Neurofisiologia del Cervello

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1 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

2 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

3 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.

4 (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

5 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

6 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.