La corteccia cerebrale nei disturbi neurocognitivi Non v`è dubbio

La corteccia cerebrale nei disturbi neurocognitivi
Giovanni Berlucchi
Dipartimento di Scienze Neurologiche e della Visione
Sezione di Fisiologia
Università di Verona
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Non v’è dubbio che la corteccia cerebrala costituisca la componente più
complessa del cervello, specialmente nell’uomo, e che il suo adeguato
funzionamento sia indispensabile per l’attività mentale. Tutte le
conoscenze neurofisiologiche attuali concordano nell'indicare che se non
esiste un "organo" nervoso con individualita' anatomo-fisiologica per
ciascuna delle facoltà psichiche, esistono tuttavia organizzazioni
differenziate di neuroni specializzate nell'esecuzione di operazioni
caratteristiche di funzioni mentali distinte. Operazioni relativamente
semplici atte a rappresentare frammenti della realtà presente o passata, o
delle azioni effettive o possibili sull'ambiente si osservano anche
nell’attività di singoli neuroni corticali - si pensi ai neuroni di aree
corticali visive che estraggono dalle afferenze visive complessive le
componenti adatte a rispondere selettivamente a un determinato oggetto, e
quindi a riconoscerlo e anche a ricordarlo; o ai neuroni di aree premotorie
capaci di rappresentare le azioni necessarie a raggiungere uno scopo in
termini di combinazioni appropriate di motoneuroni; o ai neuroni specchio
che fanno corrispondere le potenzialità d’azione proprie con quelle
osservate in un altro individuo. Ma in genere le funzioni mentali
richiedono operazioni molto più complesse di quelle che possono essere
effettuate a livello del singolo neurone; queste operazioni complesse sono
devolute a sistemi organizzati di neuroni nei quali le attività differenziate
dei singoli componenti si combinano e si fondono in un'attività globale con
proprietà emergenti. L'organizzazione di questi sistemi prevede sia la
presenza di stadi organizzati in sequenze o gerarchie, sia di moduli
relativamente autonomi ed intercambiabili. Stadi e moduli sono uniti fra di
loro da connessioni multiple, parallele e reciproche, e comunicano anche
con la periferia sia di senso che di moto. Non solo i vari stadi e moduli di
un sistema ma anche i neuroni che costituiscono uno stadio o modulo sono
spesso ubicati in regioni diverse, anche distanti, del sistema nervoso: ciò
giustifica il termine di "sistemi distribuiti". L'unitarietà funzionale di
ciascun sistema distribuito è assicurata dalla specificità e selettività delle
connessioni brevi e lunghe fra i suoi stadi e moduli e fra i loro neuroni.
La selettività e specificità di connessioni che caratterizza i sistemi
distribuiti è un requisito fondamentale per il funzionamento normale della
corteccia cerebrale e del sistema nervoso nel suo insieme. I substrati
nervosi fondamentali per le funzioni mentali cominciano a formarsi prima
della nascita, come dimostra il fatto che il neonato umano ha molte più
competenze cognitive ed emotive di quanto si pensasse in passato. Gli
studi moderni attestano infatti che il neonato umano normale viene al
mondo già preparato a percepire oggetti ed eventi nell'ambiente
circostante, ad eseguire prestazioni motorie aventi caratteristiche di
intenzionalità, e a intrattenere rapporti emotivi e motivazionali con persone
e oggetti inanimati.
Il piano generale dell'anatomia del sistema nervoso e' lo stesso per tutti
gli individui di una stessa specie ed e' determinato nelle sue grandi linee
dai geni.
Il modello architettonico del sistema nervoso umano
probabilmente si è mantenuto inalterato dalla comparsa dell'homo sapiens
sapiens molte decine di migliaia di anni fa. Tuttavia i geni non possono
specificare da soli i fini dettagli delle connessioni che uniscono i neuroni
fra di loro e con gli organi di senso e di moto. Anche prima della nascita
sono attivi fattori epigenetici, variabili da individuo e individuo, che fanno
si' che ciascun sistema nervoso contenga combinazioni uniche ed
irripetibili di connessioni interneuroniche, proprie di quel solo sistema
nervoso. Questa unicità fenotipica del sistema nervoso, riscontrabile anche
macroscopicamente in gemelli monozigotici con genomi presumibilmente
identici, rappresenta un elemento fondamentale dell'identità personale. Le
influenze epigenetiche prenatali si esercitano per opera di ormoni, fattori
neurotrofici, molecole di riconoscimento e adesione intercellulare ecc.,
negli ambienti microchimici in cui si sviluppano e si connettono i neuroni.
Alterazioni geniche o una carenza o un eccesso di uno o più fattori
epigenetici possono causare delle modificazioni della struttura corticale
che caratterizzano varie sindromi cliniche genetiche o dello sviluppo
nervoso. Queste modificazioni strutturali della corteccia sono
indubbiamente importanti ai fini clinici, ma oggi uguale importanza viene
attribuita ad alterazioni puramente funzionali della comunicazione fra i
neuroni corticali che possono stare alla base di patologie cognitive e
comportamentali. Verranno presentati alcuni esempi di alterazioni
strutturali e funzionali della corteccia in rapporto a sindromi cliniche come
la dislessia, l’autismo, la sindrome di Williams, la malattia di Alzheimer e
quella di Parkinason.
Dalla nascita all'eta' adulta la massa del cervello umano cresce di circa
quattro volte, non per un aumento del numero dei neuroni, ma per un
enorme sviluppo del neuropilo, che e' la rete filamentosa interposta fra i
corpi cellulari dei neuroni ed e' costituita dai prolungamenti dendritici ed
assonali dei neuroni stessi. E' in questa rete che gia' prima della nascita si
formano e si specificano i contatti sinaptici necessari ad organizzare i
sistemi funzionali di neuroni. Alla fine della quarta settimana
postconcezionale nella corteccia visiva dell'embrione umano vi sono circa
cento milioni di sinapsi per millimetro cubico; questo numero aumenta del
doppio alla nascita, e di circa sei volte a sette mesi, eta' in cui viene
raggiunto il valore massimo. Di li' in avanti il numero di sinapsi comincia
a diminuire per eliminazione di connessioni inutili o inappropriate,
stabilizzandosi intorno ai 10 anni ad un valore corrispondente pressapoco
a quello riscontrato alla nascita. Si calcola che su ogni neurone della
corteccia visiva vi siano circa 2.500 sinapsi alla nascita, circa 16.000 a sei
mesi, e circa 10.000 nell'eta' adulta.
Questi imponenti fenomeni di modellamento del neuropilo sono
fortemente influenzati non solo dalle caratteristiche chimiche dei
microambienti interni, ma anche dai contatti con il mondo esterno che si
attuano tramite gli organi di senso. L'azione epigenetica postnatale
dell'esperienza si esercita sulla trama neuronica gia' ampiamente
organizzata dagli agenti genetici ed epigenetici dello sviluppo prenatale.
L'esperienza ha sicuramente un ruolo fondamentale nel plasmare ed
innovare l'organizzazione del sistema nervoso, ma e' importante anche
perche' mantiene aspetti dell'organizzazione nervosa che lo sviluppo
prenatale ha gia' preparato per servire funzioni e comportamenti tipici della
specie umana. Recentemente sono state elaborate teorie secondo le quali
l'esperienza non istruisce il sistema nervoso, ma seleziona, tramite la
stabilizzazione e l'eliminazione selettiva di sinapsi, quei circuiti nervosi
che sono i piu' appropriati all'interazione fra l'individuo ed il suo ambiente.
La selezione avverrebbe, secondo un processo paragonabile a quello
postulato da Darwin per la selezione delle specie, fra i sistemi funzionali di
neuroni che si sono formati per opera dei meccanismi genetici ed
epigenetici prenatali: solo quelli adatti alle interazioni utili con l'ambiente
persistono. Sembra piu' probabile che tanto l'istruzione, o costituzione di
sistemi neuronali ex novo, quanto la selezione, o scelta delle varianti piu'
adatte fra le molte preesistenti, contribuiscano a plasmare il sistema
nervoso, e quindi la mente, di ciascun individuo. L'uomo nasce con un
cervello predisposto a parlare e a comprendere linguaggi umani; quale o
quali di questi linguaggi ogni singolo individuo imparera' ad utilizzare,
dipende dall'ambiente linguistico in cui l'individuo cresce, e dagli effetti di
istruzione e/o selezione che questo ambiente esercita sui suoi sistemi
neuronali per il linguaggio.
In pratica i contributi relativi del genotipo e dell'ambiente al fenotipo
nervoso-mentale non sono scindibili. Lo studio di numerose coppie di
gemelli mono- e dizigotici allevati insieme o separatamente ha permesso di
stabilire che l'ereditabilita' di un indice grossolano globale di
funzionamento neuropsicologico come il quoziente d'intelligenza e' pari a
circa il 70%. Se questo dato suggerisce indubbiamente una influenza
profonda e pervasiva dei fattori genetici sulla mente e sul comportamento,
esso non significa affatto che le influenze dell'ambiente siano responsabili
solo del rimanente 30%, e tanto meno che esse non siano importanti. Vi e'
infatti una elevata covarianza fra genetica e ambiente, spiegabile almeno in
parte con l'ipotesi che fin dalla nascita ogni individuo tende a
condizionare, e successivamente anche a scegliere, il proprio ambiente in
accordo con la propria costituzione genetica.
E' certamente sostenibile l'ipotesi che esistano diversi tipi fondamentali
di intelligenza, distribuiti differenzialmente fra individui diversi, che si
realizzano per l'incontro fortunato, ma probabilmente anche ricercato
attivamente, fra le potenzialita' native del sistema nervoso e l'ambiente
adeguato ad attuarle. Come dimostrano studi recenti, e come d'altra parte si
intuiva in base al fatto che anche un centenario puo' ancora imparare,
l'organizzazione del sistema nervoso e' modificabile su larga scala
dall'ambiente anche dopo il raggiungimento dell'eta' adulta e dopo
l'apparente stabilizzazione del neuropilo. A seguito di esperienze
specifiche, alcune sinapsi possono essere eliminate ed altre formate anche
nell'adulto. La struttura dell'albero dendritico di cellule piramidali della
corteccia temporale si presenta significativamente diversa in individui
adulti a seconda dell'eta' e del grado di istruzione scolastica. Affermare che
esiste un collegamento preciso fra queste variazioni individuali
dell'anatomia funzionale del cervello e le capacita' mentali personali
sarebbe del tutto prematuro, ma non v'e' dubbio che la variabilita'
interindividuale, e anche la variabilita' temporale intraindividuale,
dell'architettura del sistema nervoso sono almeno altrettanto cospicue delle
differenze psicologiche fra gli individui e delle modificazioni della
psicologia del singolo nel corso della vita.