Neuroscienza cognitiva: comprendere il comportamento della mente

Tradizionalmente l’obiettivo della neuroscienza è quello di comprendere il funzionamento del sistema nervoso. Questo disciplina cerca di capire come è organizzato il cervello a livello funzionale e strutturale. Negli ultimi tempi, però, si è andati oltre, non si vuole sapere solo come funziona il cervello, ma anche le ripercussioni che ciò ha sul nostro comportamento, sui nostri pensieri ed emozioni.

L’obiettivo di mettere in relazione il cervello con la mente è un compito della neuroscienza cognitiva, ovvero una disciplina che unisce neuroscienza e psicologia cognitiva. Quest’ultima si occupa di studiare funzioni superiori come la memoria, il linguaggio o l’attenzione. L’obiettivo principale della neuroscienza cognitiva, dunque, è quello di mettere in relazione il funzionamento del cervello con le nostre capacità cognitive e i nostri comportamenti.

Lo sviluppo di nuove tecniche è stato di grande aiuto in questo campo per poter portare a termine studi sperimentali. Gli studi della neuro-immagine hanno facilitato il compito di mettere in relazione strutture concrete con diverse funzioni, usando uno strumento molto utile per tale scopo: la risonanza magnetica funzionale. Inoltre, sono stati sviluppati anche altri strumenti come la stimolazione magnetica trasncraneale non invasiva per il trattamento di diverse patologie.

La nascita della neuroscienza

Non si può parlare della nascita della neuroscienza senza nominare Santiago Ramón y Cajal, colui che formulò la teoria dei neuroni. Il suo contributo ai problemi dello sviluppo, della degenerazione e della rigenerazione del sistema nervoso sono ancora attuali e si insegnano ancora nelle facoltà. Se bisogna dare una data di nascita alla neuroscienza, si collocherebbe nel XIX secolo.

Con lo sviluppo del microscopio e delle tecniche sperimentali come la fissazione e la colorazione dei tessuti o lo studio delle strutture del sistema nervoso e la loro funzionalità, iniziò a svilupparsi questa disciplina. Tuttavia, la neuroscienza ha ricevuto contributi da numerose aree di studio che hanno aiutato a comprendere meglio il funzionamento del cervello. Si può dire, dunque, che le successive scoperte neuroscientifiche sono multidisciplinari.

Hanno ricevuto un grande contributo dall’anatomia, che si occupa di localizzare ogni parte dell’organismo. Dalla fisiologia, più focalizzata sul capire come funziona il nostro corpo. Dalla farmacologia, con sostanze estranee al nostro organismo, osservando le ripercussioni di queste sul corpo e sulla biochimica, servendosi di sostanze secrete dall’organismo, come i neurotrasmettitori.

Anche la psicologia ha dato un contributo importante alla neuroscienza, attraverso la teoria sul comportamento e il pensiero. Nel corso degli anni, la visione si è spostata da una prospettiva localizzante, in cui si pensava che ogni area del cervello avesse una funzione concreta, fino ad una più funzionale, in cui l’obiettivo è capire il funzionamento globale del cervello.

La neuroscienza cognitiva

La neuroscienza abbraccia uno spettro molto ampio delle scienze. A partire dalla ricerca base, fino alla ricerca applicata che lavora con la ripercussione dei meccanismi dipendenti dal comportamento. All’interno della neuroscienza si trova la neuroscienza cognitiva che cerca di scoprire come operano le funzioni superiori come il linguaggio, la memoria o il prendere decisioni.

La neuroscienza cognitiva ha come obiettivo principale lo studio delle rappresentazioni nervose degli atti mentali. Si concentra sui substrati neuronali dei processi mentali, ovvero quali ripercussioni ha sul nostro comportamento e sul nostro pensiero ciò che accade nel cervello? Sono state individuate delle aree specifiche del cervello incaricate delle funzioni sensoriali o motorie, ma queste rappresentano solo una quarta parte del totale della corteccia.

Sono le aree di associazione, che non hanno una funzione specifica, quelle incaricate di interpretare, integrare e coordinare le funzioni sensoriali e motorie. Sarebbero le responsabili di funzioni mentali superiori. Le aree cerebrali che governano le funzioni della memoria, del pensiero, delle emozioni, della coscienza e della personalità sono molto più difficili da localizzare.

La memoria è vincolata all’ippocampo, che si trova al centro dell’encefalo. Per quanto riguarda le emozioni, si sa che il sistema limbico controlla la sete e la fame (ipotalamo), l’aggressività (l’amigdala) e le emozioni in generale. È nella corteccia che si integrano le capacità cognitive, il luogo in cui si trova la nostra capacità di essere coscienti, di instaurare relazioni e fare ragionamenti complessi.

Cervello ed emozioni

Le emozioni sono una delle caratteristiche essenziali della normale esperienza umana, le proviamo tutti. Tutte le emozioni si esprimono tramite cambiamenti motori viscerali e risposte motorie e somatiche stereotipate, soprattutto movimenti dei muscoli facciali. Tradizionalmente le emozioni venivano attribuite al sistema limbico, questa teoria è in voga ancora oggi, ma ci sono altre regioni encefaliche coinvolte.

Le altre aree a cui si estende il processo delle emozioni sono l’amigdala e il fonte orbitale e mediano del lobulo frontale. L’azione congiunta e complementare di tali aree costituisce un sistema motorio emotivo. Le stesse strutture che processano i segnali emotivi partecipano ad altri compiti, come la capacità di prendere decisioni razionali e anche stabilire giudizi morali.

I nuclei viscerali e i motori somatici coordinano l’espressione del comportamento emotivo. Le emozioni e l’attivazione del sistema nervoso autonomo sono intimamente legati tra loro. Provare qualsiasi tipo di emozione, come la paura o la sorpresa, sarebbe impossibile senza sperimentare un aumento della frequenza cardiaca, sudorazione, tremore… Fa parte della ricchezza delle emozioni.

Attribuire l’espressione emotiva a strutture cerebrali conferisce essa la sua innata naturalezza. Le emozioni sono uno strumento adattivo che informa gli altri sul nostro stato d’animo. È stata dimostrata l’omogeneità delle espressioni di allegria, tristezza, ira…in diverse culture. È uno dei nostri modi di comunicare e di provare empatia per il prossimo.

Memoria: il magazzino del cervello

La memoria è un processo psicologico base che allude alla codifica, l’immagazzinamento e il recupero delle informazioni apprese. L’importanza della memoria nella nostra vita quotidiana ha dato vita a diverse ricerche su questo argomento. Un altro tema centrale di molti studi è la dimenticanza, poiché molte patologie provocano amnesia, la quale interferisce gravemente nella vita quotidiana.

Il motivo per cui la memoria è un argomento così importante è che in essa risiede buona parte della nostra identità. D’altro canto, anche se la dimenticanza in senso patologico ci causa preoccupazione, si sa che il cervello ha bisogno di disfarsi di informazioni inutili per ricevere nuovi apprendimenti ed informazioni significative. In questo senso, il cervello è un esperto nel riciclare le sue risorse.

Le connessioni neuronali cambiano con l’uso o il non uso delle stesse. Quando tratteniamo delle informazioni che non vengono utilizzate, le connessioni neuronali si vanno indebolendo finché non scompaiono. Allo stesso modo, quando impariamo qualcosa di nuovo, creiamo nuove connessioni. Tutti quegli apprendimenti che possiamo associare ad altre nozioni o eventi della vita saranno più facili da ricordare.

La conoscenza della memoria è aumentata a seguito di uno studio su persone con un’amnesia molto specifica. Ha aiutato a conoscere meglio la memoria a breve termine e la consolidazione della memoria dichiarativa. Il famoso caso H.M. ha sottolineato l’importanza dell’ippocampo nello stabilire nuovi ricordi. Il ricordo delle abilità motorie, invece, è controllato dal cervelletto, dalla corteccia motoria primaria e dai gangli basali.

Linguaggio e discorso

Il linguaggio è una delle abilità che ci differenzia dal resto del regno animale. La capacità di comunicare con tanta precisione e la grande quantità di modi che abbiamo per esprimere pensieri e sentimenti fa del linguaggio il nostro strumento di comunicazione più ricco ed utile. Questa caratteristica unica della nostra specie ha fatto sì che molte ricerche si concentrassero su di esso.

I successi dalla cultura umana si basano, in parte, sul linguaggio, che permette una comunicazione precisa. La capacità linguistica dipende dall’integrità delle varie aeree specializzate delle cortecce di associazione nei lobi temporale e frontale. Nella maggior parte delle persone, le funzioni primarie del linguaggio su trovano nell’emisfero destro.

L’emisfero destro si occuperebbe del contenuto emotivo del linguaggio. Il danno specifico di regioni encefaliche può compromettere funzioni essenziali del linguaggio, finendo con il causare afasie. Le afasie possono avere caratteristiche molto diverse, si può avere difficoltà sia nell’articolazione che nella produzione o nella comprensione del linguaggio.

Né il linguaggio né il pensiero sono supportati da un’unica zona concreta, piuttosto da un’associazione di diverse strutture. Il nostro cervello lavora in maniera talmente organizzata e complessa che quando pensiamo o parliamo, realizza molteplici associazioni tra i compiti che sta svolgendo. Le nostre conoscenze pregresse influiranno su quelle nuove, in un sistema di retro-alimentazione.

Grandi scoperte della neuroscienza

Descrivere tutti gli studi rilevanti nella neuroscienza sarebbe un compito complicato e molto esteso. Le seguenti scoperte hanno spodestato alcune idee del passato sul funzionamento del nostro cervello e hanno dato il via a nuovi studi. Questa è una selezione di alcuni studi sperimentali importanti tra le migliaia di lavori esistenti:

• Neurogenesi (Eriksson, 1998). Fino al 1998 si pensava che la neurogenesi si producesse solo durante lo sviluppo del sistema nervoso e che dopo tale periodo i neuroni morissero, senza prodursi nuovamente. Dopo gli esperimenti di Erikkson, tuttavia, si è potuto accertare che la neurogenesi avviene anche durante la vecchiaia. Il cervello è più plastico e malleabile di quanto si pensasse.
• Contatto durante la prima infanzia e lo sviluppo cognitivo ed emotivo (Lupien, 2000). In questo studio è stata dimostrata l’importanza del contatto fisico del bambino durante la sua prima infanzia. I bambini che hanno avuto poco contatto fisico sono i più vulnerabili a deficit funzionali cognitivi che in genere si manifestano con depressione o situazioni di alto stress e che riguardano soprattutto l’attenzione e la memoria.
• La scoperta dei neuroni specchio (Rizzolatti, 2004). Ad avviare questo studio è stata l’abilità dei bambini appena nati di imitare i gesti altrui. Questo ha portato alla scoperta dei neuroni specchio, neuroni che si attivano quando vediamo una persona realizzare un’azione. Facilitano non solo l’imitazione, ma anche l’empatia e, quindi, le relazioni sociali.
• Riserva cognitiva (Petersen, 2009). La scoperta della riserva cognitiva è stata molto rilevante negli ultimi anni. Secondo questa teoria, il cervello è in grado di compensare le lesioni. Su questa capacità influiscono diversi fattori come l’età di scolarizzazione, il lavoro svolto, le abitudini di lettura o la cerchia sociale. Un’elevata riserva cognitiva può compensare i danni in malattie come l’Alzheimer.

Il futuro della neuroscienza: “Human brain project”

Lo Human Brain Project è un progetto finanziato dall’Unione Europea che ha come obiettivo quello di costruire un’infrastruttura basata sulle tecnologie dell’informazione e della comunicazione (TIC). Questa infrastruttura vuole mettere a disposizione di tutti gli scienziati del mondo una banca dati nel campo della neuroscienza. Sviluppa sei piattaforme basate sulle TIC:

• Neuro-informatica: darà accesso ai dati di studi neuroscientifici effettuati in tutto il mondo.
• Simulazione del cervello: integrerà le informazioni in modelli informatici unificati per realizzare test che non sarebbe possibile realizzare di persona.
• Computazione di alto rendimento: somministrerà la tecnologia di super-computazione interattiva di cui i neuroscienziati hanno bisogno per i modelli e le simulazioni dei dati.
• Compitazione neuro-informatica: trasformerà i modelli del cervello in dispositivi “hardware” testandone le applicazioni.
• Neuro-robotica: permetterà ai ricercatori in neuroscienza e nell’industria di sperimentare con robot virtuali controllati da modelli cerebrali sviluppanti nel progetto.

Questo progetto è iniziato nell’ottobre del 2013 e avrà una durata stimata di 10 anni. I dati che si raccoglieranno in questa enorme banca dati potranno facilitare il lavoro di future ricerche. L’avanzare delle nuove tecnologie sta permettendo agli scienziati di avere una conoscenza più profonda del cervello, nonostante la ricerca di base abbia ancora molti dubbi da risolvere in questo appassionante campo.

Bibliografia

Eriksson, P.S., Perfilieva E., Bjork-Eriksson T., Alborn A. M., Nordborg C., Peterson D.A., Gage F., Neurogenesis in the Adult Human Hippocampus, Nature Medicine.4(11), 1998, 1313–1317.

Kandell E.R., Schwartz J.H. y Jessell T.M., Principi di neuroscienze, Milano, CEA, 2013

Lupien S.J., King S., Meaney M.J., McEwen B.S., Child’s stress hormone levels correlate with mother’s socioeconomic status and depressive state, Biological Psychiatry, 2000, 48, 976–980.

Purves, Augustine, Fitzpatrick, Hall, Lamantia, McNamara y Williams.,  Neuroscienze, Milano, Zanichelli, 2013

Rizzolatti G., Craighero L., The mirror-neuron system. Annual Review of Neuroscience, 2004, 27, 169–192.

Stern, Y., Cognitive reserve, Neuropsychologia, 2007, 47(10), 2015–2028.