La Scienza Opera realizzata dalla Redazione Grandi Opere di UTET Cultura Consulenza e direzione scientifica: Enrico Bellone Direzione editoriale: Enrico Cravetto RespJnsabile operativo progetto: Andrea Fava Coordinamento generale a cura di Istituto Geografico De Agostini SpA Direttore Area Iniziative Speciali: Roberto Besana Vicedirettore: Paolo Andreoni ReaHu.azione dell'opera a cura di: Luca Serafini (responsabile editoriale), Marco Torriani (coordinamento redazionale), Maurizio Antonini (coordinamento grafico), Alessandra Pezzutto (redazione), Paolo Lavadini (impaginazione), Antonella cardane (segreteria di redazione) Testi: Servizio Editoriale Contenuti di De Agostini Editore Renato Fumi (direttore); Roberto Bendotti (project manager); Antonio Moro, Alessandra Schiesari (caporedattoril Redazione a cura di: Alicubi srl Augusto Cherchi (consulenza editoriale), Manuela lannetti (coordinamento redazionale) Mario Bianco, Marco Ciriello, Martino Corazza, Patrizio Giustetto, Elena Marcon, Maria Romanazzo, Enrico Scirrenli (redattori), consulenza per la realizzazione dei testi a cura di Amica Soc. Coop.: Sveva Lavecchia (caporedattrice); Alessandra Arbinolo, Mario Cavallo, Grazia Ballatore. Valeria Bruno (collaboratori) Progetto grafico: Maurizio Antonini fditing e ricerca iconografica a cura di: Redini Studio srl Sergio Sabbadini con la collaborazione di Mariangela Mazzucchelli, Roberto Roveda, Giulia Perrone, Sara Volpato, Fabiana Anfuso, Olga Riva; Ugo Scaioni (redazione scientifica) Impaginazione a cura di: Linotipo 77 Iconografia a cura di: Servizi Editoriali Iconografici De Agostini diretti da Ada Mascheroni, con la collaborazione di Laura Cavalieri e Maristella Mussini Disegni, d'arco Editori Sri Design copertina: Lowe Pirella Foto di copertina: SPUGrazia Neri Consulenza scientifica per questo volume a cura di: Marco Zucchelli Autori per questo volume: Alberto Oliverio, Eric R. Kandel, Larry R. Squire, Alessandra Gliozzi, Michae! S. Gazzaniga, Ulrico Di Aichelburg I testi della Parte terza, della Parte quarta (par. 2, cap. 1; par. 2, 3, cap. 3; par. 2, cap. 4) e i capitoli 2, 3 della sezione Frontiere sono tratti dalla rivista o:le Scienze. Autori: Mirella Ghirardi, Andrea Casadio, Joaquln M. Fuster, Egidio D'Angelo, Paola Rossi, Vanni Taglietti, Serge Laroche, Jean-Pierre Changeux, Pierangelo Garzia, Elizabeth Hennevin-Dubois, Larry R. Squire, Eric R. Kandel, Ludovic Ferrand, Juan Segui, Joseph Le Doux, Elizabeth F. Loftus, Nikos K. Logolhetis, Richard Axel, David V. Smith, Robert f. Margolskee, Edouard Gentaz, Yvette Hatwell, Giovanni Bruno Vicario, Walter J. Freeman le,.sg~ Il testo del capitolo 1 della sezione Frontiere è tratto dalla rivista 11Mente & cervello,. Autori: Mauro Mancia I box e le didascalie sono a cura delle redazioni UTET 2005 Istituto Geografico De Agostini SpA, Novara 2005 UTET SpA Stampa e /egaturac ILTE SpA, Moncalieri (TO) Gruppo Editoriale l'espresso SpA - Divisione la Repubblica Via Cristoforo Colombo 149 - Roma Supplemento al numero odierno de la Repubblica Direttore Responsabile: Ezio Mauro Reg. Trib. Roma n. 16064 del 13/10/1975 Quest'Opera è stampata su carta UNO PRIME delle cartiere Burgo prodotta con cellulose senza cloro gas provenienti da foreste controllate e certificate, nel rispetto delle norme ecologiche vigenti Il presente volume deve essere venduto esclusivamente in abbinamento a! quotidiano fa Repubblica. Tutti i diritti di copyright sono riservati. Ogni violazione sarà perseguita a termini di legge.
La Scienza l! CJ) LA MENTE E ll CERVELLO Biblioteca Cornelia td. 06 62 +::;332 - O'- ;;i1532063 [r1gr;7 l'llv'. N.... J :J.. l.r.,,... LA BIBLIOTECA DI REPUBBLICA
f ndice del volume LA MENTE E IL CERVELLO Introduzione li cervello e la mente di Alberto Oliverio 19 Parte prima: IL SISTEMA NERVOSO I. Le neuroscienze 43 di Eric R. Kandel e Larry R. Squire Le tappe principali della storia delle neuroscienze 44 L.:emergere delle neuroscienze cellulari e molecolari 45 La visione meccanicistica dello sviluppo del cervello 52 La controversia tra Golgi e Ram6n y Cajal sul neurone 53 L'impatto delle neuroscienze sulla neurologia e sulla psichiatria 56 Nuove >t:uperte nelle muluuie neurologiche 57 11 nuovo assetto delle neuroscienze e delle scienze psicologiche 59 La frenologia di Franz]. Gal! 60 Il cervello funziona per colonne 63 Le neuroscienze dei processi cognitivi 65 La neuroimmagine funzionale 67 L'interazione tra sistema nervoso e sistema immunitario 71 Le neuroscienze e la biologia molecolare nello studio della memoria 72 La psicobiologia 74
Indice 2. Le funzioni del sistema nervoso 77 di Alessandra G liozzi La plasticità della membrana biologica 77 L'evoluzione della membrana cellulare 78 L'uso dei colori al microscopio: l'immunofluorescenza 80 Struttura e funzione della membrana biologica 83 La termodinamica irreversibile di Prigogine 86 L'eccitabilità nelle cellule nervose 87 Luigi Galvani e Carlo Matteucci padri 91 dell'elettrofisiologia La propagazione del segnale nervoso 94 Il curaro: un antagonista velenoso dell'acetilcolina 98 La trasmissione del segnale visivo I 00 L'elettricità nella membrana cellulare I 06 Parte seconda: LA MENTE I. Selezione o formazione di Michael S. Gazzaniga Cervello: genetica e ambiente Immunologia e selezione Teorie della men te Evoluzione e teoria della selezione L'elaborazione sensoriale Cervello, evoluzione, mente e dolore La teoria delle catastrofi Evoluzione e biologia molecolare 2. La plasticità del cervello e la teoria della selezione di Michael S. Gazzaniga L'emisfero destro permette di riconoscersi Madre e apprendimento Lo sviluppo cerebrale Plasticità neuronale Lo sviluppo cerebrale I circuiti cerebrali e l'organizzazione neurale La Gestalt Ili 112 121 123 130 131 136 140 141 145 147 148 149 150 151 156 159
Indice I.a durata dell'infanzia 165 (;enetica ed emozioni 168 11 sistema somatosensoriale 169 11 processo di selezione e il cervello adulto 172 La neurobiologia moderna dell'apprendimento e della memoria 174 /,a casualità come proprietà del cervello 176 3. L'interazione fra geni e ambiente 178 di Michael S. Gazzaniga Le crisi della vita 179 Intelligenza creativa, psicopatologia, genetica 180 Variazioni tra fratelli 181 Le radici genetiche della schizofrenia 183 La memoria sensoriale 187 I limiti dell'apprendimento 189 La formazione delle categorie 194 Il modello di Cloninger 196 La nascita della competenza sociale 199 4. Il linguaggio e la teoria della selezione 203 di Michael S. Gazzaniga Le caratteristiche generali del linguaggio 204 Le afasie 206 Oliver Sacks e i non udenti 21 O Il modello del linguaggio di Wernicke-Geschwind 212 I meccanismi grammaticali 213 Atti linguistici 215 /,a grammatica trasformazionale 221 11 bambino e i limiti astratti 229 5. Selezione e intelligenza 238 di Michael S. Gazzaniga /,e potenzialità mnemoniche degli autistici 241 Le strutture del cervello umano 242 Il problem solving 243 Osservare l'attività dei neuroni 244 I circuiti specifici per l'intelligenza 248 I.a discalculia 250 La specificità mentale nel bambino e nello scimpanzé 251 Lo sviluppo cognitivo 253
Indice Le lingue che non siamo in grado di imparare Esperienze ed emozioni 6. La selezione e la mente di Michael S. Gazzaniga Le inferenze dei bambini Il sistema percettivo del bambino Inferenza e teorie della mente Competenze percettive precoci L'elaborazione di una teoria della mente Il cervello degli autistici L'interprete nell'adulto Le proprietà dell'interprete Le credenze e il comportamento 7. Dipendenze, compulsione e teoria della selezione di Michael S. Gazzaniga I bambini e il principio di piacere L'uso di stupefacenti negli Stati Uniti La psicofarmacologia La chimica del cervello e le ricompense psicologiche La tossicodipendenza e la teoria della selezione Adolescenza e rischio L'etilismo e la teoria della selezione La compulsione e altri comportamenti estremi La cosiddetta «normalità» L'ipersessualità Le perversioni sessuali L'impulso patologico al gioco d'azzardo 8. Teoria della selezione e psicanalisi di Michael S. Gazzaniga I punti deboli della teoria psicanalitica della mente Il potere terapeutico della relazione medico-paziente 256 257 262 263 264 266 269 271 274 275 284 288 295 299 301 302 303 306 307 308 315 319 320 321 323 328 330 331
Indice Il conflitto edipico I.'ambivalenza I,a sindrome di Tourette I disturbi affettivi /,a depressione: fattori genetici e ambientali Il bisogno di relazione La depressione anaclitica I processi psicodinamici 9. Medicina e invecchiamento di M ichael S. Gazzaniga Esercizio fisico per vincere la depressione I,'approccio olistico L'omeopatia Patologie genetiche Corpo sano in mente sana La relazione fra mente e corpo L'invecchiamento è una malattia? Il sistema ipotalamo-ipofisario La medicina psicosomatica Lo stress 10. Gli indizi sulla natura dell'esperienza conscia di Michael S. Gazzaniga 333 335 338 339 342 347 348 349 353 354 357 358 362 363 365 366 369 373 377 381 Parte terza: LA MEMORIA 1. Le basi biologiche della memoria Le basi neuronali e molecolari di Mirella Ghirardi e Andrea Casadio La localizzazione della memoria di ]oaquin M. Fuster I,a formazione dei ricordi Apprendimento, memoria, plasticità I.çensi e la memoria Le memorie episodiche I ricordi più remoti 395 395 408 408 412 416 419 424
Indice Dalle sinapsi alla memoria 425 di Egidio D'Angelo, Paola Rossi e Vanni Taglietti f recettori NMDA 427 fl deposito della memoria 431 I meccanismi della memoria 434 di Serge Laroche La memoria degli uccelli migratori 440 La cipina 443 Proteine e attività mnemonica 448 Antichi rimedi per la memoria 452 Plasticità cerebrale e apprendimento 453 di ]ean-pierre Changeux Il condizionamento aperante 462 2. Tanti tipi di memoria 465 La memoria tra geni e ambiente 465 di Pierangelo Garzia L'arte di memorizzare 466 Memorizzare dormendo? 472 di Elizabeth Hennevin-Dubois La memoria non cosciente di Larry Squire ed E rie Kandel Dormire per ricordare Alcune tipologie di amnesia fl riconoscimento dei canti fra gli uccelli Esperienze e ricordi La memoria dei bambini La memoria subliminale di Ludovic Ferrand e Juan Segui Riu.<cire a dimenticare Come si diventa abili di Larry Squire ed Eric Kandel L'aprassia Differenze di memoria fra maschi e femmine di scimmia Amnesia e morbo di Alzheimer Assimilazione e accomodamento Ricordi e memoria f limiti della memoria visiva Emozioni, memoria e cervello di ]oseph Le Doux 480 480 484 486 489 492 497 501 502 503 510 513 515 517 518 521
Indice Hicordi incancellabili Superare la paura Il sistema limbico Lo studio interdisciplinare della memoria Come si creano i falsi ricordi di Elizabeth F Loftus La teoria del trauma infantile La psicologia della testimonianza 524 527 533 537 539 545 546 Parte quarta: I SENSI I. La vista Le basi anatomiche e fisiologiche di Ulrico Di Aichelburg Che cos'è la luce e come si propaga Le capacità inibitorie dell'acetilcolina La vitamina A La percezione della terza dimensione Il linguaggio emotivo dei colori I danni da luce blu Le funzioni cognitive e la mappa cerebrale di Brodmann Lo sviluppo della visione: innatismo o empirismo? Illusioni di movimento nel cinema La visione: finestra sulla coscienza di Nikos K. Logothetis ( :ome il cervello riconosce i volti 555 555 556 561 566 571 575 579 584 587 592 594 603 2. L'udito di Ulrico Di Aie helhurg Zwicker Tone e circuiti antirumore Il fenomeno del cocktail party La perdita progressiva dell'orecchio assoluto I barbagianni: imbattibili nella localizzazione dei suoni 608 609 616 620 624
Indice 3. Gusto e olfatto Anatomia e fisiologia di Ulrico Di Aichelburg Il bouquet del vino Disturbi olfattivi nell'uomo I feromoni: modulatori di emozioni Il ruolo dei sapori nel processo gustativo La memoria olfattiva La logica molecolare dell'olfatto di RichardAxel 627 627 628 634 637 641 647 649 Attribuire «un senso» agli odori che percepiamo 651 Il naso elettronico 654 I sensi sono imperfetti 661 Che cos'è il gusto? 662 di David V. Smith e Robert F Margolskee 4. Il tatto 673 Le basi anatomiche e fisiologiche 673 di Ulrico Di Aichelburg Il concetto di soglia e il dolore 679 Il dolore è soggettivo 687 Origini tattili dell'involucro psichico 691 Un senso ingannevole? 692 di Edouard Gentaz e Yvette Hatwell L'esperienza aptica 695 FRONTIERE 1. La porta del sogno di Mauro Mancia Come il cervello costruisce i sogni Sogni alterati e sogni dimenticati Il sogno e l'interpretazione psicanalitica 2. Il tempo in psicologia di Giovanni Bruno Vicario La dislocazione temporale 707 708 712 715 718 719
Indice I.'esperimento di Brown e i paradossi del movimento I.'illusione del movimento l\nalizzare il tempo con lo schema di Fraser.~. La fisiologia della percezione di Walter]. Freeman 725 728 732 737 GLOSSARIO (;!ossario 759
LA MENTE E IL CERVELLO Introduzione I h a = -... z
Ogni azione è conoscenza, ogni conoscenza azione. Humberto Maturana e Francisco Varela, Autopoiesi e cognizione
INTRODUZIONE Il cervello e la mente M entre tieni tra le tue mani questo libro ne percepisci il peso, il colore, la forma dei caratteri con cui è stampato e che formano lettere, parole, frasi che leggi e comprendi: è la materia che agisce sulla sua mente. Quando, tra breve, ordinerai alla tua mano di girare questa pagina sarà la tua mente ad agire sul cervello che, attraverso appositi collegamenti nervosi, farà sì che l'azione dei muscoli si traduca in un movimento. Ma questa distinzione è vera? Esiste un mondo in cui si verificano gli eventi fisici e uno in cui hanno luogo gli eventi mentali? Se il cervello, con la sua natura materiale, è in grado di recepire gli stimoli che provengono dalla realtà che ci circonda e di produrre eventi materiali come i movimenti, la mente è invece estranea al mondo degli oggetti fisici e quindi separata da quello stesso cervello che le invia dei messaggi e che risponde ai suoi ordini? Grossomodo, cosa sia il cervello lo sappiamo un po' tutti: una massa di cellule nervose che guidano il nostro corpo nei suoi movimenti, che decodificano le sensazioni esterne e interne, che organizzano le nostre memorie, i nostri apprendimenti. Sappiamo dalla divulgazione scientifica che gli scienziati penetrano sempre più a fondo nei «meccanismi» cerebrali e, soprattutto, sappiamo che se le funzioni del cervello vengono mo Jificate e danneggiate da droghe, traumi, malattie, il nostro comportamento ne risente: l'alcol e numerose sostanze d'abuso ci rendono confusi, irresponsabili delle nostre azioni; il morbo di Parkinson riduce la nostra capacità di muoverci; il morbo di Alzheimer colpisce la nostra memoria e la nostra in- 1 Pliigema. Insomma, quando riflettiamo sulla natura del nostro cervello arriviamo a una conclusione abbastanza ovvia: che le sue attività sono influenzate da una serie di fattori che ne impediscono il buon funzionamento alterando perciò le funzioni della mente. Ma sei ugualmente disposto a ritenere che, in mancanza di intoppi, la mente dipenda essenzialmente dal cervello? Certamente riterrai che nel momento in cui girerai la pagina di questo libro sarà stato il tuo cervello a controllare i movimenti della tua mano, ma ti dirai anche che sarà stata la mente a ordinare al tuo cervello di farlo: è infatti la mente a guidare il cervello e la mente è altra cosa dci neuroni e delle fibre nervose che formano i complessi labirinti cerebrali... Il rapporto tra le funzioni psichiche e cognitive e le stmtture nettrocerebrali costituisce il filone di ricerca scientifica che cerca di spiegare le connessioni tra mente, pensiero e corpo. 19
INTRODUZIONE Cervello e io Sappiamo cosa sia il cervello, ammettiamo che quando si verifica un suo cattivo funzionamento la mente vacilli, siamo certi che alcuni suoi meccanismi come la memoria abbiano delle basi «materiali», tant'è che possiamo chiedere al medico di prescriverci un farmaco per ridurre l'ansia o di consigliarci qualcosa che migliori la memoria, ma non siamo invece convinti che i nostri sentimenti per la persona amata o le nostre passioni, desideri, visioni del mondo possano essere descritti nei termini di meccanismi del cervello. Riteniamo infatti che essi appartengano alla mente come reputiamo che attraverso di essa siamo consapevoli delle cose che ci circondano, che proviamo sentimenti, emozioni, desideri, che siamo capaci di prestare attenzione, decidere, perseguire i nostri scopi. Anche se non sappiamo definire esattamente cosa sia la mente, abbiamo quindi le idee abbastanza chiare sul suo ruolo: essa è alla base delle nostre percezioni, cioè del modo in cui guardiamo e ci raffiguriamo la realtà circostante, e delle nostre azioni. La mente, inoltre, ha a che vedere con le emozioni, e infine, con il sé, vale a dire con le caratteristiche del nostro io: un io che rispecchia la nostra storia individuale, la nostra unicità biologica e le nostre esperienze. Alcuni dei concetti sull'essenza della mente sono per noi quasi istintivi. Per rendertene conto fai questa semplice esperienza o test che dir si voglia: prova a ripetere la frase: «io ho un cervello». È un'affermazione banale che certamente non ti stupisce: sappiamo tutti di avere un cervello. Adesso non pensarci più e sussurrati queste parole: «questo cervello ha un io». Questa seconda affermazione ti suonerà un po' più strana, anche se entrambi le frasi affermano la stessa cosa. Pensare «ho un cervello» fa parte dell'esperienza quotidiana di un io narrante in cui c'è una specie di omuncolo, un piccolo «io» nella nostra testa, distinto dal nostro corpo: un io che vede e commenta quanto accade. Pensare invece che il nostro cervello abbia un io suscita perplessità in quanto implica che ci poniamo al di fuori di noi stessi, che ci osserviamo con distacco: e noi siamo invece abituati a non porre in dubbio la centralità del nostro io, il fatto che non esiste un intermediario tra noi e la nostra esperienza... Il cervello, insomma, ci appare come un organo irrilevante in termini di esperienza soggettiva: è lì, funziona ma tutto il resto ci sembra dipendere dalla nostra mente, un'entità che appare dotata di una sua autonomia, che si è formata sulla base delle esperienze effettuate nel corso della vita, che è caratterizzata da una sua individualità. 20
Il cervello e la mente,')i;ansione 1\IRI di un cen1ello colpito da ictus. L'ictus è la rottura di un vaso sanguigno cerebrale rhe può causare un 'impn:wvisa perdita di coscienza e delle funzioni cerebrali superiori: un esempio d1 come il cattivo funzionamento del cen;ello condizioni profondamente il comportamento e le facoltà 1/ella persona. 21
INTRODUZIONE Quando il cervello sta male Abbiamo anticipato che queste nostre certezze funzionano quando stiamo bene, quando cioè il cervello lavora silenziosamente per conto del nostro io, almeno così riteniamo: quando invece stiamo male - o meglio il cervello sta male - le cose vanno in modo diverso. Immagina, ad esempio, di avere un forte mal di testa: qui la mente non c'entra affatto, bisogna prendersi cura del cervello, ingoiare un antidolorifico. A meno che il mal di testa non derivi dallo stato di tensione in cui ti trovi: in questo caso, rilassarti psichicamente potrebbe far bene al cervello? Facciamo un passo ulteriore in direzione del cervello, immaginiamo ora quanto può succedere a una persona anziana che abbia avuto un ictus: un vaso che irrora il cervello si è chiuso o è stato bloccato da un grumo di sangue e il sistema nervoso ne ha subito un danno. li danno può interessare il controllo dei movimenti degli arti o qualche aspetto del pensiero, ad esempio la memoria, la capacità di riflettere, di prestare attenzione, di emozionarsi: in questo caso sei perfettamente d'accordo con il fatto che il cattivo funzionamento del cervello è causa di alterazioni del comportamento, che l'io della persona colpita dall'ictus è vittima dei danni nervosi che si sono verificati. Strana dissociazione quella di cui soffriamo tutti noi: se stiamo bene riteniamo che la mente abbia poco a che fare con il cervello, se invece il cervello sta male lo stato della mente dipende dal cattivo funzionamento cerebrale... Forse ci siamo illusi che la mente abbia una sua autonomia e dobbiamo ritenere che tutto dipenda dal cervello? È possibile che man mano che gli scienziati penetrano nei suoi meccanismi potremo chiarire ogni aspetto delle funzioni mentali, dalla memoria all'emozione, alla stessa coscienza? Ciò che prova il nostro io potrà essere letto con appropriati strumenti che sonderanno ogni aspetto della nostra psiche? Oppure continueranno a esistere due diversi tipi di spiegazione, una soggettiva che si riferisce a ciò che prova la nostra mente, una oggettiva che si riferisce a cosa succede nel nostro cervello? Prova a fare un altro semplice test per renderti conto della diversità delle spiegazioni sulla natura della mente. Datti un pizzico sull'avambraccio, poi fai una breve pausa per riflettere sulle tue sensazioni. Adesso datti un pizzico più forte finché il braccio comincia a far male: hai appena provato una sensazione di dolore che ha forse suscitato una blanda reazione emotiva. Immagina ora che un neuroscienziato abbia misurato e valutato tutti gli eventi nervosi che si sono verificati nel tuo sistema nervoso durante la tua esperienza: che