LE CONNESSIONI DEL CERVELLO

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1 LE CONNESSIONI DEL CERVELLO Nell'evoluzione umana, la domanda irrisolta che ha affascinato e interessato così tante persone nei secoli è il concetto di mente e la sua relazione con il cervello umano. Con gli avanzamenti sempre più veloci della scienza, nuove tecniche stanno emergendo in modo che possiamo capire meglio dove e cosa è la mente. La ricerca sul cervello e sul sistema nervoso centrale sta cominciando a dare degli indizi sulle nostre domande ancestrali sulla mente e sull'esistenza. Per esempio, fino a poco tempo fa, gli scienziati erano molto pessimisti circa la possibilità di modellare il cervello attraverso la conoscenza e l'esperienza. Questo è comprensibile, poiché consideravano le. cellule del cervello e del midollo spinale incapaci di duplicarsi. Però, recentemente, la ricerca ha scoperto che nuove cellule cerebrali sono prodotte in esseri umani adulti (Erikson, 1998). E stato anche detto che il cervello umano è cablato, cioè è impossibile che cambi. E vero in parte che il cervello è cablato, ma la ricerca nell'ultimo decennio ha dimostrato che non è così cablato come pensavano gli scienziati. Se ciò è vero, allora il modello operativo del cervello che abbiamo può essere fondamentalmente limitato. Con l'avanzare della genetica, è anche stato suggerito che i nostri geni preordinano il nostro potenziale come esseri umani. In un certo senso questo è vero. Ma ancora una volta gli scienziati stanno per riconoscere che come e cosa possiamo diventare può non dipendere dalle nostre predisposizioni genetiche. Questo apre la porta all'esame di quale può essere il nostro potenziale come esseri umani. Come possiamo cominciare ad esplorare le frontiere dei nostri limiti? Che cosa dice la ricerca scientifica più avanzata circa la capacità di modellare il nostro cervello? C'è forse un briciolo di dati che supporti l'idea che gli esseri umani possano evolversi oltre il loro stato attuale? Come fa il cervello ad imparare? RATTI CHE IMPARAVANO MEGLIO DI ALTRI Il nostro successo evolutivo è basato sulla nostra capacità di imparare. Per esempio, gli scienziati hanno fatto esperimenti con dei ratti di laboratorio isolandoli in tre ambienti diversi. Nel primo ambiente, un ratto è stato messo da solo senza alcuna interazione con altri ratti, con stimoli limitati, cibo e acqua. Nel secondo ambiente, un ratto è stato messo in un gruppo di laboratorio standard con una ruota girevole e altri due ratti. Il terzo ambiente fu chiamato un "ambiente arricchito". Era una gabbia larga con una varietà di giocattoli, altalene, tunnel e altri oggetti per fare attività. Alla fine dell'esperimento, parecchi mesi dopo, i cervelli dei ratti furono rimossi chirurgicamente ed esaminati nei dettagli microscopici. Quando gli scienziati esaminarono i ratti dell'ambiente arricchito, notarono un significativo aumento nel peso del loro cervello, un aumento del numero totale di neuroni comparato ai cervelli degli altri gruppi di controllo, e un apprezzabile aumento dei neurotrasmettitori cerebrali, che è direttamente proporzionale al numero di connessioni sinaptiche tra i neuroni. Perciò, l'ambiente arricchito aveva arricchito lo sviluppo dei neuroni e le loro connessioni nella corteccia cerebrale (quella zona del cervello responsabile dell'intelligenza e della creatività). Figura 1 1

2 Esaminando ulteriormente i cervelli del gruppo arricchito, gli scienziati osservarono un aumento nel numero di spine dendritiche, che sono i punti di attracco lungo i dendriti a cui si connettono altre cellule nervose (vedi figura 1). Per riassumere: l'ambiente arricchito ha causato la crescita addizionale di neuroni come pure un aumento delle connessioni sinaptiche nel cervello dei ratti che hanno avuto più esperienze nuove e improvvisate. La maggior varietà di esperienze perciò ha arricchito le connessioni sinaptiche del cervello. Lo stimolo ambientale effettivamente fece crescere il cervello dei ratti e, in studi simili, ratti di ambienti arricchiti vissero più a lungo dei ratti degli altri gruppi di controllo. Il processo di allacciare ulteriori connessioni nel cervello quale risultato di stimoli ambientali è lo stesso anche per gli esseri umani. Poiché la nostra corteccia cerebrale è più vasta, il processo è aumentato in modo esponenziale. In parole povere, l'aumentato volume cerebrale significa un numero maggiore di neuroni, che significa un maggior numero di potenziali connessioni ed una maggior propensione ad imparare. DUE MODI DI IMPARARE Negli esseri umani, le connessioni sinaptiche sono formate in due modi durante la vita. Il primo modo è nell'incamerare dati da memorizzare. Chiamerò questo il metodo di testo per fare le connessioni. Il secondo modo è tramite l'esperienza emotivo-sensuale. L apprendimento da un testo avviene quando leggiamo un libro o ascoltiamo una lezione. Quando capiamo un nuovo concetto, l'informazione è immessa nel cervello attraverso la connessione di neuroni in questi punti sinaptici. Ogni volta che impariamo e identifichiamo qualcosa a memoria, si forma una connessione sinaptica che aumenta la consapevolezza di ciò che stiamo imparando. Ad esempio, se dovessimo leggere un libro su come allevare i cocker spaniel, potremmo ottenere informazioni sulla razza, il suo profilo genetico e la personalità del cane, quanto può vivere, la sua dieta e la cura della sua salute. Usiamo il nostro intelletto per apprendere le informazioni come mattoni per costruire, usando pezzi individuali per fare un quadro completo. Ogni volta che impariamo qualcosa di nuovo sui cocker spaniel, si formano nuovi modelli di connessioni con i neuroni attigui. Poiché questo processo di apprendimento avviene nel cervello, un vasto numero di neuroni si connette con altri neuroni vicini m una formazione a grappolo. Questo processo di integrazione comincia a sviluppare una ramificazione neurologica. Per semplicità la chiameremo rete neurale. Una rete neurale è composta da migliaia di milioni di neuroni che si sono connessi individualmente gli uni con gli altri attraverso il processo di apprendimento (vedi figura 2). Le reti neurali del cervello sono categorìzzate o comparti-"mentalizzate" dalla materia che abbiamo imparato. 2

3 L ingrediente chiave nel fare queste connessioni (Perché esse siano ricordate) è il focus (N. d. T: focalizzazione). Senza la completa attenzione del cervello su ciò che si sta facendo nel momento presente, il cervello attiva una serie di altre reti neurali che lo possono distrarre dalla sua intenzione originale. Senza concentrazione focalizzata, perciò, le connessioni nervose non avvengono e la memoria non è immagazzinata. La normale stimolazione dovrebbe far crescere nuovi circuiti nervosi, ma se non si presta attenzione alla stimolazione, allora le connessioni nervose non si sviluppano come dovrebbero. Il professor Mìchael Merzenich dell'università della California a San Francisco è il migliore ricercatore sulla plasticità del cervello, l'abilità del cervello di creare nuove connessioni sinaptiche. Egli ha osservato che il cervello si imprime e si modella solo quando si fa attenzione alla stimolazione. Ad esempio, mettiamo che ora, mentre state leggendo questo articolo, la vostra attenzione sia completamente occupata. Fermatevi un momento e ascoltate i rumori attorno a voi. Mentre stavate leggendo, la vostra attenzione ha "abbassato il volume" degli altri stimoli esterni e voi non eravate coscienti nemmeno del rumore del frigo. Non notando gli altri suoni attorno a voi, il cervello non ha bisogno di fare nessun'altra connessione tranne quelle su cui ha la sua attenzione attiva. Questa si chiama concentrazione focalizzata e questo è il modo in cui avviene l'apprendimento. Se siamo focalizzati, impariamo associando un concetto con un altro concetto. Il cervello costruisce sulle memorie passate associando una rete neurale con un'altra rete neurale. La figura 3 ne mostra un esempio. C'è una rete neurale nel cervello per il colore rosso e c'è una rete neurale nel cervello per una forma rotonda. Quando quelle due reti neurali sono integrate o connesse, un nuovo concetto chiamato mela può essere concettualizzato. Il cervello usa reti neurali individuali (memorie esistenti e concetti conosciuti) come blocchi per costruire, e li mette assieme per creare nuovi concetti, nuovi modelli e nuovi disegni. Questa si chiama legge di associazione. Figura 3. Nella figura 3a, sono state sviluppate due reti neurali individuali. Quella a sinistra è per una forma rotonda. Nella figura 3b, le reti neurali del rotondo e del rosso si agganciano per creare il concetto di una mela. FIG. 3 3

4 Perciò il cervello usa reti neurali individuali (memorie esistenti e concetti conosciuti) come blocchi per costruire e li mette assieme per creare nuovi concetti, nuovi modelli e nuovi disegni. Questa si chiama legge di associazione. L ESPERIENZA E IL MIGLIOR MAESTRO Il secondo e più profondo modo in cui creiamo connessioni sinaptiche è attraverso l'esperienza. L esperienza, si dice, è il miglior maestro. Il processo di interazione tridimensionale con il nostro ambiente integra tutta la nostra conoscenza di testo con un'esperienza emotivo-sensuale. L esperienza emotivo-sensuale si differenzia dall'esperienza intellettuale per l'aumento di neurotrasmettitori creati da tutti i neuroni sensori. Il modo in cui registriamo tutti questi dati entranti è attraverso i cinque sensi. Quello che vediamo, annusiamo, sentiamo, gustiamo e tocchiamo unisce una cascata di stimoli sensoriali con la rete neurale di un concetto. Ogni organo sensorio ha la capacità specifica di identificare le informazioni entranti dall'esterno e registrare quei dati nel cervello. Quando connettiamo dati intellettuali con l'esperienza, c'è un rafforzamento delle connessioni sinaptiche nel cervello perché ora tutti i sensi mandano al cervello migliaia di messaggi. La cascata di sostanze chimiche che da un'esperienza sensoriale è definita un'emozione, e le emozioni rinforzano la memoria. Un recente esperimento scientifico ha provato la veridicità di questo fatto. E stato chiesto a due gruppi indipendenti di persone di vedere diversi tipi di film. In un gruppo, le persone potevano vedere i film senza restrizioni. Nel secondo gruppo, ad ogni persona fu chiesto di osservare lo spettacolo senza emozione o risposte sensoriali. Alla fine dell'esperimento fu chiesto ad ambedue i gruppi di dare informazioni su ciascun film basandosi su domande studiate apposta per mettere alla prova la loro memoria. In ogni singolo caso, il gruppo di controllo che aveva sperimentato le risposte emotive dagli stimoli dei film si ricordava dettagli di ogni film in modo maggiore. Nell'altro gruppo, a cui fu chiesto di osservare semplicemente gli effetti rimanendo distaccati, le memorie degli eventi passati erano minori. Perciò la risposta agli stimoli sensoriali dall'ambiente rinforza le connessioni nelle reti neurali del cervello come se le esperienze sensoriali avessero ottenuto la completa attenzione del cervello. La nostra mente è letteralmente il cervello che lavora. Il cervello è il facilitatore della mente. La nostra abilità di cambiare è una scelta costante. LEGGE DELLA RIPETIZIONE Ho menzionato la legge di associazione, che descrive come il cervello connetta due o più reti neurali assieme per formare un nuovo concetto. L intero processo di connessione di neuroni con l'apprendimento tramite testo o esperienza dimostra che dopo alcune ripetizioni di stimolazione, i neuroni tendono ad aggregarsi. Questo concetto è dimostrato innumerevoli volte nel corso della vita. L atto di ripetere qualcosa molte volte fa sì che quel qualcosa (che è dapprima insolito) diventi solito, ordinario, facile e naturale. E come se l'avessimo fatto così tante volte che non dobbiamo più neanche pensarci. Diventa automatico con la pratica. E la legge della ripetizione. Il regalo dell'essere umano è la sua corteccia cerebrale allargata. Con essa non siamo più alla mercé della nostra biologia. Quando due neuroni connessi sono stati stimolati allo stesso tempo in parecchie occasioni (sia che si stia imparando via testo o per esperienza), le cellule e le sinapsi tra di loro cambiano chimicamente, cosi che quando uno scarica un impulso, sarà uno stimolo maggiore per l'altro. 4

5 In altre parole, essi diventano partner e in futuro saranno stimolati assieme più facilmente di prima. Questo si chiama apprendimento Hebbian e il cambiamento chimico nelle cellule nervose e nelle sinapsi si chiama potenziamento a lungo termine. Cioè le sinapsi hanno una relazione a lungo termine. CELLULE STIMOLATE ASSIEME, CONNETTONO ASSIEME Il potenziamento a lungo termine è il modo in cui la rete neurale del cervello resta più unita o cablata. Quando facciamo qualcosa di ripetitivo, le sinapsi del cervello si rinforzano e le cellule stimolate assieme, connettono assieme" (Robertson, 1998). Questo è in effetti il modo in cui sviluppiamo tutti i neuroni nel cervello. L atto di ripetere qualcosa di fatto forma il cervello e modella le sue sinapsi a connettersi secondo l'intenzione dell'operatore finché il gesto diventa automatico o cablato. La sostanza chimica che favorisce le connessioni sinaptiche si chiama fattore di crescita neurale. Quando è prodotto da un neurite vicino a uno spazio sinaptico, il fattore di crescita neurale favorisce la crescita di ulteriori terminali sull'altra sponda dei dendriti riceventi. Come è illustrato nella figura 1, spine più lunghe, più grandi e più numerose (attracchi) vengono costruite lungo lo spazio intermedio per un più facile trasporto dei passeggeri. Ricordate che i ratti nell'ambiente arricchito all'inizio del nostro articolo avevano più spine dendritiche? Il fattore di crescita neurale è la sostanza chimica che rende possibile tutto questo. Ecco la chiave: Il fattore di crescita neurale è rilasciato solo quando un numero sufficiente di cellule nervose vengono stimolate assieme, producendo così un rilascio di corrente al termine del neurite grande abbastanza da connettersi assieme. Il risultato è lo sviluppo di reti neurali. Squadre di neuroni che scaricano impulsi "succhieranno" il fattore di crescita neurale per avere nuove reclute sinaptiche. Lo rubano perfino a cellule nervose che non sono stimolate. Una volta che la rete neurale è connessa nel cervello, quelle cellule nervose si connettono ad altre cellule nervose che escono dal cervello e viaggiano attraverso il midollo spinale per comunicare con ogni cellula del corpo. Le reti neurali che sono stimolate nel nostro cervello poi mandano al corpo le informazioni delle quali ha una mappa neurologica. In altre parole, tutte le nostre cellule ascoltano i nostri pensieri, Il corpo sente le sensazioni di tutti i sensi che partecipano nel momento, e il feedback sensuale dal corpo al cervello rende completa l'esperienza. Ogni volta che questo accade, le connessioni sinaptiche sono rinforzate nella rete neurale del cervello perché, come abbiamo detto prima, l'esperienza sensuale rende quelle connessioni più cablate. Ora si può cosi capire perché sia così difficile smettere certe abitudini, comportamenti, assuefazioni! Abbiamo letteralmente modellato i nostri cervelli a livello sinaptico rinforzando le connessioni tante volte finchè l'esperienza dell'associazione diventa parte di noi. Perciò è l'oggetto della nostra assuefazione che dobbiamo superare o è la rete neurale rinforzata dalla ripetizione e dall'associazione che ha il suo dominio su di noi? La buona notizia è che si possono spezzare anche le connessioni cablate semplicemente non usandole. Non solo le cellule che sono stimolate assieme connettono assieme, ma anche le cellule che non sono stimolate assieme sviluppano un indebolimento delle sinapsi che le connettono. Se l'impulso nervoso arriva allo spazio sinaptico ma il segnale non è abbastanza forte da raggiungere la soglia di attività sinaptica, allora quella particolare sinapsi si indebolisce. Proprio come nella vita, i gruppi di cellule che sono state connesse assieme durante un'esperienza comune tendono a smettere di essere amici una volta che l'esperienza è finita. 5

6 Questo è ciò che è avvenuto nei soggetti testati nell'esperimento descritto sopra, ai quali fu chiesto di osservare film diversi senza emozioni. Essi avevano una soglia più bassa di attività sinaptica e connessioni più deboli per le loro memorie del film rispetto ai soggetti testati che erano emotivamente coinvolti. LA NOSTRA RETE NEURALE E LA NOSTRA MEMORIA Gli eventi passati esistono solo nella struttura del nostro cervello. Sono basati sulle nostre memorie individuali e le nostre percezioni al momento degli eventi. La nostra memoria è la nostra rete neurale. La nostra rete neurale è la nostra memoria. L atto di ricordare rinforza le connessioni tra i neuroni. Perciò, come pensiamo e quello a cui pensiamo può solo essere uguale a quello che abbiamo mappato nel nostro cervello. Quindi pensare è "quello che hai in mente". Così la nostra mente è letteralmente il cervello che lavora. Gli eventi passati esistono solo nella struttura del nostro cervello. Sono basati sulle nostre memorie individuali e sulle nostre percezioni al momento degli eventi. Il cervello è il facilitatore della mente. Quello su cui mettiamo la nostra attenta concentrazione è quello che sviluppiamo neurologicamente e rendiamo più permanente nella nostra mente. La nostra attenzione e focus sviluppano la mente. Cambiando coscientemente le azioni e reazioni del nostro cervello, possiamo allenare il cervello a rimodellare questa intricata ragnatela di tessuto neurologico ad essere in sintonia con la nostra attenzione, cambiando cosi il comportamento. Cambiare idea ha effetti biologici. La nostra abilità di cambiare è una scelta costante. Il problema è che ne siamo spesso scoraggiati dalle false idee delle leggi darwinistiche. Quando si scopre un gene che è identificato con qualche propensione umana, molte persone pensano che questo significhi che l'ambiente non può essere un fattore che ne determini la sua espressione. Però ricerche recenti hanno dimostrato che la stimolazione dall'ambiente accende i nostri geni (Ridley, 1999). In realtà però, è la nostra inabilità a superare o ad adattarci al nostro ambiente esterno che causa le nostre propensioni genetiche ad essere espresse. Non siamo schiavi della nostra genetica; la nostra genetica dovrebbe essere la serva delle nostre scelte coscienti. Una volta che questo è stato accettato, possiamo cominciare a supportare la premessa che la nostra mente giri le chiavi che aprono le porte all'evoluzione umana. Il regalo dell'essere umano è la sua allargata corteccia cerebrale. Con essa non siamo più alla mercé della nostra biologia. La nostra genetica ci può dotare di tendenze e tratti individuali, ma il nostro regalo è la nostra abilità di modellare le reti neurologiche in cui sono mappate queste inclinazioni e cambiarle. Non solo noi creiamo connessioni sinaptiche e perciò arricchiamo il cervello con conoscenza e nuove esperienze, ma possiamo anche eliminare memorie spiacevoli, abitudini e assuefazioni indesiderate, reti neurali emotive che creano la malattia, e semplici atteggiamenti che ci tengono limitati, solamente inibendo i processi di pensiero e le stimolazioni che mantengono viva la chimica di quelle connessioni sinaptiche. E perciò una scelta di volontà decidere dove scegliamo di mettere la nostra attenzione e, come abbiamo visto, il cervello ci dà già supporto ovunque sia diretto il nostro focus intenzionale. "Agganciare" ciò che si sta imparando a ciò che già si sa migliora la memoria. Recenti studi scientifici hanno dimostrato che la memoria si migliora agganciando quello che stiamo imparando a quello che già sappiamo. Se qualcuno ascolta e legge attivamente, mettendo in relazione quello che sta sentendo o vedendo con quello che già sa, allora ricorderà meglio l'informazione. La ragione è semplice. Il cervello può usare le connessioni della rete neurale 6

7 esistente e costruire ulteriormente su ciò che ha già sviluppato. (Robertson, 1998). Questo è il processo naturale di sviluppo del cervello dall'infanzia e per tutta la nostra vita. L ordine naturale di connessione incrociata di una rete neurale ad un'altra è paragonabile al prendere due isole remote che hanno reti telefoniche indipendentí e connetterle assieme. Le nuove connessioni aumentano il numero di comunicazioni possibili nelle reti. Ogni volta che facciamo nuove associazioni neurologiche, la nuova rete neurale diventa sempre più ricca, più intricata, più sviluppata. Tutto aumenta. Moltiplicate questo esempio migliaia di volte e comincerete a vedere l'immensa attività che ha luogo nel nostro cervello giornalmente quando stiamo imparando. Guardate la figura disegnata qui accanto. Che cosa vedete? Quando guardate questa figura il vostro cervello vede per primo un'oca o un'anitra. In altre parole, i centri di riconoscimento del vostro cervello stimolano una rete neurale della memoria di un uccello con un becco piatto. Però, che cosa succede se vi chiedo se potete vedere un coniglio? Potete vederlo? Perché possiate vedere un coniglio, il vostro cervello ha bisogno di stimolare una rete neurale completamente diversa che è associata con la memoria di un piccolo e peloso mammifero con le orecchie lunghe. Fino a questo punto, ogni rete neurale individuale aveva il suo quartiere individuale di gruppi di neuroni. Ora, da qualche parte nel vostro cervello, cambiando idea avete dovuto fare una connessione incrociata di queste due reti neurali individuali per imparare che a volte nel disegno di un coniglio ci può essere nascosta un'oca. 7