L’UOMO NEURONALE – Parte 3 di 4

Analisi e studio su

Jean-Pierre Changeux,
L’uomo neuronale

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

Parte III di 4

In quanto alla memoria nell’uomo, è ragionevole considerare che la ‘traccia’ degli oggetti di memoria si trovi ‘distribuita’ sull’ ‘insieme della corteccia’. 

Come li abbiamo definiti noi, gli oggetti mentali si recluteranno piuttosto tra le figurine di aree sensoriali primarie o secondarie se sono immagini, o tra le aree d’associazione senza vocazione sensoriale o motrice, come la corteccia frontale, se sono concetti. Il carattere figurativo-astratto di queste rappresentazioni dipenderà dunque dal ‘dosaggio’ dei neuroni presi nelle figurine già tracciate sulla corteccia rispetto a quelli presenti in altre aree corticali. L’aspetto insieme disperso e multimodale (o a-modale) dei neuroni che partecipano alle assemblee dei concetti dovrebbe conferire loro proprietà ‘associative’ particolarmente ricche, permetterne il concatenamento e soprattutto la combinazione. Appare allora ragionevole che queste assemblee, composte di neuroni oscillatori a forte attività spontanea, possano ‘ricombinarsi’ tra loro. Questa attività ricombinante, ‘generatrice di ipotesi’, rappresenterebbe un meccanismo di diversificazione essenziale per comprendere la genesi di nuovi concetti: in una parola, l’immaginazione e, naturalmente, la ‘simulazione’ di un comportamento futuro davanti a una situazione nuova. Perché un sistema si auto-organizzi è fuor di dubbio che non debba esservi solamente creazione di diversità. Una ‘selezione’ potrà aver luogo attraverso la ‘comparazione’ degli oggetti mentali tra loro, attraverso la loro entrata in risonanza o in dissonanza. 

Le operazioni sugli oggetti mentali, e specialmente i loro risultati, saranno ‘percepiti’ da un ‘sistema di sorveglianza’ composto di neuroni del tutto divergenti, come quelli del tronco cerebrale, e dei loro ‘rientri’. Questi concatenamenti e incastri, queste ‘tele di ragno’, questo sistema di regolazione funzioneranno ‘come un tutto’. Dobbiamo dire che la coscienza ‘emerge’ da tutto questo? Sì, se si prende la parola ‘emergere’ alla lettera, come quando si dice che l’iceberg emerge dall’acqua. Ma ci basta dire che la coscienza è questo sistema di regolazioni in funzione. L’uomo non ha allora più nulla a che fare con lo ‘Spirito’, gli basta essere un Uomo Neuronale. 

Il potere dei geni

Il DNA dei geni non codifica ‘direttamente’ la sequenza di aminoacidi di una proteina. Un’altra molecola serve da intermediario. Fibrosa come il DNA, essa ne differisce chimicamente. Si compone di acido ‘ribonucleico’ o RNA. A livello di cromosoma il DNA è copiato in RNA ‘messaggero’ che passa nel citoplasma e, lì, è tradotto in una sequenza di aminoacidi. 

L’RNA messaggero stabile presente nel citoplasma della cellula differenziata serve da ‘indicatore’ della popolazione di geni aperti e tradotti in proteine. Il numero di RNA messaggeri prodotti dall’encefalo e propri di questo organo raggiungerebbe cifre vicine a 150.000.

Il cervello occupa dunque il primo posto tra tutti gli organi del corpo per la ricchezza dei suoi RNA messaggeri e per il numero dei suoi geni aperti. 

L’uovo di drosofila contiene 24 volte più di DNA del colibacillo, il topo 27 volte più della drosofila. Molto approssimativamente, il sistema nervoso di drosofila si compone di 100.000 neuroni, quello del topo da 50 a 60 volte di più. Il paradosso sorge quando si passa dal topo all’uomo. Il numero di cellule cerebrali salta da circa 5 o 6 milioni a parecchie decine di miliardi in più. L’organizzazione e le prestazioni del cervello aumentano in modo spettacolare, mentre la quantità totale di DNA presente nel nucleo dell’uovo fecondato non cambia in maniera significativa.

La cellula-automa. Decine di miliardi di neuroni e le loro sinapsi derivano da una sola cellula, l’uovo, con i suoi 2 n cromosomi. Quale meccanismo guida, pianifica, dirige l’evoluzione di generazioni di cellule a partire da questo uovo unico verso l’organo più complesso del corpo? 

L’ovulo, nel giro di 36 ore, subisce la sua prima divisione in due cellule. Quattro giorni dopo la fecondazione esso si compone di 58 cellule. Verso la fine della terza settimana compare la ‘placca neurale’. Una volta ben individualizzata, la placca neurale si incava a grondaia poi si rinchiude a tubo. Al 25° giorno di vita embrionale, il tubo è ancora aperto alle due estremità, poi si chiude. Nella parte anteriore si gonfia in tre vescicole successive che formano l’encefalo; sul dietro, il tubo neurale diventa il midollo spinale. 

Corticogenesi. La corteccia cerebrale prende forma prima che il sesso impregni l’encefalo. A partire dalla sesta settimana di vita embrionale, nell’uomo, la vescicola più anteriore del tubo neurale si scinde in due compartimenti, ciascuno dei quali darà un emisfero cerebrale. In certi momenti, il ritmo di produzione raggiunge fino a 250.000 cellule al minuto. Via via che le divisioni hanno luogo, due fenomeni si verificano. Dapprima la superficie delle vescicole cerebrali aumenta. Questo ‘rigonfiamento’ assume proporzioni spettacolari nell’uomo. Nello stesso tempo la parete della vescicola si ispessisce. Appare un primo ‘foglietto’. In profondità, le cellule continuano la loro divisione. Esse vi formano un ‘compartimento di proliferazione’. Poi migrano in superficie; si accumulano in un ‘compartimento di differenziamento’ o ‘placca corticale’ che diverrà nell’adulto la corteccia cerebrale propriamente detta. 

Sedici settimane dopo la fecondazione le divisioni cellulari si arrestano. Molto prima della nascita il numero massimo di neuroni corticali è così raggiunto. L’uomo nasce con un cervello il cui numero di neuroni successivamente non farà che diminuire. 

L’uomo nasce con un cervello che pesa all’incirca 300 g, cioè un quinto del peso da adulto, mentre quello dello scimpanzé ha già il 40% del peso adulto. Uno degli aspetti principali dello sviluppo del cervello umano è dunque che esso si protrae a lungo dopo la nascita. Continua per quasi 15 anni, mentre la gestazione dura soltanto nove mesi. Questo accrescimento di massa cerebrale non è in contraddizione con il fatto che i neuroni della corteccia hanno cessato di dividersi parecchie settimane prima della nascita. Esso coincide infatti con la crescita degli assoni e dei dendriti, la formazione delle sinapsi, lo sviluppo delle guaine di mielina intorno agli assoni. 

Quando nasce il bambino, i suoi neuroni corticali hanno cessato di dividersi; il loro numero è fissato definitivamente. Nessun recupero di questo numero avrà luogo in caso di lesione; esso non farà che diminuire fino alla morte. Nelle grandi linee, le connessioni tra organi sensoriali, sistema nervoso centrale e organi motori, così come tra i principali centri dell’encefalo, sono al loro posto. 

Non sarà più possibile far corrispondere un gene a una struttura o a una funzione. Il gene della follia, quello del linguaggio o dell’intelligenza non esistono. Sappiamo che non è possibile assegnare una funzione cerebrale integrata a un ‘centro’ unico o a un solo neurotrasmettitore, ma a un sistema di ‘tappe di tansito’ in cui si ‘annodano’ stati di attività elettrici e chimici. Ugualmente, i geni ‘si annodano’, si embricano, si concatenano esprimendosi in maniera sequenziale e differenziale nel corso dello sviluppo per creare ‘l’organizzazione’ dell’encefalo propria della specie umana. La riproducibilità dello svolgimento nel tempo e nello spazio di queste espressioni geniche assicura ‘l’invarianza’ di questa organizzazione. 

Epigenesi

Si possono senza dubbio portare, nascendo, le disposizioni particolari per le inclinazioni che i genitori trasmettono con l’organizzazione; ma certo, se non si fossero abitualmente e fortemente esercitate le facoltà favorite da queste disposizioni, l’organo particolare che ne esegue gli atti non si sarebbe sviluppato. (J.B. Lamarck, “Philosophie zoologique” – 1809)

La costruzione del cervello umano non segue alcun ‘programma’. 

La notevole variabilità fenotipica che s’introduce nell’organizzazione adulta del cervello risulta nella maniera in cui essa si sviluppa e, in particolare, dal modo di crescita della rete di neuroni. Questa crescita non concerne un processo di moltiplicazione di cellule o di organismi, come la crescita di una coltura di batteri o di una popolazione animale. Essa non impegna la replicazione del DNA. L’attivazione della rete di connessioni nervose si effettua, al contrario, dopo l’arresto di questa replicazione. La parola ‘crescita’ deve essere presa nel senso di spuntare, di allungamento, di diramazione di cavi nervosi che, alla fine, uniscono tra loro (e ai loro bersagli) i corpi dei neuroni già immobilizzati e differenziati. 

Levi-Montalcini (1975) ha messo in evidenza, poi purificato, una sostanza chimica, una proteina che stimola l’allungamento degli assoni prodotti dai neuroni dei gangli simpatici. L’ha chiamata ‘Nerve Growth Factor’ o NGF. 

Il cuore comincia a battere, nell’embrione umano, da 3 a 4 settimane dopo la fecondazione. Verso la decima settimana appaiono i primi movimenti spontanei del tronco e delle membra. Alcune settimane prima della nascita si disegnano sull’EEG i segni elettrici di un’alternanza veglia-sonno. Le fasi del sonno sono interrotte da episodi di intensa attività elettrica simili all’attività paradossale. 

Verso il sesto mese l’apparato uditivo ha quasi acquisito la capacità che ha nell’adulto. I recettori del tatto l’hanno preceduto, il sistema visivo lo segue. Tutte le funzioni sensoriali dell’adulto sono in azione molto prima della nascita, e un’attività spontanea vi si manifesta molto presto. 

La messa a punto finale della rete nervosa dell’adulto ha luogo al livello dell’ultimo ‘canale’ di comunicazione tra neuroni: la sinapsi. Di dimensioni vicine alla cellula batterica, la sinapsi è chimicamente più semplice: nessun nucleo, qualche mitocondrio e delle vescicole dalla parte del nervo; dall’altra parte della fessura sinaptica una membrana perfettamente omogenea. 

I neuroni del cervello umano possono sopravvivere più di 100 anni. La durata della vita delle molecole della sinapsi è molto più breve. Nella giunzione nervo-muscolo adulta, la semi-vita del recettore è dell’ordine di 11 giorni. Ma ogni molecola che scompare è immediatamente sostituita da un’altra di nuova sintesi. L’architettura molecolare della sinapsi adulta si rinnova in permanenza. La sua organizzazione si conserva. Nella fibra muscolare embrionale la situazione è ancora più precaria. La semi-vita del recettore vi è brevissima: da 18 a 20 ore. Il recettore embrionale è labile.

Impulsi passano dal nervo al muscolo. Il muscolo si contrae. La sinapsi funziona. L’enzima di degradazione del neurotrasmettitore (l’acetilcolinesterasi nel caso della giunzione nervo-muscolo) si deposita nella fessura sinaptica. 

Nel corso dello sviluppo, una volta portata a termine l’ultima divisione dei neuroni, le arborizzazioni assonali e dendritiche germogliano e sbocciano in maniera esuberante. A questo stadio ‘critico’ la connettività della rete diviene ridondante, ma questa ridondanza è transitoria. Intervengono rapidamente fenomeni regressivi. Alcuni neuroni muoiono. Poi ha luogo la sfrondatura di una frazione importante dei rami assonali e dendritici. Si ha la sparizione di sinapsi attive. 

Lo sviluppo ‘epigenetico’ delle singolarità neuronali è regolato dall’attività della rete in sviluppo. Essa controlla la ‘stabilizzazione selettiva’ di una distribuzione particolare di contatti sinaptici tra l’insieme di quelli presenti allo stadio di ridondanza massima. 

Non siamo ancora in grado di spiegare i meccanismi biochimici della ‘competizione’ che garantisce la stabilità di certe terminazioni nervose a danno delle altre. Un’ipotesi semplice: si fonda sulla produzione di ‘fattori della crescita’ del tipo NGF da parte del muscolo. Questo fattore, prodotto in abbondanza dalle fibre muscolari embrionali, potrebbe agire in maniera ‘retrograda’ attraversando la sinapsi del muscolo verso il nervo in senso contrario rispetto alla propagazione dell’impulso nervoso. Esso attirerebbe le terminazioni nervose motrici e provocherebbe un’innervazione multipla delle fibre muscolari. Se, a questo stato di ridondanza massima, la sintesi del fattore si arresta, la sua riserva diventa limitata, la sopravvivenza delle terminazioni nervose è allora legata alla utilizzazione del fattore. Supponiamo che più esse sono attive, più ne utilizzino. Una di esse, a un dato momento, ne capterà una dose sufficiente, la porterà via, diventerà stabile. Le altre, ‘affamate’, regrediranno. 

Esiste un periodo critico durante il quale il funzionamento anormale del sistema porta a una lesione irreversibile. 

La specializzazione emisferica. Lo stesso emisfero non è necessariamente responsabile ‘insieme’ del controllo della mano preferita e del linguaggio parlato, La localizzazione del controllo manuale si dissocia da quelli delle aree del linguaggio. Essi sono oggetto di regolazioni differenti. Qualunque sia la cultura, circa il 90% degli esseri umani impiegano la mano destra per scrivere o per effettuare lavori manuali difficili. Questa disposizione esiste già nell’uomo preistorico.

Le statistiche condotte su un campione rilevante di famiglie indicano le proporzioni seguenti di bambini destri:

• 92,4% quando i due genitori sono destri;
• 80,4% quando uno dei due genitori è destro, l’altro mancino;
• 45,4% quando i due genitori sono mancini. 

Sulla faccia superiore e posteriore del lobo temporale si trova un’area, il ‘planum temporale’, la cui superficie è maggiore a sinistra, per 65 cervelli su 100 esaminati, e a destra per 11. 

Il ‘planum temporale’ è più largo a sinistra in una maggioranza di feti (da 54 a 77%) e neonati esaminati (da 10 a 48 settimane dal concepimento). L’asimmetria anatomica tra emisferi precede ogni ‘educazione’. Essa è determinata da un’azione genica che poggerebbe per esempio sulla proliferazione tangenziale dei neuroni del ‘planum temporale’ che si dividerebbero più a lungo a sinistra che a destra. 

Agli stadi precoci dello sviluppo, l’emisfero destro possiede ‘potenzialità’ che si perdono nell’età adulta (Roch-Lecours, 1983). 

Il proseguimento, molto tempo dopo la nascita, del periodo di proliferazione sinaptica permette una ‘impregnazione’ progressiva del tessuto cerebrale da parte dell’ambiente fisico e sociale. 

L’eminente linguista R. Jakobson (1968) si è interessato al ‘balbettio’ dei bambini e alla sua trasformazione in linguaggio parlato. Per lui, il bambino “può accumulare articolazioni che non si sono mai trovate in un solo linguaggio o nemmeno in un gruppo di linguaggi”. Il bambino produce una sovrabbondanza di ‘suoni selvaggi’, alcuni dei quali soltanto si ritrovano nella lingua dell’adulto.

P. Marler e Peters (1982) hanno osservato il canto del passero della palude, ‘Melospiza gregaria’. Il canto del maschio adulto in cattività è semplicissimo: non si compone mai di più di due tipi di sillabe. Invece, prima della ‘cristallizzazione’ del canto adulto, il numero di tipi di sillabe prodotte oltrepassa sempre questa cifra. In un uccellino isolato, P. Marler è riuscito a registrare fino a 19 tipi di sillabe diverse. Il passaggio dal ‘cinguettio’ dell’uccello giovane al canto dell’adulto è accompagnato da un notevole abbassamento del numero di tipi di sillabe prodotti. 

Il fenomeno di attrito si manifesta anche nell’uomo al livello della sua percezione del linguaggio. La lingua giapponese, per esempio, non contiene i fonemi ‘ra’ e ‘la’, a differenza delle lingue occidentali come l’americano e il francese. Gli adulti giapponesi li distinguono con molta fatica. I neonati di due o tre mesi, invece, lo fanno benissimo, proprio come i loro simili occidentali. L’acquisizione del linguaggio si accompagna dunque a una perdita di capacità percettive, secondo lo schema della stabilizzazione selettiva. 

Gli sviluppi futuri della biologia del cervello consentiranno, c’è da sperarlo, di precisare in quale misura l’“esercizio mentale”, spontaneo o evocato, contribuisce alla ‘messa a punto’ della connettività della corteccia cerebrale e, perché no, di quella delle aree del linguaggio.

Secondo questo schema, l’attuazione dell’impronta culturale avviene in maniera progressiva. Il contingente medio di 10.000 (o più) sinapsi per neurone della corteccia non si stabilisce in una volta sola. Al contrario, esse proliferano per ondate successive dalla nascita alla pubertà, nell’uomo. Ogni ondata comprende, verosimilmente, ridondanza transitoria e stabilizzazione selettiva. Ne segue un concatenamento di periodi critici in cui l’attività esercita il proprio effetto regolatore. 

L’epigenesi esercita la propria selezione su concatenamenti sinaptici preformati. Apprendere è stabilizzare combinazioni sinaptiche prestabilite. È anche eliminare le altre. 

Immagine di Copertina tratta da Dra. Sánchez-Dehesa.