Un organo stupefacente che pesa circa 1.5 kg ed è formato da miliardi di piccole cellule è situato dentro la nostra testa. Esso ci consente di percepire il mondo attorno a noi, di pensare e di parlare. Il cervello umano è l‛organo più complesso dell‛intero corpo e, verosimilmente, l‛oggetto più complesso al mondo. Questo manuale serve da introduzione alla sua conoscenza. In questo manuale verranno descritte le nostre attuali conoscenze sul funzionamento del cervello e quanto ancora ci sia da imparare sull‛argomento. Lo studio del cervello ha coinvolto scienziati e medici di varie specialità, che vanno dalla biologia molecolare alla psicologia sperimentale, attraverso discipline quali l‛anatomia, la fisiologia e la farmacologia. Gli interessi condivisi hanno condotto ad una nuova disciplina chiamata neuroscienze – la scienza del cervello. Il cervello può fare molto ma non tutto.
E‛ costituito da cellule nervose – i suoi mattoni – che sono connesse fra loro in forma di reti. Queste reti sono in costante stato di attivazione elettrica e chimica. Il cervello può vedere e percepire. Può avvertire dolore e le sue reazioni chimiche lo aiutano nel controllarne gli spiacevoli effetti. Possiede numerose aree dedicate a coordinare i nostri movimenti al fine di espletare azioni complesse. Un cervello in grado di fare queste e molte altre cose non nasce completamente formato ma si sviluppa gradualmente: prenderemo in considerazione alcuni dei principali processi genetici coinvolti nel suo sviluppo. Il malfunzionamento di uno o più di questi processi, può causare condizioni quali, a esempio, la dislessia. Esistono inoltre somiglianze tra il modo in cui si sviluppa il cervello e i meccanismi che compaiono più tardivamente, responsabili delle modificazioni delle connessioni tra le cellule: si tratta di un processo definito plasticità neurale. Si ritiene che la plasticità stia alla base dell‛apprendimento e della memoria.
Il nostro cervello può ricordare i numeri telefonici e ciò che abbiamo fatto il Natale scorso. Purtroppo, soprattutto per un cervello che ricorda le ricorrenze familiari, non mangia e non beve. E‛ quindi un po‛ limitato. Ma subisce lo stress, come facciamo noi tutti, modificando alcuni meccanismi ormonali e molecolari che possono condurre ad un‛ansia eccessiva, come quella che provano molti di noi all‛approssimarsi di un esame. C‛è un momento in cui il sonno è importante, così gli lasciamo godere il riposo di cui necessita. Sfortunatamente, il cervello può anche ammalarsi o subire traumi. Nuove tecniche come gli elettrodi in grado di esplorare la superficie di una cellula, le immagini ottiche, le apparecchiature per le scansioni cerebrali e i chip al silicio contenenti reti neurali artificiali, stanno oggi cambiando il volto delle neuroscienze. Vi presenteremo queste novità considerando anche alcune delle loro implicazioni etiche e sociali.
Struttura di base Il sistema nervoso è costituito dal cervello, dal midollo spinale e dai nervi periferici. E‛ composto da cellule nervose, dette neuroni, e da cellule di sostegno dette cellule gliali. Esistono tre tipi principali di neuroni. I neuroni sensitivi sono associati a recettori specializzati per rilevare e per rispondere ai vari stimoli dell‛ambiente interno ed esterno. I recettori sensibili ai cambiamenti di luminosità e di suono o agli stimoli meccanici e chimici, sottendono le modalità sensoriali della visione, dell‛udito, del tatto, del gusto e dell‛olfatto. Quando stimoli cutanei meccanici, termici o chimici superano una data intensità, possono danneggiare i tessuti e attivare un‛insieme particolare di recettori, detti nocicettori, che innescano sia i riflessi di difesa che la sensazione di dolore.
I motoneuroni, che controllano l‛attività dei muscoli, sono responsabili di tutte le forme di comportamento, compreso il linguaggio. Interposti tra i neuroni sensitivi e i motoneuroni vi sono gli interneuroni che costituiscono il gruppo più numeroso (nel cervello umano). Gli interneuroni mediano i riflessi semplici ma sono anche implicati nelle funzioni cerebrali superiori. Le cellule gliali, a lungo ritenute avere una semplice funzione di sostegno dei neuroni, sono ora note per il loro importante contributo allo sviluppo del sistema nervoso e al suo funzionamento nell‛adulto. Benché molto più numerose, esse non trasmettono informazioni come i neuroni.
L‛architettura dei neuroni consiste in un corpo cellulare e in due serie di strutture addizionali dette “processi”. Una di queste strutture è costituita dagli assoni; il loro compito è quello di trasmettere l‛informazione da un neurone ad altri neuroni connessi con il primo. L‛altra struttura è costituita dai dendriti che hanno il compito di ricevere l‛informazione trasmessa dagli assoni di altri neuroni. Entrambe queste formazioni entrano a far parte di strutture di contatto specializzate chiamate sinapsi. I neuroni sono organizzati in catene complesse e reti che costituiscono le vie attraverso le quali l‛informazione viene trasmessa all‛interno del sistema.
Il cervello e il midollo spinale sono connessi ai recettori sensitivi e ai muscoli tramite lunghi assoni che formano i nervi periferici. Il midollo spinale ha due funzioni: è la sede dei riflessi elementari quali quello di estensione del ginocchio e di retrazione di un arto da uno stimolo calorico o puntorio, ma anche di riflessi più complessi costituendo una sorta di autostrada tra corpo e cervello sulla quale le informazioni viaggiano in entrambe le direzioni. La struttura di base del sistema nervoso è la stessa in tutti i mammiferi. Ciò che distingue il cervello dell‛uomo è la sua dimensione relativamente grande in rapporto a quella del corpo. Ciò è dovuto all‛enorme incremento del numero degli interneuroni nel corso dell‛evoluzione, che ha dato all‛uomo un‛incommensurabile capacità di risposta agli stimoli.
Anatomia del Cervello Il cervello è composto dal tronco encefalico e dagli emisferi cerebrali. Il tronco encefalico comprende il rombencefalo, il mesencefalo e parte del diencefalo (letteralmente “in mezzo ai due emisferi”). Il rombencefalo è un prolungamento del midollo spinale. Contiene reti neurali che costituiscono i centri di controllo delle funzioni vitali come quelli per la regolazione della respirazione e della pressione sanguigna. Tra le diverse reti neurali ve ne sono alcune la cui attività controlla tali funzioni. Dal tetto del rombencefalo si distacca il cervelletto, che gioca un ruolo centrale nel controllo della coordinazione motoria.
Il mesencefalo contiene vari nuclei di neuroni: tutti proiettano verso gli emisferi cerebrali, anche se ciascuno sembra usare in modo preferenziale un particolare tipo di messaggero chimico. Si ritiene che questi nuclei siano in grado di modulare l‛attività di altri neuroni posti in altri centri cerebrali superiori, in grado di mediare funzioni quali il sonno, l‛attenzione o il meccanismo di punizione-ricompensa. Il diencefalo, che si continua ancora anteriormente al tronco dell‛encefalo, comprende due aree pricipali, denominate talamo e ipotalamo: il talamo invia gli impulsi provenienti dai sistemi sensoriali alla corteccia che, a sua volta, invia messaggi di ritorno al talamo. Questa modalità di andata-ritorno delle connessioni cerebrali è molto interessante: l‛informazione non viaggia dunque in un sol senso.
L‛ipotalamo controlla svariate funzioni come la fame e la sete e regola anche il rilascio degli ormoni coinvolti nelle funzioni sessuali. Gli emisferi cerebrali comprendono una zona centrale, i gangli della base, e un ampio e sottile strato di neuroni circostante che forma la materia grigia della corteccia cerebrale. I gangli della base giocano un ruolo centrale nell‛avvio e nel controllo dei movimenti. Contenuta nello spazio limitato del cranio, la corteccia cerebrale è ripiegata molte volte su se stessa per fornire la superficie più vasta possibile allo strato neuronale. La corteccia è l‛area cerebrale maggiormente sviluppata nell‛uomo, quattro volte più che nel gorilla.
Viene suddivisa in molte aree più piccole, ciascuna distinguibile per diversità di strati e connessioni. Le funzioni di molte di queste aree sono note, come quelle dell‛area visiva, uditiva e olfattiva, o dell‛area sensitiva cui giungono le afferenze cutanee (detta area somoestesica) e di diverse aree motorie. Le vie che vanno dai recettori sensitivi alla corteccia e quelle dalla corteccia ai muscoli si incrociano. Per questo, i movimenti del lato destro del corpo sono controllati dalla parte sinistra della corteccia e vice versa. Allo stesso modo, la parte sinistra del corpo manda segnali sensitivi all‛emisfero destro cosicché, a esempio, i suoni che provengono dall‛orecchio sinistro raggiungono principalmente la corteccia destra. Ciò nonostante, le due metà del cervello non lavorano separatamente, in quanto la corteccia cerebrale destra e quella sinistra sono collegate da un largo fascio di fibre detto corpo calloso.
