riassunto completo fondamenti anatomo fisiologici dell attività psichica

Introduzione alle neuroscienze

Relazione cervello-comportamento

Lo studio della mente e la sua relazione con il cervello è da sempre uno dei campi d’indagine più controversi e affascinanti delle scienze naturali. Infatti, studiare il funzionamento del cervello è un desiderio e un bisogno che gli uomini hanno sempre avuto nel corso della storia, proprio perché è alla base della nostra capacità di percepire, pensare e ricordare. Va inoltre considerata l’importanza della comprensione delle malattie nervose che rappresentano disfunzioni dei meccanismi affettivi, cognitivi e regolatori. Lo studio dell'attività cerebrale è una prerogativa fondamentale per lo psicologo, che non può ignorare la conoscenza dei presupposti biologici, delle strutture anatomiche e dei processi fisiologici alla base del comportamento e dei processi mentali annessi.

Neuroscienze: una branca moderna

Le neuroscienze sono una branca relativamente moderna che supera il dualismo tra mente e corpo, attribuendo al pensiero e alle facoltà mentali una base biologica. Questo settore si avvale di un approccio interdisciplinare che coinvolge vari campi di indagine, tra cui la chimica, la medicina e la fisica, insieme all’apporto delle discipline filosofiche e psicologiche. Di fronte a una disciplina così complessa e variegata, i neuroscienziati hanno adottato un approccio riduzionistico, cioè la divisione della complessità del problema in parti più piccole, in modo da poter studiare il funzionamento cerebrale a diversi livelli. Nello specifico, le neuroscienze si suddividono al loro interno in base all’oggetto di studio, dai livelli molecolare, cellulare, sistemico a quello comportamentale. I campi di indagine risultano così variegati e ampi, pur mantenendo lo scopo ultimo della comprensione globale del funzionamento cerebrale.

Obiettivi delle neuroscienze

L'obiettivo primario delle neuroscienze è spiegare in che modo il cervello generi i comportamenti, come venga influenzato da fattori ambientali e dall’interazione con altre persone. Inoltre, i neuroscienziati tentano di capire se i processi mentali siano confinati in particolari regioni cerebrali, oppure se rappresentino una proprietà globale dell'intero cervello. Questo rappresenta la sfida odierna nel campo delle neuroscienze, poiché l'influenza del comportamentismo, fino a pochi decenni fa, aveva negato l'esistenza di una coscienza e l'utilità dello studio dei processi mentali. La neuroscienza cognitiva oggi, insieme alla maggior parte degli psicologi e degli psicofisiologi, è convinta dell'importanza dell'introspezione e dello studio del funzionamento dei processi mentali.

Ogni giorno, durante le nostre attività più comuni, il cervello mette in relazione due realtà: quella proveniente dal mondo esterno e quella interna, frutto della nostra soggettività. Attraverso questo confronto, il sistema nervoso programma ed elabora risposte oppure, mantenendo al suo interno le informazioni, ci permette di ottenere consapevolezza e di generare pensieri. L’attività cerebrale determina il funzionamento motorio e sensoriale, la nostra coscienza e le nostre emozioni, regolando il comportamento in maniera efficace.

Approcci multidisciplinari

Negli ultimi anni si sta procedendo in modo multidisciplinare, associando tecniche della psicologia cognitiva con metodi di indagine che permettono l'osservazione del cervello in vivo, e quindi durante la formazione dei processi cognitivi ed affettivi. Le neuroscienze cognitive studiano i substrati neurali alla base dei processi mentali e del comportamento.

Cenni storici

Lo sviluppo delle neuroscienze è stato contraddistinto da molti protagonisti provenienti da ambiti di studio diversi, poiché l’oggetto di studio delle neuroscienze è affascinante ma anche contraddittorio. L’uomo si trova a studiare l’organo che è la sede delle sue facoltà mentali. La storia dell’interesse sul cervello è molto antica, senza un’origine ben precisa. Sappiamo, ad esempio, che gli antichi egiziani operavano incisioni e trapanazioni sul cervello non solo per i processi di mummificazione ma anche in seguito a lesioni e traumi cranici. Lo scopo delle trapanazioni non è ancora esattamente chiaro, ma dalle osservazioni sui reperti archeologici, è possibile ipotizzare che questi sistemi fossero adottati a scopo di cura. Nonostante la conoscenza approfondita di questo organo, la concezione rimase sempre quella che il cuore fosse la sede dell’anima.

Nell'antica Grecia, Ippocrate ipotizzò che il cervello potesse essere la sede dell'elaborazione delle sensazioni e quindi la sede dell'intelligenza. Questa inferenza derivava dal fatto che nel corpo umano è possibile osservare una correlazione struttura-funzione. Il cervello è collocato nella testa e riceve innervazioni da tutti gli organi di senso. Quindi, secondo Ippocrate, la struttura cerebrale non solo era coinvolta nella raccolta ma anche nell’elaborazione delle informazioni provenienti dall’ambiente esterno.

Durante l'impero romano, la concezione di Ippocrate venne condivisa anche dal grande medico e filosofo Galeno. Dall'osservazione della diversa consistenza tra cervello e cervelletto, egli suggerì che l'encefalo fosse il recipiente delle sensazioni e che il cervelletto comandasse i muscoli. Dissezionando il cervello, scoprì che al suo interno esso mostrava delle cavità, la scoperta di queste cavità o ventricoli aderì perfettamente alla teoria dominante dell'epoca, cioè che il corpo funzionasse attraverso un bilanciamento tra i quattro fluidi vitali (umori). Secondo questa concezione, le sensazioni erano registrate nel cervello e i movimenti venivano avviati attraverso lo spostamento degli umori da o verso i ventricoli tramite i nervi, che a quei tempi si credeva fossero come i vasi sanguigni. L'idea di Galeno rimase predominante fino al Rinascimento, infatti, nessun progresso importante avvenne per molti secoli.

Un contributo molto importante per la comprensione delle strutture e in particolare dei ventricoli si deve all’anatomista Giuseppe Vesalio (autore di “De humani corporis fabrica”). Nonostante questo, il concetto di fluido meccanico che spiegava il modo di funzionare del cervello, rimase predominante e fu sostenuto anche dal filosofo Cartesio, sebbene egli credesse che questo processo si verificasse solo per le funzioni elementari, tipo camminare e mangiare, e non per quelle superiori. La concezione di Cartesio era, infatti, dualistica: egli riteneva che la mente fosse un’entità mentre il cervello, un contenitore fisico. Secondo il filosofo poi la mente controllava gli organi di senso che a loro volta fornivano le info circa l’ambiente circostante e questa comunicazione aveva un luogo fisico rappresentato dalla ghiandola pineale.

Le posizioni più moderne sul funzionamento cerebrale iniziarono verso la fine del 17º secolo, quando gli studiosi cominciarono a dissezionare in maniera più specifica il cervello scoprendo che i ventricoli cerebrali non sono vuoti, ma che al loro interno è contenuto il liquido cerebrospinale (o cefalo-rachidiano). Il tessuto cerebrale è suddiviso in due parti: la sostanza grigia e la sostanza bianca. Con l’avvento della microscopia e grazie all’apporto di Marcello Malpighi, si cominciò a dare più importanza al cervello, sebbene lo scienziato concepisse la corteccia cerebrale come un insieme di ghiandole che producevano il fluido nerveo e che, comunque, seguiva la concezione del passaggio del fluido meccanico attraverso i nervi.

Altre importanti osservazioni rivelarono che la sostanza bianca cerebrale mostrava una continuità con i nervi, e quindi si ipotizzò in maniera corretta che essa contenesse le fibre che dipartivano dalla sostanza grigia. Si scoprirono inoltre le conformazioni generali del cervello, del midollo spinale e la porzione periferica formata dalla rete dei nervi che attraversano il corpo. Oltre a ciò, si osservò che la distribuzione generale della superficie dell'encefalo presentava delle irregolarità che rispettavano una certa costanza per ogni individuo. Queste osservazioni portarono alla concezione di mappe e alla ripartizione del cervello in lobi, segnando il punto di partenza dell'orientamento secondo cui differenti funzioni sono localizzate su diverse prominenze del cervello.

Alla fine del 19º secolo, numerose scoperte in chiave neurofunzionale furono fatte attraverso l’osservazione che le lesioni cerebrali possono compromettere sensazioni, movimento e pensiero e possono causare la morte. Un altro importante avanzamento si ebbe grazie agli esperimenti di Luigi Galvani e di Emilio du Bois-Reymond, i quali rimpiazzarono la concezione del movimento dei fluidi dimostrando che i muscoli stimolati attraverso scosse elettriche si contraevano involontariamente. Poiché la struttura interna dei nervi era costituita da numerosi fili, la nuova concezione che originò in quegli anni fu che i nervi conducessero energia elettrica e che questo costituisse il modo di comunicare della rete nervosa.

Negli anni che seguirono, si avvalse di una tecnica detta ablazione sperimentale, cioè la distruzione sistematica delle regioni del cervello. Utilizzando questa metodologia su molte varietà di animali, Jean Pierre Flourens poté dimostrare che il cervelletto era veramente implicato nella coordinazione del movimento. Per quanto riguarda le protuberanze presenti sulla superficie del cervello, Franz Joseph Gall suggerì che la personalità potesse essere correlata alle dimensioni del cranio. Per dimostrare le sue ipotesi, Gall e i suoi collaboratori raccolsero e misurarono con precisione i crani di centinaia di persone che mostravano determinate caratteristiche di personalità. Secondo Gall, le protuberanze del cervello rappresentavano diverse sedi funzionali, e di conseguenza la morfologia di una particolare sede era in correlazione con il grado di sviluppo di una data facoltà. La tecnica che Gall e i suoi collaboratori utilizzavano venne definita cranioscopia e portò alla produzione delle cartografie cerebrali.

Questo diede il via a una nuova scienza, che studiava la correlazione tra la struttura della testa e i tratti di personalità, chiamata frenologia. La frenologia fu molto contrastata dagli psicofisiologi poiché le facoltà oggetto della sistemazione anatomica di Gall erano tutte funzioni superiori, immateriali e quindi difficili da misurare e da confutare. In particolare, Flourens credeva che la corteccia cerebrale fosse implicata in maniera globale nello sviluppo delle facoltà mentali e quindi sosteneva una concezione anti-localizzazionista. Sebbene questa scienza non fosse completamente accettata, riscontrò per diversi anni molta popolarità, ma le intuizioni frenologiche assunsero un aspetto più scientifico quando, attraverso gli studi di uno scienziato francese, si poterono raccogliere prove sperimentali sulla localizzazione delle funzioni cerebrali.

Paul Broca, dissezionando il cervello di un paziente che presentava un disturbo legato al linguaggio, poté osservare che il cervello di questa persona riportava una lesione nel lobo frontale sinistro. Effettuò altre autopsie in pazienti che presentavano lo stesso disturbo afasico, arrivando ad individuare la specifica area cerebrale predisposta al linguaggio che oggi porta il suo nome. Oggi sappiamo, infatti, che l'area di Broca è la sede del centro di programmazione motoria del linguaggio, mentre l'area di Wernicke (nome di un altro scienziato tedesco) è la sede della capacità di comprendere il linguaggio, situata sempre nell’emisfero sinistro ma nel lobo temporale. La compromissione dell’area di Wernicke dà luogo ad un tipo di afasia sensoriale, cioè la comprensione delle parole è pregiudicata ma il paziente riesce ancora a produrre ed articolare discorsi.

In seguito, grazie al lavoro del neurologo tedesco Korbinian Brodmann, fu possibile creare la mappa citoarchitettonica, che a differenza delle intuizioni frenologiche, si basava sulle osservazioni dell’organizzazione dei neuroni nella corteccia cerebrale. Tale sviluppo si poté ottenere grazie all’utilizzo del microscopio e tramite una tecnica di colorazione del tessuto nervoso che veniva utilizzata in campo istologico. In particolare si osservò che le cellule nervose erano distribuite in maniera diversa sulla superficie corticale e si dimostrò che l’organizzazione neuronale era correlata con diverse funzioni cerebrali. La sistemazione di Brodmann in aree seguiva un’elencazione numerica che è stata, negli anni, confutata e raffinata. Alcune tecniche moderne, come il neuroimaging, hanno confermato gli studi neurofisiologici di Brodmann e le aree da lui identificate rimangono il sistema di organizzazione della corteccia cerebrale più utilizzato e diffuso.

Tra le aree identificate attraverso gli studi istologici di Brodmann vi sono:

• Corteccia somato-sensoriale (BA 3,1,2)
• Corteccia motoria primaria (BA 4)
• Corteccia visiva primaria (BA 17)

Anche le aree di Broca e Wernicke furono elencate seguendo questo schema. L’avvento del microscopio segnò una tappa fondamentale per la fisiologia, infatti, proprio in questi anni Theodor Schwann propose la teoria cellulare, secondo cui tutti i tessuti sono costituiti da unità microscopiche chiamate cellule. Le cellule nervose, però, apparivano al microscopio formate da filamenti e prolungamenti che facevano assomigliare il tessuto nervoso ad una rete e, quindi, a differenza di altre parti del corpo, fu più difficile attribuire la teoria cellulare al neurone.

In questo periodo, anatomisti e istologici illustri concorsero allo sviluppo delle conoscenze che oggi abbiamo sul neurone, sebbene solo grazie ai moderni progressi nella microscopia, sia stato possibile confutare che anche le cellule nervose sono unità funzionali distinte e non un reticolo continuo dove l’informazione fluisce da e per il cervello. Il neurone possiede, infatti, dei prolungamenti attraverso cui l’informazione viene trasmessa da una cellula all’altra in una sede specifica, che prende il nome di spazio sinaptico. La trasmissione nervosa è un evento elettrochimico tra una cellula presinaptica e postsinaptica e percorre vie specifiche in base all’informazione che deve essere trasmessa: esistono cioè dei circuiti neuronali attraverso i quali si muove l’informazione.

Queste conoscenze sono dovute al lavoro di due scienziati, Hodgkin e Huxley, che a partire dal 1939, studiarono i meccanismi attraverso i quali i neuroni producono segnali elettrici e come questi segnali si propagano all’interno delle cellule. Il loro primo studio, che costituisce il punto di partenza della loro teoria, fu compiuto sull’assone gigante del calamaro e li condusse alla condivisione del Nobel nel 1963. Una serie di esperimenti condotti negli anni '50 (tra cui quelli di Katz, Miledi e Castillo), hanno evidenziato le conoscenze alla base della trasmissione chimica tra i neuroni. Questi studi hanno rilevato l’esistenza di neurotrasmettitori, recettori, e molecole che contraddistinguono la trasmissione sinaptica a livello chimico.

Metodi elettrofisiologici

Tutto quello che conosciamo del sistema nervoso è stato possibile grazie alla costante ricerca scientifica e all’utilizzo di tecniche di osservazione e d’indagine sperimentali. Tra le metodiche elettrofisiologiche attualmente in uso che permettono di ricavare diverse informazioni sulla morfologia e sul funzionamento cerebrale normale e patologico troviamo:

• Elettroencefalogramma (EEG): registrazione dell’attività elettrica cerebrale mediante elettrodi posti sullo scalpo; fornisce una misura delle oscillazioni dell’attività elettrica cerebrale attraverso le quali possiamo ricavare informazioni sullo stato mentale.
• Potenziali Evento Correlati (ERPs): modificazioni dell’attività elettrica cerebrale spontanea sincronizzate con uno stimolo (ad esempio, visivo, somestesico o uditivo); essi rappresentano l’attività neuronale all’interno del cervello e le loro componenti possono essere distinte in base alla loro comparsa in termini di temporizzazione:
  • Esogene: precoci, indipendenti dallo stato psicologico del soggetto, dipendono dalle caratteristiche dello stimolo, si generano immediatamente dopo la comparsa dello stimolo.
  • Endogene: tardive, non dipendono solo dallo stimolo, sono legate a processi di elaborazione.
• Magnetoencefalografia (MEG): simile agli ERPs ma più precisa; registra e analizza i campi magnetici che accompagnano i potenziali elettrici cerebrali permettendo una localizzazione della loro sorgente intracerebrale.
• Stimolazione Elettrica: stimolazione di aree specifiche della corteccia cerebrale per mezzo di elettrodi; il limite è rappresentato dal fatto che questa metodologia prevede l’esposizione della corteccia cerebrale.
• Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS): stimolazione della corteccia cerebrale attraverso la scatola cranica o lo scalpo con impulsi magnetici di breve durata; effetti collaterali scarsi, ma non del tutto assenti, elevata risoluzione temporale.
  • Misura l’eccitabilità di circuiti neuronali specifici.
  • Blocca transitoriamente la funzione (simulando una lesione cerebrale).
• Indici Autonomici: conduttanza cutanea, variazioni del ritmo cardiaco e respiratorio e della pressione arteriosa; usati per lo studio delle asimmetrie emisferiche e per l’osservazione dell’elaborazione inconsapevole degli stimoli.