Cos’è il sistema nervoso?

Cosa differenzia gli esseri umani dagli altri animali? In molti si sono posti nei secoli questa domanda e molte sono state le spiegazioni che sono emerse per cercare di dare una risposta: la capacità di adattare l’ambiente alle proprie necessità, le proprietà del linguaggio, il grado di autocoscienza, il livello di ragionamento o di elaborazione di un pensiero astratto, etc. Una consistente parte di esse risulta tuttavia accomunata da un concetto: il maggior sviluppo intellettivo umano. Non meraviglia dunque l’enorme interesse che hanno sempre suscitato lo studio del pensiero umano e del sistema nervoso.

Partiamo proprio da questo: le strutture e i processi che sottendono il pensiero. Andremo a vedere come esso abbia ben poco di trascendente e anzi, in definitiva, potremmo dire che, concettualmente, non è molto diverso dall’acqua che evapora.

Il sistema nervoso può essere definito come un’unità anatomo-funzionale caratterizzata dall’estrema specializzazione nel ricevere, trasmettere ed elaborare stimoli interni ed esterni a un organismo. In definitiva il Sistema Nervoso altro non sottende che la capacità di un organismo di interagire e relazionarsi con il proprio ambiente.

Dal punto di vista anatomico il sistema nervoso umano è fondamentalmente organizzato in un Sistema Nervoso Centrale (SNC), un Sistema Nervoso Periferico (SNP) e un Sistema Nervoso Enterico (SNE).

Rappresentazione schematica del Sistema Nervoso Centrale, formato da encefalo e midollo spinale, e del Sistema Nervoso Periferico, costituito dai nervi. Photo credits: theEmirr, via Wikimedia Commons CC 3.0
Rappresentazione schematica del Sistema Nervoso Centrale, formato da encefalo e midollo spinale, e del Sistema Nervoso Periferico, costituito dai nervi.
Photo credits: theEmirr, via Wikimedia Commons CC 3.0
  • Il SNP è formato dai nervi e dai gangli nervosi ed è deputato alla ricezione e alla trasmissione dei segnali in entrata e in uscita. Nel contesto del SNP possiamo distinguere un Sistema Nervoso Autonomo o vegetativo (SNA), nelle sue due componenti Simpatica e Parasimpatica, deputato alla regolazione delle funzioni vegetative e viscerali quali l’aumento/diminuzione della frequenza cardiaca, la sudorazione, la dilatazione/contrazione della pupilla, etc.
  • Il SNE è deputato al funzionamento del sistema gastrointestinale ed é formato da una complessa ed imponente rete neuronale nel contesto della parete di tale sistema. È strettamente interconnesso con la componente vegetativa del sistema nervoso ma è in grado di operare anche in maniera autonoma.
  • Il SNC è costituito dal Midollo Spinale e dall’Encefalo ed è la nostra vera “centrale di controllo” elaborando i processi volontari ed involontari. Nell’uomo in particolare si riconosce uno sviluppo incredibile della corteccia cerebrale (la parte più superficiale del cervello) e non meraviglia dunque che essa sia la sede di molte delle funzioni superiori che sembrerebbero caratterizzarci (linguaggio, pensiero, memoria, etc.).

Alla base del funzionamento del sistema nervoso vi è la sua unità cellulare: il neurone.

I neuroni non differiscono granché come caratteristiche generali dalle cellule che costituiscono gli altri organi con una semplice ma fondamentale peculiarità, ossia la spiccata capacità di eccitarsi e di trasmettere nello spazio questi stati di eccitazione permettendo, in definitiva, a tali cellule di comunicare.

I neuroni comunicano tramite una struttura altamente specializzata detta sinapsi che permette la trasmissione di un impulso da un neurone ad un’altra cellula.

l neurone è una cellula specializzata che, grazie alla propria capacità di eccitarsi, è in grado di trasmettere impulsi. Tramite i suoi prolungamenti (dendriti e assone), il neurone fa sinapsi con altre cellule formando dei veri e propri circuiti. Credits: https://pixabay.com/it/disegno-cellula-nervosa-neurone-732830/ (pubblico dominio)
l neurone è una cellula specializzata che, grazie alla propria capacità di eccitarsi, è in grado di trasmettere impulsi. Tramite i suoi prolungamenti (dendriti e assone), il neurone fa sinapsi con altre cellule formando dei veri e propri circuiti.
Credits: https://pixabay.com/it/disegno-cellula-nervosa-neurone-732830/ (pubblico dominio)

Non tutti i neuroni sono però uguali. Risultano esserci ad esempio neuroni specializzati a trasmettere gli stimoli che dalla periferia del nostro corpo devono giungere al SNC e altri invece deputati a inviare segnali che dal SNC devono giungere in periferia. La trasmissione e l’elaborazione di questa comunicazione è affidata a gruppi di neuroni che vanno così a formare delle vie nervose, circuiti e, nella corteccia cerebrale, le aree corticali. Una caratteristica infatti della corteccia cerebrale è la sua incredibile organizzazione topografica: essa può essere divisa in aree a seconda della funzione di cui quell’area è sede. Pertanto possiamo riconoscere aree sensitive, motorie, visive, olfattive, uditive, del linguaggio, etc. Le aree stesse possono a loro volta contenere sottopopolazioni di neuroni specializzati all’elaborazione di stimoli specifici dal punto di vista spaziale, temporale, qualitativo.

I circuiti nervosi non sono tuttavia indipendenti e possono interagire tra di loro in maniera orizzontale (es. due o più vie parallele che si influenzano e modulano) e in verticale (es. due o più vie convergono su una via superiore che integra il messaggio e lo ritrasmette). Quest’ultima interazione è particolarmente importante perché ci permette di distinguere neuroni e aree di basso ordine e di ordine elevato. Un’area di basso ordine è deputata ad elaborare informazioni elementari (la pressione in una determinata porzione della mano, le linee che compongono un oggetto in una parte del nostro campo visivo, la forza di un determinato movimento, etc.) mentre aree di ordine elevato integrano i dati da quelle di basso ordine in informazioni complesse e sono alla base delle funzioni mentali superiori (la forma di un oggetto nella nostra mano, un programma motorio in risposta ad uno stimolo, il riconoscere e saper correttamente denominare una figura, etc.).

All'interno della corteccia cerebrale possiamo riconoscere diverse aree funzionali come la corteccia motoria (in verde), la corteccia somatosensitiva (in fucsia), la corteccia visiva (in fucsia, primary visual cortex), le aree deputate al linguaggio (aree di Broca e di Wernicke), la corteccia uditiva (in viola). Credits: OpenStax College, via Wikimedia Commons CC 3.0
All’interno della corteccia cerebrale possiamo riconoscere diverse aree funzionali come la corteccia motoria (in verde), la corteccia somatosensitiva (in fucsia), la corteccia visiva (in fucsia, primary visual cortex), le aree deputate al linguaggio (aree di Broca e di Wernicke), la corteccia uditiva (in viola).
Credits: OpenStax College, via Wikimedia Commons CC 3.0

Per comprendere l’integrazione che avviene tra aree di basso ordine e quelle di ordine elevato si consideri questo esempio: Siete in macchina e vi fermate davanti ad un semaforo rosso. Le aree sensitive visive di basso ordine rilevano le singole caratteristiche del semaforo. Esse verranno elaborate come facenti parte di un singolo oggetto definibile “semaforo rosso” nelle aree di ordine superiore e verrà dunque aggiunto il significato simbolico “fermare la macchina” in base a quanto appreso.
L’informazione a questo punto giunge alle aree motorie di ordine elevato che elaborano il programma motorio “fermare la macchina” e ritrasmettono alle aree motorie di basso ordine che elaborano la forza e la direzione del movimento che il vostro piede deve fare per premere sul pedale del freno, del vostro braccio per scalare la marcia, etc. In questo processo, che sembra tanto semplice ad attuarsi, viene attivato un gran numero di aree cerebrali e un’enorme rete di circuiti nervosi.

Quanto è complicato fermarsi a un semaforo! Credits: https://pixabay.com/it/semaforo-rosso-stop-242325/ (pubblico dominio)
Quanto è complicato fermarsi a un semaforo!
Credits: https://pixabay.com/it/semaforo-rosso-stop-242325/ (pubblico dominio)

Non ci si deve meravigliare dunque se danni a livello delle aree di ordine superiore provochino conseguenze incredibilmente peculiari e talvolta drammatiche. Un danno a livello della corteccia temporale superiore, deputata al riconoscimento dei volti, porta all’incapacità di riconoscere le persone (prosopagnosia).

Un danno a livello delle aree deputate al linguaggio provoca forme differenti di disturbi (afasie) che possono variare dall’incapacità di emettere o di comprendere il linguaggio (rispettivamente afasia di Broca e di Wernicke) o entrambi (afasia globale). Si arriva fino all’incapacità di elaborare la tridimensionalità nello spazio o di rilevare il movimento in alcuni danni della corteccia temporale. Particolarmente interessanti sono i deficit di rappresentazione spaziale da danno della corteccia parietale (negligenza spaziale) in cui il soggetto non riesce a rappresentare sé stesso e/o il mondo esterno in uno dei due lati portando a conseguenze quali il radersi una sola metà del viso o lavarsi solo metà del corpo fino a considerare l’arto del lato interessato come  non proprio (sindrome dell’arto alieno).

Un soggetto con un danno della corteccia parietale può presentare una sindrome da negligenza spaziale. In questo caso un orologio è stato ricopiato riportando tutti i numeri nella metà destra del quadrante. Credits: Dhru4you, via Wikimedia Commons, CC 0
Un soggetto con un danno della corteccia parietale può presentare una sindrome da negligenza spaziale. In questo caso un orologio è stato ricopiato riportando tutti i numeri nella metà destra del quadrante.
Credits: Dhru4you, via Wikimedia Commons, CC 0

A questo punto, ritorniamo a dove siamo partiti e chiediamoci: Cosa è il pensiero? E chi è che “pensa”?

Per capirlo prendiamo una singola molecola di acqua da una parte e un bicchiere pieno d’acqua dall’altra. Tutti ci troviamo d’accordo sul fatto non ci sia differenza tra la molecola singola e quelle che compongono l’acqua all’interno del bicchiere, tuttavia ci sono delle caratteristiche che ritroviamo in quest’ultima che non sono estrapolabili dalla singola molecola, ad esempio la temperatura. Ugualmente la molecola d’acqua non “evapora” e pertanto non possiamo osservare tale fenomeno che è tuttavia osservabile nel bicchiere.

water

Dunque esistono delle proprietà che emergono da un gruppo di elementi che non sono tuttavia estrapolabili dalle caratteristiche delle singole componenti del gruppo stesso. Tali proprietà sono dette appunto proprietà emergenti.

Da diversi studi di neurofisiologia sembrerebbe emergere un fenomeno simile anche a livello di gruppi di neuroni. Negli anni ‘80 durante studi sulla corteccia motoria si è visto che la direzione del movimento non è codificato a livello dei singoli neuroni in quanto ciascuno di essi è attivo durante movimenti in molte direzioni diverse e non specifico per una sola. È stato però osservato che prendendo i neuroni in gruppo e facendo una media dei singoli vettori, il risultante aveva esattamente la direzione del movimento in esame. Pertanto si è dimostrato che la direzione del movimento fosse codificata non tanto a livello di unità neuronali ma come codice di popolazione configurandosi come una proprietà emergente di un gruppo di neuroni.

Per rispondere quindi alla domanda “chi è che pensa?” è giusto dire che il neurone in sé non “pensa”, semplicemente mette in atto dei meccanismi di risposta cellulare che portano a variazioni del potenziale elettrico di membrana e alla propagazione di un impulso. Tuttavia, così come una molecola di acqua non evapora mentre un bicchiere d’acqua sì, un sistema complesso di neuroni porta alla generazione di un comportamento emergente che noi definiamo “pensiero”. Allo stesso modo potremmo considerare come una proprietà emergente quella caratteristica superiore che è la coscienza.

Incredibile dunque che quelle che noi consideriamo come le più alte e peculiari delle nostre caratteristiche possano forse essere riportate ad un concetto tanto basilare.

Lo stesso principio, spinto all’estremo potrebbe essere considerato alla base di quella che noi definiamo vita biologica. Essa infatti può essere vista come una proprietà emergente di un sistema chimico incredibilmente complesso di molecole interagenti tra di loro.

Se da una parte ciò sembra sminuire la potenza e la “sacralità” del pensiero e della vita dall’altra ci invita a riflettere sulla bellezza del fatto che un principio tanto semplice sia così potente e pervasivo da ritrovarsi in un bicchiere d’acqua, nel nostro sistema nervoso e alla base degli esseri viventi.

– Edoardo Bianchini

Bibliografia di riferimento:

  • Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM. Principi di Neuroscienze. CEA, 2014
  • Conti F. (a cura di) et al. Fisiologia medica. Edi-ermes, 2010
  • Georgopoulos AP, Kalaska JF, Caminiti R, Massey JT. On the relations between the direction of two-dimensional arm movements and cell discharge in primate motor cortex. J Neurosci. 1982 Nov;2(11):1527-37.
  • Anderson PW. More Is Different. Science, New Series, Vol. 177, No. 4047 (Aug. 4, 1972), 393—396.

Approfondimenti:

 

Rispondi

%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: