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Neuroscienze e comportamento I neuroni: l'origine del comportamento Tutti i pensieri, sentimenti e comportamenti hanno origine da cellule del cervello che acquisiscono informazioni e producono poi il risultato, queste cellule sono i neuroni, le cellule del sistema nervoso che comunicano tra loro pe...

Neuroscienze e comportamento I neuroni: l'origine del comportamento Tutti i pensieri, sentimenti e comportamenti hanno origine da cellule del cervello che acquisiscono informazioni e producono poi il risultato, queste cellule sono i neuroni, le cellule del sistema nervoso che comunicano tra loro per elaborare le informazioni. Verso la fine degli anni ottanta dell'ottocento, un medico e istologo spagnolo, Santiago Ramòn y Cajal, venne a conoscenza di una nuova tecnica per colorare i neuroni del cervello, la colorazione evidenziò cellule intere, rivelando che erano di forme e dimensioni diverse. Cajal scoprì così che i neuroni sono strutture complesse, composte di 3 pari fondamentali: – Il corpo cellulare (soma) la componente più grande del neurone che coordina i compiti di elaborazione delle informazioni e mantiene in vita la cellula, il corpo cellulare contiene il nucleo, che ospita i cromosomi che contengono il nostro DNA, è circondato da una membrana porosa che permette ad alcune molecole di fluire verso l'interno e l'esterno della cellula, i neuroni sono formati da due tipi di estensioni specializzate, i dendriti e l'assone, che consentono loro di comunicare. – I dendriti ricevono informazioni dagli altri neuroni e la ritrasmettono al corpo cellulare, i dendriti assomigliano ai rami di un albero. – l'assone trasmette informazioni ad altri neuroni, muscoli o ghiandole, ogni neurone ha solo un assone, in molti neuroni è rivestito da una guaina mielinica, uno strato isolante di sostanza grassa, la guaina mielinica è formata da cellule della glia, sono cellule di supporto del sistema nervoso, alcune cellule gliali digeriscono parti di neuroni morti, altre forniscono sostegno fisico e nutritivo ai neuroni e altre formano la mielina. Un assone isolato con la guaina mielinica può trasmettere con maggiore efficienza i segnali ad altri neuroni, organi o muscoli, nelle malattie demielinizzanti come la sclerosi multipla, la guaina mielinica si deteriora, provocando un rallentamento nella trasmissione delle informazioni da un neurone all'altro, causando una gamma di problemi, perdita di sensibilità negli arti, cecità parziale e difficoltà cognitive e nella coordinazione dei movimenti. Ramòn y Cajal osservò anche che i dendriti e gli assoni dei neuroni non arrivano a toccarsi, la sinapsi, la giunzione o regione compresa tra l'assone di un neurone e i dendriti o il corpo cellulare di un altro, la trasmissione dell'informazione attraverso la sinapsi è fondamentale per la comunicazione neurale, il processo che ci permette dii pensare, sentire e agire. Ci sono 3 tipi principali di neuroni: – Neuroni sensoriali ricevono informazioni dal mondo esterno e le trasmettono al cervello tramite il midollo spinale, hanno sui loro dendriti terminazioni specializzate a ricevere segnali luminosi, sonori, tattili, gustativi e olfattivi. – Neuroni motori o motoneuroni trasmettono i segnali neuronali dal cervello ai muscoli per generare il movimento, hanno spesso lunghi assoni che possono estendersi fino ai muscoli situati nelle nostre estremità. – Interneuroni connettono neuroni sensoriali, neuroni motori o altri interneuroni, il sistema nervoso è composto per lo più da questi neuroni, alcuni trasmettono le informazioni dai neuroni sensoriali al sistema nervoso, altri dal sistema nervoso ai neuroni motori e altri svolgono una varietà di funzioni legate all'elaborazione delle informazioni all'interno del sistema nervoso, gli interneuroni operano insieme in piccoli circuiti per eseguire compiti semplici e compiti più complicati. I neuroni presentano anche delle forme di specializzazione a seconda della loro posizione, Le cellule di Purkinje, per esempio, sono un tipo di interneurone che dal cervelletto veicola informazioni al resto del cervello e al midollo spinale, hanno dendriti fitti, cellule piramidali, che si trovano nella corteccia cerebrale, hanno un corpo cellulare di forma appunto piramidale e Psicologia generale e cognitiva Pagina 1 sono un tipo di interneurone che dal cervelletto veicola informazioni al resto del cervello e al midollo spinale, hanno dendriti fitti, cellule piramidali, che si trovano nella corteccia cerebrale, hanno un corpo cellulare di forma appunto piramidale e un singolo dendrite lungo tra molti dendriti più corti, le cellule bipolari, un tipo di neurone sensoriale localizzato nella retina dell'occhio, hanno un unico assone e un unico dendrite. Le azioni elettrochimiche dei neuroni: l'elaborazione delle informazioni I neuroni sono cellule eccitabili dal punto di vista elettrico, e la comunicazione delle informazioni avviene nella forma di segnali elettrici all'interno del singolo neurone e tra neuroni diversi, la comunicazione delle informazioni è un processo che implica due fasi : – La conduzione, il passaggio di un segnale elettrico all'interno del singolo neurone, dai dendriti al corpo cellulare e poi lungo tutto l'assone. – La trasmissione, il passaggio di segnali elettrici tra neuroni attraverso la sinapsi. Insieme queste due fasi costituiscono l'azione elettrochimica dei neuroni. La membrana cellulare del neurone presenta dei minuscoli pori che fungono da canali per gli ioni, piccole molecole cariche elettricamente, è questo flusso di ioni attraverso la membrana cellulare del neurone a creare la condizione di un segnale elettrico attraverso la cellula neurale. I neuroni sono naturalmente dotati di una carica elettrica chiamata potenziale di riposo, è la differenza di carica elettrica tra l'interno e l'esterno della membrana cellulare di un neurone, ed è di -70 millivolt (mV). Il potenziale di riposo si crea a causa della differenza di concentrazione di ioni tra l'interno e l'esterno della membrana cellulare del neurone. Questi ioni possono avere cariche positive (+) o negative (-). In condizioni di riposo: – All'interno del neurone è presente una grande quantità di ioni potassio (K+), che sono positivi, ma la carica complessiva è negativa perché ci sono anche molti ioni proteici negativi (A-). – All'esterno del neurone, invece, c'è un'alta concentrazione di ioni sodio (Na+), che sono positivi, insieme a una quantità relativamente bassa di ioni cloro negativi (Cl-). Questa distribuzione di cariche fa sì che, in stato di riposo, l'interno della membrana cellulare risulti negativamente carico rispetto all'esterno. I normali processi di diffusione porterebbero gli ioni a spostarsi da zone a maggiore concentrazione a zone a minore per stabilire un equilibrio, ma la presenza di speciali canali nella membrana cellulare limita il movimento degli ioni verso l'interno e l'esterno della cellula, è presente un'attiva "pompa" chimica che contribuisce a mantenere alta la concentrazione degli ioni K+ all'interno della cellula, spingendo verso l'esterno gli ioni Na+ e trascinando dentro ioni K+. Questa pompa e altre strutture presenti nella membrana cellulare fanno sì che durante il potenziale di riposo si accumulino all'interno della cellula ioni K+ in eccesso, pronti a fuoriuscire per ristabilire l'equilibrio con le basse concentrazioni di K+ all'esterno della membrana. Analogamente, gli ioni Na+ si accumulano all'esterno della membrana, pronti a entrare nella cellula in modo da ristabilire l'equilibrio con le basse concentrazioni di Na+ al suo interno, speciali canali voltaggio-dipendenti specifici per gli ioni K+ e Na+ sono chiusi durante il potenziale di riposo, consentendo alla membrana cellulare di mantenere sulla sua faccia interna carica negativamente (-70mV) rispetto a quella esterna. Questi canali trattengono gli ioni, portando all'accumulo di energia potenziale che in una frazione di secondo può essere liberata sotto forma di un impulso elettrico. Questo impulso elettrico prende il nome di potenziale d'azione, un segnale elettrico che si propaga lungo tutto l'assone di un neurone fino a raggiungere una sinapsi. Questo processo si attiva solo quando la stimolazione elettrica raggiunge una determinata intensità, detta soglia. Se lo stimolo è inferiore alla soglia, si producono segnali deboli che si disperdono rapidamente e non danno origine a un potenziale d'azione. Al contrario, se lo stimolo raggiunge o supera la soglia, si genera il potenziale d'azione. Tuttavia, una volta attivato, l'intensità del potenziale d'azione resta costante anche se lo stimolo aumenta oltre la soglia. Il potenziale d'azione segue la "legge del tutto o niente": se la stimolazione è inferiore alla soglia, non si genera alcun potenziale d'azione; se è pari o superiore alla soglia, il potenziale d'azione si verifica sempre con le stesse caratteristiche e ampiezza, indipendentemente dalla forza dello stimolo. La carica del potenziale d'azione oscilla attorno ai +40 millivolt, un numero superiore allo 0, questo significa che il meccanismo che è alla base del potenziale d'azione non è semplicemente la perdita del potenziale a riposo di -70 mv. Psicologia generale e cognitiva Pagina 2 mv. Il potenziale d'azione si genera in seguito a un cambiamento nello stato dei canali ionici della membrana dell'assone. Durante il potenziale di riposo, i canali specifici per il sodio (Na+) e il potassio (K+) sono chiusi. Tuttavia, quando uno stimolo elettrico raggiunge il valore di soglia, i canali del sodio si aprono, permettendo agli ioni Na+ di fluire rapidamente all'interno della cellula. Questo afflusso di cariche positive provoca, in meno di un millisecondo, un'inversione della carica elettrica sulla faccia interna della membrana dell'assone, che passa da negativa a positiva rispetto alla faccia esterna. L'entrata di ioni Na+ spinge il potenziale d'azione a raggiungere il suo picco, pari a circa +40 millivolt. A questo punto, due eventi fondamentali ripristinano il potenziale di riposo e la carica negativa sulla faccia interna della membrana: 1. Inattivazione dei canali del sodio: i canali Na+ si chiudono temporaneamente, bloccando l'afflusso di ioni. Questa fase, chiamata periodo refrattario, è la fase che segue un potenziale d'azione, durante la quale la generazione di un nuovo potenziale d'azione è impossibile. 2. Apertura dei canali del potassio: i canali specifici per gli ioni K+ si aprono, permettendo agli ioni di uscire dalla cellula. Questo deflusso di cariche positive riporta la faccia interna della membrana a un valore negativo rispetto all'esterno. Una volta ripristinato l'equilibrio elettrico, i canali del potassio si richiudono. Infine, le pompe ioniche contribuiscono al ripristino del potenziale di riposo spostando gli ioni Na+ fuori dalla cellula e riportando gli ioni K+ al suo interno. Questo continuo lavoro delle pompe e di altri canali ionici garantisce che le concentrazioni di ioni siano ristabilite, permettendo alla cellula di prepararsi a un nuovo potenziale d'azione. La propagazione del potenziale d'azione lungo l'assone avviene attraverso un meccanismo simile a un effetto domino. Una volta generato nella parte iniziale dell'assone, il potenziale d'azione si sposta per una breve distanza, innescando un nuovo potenziale d'azione nella regione adiacente. Questo processo si ripete continuamente, con ogni potenziale d'azione che attiva quello successivo, permettendo così la conduzione dell'impulso lungo l'intera lunghezza dell'assone. Grazie a questo meccanismo, il potenziale d'azione mantiene la sua intensità massima indipendentemente dalla distanza percorsa. La guaina mielinica, un rivestimento lipidico che avvolge l'assone, facilita e accelera la conduzione del potenziale d'azione. La mielina, però, non copre l'assone in modo continuo: lungo il suo percorso, si alterna a brevi interruzioni chiamate nodi di Ranvier, in onore del patologo francese Louis-Antoine Ranvier, che li scoprì. In un assone mielinico, il segnale neurale non si sposta in modo lineare, ma "salta" da un nodo di Ranvier all'altro, evitando le aree coperte di mielina. Questo processo, noto come conduzione saltatoria, aumenta significativamente la velocità con cui le informazioni viaggiano lungo l'assone, rendendo la trasmissione neurale molto più efficiente. L’impulso elettrico del potenziale d’azione assume una forma in grado di attraversare lo spazio relativamente piccolo della fessura sinaptica grazie a specifiche reazioni chimiche. La parte finale dell’assone è costituita dalle terminazioni assoniche o bottoni sinaptici, ramificazioni che partono dall’assone e terminano con strutture a forma di bottone, ogni bottone sinaptico contiene piccole vescicole piene di neurotrasmettitori, sostanze chimiche che trasmettono informazioni attraverso la sinapsi fino ai dendriti del neurone ricevente. Sui dendriti del neurone ricevente sono presenti recettori, componenti della membrana cellulare che catturano i neurotrasmettitori e possono avviare o inibire la genesi di un nuovo segnale elettrico. Il flusso di ioni K+ e Na+ attraverso la membrana cellulare permette al neurone presinaptico (quello che trasmette l’impulso) di passare dal potenziale di riposo al potenziale d’azione. Questo potenziale si propaga lungo l’assone fino alle terminazioni assoniche, dove stimola il rilascio di neurotrasmettitori dalle vescicole nella fessura sinaptica. I neurotrasmettitori si diffondono attraverso la sinapsi e si legano ai recettori sui dendriti del neurone postsinaptico. Nel neurone postsinaptico, l’interazione con i recettori genera un nuovo potenziale d’azione, che si propaga lungo l’assone fino a raggiungere altre sinapsi e ulteriori neuroni. Questo processo, chiamato trasmissione sinaptica, permette ai neuroni di comunicare tra loro ed è alla base di pensieri, emozioni e comportamenti. Poiché un singolo neurone può stabilire migliaia di connessioni sinaptiche con altri neuroni, sorge spontanea una Psicologia generale e cognitiva Pagina 3 Poiché un singolo neurone può stabilire migliaia di connessioni sinaptiche con altri neuroni, sorge spontanea una domanda: come fanno i dendriti a sapere quali tra i neurotrasmettitori che attraversano la sinapsi devono ricevere? Una spiegazione risiede nel fatto che i neuroni tendono a formare nel cervello vie neurali specifiche, caratterizzate da determinati neurotrasmettitori. Un neurotrasmettitore può essere predominante in una regione del cervello e un altro in una regione diversa. Inoltre, i neurotrasmettitori e i loro recettori funzionano come un sistema chiave- serratura: una determinata chiave (neurotrasmettitore) può attivare solo una specifica serratura (recettore). Perché ciò avvenga, la struttura molecolare del neurotrasmettitore deve combaciare con quella del recettore postsinaptico. Un’altra questione rilevante è: cosa accade ai neurotrasmettitori che rimangono nella sinapsi una volta trasmesso il messaggio chimico al neurone postsinaptico? È essenziale che questi neurotrasmettitori cessino di agire, altrimenti i segnali non si interromperebbero mai. I neurotrasmettitori lasciano la sinapsi mediante 3 processi: 1. Ricaptazione: i neurotrasmettitori vengono riassorbiti dalle terminazioni assoniche del neurone presinaptico. 2. Degradazione enzimatica: enzimi specifici scompongono i neurotrasmettitori all’interno della sinapsi. 3. Legame con autorecettori: i neurotrasmettitori si legano a recettori specifici sul neurone presinaptico, chiamati autorecettori. Questi rilevano la quantità di neurotrasmettitore presente nella sinapsi e, se rilevano un eccesso, segnalano al neurone di interromperne il rilascio. Ci sono alcuni neurotrasmettitori considerati principali e sono: – Acetilcolina neurotrasmettitore coinvolto in numerosi funzioni, fra cui il controllo motorio volontario, l'apprendimento, del sonno, dell'attività onirica e della memoria. – Dopamina neurotrasmettitore che regola il comportamento motorio, la motivazione, il piacere, e l'attività emozionale. – Glutammato principale neurotrasmettitore eccitatorio del cervello, favorisce la trasmissione delle informazioni fra neuroni. – Acido gamma-amino butirrico (GABA) principale neurotrasmettitore inibitorio del cervello, i neurotrasmettitori inibitori bloccano nei neuroni la generazione di impulsi elettrici (Firing). – Noradrenalina coinvolta negli stati di vigilanza, o in una più intensa consapevolezza dei pericoli presenti nell'ambiente, influenza l'umore e l'attivazione fisiologica (arousal). – Serotonina coinvolta nella regolazione del sonno e della veglia, dell'alimentazione e del comportamento aggressivo, influenza l'umore e l'attivazione fisiologica (arousal). – Endorfine sostanze chimiche che agiscono sulle vie del dolore e sui centri cerebrali dell'emozione. Il nostro normale funzionamento comporta un delicato equilibrio fra tutti i neurotrasmettitori, uno squilibrio anche leggero può influire di molto sul nostro comportamento. Molte sostanze che agiscono sul sistema nervoso operano incrementando la produzione o la funzione dei neurotrasmettitori, oppure interferendo con essa, o limitandola. Sono dette antagoniste le sostanze che intensificano l'azione di un neurotrasmettitore, mentre sono antagoniste le sostanze che bloccano il funzionamento di un neurotrasmettitore. Alcune sostanze alterano un passaggio nella produzione o nel rilascio del neurotrasmettitore, altre hanno una struttura chimica così simile a un neurotrasmettitore da essere in grado di legarsi ai suoi recettori. Se legandosi a un recettore una sostanza avvia l'azione del neurotrasmettitore è agonista, se blocca è antagonista, per esempio, la L-dopa, o levodopa, è una sostanza sviluppata per il trattamento della malattia di Parkinson, un disturbo caratterizzato da tremori e difficoltà nell'avviare i movimenti volontari, causato dalla degenerazione dei neuroni dopaminergici. La dopamina, il Psicologia generale e cognitiva Pagina 4 è agonista, se blocca è antagonista, per esempio, la L-dopa, o levodopa, è una sostanza sviluppata per il trattamento della malattia di Parkinson, un disturbo caratterizzato da tremori e difficoltà nell'avviare i movimenti volontari, causato dalla degenerazione dei neuroni dopaminergici. La dopamina, il neurotrasmettitore carente in questa malattia, viene prodotta nei neuroni attraverso la trasformazione di una molecola chiamata L-dopa. L’assunzione di L-dopa aumenta la sua concentrazione nel cervello, stimolando i neuroni dopaminergici ancora funzionanti a produrre una maggiore quantità di dopamina. In questo senso, la L-dopa agisce come un agonista della dopamina. Studi scientifici hanno dimostrato che l’uso di L-dopa è abbastanza efficace nell’alleviare i sintomi della malattia di Parkinson. Tuttavia, l’efficacia della L-dopa tende a diminuire con l’uso prolungato. Nei pazienti che assumono il farmaco per lunghi periodi, i sintomi della malattia spesso riaffiorano, rendendo necessaria una revisione della terapia nel tempo. Molte sostanze, tra cui droghe molto diffuse, influenzano l’azione dei neurotrasmettitori. L’amfetamina, ad esempio, stimola il rilascio di noradrenalina e dopamina e, insieme alla cocaina, ne inibisce la ricaptazione. Questo doppio effetto provoca un accumulo di neurotrasmettitori nella sinapsi, intensificando l’attivazione dei loro recettori, sono quindi sostanze agoniste. Noradrenalina e dopamina sono cruciali per il controllo dell’umore: un loro aumento produce euforia, energia e uno stato di veglia prolungato. Tuttavia, la noradrenalina aumenta anche la frequenza cardiaca. Dosi eccessive di amfetamina o cocaina possono causare contrazioni cardiache inefficaci, portando a svenimenti o persino alla morte. La metamfetamina, una variante dell’amfetamina, agisce su dopamina, serotonina e noradrenalina. Questa combinazione di effetti altera i neurotrasmettitori responsabili della percezione visiva, provocando talvolta allucinazioni. Un altro esempio è il Prozac, un farmaco utilizzato per trattare la depressione. Il Prozac blocca la ricaptazione della serotonina, appartenendo alla categoria di sostanze dette inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina o SSRI (Selective Serotonin Reuptake Inhibitor). Nelle persone con depressione clinica, livelli ridotti di serotonina sono spesso associati al disturbo. Mantenendo la serotonina più a lungo nella sinapsi, il Prozac aumenta l’attivazione dei recettori, contribuendo ad alleviare i sintomi della depressione. Tra gli antagonisti di interesse medico, il propranololo, un beta-bloccante, blocca i recettori della noradrenalina a livello del cuore. Questo effetto rallenta il battito cardiaco, utile in caso di tachicardia o aritmie. L'organizzazione del sistema nervoso I neuroni cono le unità costitutive dei nervi, che consistono in fasci di fibre assoniche e in cellule gliali di supporto. Il sistema nervoso consiste in una rete di neuroni interagenti, la quale veicola l'informazione elettrochimica in tutto il corpo. Il sistema nervoso è diviso in due: – Sistema nervoso centrale (SNC) comprende il cervello e il midollo spinale, il SNC riceve tutta l'informazione sensoriale proveniente dal mondo esterno, elabora e coordina tale informazione, e invia comandi al sistema scheletrico e a quello muscolare controllandone l'azione. A capo del SNC si trova il cervello che contiene delle strutture che sostengono le più complesse funzioni percettive, motorie, emozionali e cognitive del sistema nervoso, il midollo spinale parte dal cervello, e a lui si connettono i nervi che veicolano le informazioni sensoriali e trasmettono comandi al corpo. – Sistema nervoso periferico (SNP) collega il sistema nervoso centrale agli altri organi e ai muscoli del corpo, il SNP è a sua volta diviso in due: - sistema nervoso somatico che consiste nell'insieme di nervi che media la trasmissione delle informazioni tra i muscoli volontari e il sistema nervoso centrale, noi abbiamo un controllo consapevole su questo sistema e lo usiamo per percepire, pensare e coordinare i comportamenti. - Sistema nervoso autonomo consiste nell'insieme di nervi che veicola i comandi involontari e automatici da cui dipende il controllo dei vasi sanguigni, degli organi interni e delle ghiandole, questo sistema lavora autonomamente nel regolare gli apparati corporei, il sistema nervoso autonomo si divide in ulteriori due suddivisioni: sistema nervoso simpatico, l'insieme di nervi che prepara il corpo per l'azione nelle situazioni minacciose, dilata le pupille, aumenta la frequenza cardiaca e respiratoria, devia più sangue al Psicologia generale e cognitiva Pagina 5  minacciose, dilata le pupille, aumenta la frequenza cardiaca e respiratoria, devia più sangue al cervello ecc.… Sistema nervoso parasimpatico, aiuta il corpo a ritornare a un normale stato di riposo, inverte le azioni del sistema simpatico e riporta il corpo in uno stato normale, restringe le pupille, rallenta frequenza cardiaca e respiratoria ecc.…, molte funzioni del nostro corpo funzionano per l'attività coordinata dei due sistemi, per esempio nel comportamento sessuale, il sistema parasimpatico stimola afflusso del sangue al pene producendo l'erezione, ma è il sistema simpatico a produrre l'eiaculazione, tra questi due sistemi è sempre importante un equilibrio. Il SNC è quindi costituito da 2 componenti il cervello e il midollo spinale che svolge dei compiti semplici ma importanti, infatti è il midollo spinale che ci permette di respirare, di reagire al dolore e di muovere i muscoli e senza il midollo spinale il cervello non sarebbe in grado di tradurre in azione nessuna delle sue elaborazioni. Per alcuni comportamenti basilari come, allontanare la mano da qualcosa che scotta, il midollo non ha bisogno di nessun comando da parte del cervello infatti, le connessioni tra gli input sensoriali e i neuroni motori presenti nel midollo spinale mediano i riflessi spinali, semplici vie del sistema nervoso che generano rapidamente contrazioni muscolari, se tocchiamo qualcosa che scotta, i neuroni sensoriali che registrano il dolore mandano gli impulsi direttamente al midollo spinale, attraverso poi delle connessioni sinaptiche all'interno del midollo, gli interneuroni trasmettono gli input sensoriali ai neuroni motori che impartiscono l'ordine di ritirare la mano. I riflessi spinali illustrano il modo di funzionare di un arco riflesso, una via neurale che controlla un azione riflessa, gli archi riflessi possono comprendere neuroni sensoriali, interneuroni e motoneuroni. Per compiti più elaborati è necessario che midollo spinale e cervello collaborino, il sistema nervoso periferico invia al cervello i messaggi provenienti dai neuroni sensoriali attraverso il midollo spinale, e il cervello attraverso il midollo spinale invia i comandi per i movimenti volontari ai neuroni motori, i cui assoni si proiettano fino ai muscoli scheletrici. Regioni diverse del midollo spinale controllano apparati diversi, le persone con una lesione a un particolare livello del midollo spinale perdono la sensazione del tatto e del dolore nelle parti del corpo sottostanti alla lesione con una connessa perdita del controllo motorio sui muscoli nelle stesse aree. La struttura del cervello È possibile suddividere il cervello umano in diversi modi, secondo un ordine ascendente "dal basso verso l'alto", notando come le differenti regioni sono specializzate in compiti differenti, funzioni più semplici sono eseguite dalle strutture ai livelli più bassi, mentre quelle più complicate ai livelli più alti, oppure il cervello può essere diviso utilizzando un approccio laterale. Utilizzando l'approccio ascendente si possono distinguere 3 parti: – Rombencefalo un'area del cervello che coordina le informazioni verso e dal midollo spinale, ha l'aspetto di un tronchetto sul quale poggia il resto del cervello, controlla le funzioni vitali più basilari come la respirazione, lo stato di vigilanza, e le capacità motorie, le strutture che lo compongono sono 4: - Il midollo allungato (o bulbo) è un'estensione del midollo spinale Psicologia generale e cognitiva Pagina 6  dal midollo spinale, ha l'aspetto di un tronchetto sul quale poggia il resto del cervello, controlla le funzioni vitali più basilari come la respirazione, lo stato di vigilanza, e le capacità motorie, le strutture che lo compongono sono 4: - Il midollo allungato (o bulbo) è un'estensione del midollo spinale all'interno del cranio, dalla quale dipende il controllo del battito cardiaco, della circolazione e della respirazione. - La formazione reticolare parte dall'interno del bulbo e si estende poi verso l'alto, è formato da un piccolo gruppo di neuroni che regolano il sonno, la veglia e i livelli di attivazione fisiologica (arousal). - Il cervelletto si trova posteriormente al midollo allungato, è una grande struttura rombencefalica che controlla le abilità motorie fini, contribuisce alla sintonizzazione fine del comportamento, non dà via alle azioni ma le rifinisce consentendo l'elegante esecuzione. - Il ponte è una struttura che trasmette le informazioni dal cervelletto al resto del cervello. – Mesencefalo posato sul rombencefalo è relativamente piccolo negli esseri umani e contiene 2 strutture principali: - Il tetto che orienta l'organismo nell'ambiente, riceve l'input sensoriale da occhi, orecchie e pelle, e muove l'organismo in modo coordinato in direzione dello stimolo, per esempio se mentre si studia in una stanza tranquilla si sente un click dietro a destra, il corpo ruoterà orientandosi in direzione di quel suono. - Il tegumento è coinvolto nel movimento e nell'attivazione fisiologica (arousal), anche lui contribuisse a orientare l'organismo in direzione degli stimoli sensoriali. – Prosencefalo costituisce il livello più alto del cervello, sia in senso letterale che figurato, e controlla complesse funzioni cognitive, emozionali, sensoriali e motorie, il prosencefalo si divide in due sezioni la corteccia cerebrale, lo strato più esterno del cervello, visibile a occhio nudo e suddiviso in due emisferi, e le strutture sottocorticali, strutture localizzate sotto la corteccia cerebrale vicino al centro del cervello, le strutture corticali sono suddivise in talamo, le tre componenti del sistema limbico (ipotalamo, ippocampo e amigdala), i gangli della base e l'ipofisi ( o ghiandola pituitaria) che fa parte del sistema endocrino. strutture corticali: - Talamo e ipotalamo sono localizzati al centro del cervello, interagiscono strettamente con altre strutture cerebrali dalle quali ricevono, e alle quali inviano, segnali, contribuendo inoltre alla loro regolazione, il talamo riceve e filtra le informazioni provenienti dai sistemi sensoriali e le ritrasmette alla corteccia cerebrale, riceve input da tutti i principali sensi eccetto l'olfatto che ha connessioni dirette con la corteccia cerebrale, riceve una molteplicità di input e li ritrasmette a una varietà di localizzazioni, e svolge il compito di filtro dando ad alcuni input un peso maggiore che ad altri, durante il sonno il talamo si chiude non consentendo alle informazioni di passare al resto del cervello. L'ipotalamo, posizionato sotto il talamo, regola la temperatura corporea, la fame, la sete e il comportamento sessuale. - l'ipotalamo fa parte del sistema limbico, insieme di strutture prosencefaliche, ipotalamo, ippocampo e amigdala, coinvolte nella motivazione, nell' emozione, nell'apprendimento e nella memoria, l'ippocampo è essenziale per la generazione di nuovi ricordi e per la loro integrazione in una rete di conoscenze, consentendone l'immagazzinamento a tempo indefinito in altre parti della corteccia cerebrale, le persone con un danno all'ippocampo sono in grado di acquisire nuove informazioni e di trattenerle in memoria a livello cosciente, ma solo per pochi secondi, questa compromissione è però limitata alla memoria dei fatti e eventi quotidiani che si possono richiamare coscientemente, la memoria delle routine abituali apprese o delle reazioni emozionali rimane intatta, l'amigdala ha invece un ruolo centrale in molti processi emozionali, attribuisce significato e importanza a eventi in precedenza neutri, in seguito al loro essersi associati a paura, punizioni o ricompense. - I gangli della base sono un insieme di strutture sottocorticolari che dirige i movimenti intenzionali, sono situati vicino al talamo e all'ipotalamo, ricevono input dalla corteccia cerebrale e inviano segnali ai centri motori del tronco encefalico, una struttura dei gangli della base, lo striato, è coinvolta nel controllo della postura e del movimento, Psicologia generale e cognitiva Pagina 7  controllo della postura e del movimento, - Il sistema endocrino consiste in una rete di ghiandole che producono e secernono nel circolo sanguigno gli ormoni i quali influenzano una vasta gamma di funzioni fondamentali, come il metabolismo, la crescita, lo sviluppo sessuale, lavora a stretto contatto con il sistema nervoso soprattutto con il sistema limbico, tra le principali ghiandole endocrine si trova la tiroide, regola funzioni come temperatura corporea e battito cardiaco, surrenali, regolano le risposte allo stress, il pancreas, controllala digestione, la ghiandola pienale che secerne la melatonina, il funzionamento complessivo del sistema endocrino è orchestrato dall'ipofisi o ghiandola pituitaria, la "ghiandola maestra" del sistema endocrino responsabile della produzione di ormoni, così chiamata perché rilascia ormoni che dirigono le funzioni di molte altre ghiandole. La corteccia cerebrale è il livello più alto del cervello, è responsabile degli aspetti più complessi della percezione, dell'emozione, del movimento e del pensiero, poggia sul resto del cervello, è la superficie rugosa che si vede a occhio nudo. Le superfici lisce, le parti in rilievo, sono dette circonvoluzioni o giri, e le invaginazioni o fessure sono dette solchi, grazie ai giri e ai solchi la corteccia concentra una grande potenza cerebrale in un formato relativamente piccolo, il funzionamento della corteccia cerebrale può essere esaminato e descritto a tre livelli di organizzazione: - l'organizzazione in due emisferi, infatti la corteccia si divide in emisfero sinistro e emisfero destro, i due emisferi sono più o meno simmetrici nell'aspetto e in certa misura anche nelle funzioni, ma ciascun emisfero controlla le funzioni del lato opposto del corpo, in quello che viene detto controllo controlaterale, quindi l'emisfero destro percepisce gli stimoli provenienti dal lato sinistro del corpo e controlla i movimenti di quel lato e viceversa. I due emisferi sono collegati tramite commessure, ovvero i fasci di assoni che rendono possibile la comunicazione tra le aree della corteccia di ciascun emisfero, la più voluminosa è il corpo calloso che connette vaste aree della corteccia cerebrale in ciascun lato del cervello e sostiene la comunicazione delle informazioni tra i due emisferi. - L'organizzazione entro ciascun emisfero, ovvero le funzioni delle diverse regioni di ciascun emisfero, ogni emisfero è diviso in 4 lobi, procedendo dalla regione posteriore a quella anteriore si trova il lobo occipitale, il lobo parietale, il lobo temporale e il lobo frontale. Il lobo occipitale, localizzato nella parte posteriore, elabora le informazioni visive, i recettori sensoriali negli occhi inviano l'informazione al talamo, che a sua volta la invia alle aree primarie del lobo occipitale, dove vengono estratte le caratteristiche semplici dello stimolo, per esempio la localizzazione spaziale e l'orientamento dei margini di un oggetto, la corteccia occipitale elabora poi queste caratteristiche in una "mappa" dello stimolo più complessa, che infine porta alla comprensione di ciò che si vede. Il lobo parietale, posto anteriormente al lobo occipitale, svolge varie funzioni tra cui l'elaborazione delle informazioni tattili, contiene la corteccia somatosensoriale, una striscia di tessuto cerebrale che dalla sommità del cervello scende lungo il lato di ciascun emisfero. La corteccia somatosensoriale di ogni emisfero rappresenta le diverse aree della superficie dell'epidermide nella parte del corpo controlaterale, ad ogni parte del corpo corrisponde una particolare area della corteccia somatosensoriale, che è tanto più estesa quanto più è sensibile la parte del corpo ad essa corrispondente. Per esempio, l'area della corteccia somatosensoriale che corrisponde alle labbra e alla lingua è più estesa dell'area che corrisponde ai piedi. Davanti all'area somatosensoriale, ma nel lobo frontale, corre parallela una striscia di tessuto cerebrale detta corteccia motoria. Come per la corteccia somatosensoriale, le differenti parti della corteccia motoria corrispondono a parti del corpo differenti. La corteccia motoria avvia i movimenti volontari e invia messaggi ai gangli della base, al cervelletto e al midollo spinale. Psicologia generale e cognitiva Pagina 8  midollo spinale. Il lobo temporale, occupa la parte inferiore di ciascun emisfero, è responsabile dell'udito e del linguaggio, la corteccia uditiva primaria nel lobo temporale è uguale alla corteccia somatosensoriale nel lobo parietale e alle aree visive primarie nel lobo occipitale, riceve dall'orecchio informazioni sensoriali basate sulla frequenza dei suoni, le aree uditive secondarie del lobo temporale elaborano poi le informazioni generando unità dotate di significato; in questo modo portano alla comprensione delle singole parole e del discorso. Il lobo temporale ospita anche le aree visive di associazione, che interpretano il significato degli stimoli visivi e ci aiutano a riconoscere gli oggetti presenti nell'ambiente. Il lobo frontale, cosi detto perché si trova dietro la fronte, contiene aree specializzate per il movimento, il pensiero astratto, la progettazione, la memoria e il giudizio, contiene la corteccia motoria, che coordina i movimenti di gruppi di muscoli in tutto il corpo, altre aree nel lobo frontale coordinano i processi cognitivi che ci aiutano a gestire le informazioni e a recuperare i ricordi, di cui possiamo poi servirci per pianificare i nostri comportamenti e interagire con gli altri a livello sociale. - L'organizzazione entro i singoli lobi, una gerarchia di fasi di elaborazione veicola i dettagli fini dell'informazione dalle aree primarie fino alle aree associative, formate da neuroni che contribuiscono a dare senso e significato alle informazioni registrate nella corteccia. Per esempio, i neuroni della corteccia visiva primaria sono altamente specializzati: alcuni rilevano negli stimoli ambientali le caratteristiche che hanno orientamento orizzontale, altri rilevano il movimento, e altri le informazioni operando la distinzione tra forme umane e non, e le aree secondarie interpretano le informazioni per trarre un senso, analogamente, i neuroni nella corteccia uditiva primaria registrano le frequenze sonore, ma sono le aree associative del lobo temporale che vi consentono di trasformare quei rumori nel significato, perciò le aree associative contribuiscono a cucire insieme i brani di informazione provenienti dalle varie parti della corteccia, producendo la comprensione del significato di ciò che il cervello registra. Uno esempio delle proprietà delle aree associative proviene dalla scoperta del sistema dei neuroni specchio, sono attivi quando un animale mette in atto un certo comportamento, per esempio cerca di afferrare un oggetto o di manipolarlo, e vengono attivati anche quando un altro animale osserva ciò che sta facendo l'animale che esegue il comportamento, si trovano nel lobo frontale e in quello parietale. I neuroni delle aree associative sono in genere meno specializzati e più flessibili dei neuroni nelle aree primarie. Grazie a ciò, possono essere plasmati tramite l'apprendimento e l'esperienza in modo da svolgere il loro lavoro con maggiore efficacia, questo modellamento dei neuroni ad opera di forze ambientali è alla base della flessibilità o "plasticità" cerebrale. le cortecce sensoriali non sono fisse, sono in grado di adattarsi ai cambiamenti negli input sensoriali, una qualità che i ricercatori chiamano plasticità, per esempio, supponiamo di perdere il dito medio della mano sinistra in un incidente, la parte dell'area somatosensoriale che rappresenta quel dito inizialmente cessa di rispondere, ma col passare del tempo, quell'area della corteccia somatosensoriale diventa reattiva alla stimolazione delle dita adiacenti al dito mancante. Il cervello è plastico quindi le funzioni assegnate a certe sue aree possono essere riassegnate in modo da adattarsi alla modificazione dei segnali provenienti dall'ambiente. La plasticità non interviene solo a compensare la perdita di dita o arti, se un dito è soggetto a una stimolazione fuori dall'ordinario, la sua rappresentazione nella corteccia può "prendere il sopravvento" sulle aree corticali di solito dedicate alla rappresentazione delle dita adiacenti, i pianisti professionisti, per esempio, hanno aree corticali per il controllo delle dita estremamente sviluppate e la continua stimolazione proveniente dalle dita provoca una maggiore estensione dell'area di rappresentazione nelle cortecce somatosensoriali. Sviluppo ed evoluzione del sistema nervoso Il cervello umano è un sistema complesso, costituito da molte parti distinte che si sono sviluppate nel corso dell'evoluzione. Possiamo distinguere due principali tipi di sviluppo: lo sviluppo prenatale, che riguarda la formazione del sistema nervoso centrale in ciascun individuo della specie (dal concepimento alla nascita), e lo sviluppo evolutivo, che descrive il processo di adattamento del cervello umano nel corso dell’evoluzione, partendo da strutture presenti in altre specie. Durante lo sviluppo prenatale, il sistema nervoso è tra i primi a formarsi nell'embrione. Già alla terza settimana, su un lato della sfera embrionale compare un ispessimento, i cui margini si sollevano formando un profondo solco chiamato doccia neurale. Il tessuto ai lati del solco origina due pieghe, note come creste neurali, che si saldano lungo la linea mediana dando vita al tubo neurale. All’estremità caudale, questo tubo conserva la sua forma cilindrica e costituisce la base del midollo spinale. All’estremità opposta, invece, il tubo si espande: già alla quarta settimana si distinguono i tre livelli fondamentali del cervello. Successivamente, alla quinta settimana, il prosencefalo e il rombencefalo iniziano a differenziarsi ulteriormente, e a partire dalla settima settimana il prosencefalo si sviluppa rapidamente formando gli emisferi cerebrali. Con il progredire della crescita embrionale, ogni suddivisione del cervello dà origine a strutture sempre più Psicologia generale e cognitiva Pagina 9 Con il progredire della crescita embrionale, ogni suddivisione del cervello dà origine a strutture sempre più specifiche. Questo processo di ripiegamento e suddivisione porta alla formazione delle parti principali visibili nel cervello adulto. Ad esempio, il rombencefalo origina il cervelletto e il midollo allungato, mentre il mesencefalo forma il tetto e il tegmento. Il prosencefalo, invece, si divide ulteriormente dando origine al talamo, all’ipotalamo e agli emisferi cerebrali, che con il tempo diventano le strutture predominanti, arrivando a ricoprire quasi tutte le altre suddivisioni del cervello. L’ontogenesi del cervello, ossia il processo con cui si sviluppa in un singolo individuo è molto veloce 7-8 settimane, le strutture fondamentali del cervello si formano e iniziano una rapida crescita. Ciò consente al neonato di entrare nel mondo già dotato di una gamma di abilità sorprendentemente sofisticate. In confronto, la filogenesi del cervello ovvero il processo evolutivo con cui il cervello si è sviluppato nell’arco di milioni di anni all’interno di una specifica specie è enormemente più lento. Il sistema nervoso centrale si è evoluto a partire da quello elementare presente negli animali più semplici, i primi neuroni fecero la loro comparsa in invertebrati semplici, ma il primo sistema nervoso centrale fece la sua comparsa nei platelminti, dei vermi che presentano nell'estremità cefalica un insieme di neuroni. Durante l'evoluzione ci fu un importante distinzione nell'organizzazione del sistema nervoso di vertebrati e invertebrati, nei primi il sistema nervoso centrale è suddiviso in una gerarchia di livelli, e sono dotati di una maggiore complessità del prosencefalo , nei mammiferi troviamo la corteccia cerebrale, l'evoluzione del cervello umano è stata molto veloce, grazie a delle particolari mutazioni, inoltre i cervello è ancora in evoluzione. Sia però la genetica (natura) e l'ambiente (cultura) hanno un ruolo importante nel determinare e controllare il comportamento, e l'analisi delle ricerche si è soffermata sul capire come queste due interagiscano. Ecco una versione migliorata del testo, con maggiore chiarezza e fluidità: Il gene rappresenta l'unità fondamentale della trasmissione ereditaria, il termine "gene" è stato utilizzato per riferirsi a due concetti distinti. In origine, il gene era definito in maniera astratta come l’unità responsabile della trasmissione di specifici caratteri ereditari, come il colore degli occhi. Oggi, invece, è considerato un segmento di DNA (acido deossiribonucleico) che codifica per una proteina capace di influenzare un determinato carattere. I geni sono organizzati lungo strutture chiamate cromosomi, lunghi filamenti di DNA a doppia elica, avvolti e spiralizzati in modo estremamente compatto. Il DNA contenuto nei cromosomi regola la produzione delle proteine grazie all’intervento dell’RNA messaggero (mRNA). Questo RNA trascrive una copia del codice genetico contenuto nel DNA e la trasmette all'apparato cellulare, dove avviene la sintesi delle proteine. Nel nucleo di ogni cellula umana sono presenti 23 coppie di cromosomi, per un totale di 46 cromosomi. Ogni coppia è formata da due cromosomi simili ma non identici: uno viene ereditato dal padre e l’altro dalla madre. Tuttavia, la selezione di quale cromosoma di ciascuna coppia venga trasmesso da ogni genitore avviene in modo completamente casuale. Come specie condividiamo il 99% del DNA, ma una piccola percentuale varia da individuo a individuo, figli condividono con i genitori una parte del loro DNA, che varia tra gli individui, ma è sempre maggiore rispetto a quella condivisa con parenti più lontani o con persone non imparentate. In media, i figli condividono il 50% dei loro geni con ciascun genitore, il 25% con i nonni, il 12,5% con i cugini e così via. Questo grado di condivisione genetica è definito grado di parentela. Le persone geneticamente più simili sono i gemelli monozigotici (o gemelli identici), che derivano dalla divisione di un unico ovulo fecondato. Per questo motivo, condividono il 100% dei loro geni. Al contrario, i gemelli dizigotici (o gemelli fraterni) si sviluppano da due ovuli fecondati separati e condividono circa il 50% dei geni, la stessa percentuale che caratterizza i fratelli nati in momenti diversi. L'idea che l'espressione dei geni dipenda dal contesto ambientale in cui ci si trova è cruciale per un'area della ricerca, l'epigenetica, lo studio delle influenze ambientali che determinano il fatto che i geni siano espressi oppure no, e il grado in cui lo sono, senza che vi sia modificazione della sequenza di basi nel DNA, senza alterare la struttura del gene. L’ambiente può influenzare l’espressione genetica attraverso i segni epigenetici (o epigenetic marks), ovvero modificazioni chimiche del DNA che possono attivare o disattivare specifici geni. Questi segni epigenetici possono essere paragonati a note a margine di un copione, con cui un regista stabilisce come interpretare o utilizzare una determinata parte del testo. Tra i segni epigenetici maggiormente studiati, due risultano particolarmente importanti: 1. Metilazione del DNA La metilazione consiste nell’aggiunta di un gruppo metilico (-CH₃) alla sequenza di basi del DNA. Questo processo è svolto da specifici enzimi, noti come scrittori epigenetici, che hanno il compito di aggiungere gruppi metilici al DNA. Sebbene questa modificazione non alteri la sequenza delle basi del DNA, essa rende inattivo il gene su cui viene applicata. In altre parole, il gene metilato è ancora presente, ma non viene più espresso. Questo processo può essere paragonato a una nota del regista che indica a un’attrice, ad esempio Claire Danes, di ignorare una parte del testo shakespeariano: la sezione del copione – simile al gene inattivato – resta lì, ma non viene utilizzata. Psicologia generale e cognitiva Pagina 10  inattivato – resta lì, ma non viene utilizzata. 2. Modificazioni degli istoni Questo tipo di modificazione comporta l’aggiunta di gruppi chimici alle proteine chiamate istoni, che hanno il compito di impacchettare e organizzare il DNA all’interno dei cromosomi. Sebbene il DNA sia spesso rappresentato come una doppia elica libera (come nella classica immagine), in realtà esso è avvolto attorno a complessi di proteine istoniche, come mostrato in modelli più dettagliati. Le modificazioni degli istoni possono sia "silenziarli" (disattivarli) sia "accenderli" (attivarli), regolando così l’espressione dei geni. Tuttavia, come per la metilazione, queste modificazioni non alterano la sequenza di basi del DNA, ma influenzano il modo in cui i geni vengono espressi. Esperimenti condotti su ratti e topi hanno dimostrato che i segni epigenetici lasciati dalla metilazione del DNA e dalla modificazione degli istoni hanno un ruolo di primo piano nell'apprendimento e nella memoria. Dai geni dipende la gamma delle possibilità osservabili entro una popolazione, ma all'interno di quella gamma le caratteristiche individuali di qualsiasi persona sono determinate dai fattori ambientali e dall'esperienza, le capacità genetiche che un'altra specie può possedere, come quella di respirare sott'acqua, sono al di fuori della gamma delle nostre possibilità, indipendentemente da quanto possiamo trovarle desiderabili. Tenendo bene a mente questi criteri, i genetisti del comportamento usano calcoli basati sul grado di parentela per quantificare l'ereditabilità dei comportamenti. L'ereditabilità è una misura della variabilità tra individui relativa ai tratti comportamentali che può essere ricondotta ai fattori genetici, viene calcolata come una proporzione e il suo valore numerico (indice) può variare da 0 a 1,00. Un'ereditabilità di 0 significa che i geni non contribuiscono alle differenze individuali nel tratto comportamentale, un'ereditabilità di 1,00 significa che i geni sono la sola ragione sottostante alle differenze individuali. Per quanto riguarda il comportamento umano, quasi tutte le stime dell'ereditabilità ricadono nell'intervallo dei valori intermedi, tra 0,30 e 0,60. Per esempio, un indice di ereditabilità per l'intelligenza pari a 0,50 indica che metà della variabilità osservata nei punteggi dei test d'intelligenza è attribuibile alle influenze genetiche, e l'altra metà alle influenze ambientali. Ci sono quattro aspetti fondamentali da tenere a mente riguardo all'ereditabilità: 1. L'ereditabilità è un concetto astratto Non fornisce informazioni sui geni specifici che contribuiscono a un determinato tratto comportamentale. 2. L'ereditabilità si applica a una popolazione, non ai singoli individui Questo significa che non ci dice nulla su come un tratto si manifesti in un singolo individuo, ma riguarda invece le variazioni di quel tratto all’interno di una popolazione. 3. L'ereditabilità dipende dall'ambiente Le influenze genetiche si manifestano solo in un determinato contesto ambientale, così come il comportamento è influenzato dalle condizioni in cui si verifica. 4. L'ereditabilità non è un destino ineluttabile Un alto valore di ereditabilità non implica che un tratto comportamentale sia immutabile. Non ci indica fino a che punto interventi o cambiamenti ambientali possano modificare quel tratto. Sebbene l'ereditabilità sia utile per identificare l’influenza dei fattori genetici su un tratto, non è altrettanto utile per prevedere come gli individui risponderanno a determinate condizioni ambientali o trattamenti. Come si esplora il cervello Gli scienziati si servono di un vasto repertorio di metodi per comprendere in che modo il cervello influenza il comportamento, i tre più importanti sono: – Lo studio delle lesioni cerebrali per comprendere il normale funzionamento di un processo, è utile capire cosa succede quando questo non funziona, studiando casi di lesioni cerebrali, i neuroscienziati sono in grado di formulare teorie sulle funzioni svolte nelle aree colpite, la nascita delle moderne neuroscienze è spesso attribuita al lavoro di Paul Broca. Nel 1861, Broca documentò il caso di un paziente che aveva perso la capacità di produrre il linguaggio, pur mantenendo intatta la capacità di comprenderlo. Questa condizione fu collegata a una lesione in una piccola area del lobo frontale sinistro, successivamente denominata area di Broca. Nel 1874, Carl Wernicke (1848-1905) descrisse un caso opposto: un paziente con difficoltà a comprendere il linguaggio, ma capace di produrlo correttamente. Questa condizione era associata a una lesione nella parte superiore del lobo temporale sinistro, un'area che venne poi chiamata area di Wernicke. Queste scoperte rappresentarono le prime evidenze scientifiche della separazione funzionale tra le aree cerebrali responsabili della produzione e della comprensione del linguaggio. Inoltre, dimostrarono che, per la maggior parte delle persone, l'emisfero sinistro svolge un ruolo cruciale in entrambe queste funzioni. Psicologia generale e cognitiva Pagina 11  maggior parte delle persone, l'emisfero sinistro svolge un ruolo cruciale in entrambe queste funzioni. La psicologia cominciò a intuire le possibili funzioni dei lobi frontali grazie a Phineas Gage, durante un'operazione di sistemazione di una carica esplosiva in una roccia, la polvere da sparo esplose inaspettatamente. Una sbarra di ferro, venne scagliata a velocità altissima, attraversandogli il cranio, la sbarra entrò dalla parte inferiore della mascella sinistra e uscì dalla sommità del cranio, sopravvisse all’incidente e fu in grado di raccontare lui stesso l’accaduto. Tuttavia, la sua personalità subì un cambiamento profondo. Prima dell’incidente, era descritto come una persona gentile, responsabile, diligente e dal carattere tranquillo. Dopo l’incidente, divenne irritabile, impulsivo, irresponsabile e incline a linguaggi volgari. Questo drammatico cambiamento nella sua personalità e nelle sue emozioni rappresentò un’occasione unica per la psicologia e le neuroscienze. Il caso di Gage permise ai ricercatori di iniziare a esplorare l’idea che il lobo frontale svolgesse un ruolo chiave nella regolazione delle emozioni, nella pianificazione e nei processi decisionali. Inoltre, dato che l’incidente interessò anche le connessioni tra il lobo frontale e le strutture sottocorticali del sistema limbico, gli scienziati ottennero una comprensione più chiara di come strutture come l’amigdala, l’ippocampo e altre aree cerebrali correlate interagissero con la corteccia prefrontale. La corteccia cerebrale è suddivisa in due emisferi, che normalmente lavorano insieme in modo integrato. Tuttavia, in alcune circostanze, disturbi specifici possono compromettere il funzionamento del cervello, richiedendo interventi drastici. È il caso delle forme gravi e incurabili di epilessia, in cui le convulsioni, partendo da un emisfero, attraversano il corpo calloso (il fascio di fibre nervose che collega i due emisferi) per raggiungere l’altro, creando un ciclo continuo che provoca una sorta di “tempesta” cerebrale. Per ridurre la gravità delle crisi epilettiche, i chirurghi possono ricorrere alla tecnica dello split-brain (o commissurotomia), che consiste nel recidere il corpo calloso. In questo modo, le convulsioni rimangono confinate a un solo emisfero, impedendo che si diffondano all’altro. Sebbene questa procedura sia efficace nei casi di epilessia resistente ai farmaci, può generare comportamenti insoliti e talvolta inattesi, dovuti alla separazione funzionale tra i due emisferi, In una persona con cervello diviso, le informazioni che entrano in un emisfero rimangono confinate in esso e non possono essere trasferite all’altro emisfero, a causa dell’assenza di un corpo calloso integro. Sperry e collaboratori sfruttarono questo fenomeno di lateralizzazione in una serie di esperimenti. Per esempio, chiedevano a un paziente di fissare un punto al centro di uno schermo, per poi proiettare uno stimolo visivo sul lato sinistro (campo visivo sinistro) o destro (campo visivo destro). Questo permetteva di isolare lo stimolo nell’emisfero opposto al campo visivo stimolato. Gli emisferi, però, sono specializzati in compiti diversi. Se un’informazione visiva viene inviata all’emisfero sinistro di una paziente con cervello diviso e le viene chiesto di descriverla verbalmente, non ha difficoltà a farlo. Questo perché l’emisfero sinistro, oltre a ricevere l’informazione, è responsabile del linguaggio. Ma cosa succede se si chiede alla stessa paziente di usare la mano sinistra (controllata dall’emisfero destro) per prendere l’oggetto visto? In questo caso, l’emisfero destro non ha ricevuto l’informazione e non può sapere di quale oggetto si tratti. Di conseguenza, anche se la paziente è stata in grado di descrivere l’oggetto verbalmente, non riesce a selezionarlo correttamente con la mano sinistra, dimostrando così l’indipendenza funzionale tra i due emisferi in assenza di connessione tra di essi. Nel caso di una persona con cervello diviso che osserva il volto chimerico, formato dall'assemblaggio di due metà di volto, essa potrebbe indicare entrambi i volti. Questo accade perché il volto a sinistra viene registrato dall'emisfero destro, mentre quello a destra dall'emisfero sinistro. Gli studi sul cervello diviso mostrano che i due emisferi hanno funzioni differenti e lavorano insieme solo se il corpo calloso è intatto. Senza di esso, le informazioni non possono essere trasmesse da un emisfero all'altro e rimangono "bloccate" nell'emisfero di origine. – Lo studio dell'attività elettrica del cervello Un altro approccio per studiare le relazioni tra strutture cerebrali e comportamento consiste nel registrare l'attività elettrica dei neuroni tramite l'elettroencefalogramma (EEG), una tecnica che misura l'attività cerebrale mediante un elettroencefalografo. Grazie a questa tecnologia, i ricercatori possono analizzare l'attività cerebrale in diversi stati di coscienza, contribuendo a scoperte fondamentali sul sonno e sulla veglia. L'EEG può anche essere utilizzato per studiare l'attività cerebrale durante attività psicologiche come percezione, apprendimento e memoria. Un altro approccio ha permesso di comprendere meglio la suddivisione delle responsabilità tra le varie aree cerebrali, fino al livello cellulare. I premi Nobel David Hubel e Torsten Wiesel, utilizzando elettrodi nei lobi occipitali di gatti anestetizzati, registrarono i potenziali d'azione dei singoli neuroni. Amplificando questi segnali attraverso altoparlanti, i ricercatori poterono ascoltare l'attività neurale sotto forma di crepitii e osservarla su un oscilloscopio. Durante esperimenti con luci lampeggianti, Hubel e Wiesel notarono che i neuroni della corteccia visiva primaria si attivavano al passaggio tra aree di contrasto chiaro/scuro, in particolare quando veniva mostrata una larga striscia luminosa su uno sfondo scuro. Scoprirono che ogni neurone rispondeva intensamente solo se il margine del contrasto era orientato in una direzione specifica. Psicologia generale e cognitiva Pagina 12  neurone rispondeva intensamente solo se il margine del contrasto era orientato in una direzione specifica. Da allora, numerosi studi hanno confermato che i neuroni della corteccia visiva primaria rispondono a specifiche caratteristiche degli stimoli visivi, come contrasto, forma e colore.. Questi neuroni sono chiamati "rivelatori di caratteristiche" (feature detectors), perché rispondono selettivamente a determinati aspetti degli stimoli visivi. Alcuni si attivano solo in presenza di una linea verticale, altri a una linea inclinata di 45°, altri ancora a linee orizzontali o situate nella periferia del campo visivo, la scoperta della funzione specializzata dei neuroni ha segnato un grande passo avanti nella comprensione del funzionamento della corteccia visiva. I rivelatori di caratteristiche identificano le dimensioni fondamentali di uno stimolo (ad esempio, "linea obliqua... altra linea obliqua... linea orizzontale"), che vengono poi combinate in fasi successive dell'elaborazione visiva, portando infine al riconoscimento dello stimolo ("Oh, è una lettera A"). Altri studi hanno identificato diverse caratteristiche rilevate dai neuroni sensoriali. Per esempio, alcuni neuroni del lobo temporale, coinvolti nell'elaborazione visiva, si attivano solo nel riconoscimento dei volti, Questi neuroni sono specializzati nell'elaborare informazioni sui volti, e danni a quest'area possono causare l'incapacità di percepire i volti. Queste osservazioni, che mostrano come il tipo di funzione persa o alterata a seguito di un danno cerebrale corrisponda al tipo di informazione elaborata dai neuroni in quella zona, forniscono una delle prove più forti del legame tra cervello e comportamento. – L'uso delle neuroimmagini L'obiettivo delle neuroscienze è sempre stato osservare il cervello in vivo mentre svolge un determinato comportamento. Questo traguardo è stato raggiunto grazie allo sviluppo di tecniche di neuroimmagine (brain imaging), che utilizzano tecnologie avanzate per creare immagini del cervello vivente e sano, l'imaging strutturale fornisce informazioni sulle strutture fondamentali del cervello, mentre l'imaging funzionale rileva l'attività cerebrale durante l'esecuzione di compiti cognitivi o motori. - L'imaging strutturale. Una delle prime tecniche di neuroimmagine sviluppate fu la tomografia assiale computerizzata (CT). In una CT, uno scanner ruota attorno alla testa del paziente, ottenendo immagini a raggi X da diverse angolazioni. Successivamente, un computer elabora e combina queste immagini per creare una visione d'insieme da qualsiasi angolazione. Le immagini CT mostrano le diverse densità dei tessuti cerebrali: il cranio, con densità maggiore, appare bianco, la corteccia è grigia, mentre i solchi e i ventricoli, essendo meno densi, appaiono scuri. La CT è utile per localizzare lesioni o tumori, che solitamente appaiono scuri per via della loro minore densità rispetto alla corteccia. La risonanza magnetica (MRI) utilizza un forte campo magnetico per orientare i nuclei atomici di particolari molecole nei tessuti cerebrali. La MRI produce immagini ad alta risoluzione dei tessuti molli, superiori a quelle ottenute con la CT. Queste tecniche permettono agli psicologi di ottenere immagini dettagliate della struttura cerebrale e di localizzare danni cerebrali, come nel caso di persone che hanno subito un ictus, ma non forniscono informazioni sulle funzioni cerebrali. La risonanza magnetica con tensore di diffusione (DTI) è una versione più recente della MRI che consente di visualizzare i tratti neurali di sostanza bianca, ovvero i fasci di fibre mieliniche che collegano diverse aree cerebrali. La DTI misura il flusso e la direzione delle molecole d'acqua lungo le vie della sostanza bianca. Poiché la diffusione dell'acqua segue i tratti della sostanza bianca, queste informazioni possono essere utilizzate per tracciare il percorso di un tratto neurale specifico. I ricercatori usano la DTI per valutare l'integrità di tratti di sostanza bianca, fornendo informazioni utili nei casi di disturbi neurologici e psicologici. - Imaging funzionale. Le tecniche di imaging funzionale offrono molto più della semplice visualizzazione delle strutture cerebrali, poiché permettono di osservare il cervello in azione. Queste tecniche si basano sul fatto che le aree cerebrali attivate richiedono più energia, fornita tramite un maggiore afflusso di sangue. Le tecniche di imaging funzionale rilevano questi cambiamenti nel flusso sanguigno. Nella tomografia a emissione di positroni (PET), una sostanza radioattiva innocua viene iniettata nel circolo sanguigno del soggetto. Mentre il soggetto esegue un compito cognitivo o percettivo, come leggere o parlare, i sensori rilevano la radioattività, che aumenta nelle aree cerebrali attivate, questi dati vengono elaborati in un'immagine computerizzata delle aree attive. Le immagini PET differiscono dalle CT e MRI poiché mostrano l'attività cerebrale durante l'esecuzione di compiti specifici. Ad esempio, un'immagine PET di una persona che parla evidenzia l'attivazione dell'area di Broca nel lobo frontale sinistro. La tecnica di imaging funzionale più utilizzata oggi è la risonanza magnetica funzionale (fMRI), che si basa sulla differenza di risposta tra l'emoglobina ossigenata (che trasporta l'ossigeno) e quella deossigenata quando esposte a impulsi magnetici. Quando i neuroni richiedono più energia, l'emoglobina ossigenata si concentra nelle aree attive. La fMRI rileva l'emoglobina ossigenata, producendo un'immagine dell'attivazione di ogni area cerebrale,la fMRI segna un passo ulteriore nella capacità di registrare l'attività cerebrale durante il comportamento. Sia la fMRI che la PET consentono Psicologia generale e cognitiva Pagina 13 capacità di registrare l'attività cerebrale durante il comportamento. Sia la fMRI che la PET consentono ai ricercatori di individuare cambiamenti nel cervello con grande precisione. Tuttavia, la fMRI ha alcuni vantaggi: non richiede esposizione a sostanze radioattive e può rilevare cambiamenti nell'attività cerebrale in tempi più brevi rispetto alla PET. Inoltre, la fMRI può essere utilizzata per esplorare le connessioni tra diverse aree cerebrali tramite una tecnica recente chiamata "analisi della connettività funzionale a riposo". In questa tecnica, il soggetto rimane fermo e rilassato mentre vengono eseguite le misurazioni fMRI. La connettività funzionale misura come i livelli di attività spontanea in diverse regioni cerebrali siano correlati tra loro in momenti diversi, con le regioni altamente correlate considerate funzionalmente connesse. Negli ultimi anni, questa tecnica è stata utilizzata per identificare reti cerebrali, ovvero insiemi di regioni interconnesse. Un esempio è la rete di default, che coinvolge regioni nei lobi frontale, temporale e parietale, attive in attività introspettive come il ricordare eventi passati, immaginare eventi futuri, sognare a occhi aperti e il vagare mentale. Quando le persone guardano dei volti, la fMRI rivela una forte attività in una regione della corteccia visiva di associazione, chiamata giro fusiforme, localizzata al confine tra i lobi temporale e occipitale, se questa regione viene danneggiata, le persone hanno difficoltà a riconoscere i volti, anche quelli di amici o familiari che conoscono da anni, pur mantenendo una normale capacità di riconoscere altri oggetti. Inoltre, quando il soggetto esegue un compito che implica un'elaborazione emozionale, come guardare immagini tristi, si osserva una significativa attivazione nell'amigdala, una struttura legata all'arousal emozionale. Si nota anche un'intensificata attivazione nelle aree del lobo frontale coinvolte nella regolazione delle emozioni. Le immagini PET hanno confermato che aree cerebrali differenti si attivano quando una persona ascolta il linguaggio parlato, legge parole su uno schermo, pronuncia parole ad alta voce o pensa parole associate. Finora è stato impossibile stabilire una relazione causale diretta tra un danno cerebrale e un comportamento specifico. Anche le tecniche di imaging funzionale, come la fMRI, non possono risolvere questa questione, poiché non forniscono informazioni sulla causalità tra l'attività cerebrale e il comportamento. Fortunatamente, gli scienziati hanno trovato un modo per simulare gli effetti dei danni cerebrali utilizzando una tecnica non invasiva chiamata stimolazione magnetica transcranica (TMS). Un impulso magnetico attraversa il cranio e disattiva temporaneamente i neuroni di una specifica area cerebrale. Gli impulsi TMS possono essere diretti verso regioni precise, e si osservano i cambiamenti nel comportamento del partecipante, come il movimento, la percezione, il pensiero, la memoria, il linguaggio o l'udito. Manipolando l'attività cerebrale, gli scienziati possono così identificare relazioni causali. Oggi i ricercatori sono in grado di manipolare l'attività cerebrale e misurare gli effetti che ne derivano, superando gli studi puramente osservazionali che si limitavano a persone con lesioni cerebrali o all'analisi di immagini ottenute con fMRI e PET. Inoltre, i ricercatori stanno combinando TMS e fMRI, permettendo loro di localizzare con precisione l'area cerebrale in cui la stimolazione magnetica produce effetti. Psicologia generale e cognitiva Pagina 14