Psicologia 2

Cervello e funzioni cognitive

I processi psichici e le funzioni del cervello

I processi psichici dell'uomo dipendono dalle funzioni del cervello, una massa di appena 1,5 Kg, ma è di fatto l'organizzazione di materia più complessa a noi nota. Il cervello dell'uomo ha una struttura evolutasi in milioni di anni ed è caratterizzato dalla corteccia cerebrale, un rivestimento di circa 2-3 mm di spessore composto di cellule e fibre nervose.

La corteccia cerebrale compare tardi nella scala filogenetica (è assente nei pesci e negli anfibi) ed è limitata a funzioni elementari negli animali inferiori. Nelle grandi scimmie vi è un aumento del tessuto corticale e la comparsa di aree a funzione complessa. Nel cervello dell'uomo sono tipiche sia l'estensione della corteccia e la differenziazione delle aree funzionali sia l'aumento delle circonvoluzioni (pieghe) del tessuto corticale.

Il cervello è la parte del sistema nervoso connessa in modo più diretto ai processi mentali e comportamentali. Oggi la relazione fra mente e cervello sembra abbastanza ovvia. Chi voglia segnalare di dubitare della correttezza del pensiero altrui, oppure di essere lui/lei stesso/a impegnato/a a pensare, indica la propria testa. È vero anche che, nel linguaggio comune, si indica il cuore quando invece prevale l'aspetto affettivo-emotivo del pensiero. Tuttavia, la relazione fra mente e cervello non è mai messa seriamente in dubbio.

Ma per quanto possa sembrare sorprendente, la certezza di tale relazione è una acquisizione abbastanza recente. Nella filosofia di Aristotele la mente dipendeva dal cuore, non dal cervello... il cervello aveva una sorta di funzione di radiatore in un motore a scoppio (raffreddamento). Così tuttavia non era per Ippocrate (il male sacro) e per altre figure filosofiche e mediche del passato. Ma l'idea aristotelica del cuore come sede della mente prevalse. Questa, tuttavia, non era un'idea originaria di Aristotele.

Il dualismo cuore-cervello

Gli Egizi stessi, papiro chirurgico appena citato a parte, pensavano che la sede della mente fosse il cuore (vedi anche le procedure di imbalsamazione e il destino del cervello). Il dualismo cuore–cervello si protrasse per circa 2000 anni. Terminò definitivamente e in modo chiaro solo quando nel XVII secolo un gruppo di studiosi inglesi fece pendere definitivamente la bilancia a favore del cervello. Superare una visione non più sostenibile.

Il cervello ad un primo sguardo è veramente poco attraente.... quello di un cadavere poi si deteriora anche molto molto velocemente. Henry More (XVII secolo): «...this bowl of curds (the brain) could not contain the complex workings of the soul».

Metodi di analisi e fissazione del cervello

Dal XVII secolo (Willis in Inghilterra). Metodi di fissazione, analisi macroscopica...sezione del materiale cerebrale...analisi con il microscopio, e poi... Il tessuto cerebrale è la sede della mente!

Evoluzione del sistema nervoso dei vertebrati

• Sviluppo da un tubo neurale dorsale cavo.
• Simmetria bilaterale.
• Segmentazione. Coppie di nervi spinali si estendono a ogni livello del midollo spinale.
• Controllo gerarchico. Gli emisferi cerebrali controllano l'attività del midollo spinale.
• Sistemi separati. Il sistema nervoso spinale è separato dal sistema nervoso periferico.
• Localizzazione della funzione. Funzioni specifiche sono controllate da specifiche parti del sistema nervoso.

Evoluzione dei sistemi cerebrali

L'evoluzione nello sviluppo del cervello ha evidenziato tre sistemi successivi e in integrazione tra loro. Questi costituiscono un unico organo il cui ordine gerarchico ci comunica importanti informazioni sull'evoluzione della struttura del cervello.

Cervello rettiliano: tronco dell'encefalo. Il più antico in sviluppo (500 milioni di anni) e segue il midollo spinale. Regola movimenti involontari e la vita vegetativa (respirazione, battito cardiaco, temperatura corporea). La materia grigia dei rettili.

Cervello limbico: sviluppato nei paleo mammiferi successivamente al primo (250 milioni di anni fa) è implicato nella regolazione degli stati emotivi adattivi (attacco – fuga, possessività – sottomissione, ecc.).

Neo cervello: la neo corteccia evoluta sopra i due precedenti, presenti nei mammiferi evoluti e nell'uomo. Le funzioni cognitive più elaborate ed evolute (linguaggio, pensiero...).

Architettura del cervello e della mente

Una volta stabilito che la mente era il prodotto del cervello, la ovvia successiva domanda era se fosse possibile individuare nel cervello strutture indipendenti, specializzate nella produzione di aspetti specifici del pensiero. In termini moderni, la domanda è se esistano un'architettura del cervello e un'architettura della mente e se le due architetture possano essere messe in corrispondenza o relazione.

Neuroni e cellule gliali

Come tutti gli altri organi del corpo umano, il cervello è formato da un gran numero di cellule. Tutte le cellule hanno caratteristiche comuni. Le cellule che formano i vari organi hanno inoltre caratteristiche specifiche, dalle quali dipendono le peculiarità funzionali di quell'organo. Il cervello umano e animale è composto di cellule di due tipi: neuroni e cellule gliali.

I neuroni sono le unità elementari dalle quali dipendono le funzioni mentali. Come tutte le cellule, il neurone è formato da un corpo cellulare (o soma) di consistenza piuttosto liquida, nel quale galleggiano un nucleo ed altri organelli cellulari. Il corpo cellulare è circondato da una pellicola (membrana) che lo separa dall'ambiente. I neuroni sono cellule eccitabili. Il corpo cellulare dei neuroni si prolunga in molte appendici brevi, dette dendriti, e in una appendice più lunga, detta assone.

Funzioni delle cellule gliali

Nel sistema nervoso ci sono all'incirca 100 miliardi di neuroni. Nel cervello ci sono 25-30 miliardi di neuroni. Per quanto la rete che formano sia intricata e complessa, i neuroni non perdono mai la loro individualità. La rete è formata da neuroni che non si toccano mai, neppure con le loro propaggini. I punti dove le membrane dei due neuroni adiacenti arrivano quasi ad un contatto si indicano con il nome di sinapsi.

Le sinapsi sono le strutture neuroni specializzate per la comunicazione tra un neurone e l'altro. Secondo la teoria del neurone di Cayal:

1. Il neurone è una unità anatomica. Due neuroni adiacenti sono sempre separati da un intervallo.
2. Il neurone è una unità funzionale. Un singolo neurone viene influenzato dall'attività (elettrica) dei neuroni con i quali comunica attraverso le sinapsi. La comunicazione tra un neurone e un altro avviene solo in una unica direzione.
3. Il neurone è una unità genetica. Tutti i neuroni si originano dal neuroblasto e nello sviluppo non formano reti casuali ma specifiche e prestabilite.
4. Il neurone è una unità trofica. Il taglio assonale determina la degenerazione della sua parte a valle e di quella a monte, ma tale degenerazione non si estende al di là della sinapsi agli altri neuroni.

Comunicazione neuronale

I neuroni sono cellule specializzate per scambiarsi impulsi nervosi (impulsi elettrici) che sono il mezzo per trasmettere informazione. Gli impulsi nervosi provenienti dai neuroni a monte (posizione precedente) raggiungono i dendriti o il corpo cellulare del neurone e vengono trasmessi ai neuroni a valle (posizione successiva) lungo il suo assone. Arrivato alla fine dell'assone, il segnale (impulso elettrico) passa al neurone che segue nella catena grazie al rilascio di sostanze chimiche – i neurotrasmettitori – nello spazio sinaptico. I neurotrasmettitori raggiungono il neurone a valle e fanno riprendere l'impulso elettrico; impulso che inizia a viaggiare prima sul corpo cellulare e poi sull'assone del neurone a valle.

Il ruolo delle cellule gliali

I neuroni non sono le uniche cellule del cervello, vi sono anche cellule che forniscono un sostegno fisico, funzionale e nutritivo ai neuroni, sono le cellule gliali. Queste sono molto più numerose dei neuroni, dal momento che se ne contano 10 per ogni neurone. Fino a pochi anni fa si pensava che la funzione delle cellule gliali fosse semplicemente quella di costituire un sostegno meccanico e di nutrimento ai neuroni, rimuovendo gli scarti e assicurando la matrice fisica che tiene insieme i circuiti neuronali (glia significa appunto colla). Si pensa adesso che, invece, esse partecipino alla trasmissione dell'informazione in un modo che ancora non ci è chiaro. Alcune tipologie di cellule gliali emettono prolungamenti ricchi di mielina, una sostanza lipidica che agisce da isolante. La guaina mielinica fornita da queste cellule circonda completamente l'assone e lo isola. Questa guaina aumenta di molto la velocità di conduzione dell'impulso elettrico dell'assone.

Sistema nervoso: centrale e periferico

Il sistema nervoso di tutti i vertebrati, uomo compreso, è composto di due parti: il sistema nervoso centrale (SNC) e il sistema nervoso periferico (SNP).

Il SNC è contenuto dentro protezioni ossee: scatola cranica e colonna vertebrale. Il SNC (encefalo e midollo spinale) è racchiuso in una teca ossea (scatola cranica e colonna vertebrale) ed è avvolto in tre membrane protettive (meningi) e nel liquido cerebro spinale. La scatola cranica contiene l'encefalo del quale il cervello è la parte principale. La colonna vertebrale contiene il midollo spinale. Il SNP è invece posto fuori tra tali contenitori ossei.

Composizione del sistema nervoso centrale

Il SNC è costituito da:

• Encefalo
• Midollo spinale

L'encefalo è situato dentro la scatola cranica, ed è formato (come tutto il resto del SN) da sostanza grigia e sostanza bianca (sostanza grigia: neuroni; sostanza bianca: fibre assonali mielinizzate) ed è suddiviso in:

• Cervello
• Diencefalo
• Tronco dell'encefalo... posteriormente a queste strutture si trova il cervelletto.

Struttura del cervello

Il cervello è composto da due emisferi cerebrali (destro e sinistro) speculari e divisi da un solco. La porzione evolutivamente più antica è il sistema limbico posto all'interno degli emisferi cerebrali. Ogni emisfero è percorso da pieghe (circonvoluzioni cerebrali) che ne aumentano la superficie. Sotto il solco c'è un insieme di fibre, il corpo calloso, che collega tra loro i due emisferi. La parte più esterna, scura del cervello è chiamata corteccia cerebrale.

La corteccia cerebrale (2-3 mm circa di spessore) contiene i centri che controllano il movimento, la sensibilità, il pensiero, la memoria e tutte le funzioni cognitive più elevate e che consentono la vita di relazione con il mondo. Il diencefalo è la parte più interna del cervello; controlla ed elabora gli stimoli provenienti dall'interno del corpo, grazie a due importanti gruppi di neuroni che formano aree chiamate talamo e ipotalamo.

- Il talamo è la porta di ingresso alla corteccia cerebrale. Riceve e filtra informazioni e le trasmette alla corteccia.

- L'ipotalamo regola temperatura, fame, sete e comportamento sessuale.

- Il cervelletto è una formazione posta sotto gli emisferi cerebrali. Svolge funzioni di controllo dei movimenti volontari, del linguaggio e della memoria procedurale spaziale. Il 40-50% dei neuroni totali del cervello si trova qui.

Lobi cerebrali

Ogni emisfero del cervello viene suddiviso a sua volta in quattro grandi aree, chiamate lobi, ognuna delle quali presiede a funzioni specifiche e differenziate.

• Lobo frontale
• Lobo parietale
• Lobo occipitale
• Lobo temporale

Interiormente ai quattro lobi della corteccia per ogni emisfero è situato il sistema limbico, implicato nella regolazione degli stati motivazionali e di quelli emotivi. Nel sistema limbico vi è l'amigdala, che ha un ruolo centrale nelle emozioni, nell'esprimerle, nel riconoscerle e nel provarle.

Il cervello assolve alle funzioni mentali più complesse. Controlla i movimenti volontari, decodifica ed elabora gli stimoli sensoriali e sensitivi. Media tutte le funzioni cognitive complesse. Gli emisferi cerebrali sono ricoperti da uno strato di tessuto cerebrale chiamato corteccia cerebrale. Le profonde pieghe presenti (circonvoluzioni) hanno scopo di aumentare la superficie della corteccia senza aumentare il volume del cervello.

Vantaggi e svantaggi evolutivi

Vantaggio: l'aumento della superficie della corteccia ha vantaggi evolutivi in termini di efficienza intellettiva e il modo più semplice per aumentare la superficie corticale è ingrandire il cervello aumentando il volume.

Svantaggio: difficile e rischioso il parto. Compromessi evolutivi e soluzioni: circonvoluzioni, ossa del cranio che si saldano post parto, crescita maggiore del cervello dopo il parto. Le pieghe più profonde prendono il nome di scissure. La scissura longitudinale separa i due emisferi nella linea mediana, sotto di essa vi è un fascio di fibre di collegamento tra emisferi, il corpo calloso. La scissura di Rolando separa il lobo frontale dal lobo parietale. La scissura di Silvio separa il lobo temporale dagli altri lobi.

Funzioni dei lobi cerebrali

Ogni lobo di ogni emisfero cerebrale contiene regioni funzionali specifiche. Alcune regioni ricevono informazioni sensitive, altre inviano comandi motori. Ogni emisfero riceve ed invia impulsi (sensoriali e motori) alla metà opposta del corpo. I due emisferi non sono identici ma hanno delle differenze funzionali (ad es. linguaggio emisfero sinistro). La assegnazione di una funzione ad una regione della corteccia è sempre imprecisa a causa dei limiti delle sovrapposizioni e una regione può svolgere diverse funzioni.

Lobo frontale e funzioni esecutive

Lobo frontale: programmazione e pianificazione azione e controllo movimento, funzioni esecutive, memoria di lavoro, integrazione cognitiva ed emotiva, linguaggio (produzione).

Lobo parietale e sensazioni somatiche

Lobo parietale: sensazioni somatiche, schema corporeo, relazioni spaziali, attenzione spaziale, numeri, integrazione percettiva.

Lobi occipitale e temporale

Lobo occipitale: visione.

Lobo temporale: udito, memoria, apprendimenti, comportamento emotivo, linguaggio (comprensione), riconoscimento (facce).

Aree corticali associative

Da un'analisi della morfologia macroscopica della corteccia cerebrale è possibile vedere, nel confronto con altre specie, che nell'uomo si ha un notevole ampliamento di quelle definite come aree corticali associative. Aree "silenti" che non presiedono direttamente al movimento (area grigia) o alla sensazione (area segmentata). Ampliamento che non è evidente per altre specie. Queste aree associative sono presenti nella parte frontale, in quella temporale e in quella parietale. Sono aree funzionali complesse.

Si riteneva che le aree associative avessero come funzione principale l'associare informazioni delle aree sensoriali e sensitive con le aree motorie... ma poi... Le informazioni raccolte dagli organi di senso seguendo le vie nervose ascendenti raggiungono, attraverso il talamo (stazione di transito), le regioni corticali dove sono localizzate le aree sensoriali e sensitive primarie, specifiche per la relativa informazione sensoriale o sensitiva. Da qui le informazioni vengono elaborate in aree sensoriali/sensitive di ordine superiore e da queste distribuite secondo due vie principali...

Aree motorie del cervello

Alle aree motorie del cervello - movimenti rapidi:

• Area motoria: l'organizzazione delle aree motorie corticali corrisponde alle varie aree del corpo che possono essere schematizzate con un homunculus motorio. L'estensione delle aree corticali non è proporzionale alle aree corporee ma alla loro capacità di compiere movimenti fini. Questa rappresentazione mostra una immagine curiosamente deformata del corpo.
• Area sensoriale: anche la proiezione sensoriale avviene secondo una precisa localizzazione somato–topica e anche qui l'estensione delle aree non è proporzionale alle dimensioni del corpo, ma alla abbondanza delle loro innervazioni, vedi homunculus sensoriale.

Aree associative e funzioni cognitive complesse

Alle aree associative - integrazione in funzioni cognitive più elaborate e complesse:

• Le aree corticali associative riguardano il substrato anatomico delle funzioni superiori che non sono sensoriali o motorie e sono particolarmente sviluppate nell'uomo.
• Sembra che tre aree corticali associative siano primariamente responsabili delle principali funzioni cognitive superiori, quelle più vicine a ciò che definiamo processo cognitivo superiore: la corteccia parietale, la corteccia temporale e la corteccia prefrontale (lobo frontale).

Aree sensitive del lobo parietale

Aree sensitive o somestesiche del lobo parietale:

• L'area sensoriale/sensitiva primaria ci permette di conoscere il mondo circostante attraverso le sensazioni. Riceve impulsi dal tatto, dalla pressione e informazioni concernenti la posizione del corpo nello spazio, degli arti, delle articolazioni, dei muscoli (homunculus sensitivo). In questa area gli impulsi della sensibilità generale diventano coscienti.
• L'area associativa costituisce la parte restante del lobo parietale. È un'area estremamente complessa, comanda il comportamento astratto e permette in ogni istante di integrare le informazioni visive, motorie e sensitive.