifiche stabilite da caratteristiche genetiche e interazioni con i neuroni vicini. Durante il primo e il secondo trimestre di gravidanza, i neuroni iniziarono a espandersi e a collegarsi tra loro tramite dei tentacoli, creando così dei punti di contatto, o sinapsi, al ritmo di due milioni al secondo. Tre mesi prima del concepimento, il cervello di Corina era un'intricatissima giungla di connessioni, con un numero di cellule che non avrebbe mai più avuto, eccessivo sia per quando si trovava nell'utero, un ambiente privo di sfide dal punto di vista cognitivo, sia per quando sarebbe diventata adulta.

Successivamente, alcune settimane dopo la nascita, il processo si invertì: gruppi di neuroni competevano l'uno con l'altro per reclutare altri neuroni nell'espansione di circuiti con funzioni specifiche. I perdenti morivano uno dopo l'altro in un processo di selezione chiamato dagli scienziati "Darwinismo neuronale".

I circuiti sopravvissuti erano già parzialmente regolati per il nuovo mondo: alla nascita, Corina era già più predisposta al suono della voce materna rispetto a quello degli sconosciuti, alle filastrocche che poteva aver sentito nell'utero e forse ai gusti della cucina messicana di sua madre, che aveva assaporato in gran quantità nel liquido amniotico. L'ultimo senso non completamente sviluppato era la vista, ma anche in quelle condizioni, riusciva a riconoscere il viso della mamma a soli due giorni di vita.

Nei 18 mesi successivi, Corina era una macchina da apprendimento. Mentre i cervelli più maturi hanno bisogno di una specie di contesto (una motivazione, come un premio, per rivolgere l'attenzione su uno stimolo piuttosto che un altro) per imparare qualcosa, quelli dei bambini assorbono ogni cosa percepita dai loro sensi.

"Può sembrare che stiano semplicemente seduti a fissare cose, ma già dai primi momenti, i bambini nascono per andare alla ricerca di informazioni", afferma Mark Johnson, professore al Centre for Brain and Cognitive Development (Centro per lo Sviluppo Cerebrale e Cognitivo) presso Birkbeck, all'Università di Londra. Quando Corina esplorava un mondo nuovo, i circuiti neuronali che ricevevano continui stimoli sviluppavano connessioni sinaptiche più forti, mentre quelli che rimanevano inattivi si atrofizzavano. Appena nata, ad esempio, era in grado di sentire ogni suono di ogni lingua del mondo, ma, a mano a mano che le sillabe dello spagnolo (e in seguito dell'inglese) le entravano nelle orecchie, le aree del linguaggio del cervello diventavano più sensibili a quei suoni, a differenza di altri provenienti dall'arabo o dallo swahili, tanto per citarne alcuni.

Se c'è una parte del cervello dove ebbe inizio la concezione di sé della mente di Corina, questa si troverebbe nella corteccia prefrontale, una regione collocata appena dietro la fronte che si estende quasi fino alle orecchie, in cui i circuiti si sviluppano fin dal secondo anno di vita. Prima che la corteccia prefrontale diventi attiva, un bambino davanti allo specchio con una guancia sporca tenterà di pulire la sua immagine riflessa piuttosto che se stesso, perché non avrà capito che si sta specchiando.

Perciò, se Corina poteva riconoscersi allo specchio prima di compiere tre anni, sarebbe dovuto trascorrere un altro anno prima che capisse che l'immagine allo specchio persiste intatta nel tempo. In studi condotti da Daniel Povinelli e colleghi all'Università della Lousiana a Lafayette, alcuni bambini furono ripresi mentre giocavano e, durante il gioco, uno sperimentatore metteva di nascosto un grande adesivo tra i loro capelli. Quando il video venne mostrato ai bambini qualche minuto dopo, la maggior parte di quelli al di sopra dei tre anni si mise le mani tra i capelli per rimuovere l'adesivo, dimostrando di aver capito che gli individui nel video erano loro stessi, mentre i bambini più giovani non stabilirono una connessione.

Se, a tre anni, Corina avesse avuto un adesivo impigliato tra i capelli, ora non lo ricorderebbe. Il suo primo ricordo è l'eccitazione che provava a quattro anni quando andò al negozio con la madre a prendere un vestitino rosa di pizzo. La mancanza di ricordi su quello che è avvenuto prima è dovuta allo sviluppo incompleto del suo ippocampo, una parte del sistema limbico posta in una zona interna del cervello responsabile della memoria a lungo termine.

Ciò non significa che non esistano ricordi precedenti nella mente di Corina. Poiché suo padre se ne andò di casa quando lei aveva solo due anni, non può ricordare consapevolmente i momenti in cui si ubriacava e abusava della madre. Ma è probabile che le emozioni associate al ricordo siano accumulate nell'amigdala, un'altra struttura del sistema limbico nel cervello che potrebbe essere già operativa dalla nascita. Sebbene sia improbabile che i ricordi emotivi intensi impressi nell'amigdala siano accessibili a una mente cosciente, essi possono tuttavia influenzare il nostro modo di agire e percepire oltre la nostra consapevolezza.

Diverse aree del cervello si sviluppano in modi diversi a ritmi differenti durante l'infanzia e sicuramente la modellatura e la rifinitura del cervello di Corina nei primi mesi di apprendimento fu importante. Ma in base a studi recenti di imaging sui bambini condotti per alcuni anni presso UCLA e il National Institute of Mental Health (Istituto Nazionale di Salute Mentale) di Bethesda, nel Maryland, si è scoperto che appena prima della pubertà, avviene una seconda crescita repentina della materia grigia.