L’UOMO NEURONALE – Parte 2 di 4

Analisi e studio su

Jean-Pierre Changeux,
L’uomo neuronale

Milano, Feltrinelli, 1983 (4a ediz. 1993)

Parte II di 4

Punto di partenza dell’oscillazione: il potenziale elettrico diminuisce e, di conseguenza, il canale del calcio, lento, sensibile al potenziale, si apre. Il calcio entra nella cellula. Prima di essere rigettato dalla pompa, provoca l’apertura dell’altro canale lento, selettivo per il potassio. In questo momento il potassio esce dalla cellula; uscendo, provoca un aumento di potenziale. Ci si ritrova al punto di partenza … Il potenziale di membrana oscilla lentamente. Se l’oscillazione ha un’ampiezza sufficiente perché esso superi la soglia di innesco dell’impulso nervoso, una raffica parte alla cresta di ciascuna oscillazione lenta. La lunghezza della raffica dipende dall’ampiezza e durata dell’oscillazione. Se tale ampiezza raggiunge la soglia solo per un tempo brevissimo, la raffica si riduce a uno o a qualche impulso. Essa può anche non apparire a ogni oscillazione, soltanto a una sua fluttuazione particolarmente grande. Si passa da un orologio a raffiche a un generatore stocastico di impulsi. Gli oscillatori neuronali sono così regolabili tanto dal potenziale di membrana quanto dalla concentrazione interna del calcio.

Quattro molecole-canali, tre ioni, due pompe e l’ATP bastano quindi per creare un orologio biologico regolabile che funziona, senza pause e in maniera spontanea. 

Esistono due modi di trasmissione: ci sono sinapsi a trasmissione elettrica, altre a trasmissione chimica. L’idea che un modo di trasmissione ‘chimica’ intervenga nella segnalazione nervosa a complemento di una propagazione elettrica si deve all’elettrofisiologo Du Bois Reymond.

L’acetilcolina è presente nel nervo motore e il nervo ne effettua la sintesi. La stimolazione elettrica delle terminazioni motrici ne provoca la liberazione. L’acetilcolina è un ‘intermediario chimico’ o neurotrasmettitore nella trasmissione del segnale nervoso. Essa è presente solo nella terminazione nervosa, non nel muscolo; il segnale chimico non può propagarsi che dal nervo al muscolo.

Ogni vescicola contiene circa 10.000 molecole di acetilcolina. In totale, quasi tre milioni di molecole di acetilcolina si accumulano in un tempo brevissimo, meno di un millisecondo, nella fessura sinaptica. 

All’impulso elettrico succede un impulso chimico. Questo aumento locale e passeggero della concentrazione di acetilcolina assicura un passaggio rapido del segnale attraverso lo spazio sinaptico. 

I canali ionici presenti nella membrana postsinaptica sono aperti all’acetilcolina, ma, contrariamente a quelli impegnati nella propagazione dell’impulso nervoso, resistono alle variazioni di potenziale elettrico.

La liberazione dell’acetilcolina per opera dell’impulso nervoso realizza la conversione del segnale elettrico in segnale chimico: l’apertura dei canali ionici costituisce la tappa inversa: la conversione del segnale chimico in segnale elettrico.

In corrispondenza della giunzione nervo motore-muscolo striato, l’ampiezza della risposta sinaptica basta in generale perché il potenziale di membrana raggiunga la soglia di liberazione di un impulso. A ogni impulso del nervo risponde un impulso, seguito dalla contrazione della fibra muscolare. La trasmissione è efficace al 100%. 

Acetilcolina e adrenalina sono riconosciute alla periferia già nel 1904-1905 da Elliott e Langeley, ma l’acetilcolina sarà individuata nel cervello solo nel 1941 da McIntosh e la noradrenalina da Vogt nel 1954.

La somatostatina è l’ormone che inibisce la liberazione dell’ormone della crescita. 

Le molecole-serratura. Il bersaglio di scelta è la molecola su cui il neurotrasmettitore esercita il proprio effetto ‘elettrogeno’ nella membrana postsinaptica. La cellula contiene una sostanza ‘chimicamente attiva’ che presenta una ‘configurazione geometrica’ complementare rispetto a quella del composto considerato e che gli è “adatta come una chiave alla serratura”. Il legame dell’acetilcolina a questo recettore-serratura presente nella membrana postsinaptica provoca l’apertura del canale ionico che gli è associato. 

Passaggio all’atto

L’acetilcolina e il glutammato sono, in generale, eccitatori; altri, come l’acido gamma-aminobutirrico o la glicina, inibitori. 

L’angiotensina non è propriamente un neurotrasmettitore, perché non è liberata da terminazioni nervose. Informa tuttavia il sistema nervoso dello stato di crisi provocato dalla mancanza d’acqua. Il rene reagisce con la produzione di un enzima che, indirettamente, provoca l’apparizione di angiotensina II nel sangue. La sua concentrazione in circolo sale fino a eccitare i neuroni del centro della sete. L’angiotensina serve dunque da mediatore chimico dell’assunzione della bevanda. L’angiotensina II informa l’ipotalamo delle perdite d’acqua subite dall’organismo e determina l’assunzione della bevanda. Essa agisce da ‘ambiente interno’ verso il sistema nervoso. La sostanza P veicola i messaggi dolorosi ricevuti dalla pelle o dagli organi verso i centri nervosi, e le encefaline regolano questo traffico. Ognuno di questi esempi mette in evidenza l’intervento di messaggeri chimici propri dell’atto o della sensazione considerati. 

Godere e irritarsi. La facoltà di godere, come quella di soffrire, è inscritta nei nostri neuroni e nelle nostre sinapsi. Anche qui l’ipotalamo svolge un ruolo capitale. Il più delle volte i segnali sono peptidi: bere con l’angiotensina II, mangiare con la colecistochinina, fare l’amore con l’ormone LHRH. 

La sensazione d’orgasmo, nella donna, precede da due a quattro secondi la risposta propriamente fisiologica. L’orgasmo è dunque prima di tutto un’esperienza cerebrale. Poche registrazioni non rivelano alcun rilevante sconvolgimento dell’attività elettrica della corteccia cerebrale. Punte a onde lente di grande ampiezza, in un caso, sono apparse al livello del sistema limbico, nel setto, in maniera riproducibile, ‘nel momento in cui’ era percepita la sensazione di orgasmo. Per la forma, queste onde somigliano a quelle di una crisi epilettica. 

L’acetilcolina scatena l’orgasmo al livello del setto. L’orgasmo provoca una scarica massiccia di ossitocina. Dopo l’orgasmo il tasso sanguigno di peptidi del tipo endorfina cresce in modo formidabile (sensazione di benessere). 

Gli oggetti mentali

L’oggetto mentale è identificato con lo stato fisico creato dall’entrata in attività (elettrica e chimica) ‘correlata’ e ‘transitoria’ di una larga popolazione o ‘assemblea’ di neuroni distribuita in corrispondenza di più aree corticali definite.

Il ‘percetto primario’ è un oggetto mentale il cui grafo e la cui attività sono determinati dall’interazione con il mondo esterno.

L’immagine è un oggetto di memoria autonomo e fugace la cui evocazione non richiede un’interazione diretta con l’ambiente. La sua autonomia si concepisce solo se esiste un ‘accoppiamento’ di neuroni del grafo, ‘stabile nel tempo’ e preesistente alla sua evocazione. 

Il concetto è, come l’immagine, un oggetto di memoria, ma possiede solo una debole componente sensoriale o addirittura nessuna, per il fatto che risulta dal reclutamento di neuroni presenti nelle aree d’associazione aventi specificità sensoriali e motrici multiple (come il lobo frontale) o tra un grandissimo numero di aree diverse.

Le proprietà associative degli oggetti mentali permettono loro di concatenarsi, di ‘legarsi’ in maniera spontanea e autonoma. 

I ‘cambiamenti metabolici’ suscettibili di accrescere l’efficacia di una sinapsi chimica si possono considerare ad almeno tre livelli:

1. Liberazione del neurotrasmettitore. L’arrivo dell’impulso elettrico nella terminazione nervosa provoca la liberazione di uno o più ‘quanti’ (o pillole) di neurotrasmettitore. L’entrata di calcio regolerebbe l’efficacia della sinapsi al livello della terminazione nervosa, aumentando la probabilità di liberazione del o dei quanti del trasmettitore. 
2. La concentrazione di trasmettitore nella fessura sinaptica. In certe sinapsi, ma non in tutte, la fessura sinaptica contiene un enzima che distrugge un neurotrasmettitore. L’esempio più noto è quello dell’acetilcolinesterasi che taglia l’acetilcolina in due e regola la concentrazione transitoria del neurotrasmettitore nella fessura, non appena si ha trasmissione del segnale nervoso. Il blocco dell’enzima provoca un aumento della concentrazione di acetilcolina nella fessura e prolunga la risposta elettrica.
3. L’azione del trasmettitore sul recettore. Sulla faccia posteriore della sinapsi, il recettore del neurotrasmettitore è oggetto di molteplici regolazioni che modificano l’efficacia della trasmissione sinaptica. L’applicazione di acetilcolina sotto forma di impulsi brevi di un millisecondo provoca l’apertura del canale ionico associato al recettore; ma se l’acetilcolina, anche a bassa concentrazione, viene messa in contatto con il recettore per più frazioni di secondo o più secondi, l’apertura del canale ionico non si verifica, il recettore non risponde più al neurotrasmettitore, si ‘desensibilizza’. In presenza di concentrazioni anche bassissime di acetilcolina, la molecola del recettore si converte lentamente e in modo reversibile da una forma ‘attivabile’ a una ‘non attivabile’. Il calcio presente all’interno della cellula accelera questa conversione allosterica. Le variazioni depolarizzanti del potenziale elettrico hanno l’effetto opposto. Il cambiamento del rapporto tra forma attivabile e forma non attivabile del recettore costituisce un mezzo potentissimo di regolazione dell’efficacia della sinapsi. 

Problemi di coscienza. Le allucinazioni hanno una solida base biologica. La stimolazione elettrica di punti precisi della corteccia cerebrale, per esempio dell’area visiva primaria 17, fa apparire allucinazioni semplicissime. Se stimoliamo non più l’area primaria, ma le secondarie, come la 19, si formano allucinazioni più complesse. L’entrata in attività per elettrizzazione di aree corticali che sappiamo impegnate nella formazione dei percetti, produce allucinazioni.

Certe sostanze allucinogene, come la mescalina o l’LSD, producono anche allucinazioni, soprattutto visive, sempre molto colorate, ma poco figurative. Il bersaglio dell’LSD è, come nel caso della morfina, un recettore sinaptico di neurotrasmettitore.

Il sonno è un processo attivo che si compone di una sequenza complessa di stati cerebrali. Quando dormiamo, i ritmi rapidi alfa e beta caratteristici dello stato di veglia spariscono progressivamente per lasciare posto a onde lente e di grande ampiezza, le onde delta, caratteristiche del sonno ‘lento’. A intervalli regolari, circa ogni 90 minuti, brevi ‘tempeste cerebrali’, o sonno paradossale (sonno REM), si accompagnano a movimenti rapidi degli occhi e a una viva erezione nell’uomo.

La corteccia cerebrale non controlla i ritmi del sonno. Una costellazione di nuclei situati alla radice dell’encefalo, nel tronco cerebrale (che va dal midollo spinale al talamo), svolge questo ruolo. Taluni di questi neuroni attivano il sonno lento, altri il sonno paradossale, altri ancora provocano il risveglio. Essi fanno parte anatomicamente di una rete complessa di neuroni e di connessioni che occupa l’asse del tronco cerebrale, la ‘formazione reticolare’. 

Il ‘locus coeruleus’ sveglia la corteccia con la noradrenalina, in compagnia di un gruppo di cellule che libera l’acetilcolina. Un altro nucleo, che contiene la serotonina, l’addormenta. Un altro ancora scatena la tempesta del sonno paradossale. Ma è sempre difficile associare un neurotrasmettitore particolare a una funzione. La noradrenalina non è ‘il trasmettitore del risveglio’, né la serotonina quello del sonno. Ciascuno munisce di boe una via che comporta spesso più tappe. L’ultimo nato di questi relè si giova una volta ancora dei neuropeptidi.

Una sostanza chimica, una ‘ipnotossina’, si accumula durante la giornata; la sera essa raggiunge una concentrazione sufficiente per provocare il sonno, quindi è distrutta durante la notte. 

Numerosi neuropeptidi, distinti dalle endorfine e dalle encefaline, sono chiamati in causa. L’azione divergente dei neuroni del tronco cerebrale prosegue così con un effetto ormonale: un ‘bagno’ di neuropeptidi completa la regolazione degli stati di coscienza della corteccia. 

Il risveglio della corteccia migliora il rapporto segnale/rumore, aumenta il contrasto, mette le cellule in uno stato di ‘attesa calma’, nell’aspettativa di un’interazione con il mondo esterno, e garantisce a ciascun neurone l’opportunità di esprimere la propria singolarità, di partecipare alla formazione di percetti coscienti, di ‘integrarsi’ a un’assemblea di neuroni.

Il divenire cosciente corrisponde dunque a una regolazione d’insieme dell’attività dei neuroni della corteccia e, più in generale, dell’encefalo. Questa è sotto il controllo di pochi gruppetti di neuroni del tronco cerebrale, assai centralizzati, che, per la divergenza del loro assone e per effetto d’impregnazione, esercitano un’azione ‘globale’. 

I neuroni dopaminergici del tronco cerebrale intervengono nella regolazione dell’attenzione. I neuroni dopaminergici del nucleo “A10” intervengono nella regolazione del ‘contatto selettivo’ del cervello con il mondo esterno. 

I diversi gruppi di neuroni della formazione reticolare ricevono segnali dagli organi sensoriali. Essi sono in relazione con i nervi cranici e sono direttamente innestati sul mondo esterno. Valutando ciò che succede ‘fuori’, accendono o spengono ora campi considerevoli dell’encefalo, ora aree precisissime della corteccia, persino punti particolari di essa. Questi nuclei del tronco cerebrale non effettuano l’analisi di dettaglio – è la corteccia che se ne incarica – ma regolano i canali che la consentono. Svolgono in qualche modo il ruolo di ‘piloti’ o, se si preferisce, di ‘consolle’ del ‘grande organo corticale’, mettendo in azione ora questa tastiera ora quel registro più particolarmente adeguati all’‘attualità’ di produzione e di trattamento degli oggetti mentali. Perché questo pilotaggio conferisca all’organismo l’autonomia che gli è propria, occorre che i neuroni del tronco cerebrale siano essi stessi informati dei calcoli eseguiti dalla corteccia sugli oggetti mentali. Ora, delle connessioni in ritorno dalla corteccia verso il tronco esistono. Questi ‘rientri’ chiudono l’anello. Il confronto tra mondo interno e mondo esterno diviene possibile. Il sistema di valutazione messo in campo valuta, giudica risonanze e dissonanze tra concetti e percetti; diventa meccanismo di percezione degli oggetti mentali, di ‘sorveglianza’ del loro concatenamento. I diversi gruppi di neuroni della formazione reticolare si avvertono reciprocamente della loro azione. Formano un ‘sistema’ di vie gerarchiche e parallele in contatto permanente e ‘reciproco’ con le altre strutture dell’encefalo. Si verifica allora un’integrazione fra centri. Dal gioco di queste regolazioni a incastro nasce la ‘coscienza’.

Il lobo frontale partecipa alla elaborazione e all’esecuzione dell’attività mentale più raffinata: “l’attività costruttiva, l’intelligenza verbale, il pensiero discorsivo e il ragionamento logico” (A. Lurija, 1978). Si sviluppa in maniera del tutto eccezionale nell’uomo dove occupa il 29% della superficie della corteccia, contro il 17% solamente dello scimpanzé e il 7 del cane. A tale livello si concatenano e si combinano gli oggetti mentali, si costruiscono le immagini-programmi dello spazio motore in cui saranno eseguiti i movimenti futuri. Queste ‘intenzioni’ si ergono in forma materiale di immagini o concetti, essi stessi ‘composizioni’ di altre immagini o concetti in cui figurano le strategie dei futuri comportamenti. “Organo della civiltà”, la corteccia frontale calcola, anticipa, prevede. 

La funzione di ‘comparatore’ dell’encefalo richiede l’integrità del lobo frontale. Il pilotaggio della corteccia frontale è sotto il controllo del nucleo A10 del tronco cerebrale, che contiene la dopamina. Il nucleo A10 serve dunque da ‘regolatore’ del lobo frontale, consente la focalizzazione interna dell’attenzione verso di esso e gli dà la possibilità di assumere il suo ruolo di comparatore. 

La produzione di un impulso elettrico costa energia e produce un aumento del consumo di glucosio, l’alimento energetico per eccellenza. La sua degradazione nella respirazione produce anidride carbonica. Liberata nel sangue, essa lo rende più acido e questa acidificazione provoca un aumento del diametro dei capillari sanguigni. Più il sangue circola, più il ‘flusso’ nei vasi sanguigni microscopici situati in vicinanza dei neuroni attivi aumenta. 

Lo stato vigile è caratterizzato da un flusso sanguigno (o un’utilizzazione di glucosio) più alto in coincidenza con la corteccia frontale che nel resto della corteccia cerebrale. La distribuzione è ‘iperfrontale’. In occasione della perdita di coscienza, questa differenza diminuisce o scompare.

La formazione del percetto visivo impegna le aree secondarie oltre all’area primaria 17. Negli schizofrenici cronici la ripartizione iperfrontale scompare. I flussi sanguigni registrati nella corteccia frontale sono deboli, la distribuzione è ‘ipofrontale’, mentre dei picchi appaiono in corrispondenza delle aree temporali e parietali. Lo schizofrenico ha la corteccia frontale ‘a basso regime’.

Cervello in moto

Questa parte riepilogativa è frutto delle mie personali osservazioni. Dirò quale è la mia impressione. In seguito alla minuta esposizione dell’attività cerebrale mi soffermerò su tre brevi considerazioni:

1. A un certo punto della dissertazione appare il termine “coscienza” che per me, nonostante la delineazione ingegneristica in materia di funzionamento cerebrale descritta, ancora non è delineato in modo soddisfacente. Ho infatti la tendenza a collocare il concetto di coscienza in un’area trascendente l’attività puramente neuronica e a conferirgli perciò anche un requisito di continuità dopo la morte organica. Ma su questo argomento si può dire ciò che si vuole e le opinioni fin qui espresse in materia sono state moltissime, per cui mi riservo di inoltrarmici ancora.
2. In secondo luogo, dirò che non si può fare a meno di rimanere strabiliati nel constatare quanta perfezione rivelano i collegamenti dei vari fattori fra di loro per raggiungere finalità di attivazione “cosciente”, in un modo talmente preciso, sofisticato e complicatissimo, da indurre a presumere l’accettazione di una serie di informazioni altrettanto precise formulate in un progetto ben definito.
3. Infine, una domanda che viene quasi sempre scartata: “Da chi?”. Si parla spesso di attivazione spontanea, di “caso” entrante in scena, ma si dà per certo che sia la spontaneità di per sé sia il caso dall’esterno agiscano veramente in modo intelligente. Ora, se non si vuole accennare a un architetto primordiale fattore di tutte le cose che cadono sotto la nostra esperienza, allora diciamo che spontaneità e caso sono fattori di per sé intelligenti, e che un’intelligenza smisurata volga a permeare ogni processo evolutivo e involutivo dei nostri Universi. Nessuna conclusione accettabile, almeno per ora.

Immagine di Copertina tratta da Chimicamo.