NEUROSCIENZE SCIENZA DEL CERVELLO. Una introduzione per giovani studenti. capitoli 4 e 5

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1 NEUROSCIENZE SCIENZA DEL CERVELLO Una introduzione per giovani studenti capitoli 4 e 5 Titolo originale: Neuroscience - Science of the Brain British Neuroscience Association The Dana Alliance for Brain Initiatives Traduzione di: Gabriele Garbin, PhD Centro Interdipartimentale per le Neuroscienze dell Università di Trieste - BRAIN Comitato per la promozione delle Neuroscienze

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3 4 - Droghe e Cervello Molte persone sembrano avere un costante desiderio di alterare il proprio stato di coscienza mediante l uso di droghe. Alcuni usano droghe stimolanti che li aiutino a restare svegli la sera per andare a ballare. Altri usano sedativi per calmare i nervi. Altri ancora assumono sostanze che consentano di provare nuove forme di coscienza e dimenticare i problemi di tutti i giorni. Tutte queste droghe agiscono in modi diversi con i sistemi dei neurotrasmettitori ed altri messaggeri chimici nel cervello. In molti casi, le droghe dirottano i sistemi che nel cervello hanno naturalmente a che fare con il piacere e il senso di ricompensa: processi psicologici che sono importanti nelle funzioni nutritive, sessuali e persino di apprendimento e memoria. Il cammino verso l assuefazione e la dipendenza Le droghe che agiscono sul cervello o sull apporto sanguigno al cervello sono utilissime, così come quelle usate per ridurre il dolore. Le droghe utilizzate per uso ricreativo hanno uno scopo ben diverso, ed il problema in questo caso sta nel fatto che possono portare ad un abuso nell assunzione. Chi fa uso di queste sostanze può facilmente diventare dipendente o persino assuefatto, e soffrire di spiacevolissimi sintomi di astinenza sia fisici sia psicologici quando la somministrazione viene interrotta. Questo stato di dipendenza può condurre una persona a volere a tutti i costi assumere una certa sostanza, anche se questo dovesse sicuramente danneggiare la sua vita lavorativa, la sua salute, la sua famiglia. In casi estremi, la persona potrebbe essere indotta a commettere dei crimi- 1

4 ni per potersi permettere di comprare una certa quantità di droga. Fortunatamente, non tutte le persone che assumono una qualche droga ricreazionale diventano dipendenti da essa. Le droghe hanno diverse capacità di indurre dipendenza, da un rischio elevato per cocaina, eroina, e nicotina ad un rischio più basso per alcol, cannabis, ecstasy e amfetamine. Durante lo sviluppo della dipendenza da droghe, il corpo ed il cervello si adattano lentamente alla presenza ripetuta della sostanza, ma quali cambiamenti realmente avvengano nel cervello resta un mistero. Anche se è noto che i siti primari di eroina, amfetamine, nicotina, cocaina e cannabis sono tutti diversi, queste droghe hanno in comune l abilità di incoraggiare la produzione di un messaggero chimico, la dopamina, in certe regioni del cervello. Benché questo non sia necessariamente collegato ad un meccanismo per ottenere una sensazione di piacere, si ritiene che il rilascio di dopamina indotto da una droga possa essere un importante percorso finale comune per il piacere nel cervello. Questo è il passo iniziale che porta una persona a continuare ad assumere la sostanza. Le droghe individuali Come funzionano e cosa si rischia Alcol L alcol agisce su sistemi di neurotrasmissione nel cervello per abbassare gli effetti dei messaggi eccitatori ed incoraggiare l inibizione dell attività neuronale. L azione dell alcol parte da uno stato di rilassamento e buon umore, al primo bicchiere, portando poi a sonnolenza e perdita di coscienza. Questo è il motivo per cui le forze di polizia sono molto severe con chi guida avendo assunto alcol, ed il motivo di così tanta attenzione da parte delle strutture sociali. Alcune persone diventano molto aggressive e persino violente quando hanno bevuto, e circa un bevitore abituale su dieci diventa un alcolista dipendente. L uso dell alcol nel lungo termine causa danni all organismo, specialmente al fegato, e può provocare danni permanenti al cervello. Le donne in stato di gravidanza che assumono alcol rischiano di avere bambini con danni cerebrali e forme di ritardo mentale. Più di persone muoiono ogni anno solo in Gran Bretagna per patologie legate all alcol. Nicotina La nicotina è l ingrediente attivo in tutti i prodotti a base di tabacco. La nicotina agisce su quei recettori del cervello che normalmente riconoscono il neurotrasmettitore acetilcolina, tendendo ad attivare i naturali meccanismi di allerta nel cervello. Sapendo ciò, non sorprende che i fumatori dicano che le sigarette li aiutano a concentrarsi ed hanno un effetto calmante. Il problema è che la nicotina crea forte assuefazione e molti fumatori di lungo corso continuano a fumare solo per evitare le spiacevoli sensazioni che insorgono se provano a smettere. Il piacere, in questo caso, se n è andato da tempo. 2

5 Mentre sembrano non esserci effetti deleteri sul cervello, il fumo di tabacco è estremamente pericoloso per i polmoni e un esposizione prolungata può portare a cancro polmonare ed altre patologie sia dei polmoni sia del cuore. In Gran Bretagna, più di persone muoiono ogni anno per patologie legate al fumo. Cervello con sigaretta accesa. Vincent Van Gogh, 1885 Cannabis La cannabis si presenta come un rompicapo, perché agisce su un importante sistema naturale del cervello che utilizza neurotrasmettitori che le assomigliano moltissimo. Questo sistema ha a che fare con il controllo dei muscoli e con la regolazione della sensazione del dolore. Usata in maniera controllata ed in contesto medico, la cannabis può essere una droga molto utile. Si tratta tuttavia di una sostanza intossicante che può essere piacevole e rilassante, e può causare uno stato di quasi-sogno nel quale le percezioni dei suoni, dei colori e del tempo sono fortemente alterate. Nessuno sembra essere mai morto per un uso eccessivo di cannabis, anche se si riportano casi di spiacevoli attacchi di panico dopo un uso notevole. La cannabis è stata usata almeno una volta da quasi la metà della popolazione britannica al di sotto dei 30 anni d età. Alcuni ritengono che dovrebbe essere resa legale, e così facendo si spezzerebbe il legame fra le droghe ad uso di supporto ed altre molto più pericolose. Sfortunatamente, così come per la nicotina, il modo più efficace per introdurre la sostanza nel corpo consiste nel fumarla. Il fumo di cannabis contiene all incirca la stessa mistura di veleni del fumo di sigarette (e viene spesso mescolata con il tabacco). I fumatori di cannabis tendono a sviluppare malattie polmonari e corrono il rischio di incorrere in tumori ai polmoni, per quanto questo non sia ancora stato dimostrato. Circa un fumatore di cannabis su dieci può diventare dipendente, cosa di cui i venditori di droga sono ben consapevoli ed evitano cautamente. L uso ripetuto ed in quantità è incompatibile con la possibilità di guidare e con lavori che richiedano abilità intellettive. Alcuni esperimenti hanno stabilito che le persone intossicate dall uso di cannabis sono incapaci di portare a termine compiti complessi di ragionamento. Anche se non è stato ancora provato, vi sono alcune evidenze che l uso massiccio da parte di soggetti giovani potrebbe portare ad una malattia mentale come la schizofrenia (vedi il capitolo 17) in individui più vulnerabili. Amfetamine 3

6 Le amfetamine sono sostanze chimiche prodotte dall uomo che includono Dexedrina, Speed, ed il derivato della metamfetamina noto come Ecstasy. Queste droghe agiscono nel cervello causando il rilascio di due neurotrasmettitori naturalmente presenti. Uno e` la dopamina il che probabilmente spiega l effetto di forte sovreccitazione e di piacere associato alle amfetamine. L altro è la serotonina che si ritiene essere responsabile delle sensazioni di benessere e di stato di quasi-sogno che può includere allucinazioni. La Deoxidrina e lo Speed spingono soprattutto il rilascio di dopamina, l Ecstasy principalmente quello di serotonina. L allucinogeno che è persino più potente di questi, il d-lsd, agisce anch esso sui meccanismi della serotonina nel cervello. Le amfetamine sono potentissimi psicostimolanti e possono essere pericolose, specialmente in dosi elevate. Esperimenti su animali hanno dimostrato che l Ecstasy può causare una riduzione prolungata o persino permanente delle cellule che producono serotonina. Questo può essere la causa della malinconia di metà settimana di cui soffrono molti consumatori del sabato sera di Ecstasy. Ogni anno, dozzine di giovani muoiono in seguito all assunzione di questa droga. Spaventose psicosi schizofreniche possono insorgere dopo l assunzione di Dexedrina e Speed. Si potrebbe essere portati a pensare che lo Speed possa aiutare uno studente a passare un esame: be, non è il caso, non serve. Eroina L eroina è un prodotto dell uomo derivato dal prodotto vegetale morfina. Come la cannabis, l eroina distorce il funzionamento di un sistema che impiega neurotrasmettitori normalmente presenti nel cervello noti come endorfine. Questi elementi sono importanti nel controllo del dolore e pertanto le droghe che riescono a riprodurre i loro effetti sono molto utili in medicina. L eroina può essere iniettata o fumata, nel qual caso provoca un effetto immediato di piacere, forse dovuto ad un effetto delle endorfine sui meccanismi della gratificazione. Essa crea elevata assuefazione ma, con il crescere della dipendenza, la sensazione di piacere lascia presto il posto ad un incessante necessità di una nuova dose. È una droga estremamente pericolosa che può uccidere anche con un modesto sovra-dosaggio, perché sopprime la facoltà automatica della respirazione. L eroina ha letteralmente rovinato la vita a molte persone. Cocaina La cocaina è un altro derivato chimico di un prodotto vegetale che può causare intense sensazioni di piacere ed agire come un potente psicostimolante. Come le amfetamine, la cocaina rende una maggior quantità di dopamina e serotonina disponibili nel cervello. In più, come l eroina, la cocaina è una droga altamente pericolosa. Le persone intossicate da questa sostanza, specialmente nella forma che può essere fumata detta crack, possono diventare immediatamente violente ed aggressive, ed esiste un rischio concreto di mettere a rischio la propria vita in caso di overdose. L induzione di dipendenza è elevata, ed i 4

7 costi per mantenere uno stile di vita di dipendenza da cocaina portano in molti casi a commettere crimini. 5

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9 5 - Tatto e Dolore Il tatto è qualcosa di speciale una stretta di mano, un bacio, un battesimo. Esso fornisce il nostro primo contatto con il mondo. Schiere di recettori su tutto il nostro corpo sono dedicate al rilevamento dei diversi aspetti del mondo somatosensoriale tatto, temperatura e posizione del corpo ed in più altri per la percezione del dolore. La possibilità di distinguere il tatto varia lungo la superficie corporea, ed è estremamente sensibile in aree come i polpastrelli delle nostre dita. L esplorazione attiva è altrettanto importante, interagendo in maniera significativa con il sistema motorio. La sensazione del dolore serve ad informarci e metterci in allerta contro possibili danni al nostro corpo. Essa ha un forte impatto emozionale, ed è soggetta ad un controllo notevole all interno del corpo e del cervello. Tutto comincia nella pelle Negli strati del derma della pelle, in prossimità della superficie, si trovano molti tipi di minuscoli recettori. Essi prendono il nome degli scienziati che per primi li hanno identificati al microscopio: i corpuscoli di Pacini e di Meissner, i dischi di Merkel e le terminazioni di Ruffini descrivono diversi aspetti del tatto. Tutti questi recettori hanno canali ionici che si aprono in risposta a deformazioni meccaniche, dando inizio a potenziali d azione che possono essere osservati sperimentalmente con sottili elettrodi. Alcuni affascinanti esperimenti sono stati fatti alcuni anni fa da scienziati che hanno sperimentato su se stessi, inserendo gli elettrodi nella propria pelle e registrando da singoli nervi sensoriali. Da questi ed analoghi esperimenti su animali anestetizzati, sappiamo ora che i due tipi principali di recettori si adattano velocemente e quindi rispondono in maniera ottimale a sensazioni che variano rapidamente (senso della vibrazione e dell oscillazione). Il disco di Merkel risponde bene ad una prolungata sollecitazione della pelle (senso della pressione), mentre le terminazioni di Ruffini rispondono a sollecitazioni che avvengono lentamente. 7

10 Un concetto importante riguardo ai recettori somatosensoriali è quello del campo recettivo. Si tratta dell area della pelle di pertinenza di ciascun recettore. I corpuscoli di Pacini hanno campi recettivi ben più ampi ci quelli dei corpuscoli di Meissner. Lavorando assieme, sia gli uni sia gli altri consentono di poter avere sensazioni tattili su tutta la superficie del corpo. Una volta individuato uno stimolo, i recettori come risposta inviano impulsi lungo i nervi sensoriali che entrano nelle radici dorsali del midollo spinale. Gli assoni che connettono i recettori del tatto al midollo spinale sono fibre mielinizzate di grandi dimensioni che convogliano l informazione dalla periferia in maniera estremamente rapida. Il freddo, il caldo e il dolore sono rilevati da sottili assoni con terminazioni scoperte, che trasmettono più lentamente. I recettori per la temperatura dimostrano una capacità di adattamento (vedi la Casella Sperimentale). Ci sono stazioni di servizio per il tatto nel bulbo e nel talamo, prima di proiettarsi verso l area sensoriale primaria sulla corteccia, detta corteccia somatosensoriale. Le fibre nervose attraversano la linea mediana del corpo, cosicché la parte destra del corpo è rappresentata nell emisfero sinistra e la parte sinistra nell emisfero destro. Le informazioni che arrivano dal corpo vengono sistematicamente mappate lungo la corteccia somatosensoriale per formare una rappresentazione della superficie corporea. Alcune parti del corpo, come la punta delle dita e la bocca, hanno un elevata densità di recettori ed un corrispondente numero elevato di nervi sensoriali. Aree come la schiena hanno meno recettori e nervi. Comunque, nella corteccia somatosensoriale, la densità di aggregazione dei neuroni è uniforme. Un esperimento sull adattamento alla temperatura. Questo esperimento è molto semplice. Hai bisgno di un filo metallico di circa un metro di lunghezza, che puoi ricavare da una gruccia di lavanderia e due bacinelle d acqua. In una metterai acqua abbastanza calda, nell altra acqua più fredda che puoi. Poi immergi la mano sinistra nell acqua calda e la destra in quella fredda e rimani così per almeno un minuto. Passato il minuto, tira fuori le mani, asciugale velocemente e prendi il filo metallico per le estremità. Ti sembreranno di temperatura diversa. Perché? Conseguentemente, la mappa della superficie corporea nella corteccia è molto deformata ed è nota anche con il nome di homunculus sensoriale. Se esistesse una persona in carne ed ossa con le caratteristiche di estensione corporea di questa mappa, avrebbe un corpo decisamente bizzarro. Ciascuno può sperimentare sul proprio corpo questa differente abilità sensoriale mediante il cosiddetto test di discriminazione a due punti. Si prendano alcune clips per i fogli e le si pieghino ad U, alcune con uno spazio di 2 o 3 centimetri fra le punte, altre con distanze più ravvicinate. Poi, ad occhi bendati, si chieda ad un amico di tocca- 8

11 re vari parti del nostro corpo con ogni tipo di clip. Provate a farlo: sentite una sola punta oppure due? Sentite una sola punta anche quando venite toccati da entrambe? Perché? L omuncolo. L immagine di una persona è disegnata lungo la superficie della corteccia somatosensitiva in proporzione al numero di recettori che si trovano in ciascuna parte del corpo. Ne viene fuori una forma molto distorta. Il Fascino discreto della discriminazione L abilità nel percepire i dettagli più raffinati di un oggetto varia notevolmente a seconda delle diverse parti del corpo ed è maggiormente sviluppata sulla punta delle dita e sulle labbra. La pelle è sufficientemente sensibile da percepire un punto su un foglio in rilievo di meno di 1/100 di millimetro, se lo si accarezza come fa una persona che legge l alfabeto Braille. Un settore della ricerca è molto attivo nel chiedersi come diversi tipi di recettori contribuiscano all esecuzione di diversi compiti, come discriminare diversi tipi di tessuto o identificare la trama di un oggetto. Il tatto non è solo un senso che passivamente reagisce solo a quanto riceve. Esso è anche coinvolto nel controllo attivo del movimento. I neuroni che nella corteccia motoria controllano i movimenti che attraverso il braccio portano al movimento delle dita della mano ricevono stimoli sensoriali dai recettori per il tatto nei polpastrelli. Quale modo migliore per riconoscere un oggetto sulla mano che farlo scivolare mettendo in rapida comunicazione i sistemi motorio e sensoriale? La comunicazione incrociata fra i sistemi motorio e sensoriale inizia appena l informazione arriva nel midollo spinale, invia un feedback (un avviso di ricevimento) propriocettivo ai motoneuroni, e continua a tutti i livelli del sistema somatosensoriale. Nel cervello, la corteccia motoria e sensoriale primaria sono poste l una immediatamente dopo l altra. L esplorazione attiva è una componente cruciale per il senso del tatto. Immaginate di stare discriminando alcune minuscole differenze fra due campioni di tessuto, ad esempio provenienti da diverse manifatture o con diverso grado di rugosità. Quale delle seguenti condizioni ritenete siano in grado di generare la più raffinata discriminazione fra essi? - Appoggiare i polpastrelli sopra i diversi campioni? - Far scorrere i polpastrelli lungo la trama? 9