Viaggio nel nostro cervello

Articolo di Arianna Marturano

Il nostro comportamento, fatto di sentire e agire, è il risultato del funzionamento del nostro cervello. Il corpo e la mente non sono più considerati come entità separate e lo studio del comportamento è necessariamente legato allo studio del cervello, dunque alle neuroscienze. La neuroscienza si pone come obiettivo quello di spiegare il comportamento tramite l’indagine e la comprensione delle attività e dei meccanismi cerebrali.  

Com’è fatto il cervello umano?

Il cervello rappresenta il 2% del nostro peso corporeo (pesa 1,5 kg) e consuma ben 500kcal al giorno, quindi tra il 20% e il 25% dell’energia consumata dall’intero corpo a riposo e il 20% dell’ossigeno presente nel sangue; negli altri primati invece questa percentuale è nettamente inferiore, circa il 9% (J.W. Mink et al., 1981).
I neuroni, uno dei tipi di cellule che abitano il cervello, sono infatti cellule costose da mantenere e si stima ne siano presenti nel cervello umano dagli 80 ai 100 miliardi. 

La dieta è dunque fondamentale per soddisfare le esigenze energetiche di tutti questi neuroni, per consentire il corretto funzionamento di questo organo. A tale proposito, Suzana Herculano-Houzel, professoressa di psicologia all’università di Vanderbilt (Nashville, Tennesee), propone una teoria interessante: i grandi primati non potrebbero permettersi un cervello più grande di quello che già hanno, a causa del limite metabolico imposto dalla loro dieta, la quale non offrirebbe calorie sufficienti a mantenere contemporaneamente un grande corpo e un ingente numero di neuroni.
Questo limite metabolico deve essere stato applicato anche ai nostri antenati, aventi la stessa dieta dei moderni grandi primati e quindi un simile numero di neuroni. Herculano-Houzel e il suo team propongono che l’evoluzione dell’uomo moderno, con l’aumento repentino di taglia del cervello (in meno di 2 milioni di anni dall’Homo erectus), sia stata resa possibile dalla possibilità di cucinare i cibi, grazie alla scoperta dell’uso del fuoco. Cucinare i cibi li rende più facilmente assimilabili e ciò permette di rendere disponibili molte più calorie in molto meno tempo. Questo vantaggio avrebbe reso i cervelli più attivi e di conseguenza soggetti ad una selezione positiva durante l’evoluzione. Il nostro cervello, in anni ed anni di evoluzione, è riuscito dunque a raggruppare il maggior numero di neuroni nella corteccia cerebrale grazie ad un’innovazione tecnologica: la cucina (K. Fonseca Azevedo & S. Herculano-Houzel, 2012).

Per quanto riguarda l’aspetto del cervello, se mai vi dovesse capitare di osservare dal vivo quello di un grande mammifero (come per esempio quello di un uomo oppure di un elefante, di una mucca, di un delfino o di un cane), la prima cosa che notereste sarebbero le complesse circonvoluzioni che lo caratterizzano, in diversa misura. Mentre se vi doveste mai imbattere in quello di un piccolo mammifero (come il topo) notereste che il suo cervello ha una superficie perfettamente liscia. Questa superficie è chiamata corteccia cerebrale.
Partendo quindi da questa evidente differenza, i cervelli vengono suddivisi in giroencefali (che possiedono circonvoluzioni) e lissencefali (che non le hanno) (I. Kelava et al., 2013). Le circonvoluzioni permettono “l’impacchettamento”: un efficace escamotage che la natura ha elaborato per riunire nel minor spazio possibile il maggior numero di cellule.

La corteccia cerebrale, detta anche sostanza grigia, fa parte della porzione più grande dell’encefalo umano, il telencefalo: una struttura asimmetrica, divisa in emisfero destro e sinistro, a loro volta suddivisi principalmente in sei aree corticali (i lobi):  

• frontale
• parietale
• occipitale 
• temporale
  

La corteccia cerebrale è la sede delle più alte funzioni cognitive, dove avvengono i processi decisionali; difetti nel suo sviluppo provocano gravi deficit intellettuali e sociali. Studiare lo sviluppo della corteccia, la sua evoluzione e le sue malattie, consente anche la comprensione dei meccanismi che ne regolano il funzionamento; essa è infatti la struttura biologica più complessa del nostro organismo e si forma durante lo sviluppo embrionale, seguendo una sequenza di eventi molecolari e cellulari precisi, geneticamente predefiniti (V. Borrell, 2019).

Qual è l’unità fondamentale del sistema nervoso?

Il neurone è una cellula eccitabile e altamente specializzata, a seconda della funzione che deve svolgere; infatti ne esistono di moltissimi tipi.

I neuroni trasmettono, elaborano e immagazzinano le informazioni che ricevono, tramite segnali elettrici, da altri neuroni, dando vita ad una fittissima rete di comunicazione. Ogni neurone possiede due tipi di braccia: i dendriti ricevono i segnali (possono essere più di uno, per ogni neurone), mentre l’assone li invia (ogni neurone ne ha soltanto uno). 

Il passaggio di informazione avviene tramite correnti elettriche che successivamente nella maggior parte delle cellule si trasformano in segnali di tipo chimico, grazie alla sinapsi chimica. Per pochi altri neuroni, invece, rimane un segnale elettrico che viene trasmesso tramite la sinapsi elettrica. Per sinapsi si intende l’insieme della terminazione finale del neurone (bottone pre-sinaptico dell’assone), che passa l’informazione, e quella “iniziale” del neurone (bottone post-sinaptico dei dendriti) che la riceve.
Quindi, nel caso della sinapsi chimica il segnale da elettrico si trasforma in chimico per essere trasmesso al neurone ricevente, dove viene riconvertito di nuovo in elettrico e poi in chimico, per essere trasmesso ad un terzo neurone e così via, fino a dare vita ad una vera e propria rete di comunicazione, rapidissima. I dendriti e l’assone sono dunque estensioni cellulari specializzate, fondamentali per la comunicazione tra neuroni. 

Tra i due bottoni pre (assone) e post (dendrite) intercorre lo spazio intersinaptico dove vengono rilasciate, dal bottone pre, i neurotrasmettitori, molecole che raggiungeranno il bottone post del neurone ricevente l’informazione.
Nel momento in cui i neurotrasmettitori contattano con la superficie del bottone post-sinaptico, ecco che si rigenera il segnale elettrico che attraverserà tutto il neurone ricevente, rendendo dunque questo neurone il nuovo neurone che dovrà passare a sua volta l’informazione. All’interno del bottone pre-sinaptico, i neurotrasmettitori sono impacchettati in vescicole, che all’occorrenza si fonderanno con la membrana pre-sinaptica per rilasciare, appunto, i neurotrasmettitori nello spazio intersinaptico. Affinchè il trasferimento del segnale avvenga più velocemente, l’assone è ricoperto da un materiale isolante chiamato guaina mielinica, che però lascia scoperti alcuni punti: i nodi di Ranvier. Grazie a questo isolante naturale il segnale elettrico non si disperde lungo l’assone e arriva rapidissimo a destinazione.

Il neurone non è però l’unico tipo cellulare che costituisce il nostro sistema nervoso: i neuroni, infatti, riuscirebbero a fare ben poco, se non fosse per la glia e la microglia.
L’insieme di cellule cerebrali chiamato glia comprende: gli astrociti, gli oligodendrociti (che avvolgono gli assoni dei neuroni centrali, così da incrementare la velocità della trasmissione elettrica, costituendo la guaina mielinica), e le cellule di Schwann (le quali, con lo stesso fine degli oligodendrociti, avvolgono invece gli assoni dei neuroni perferici).
Gli astrociti, a forma stellata, sono le cellule gliali più abbondanti nel cervello. Fino a pochi anni fa si pensava che la loro funzione fosse circoscritta al supporto dei neuroni, ma hanno, in realtà, un ruolo ben più ampio e complicato che riguarda anche la comunicazione nervosa. 
La microglia, invece, rappresenta la prima linea di difesa del cervello; essa è composta infatti da un tipo di cellula immunitaria (macrofago) specializzata, che vigila sul tessuto nervoso. La microglia è stata definita per la prima volta in quattro articoli pubblicati nel 1919 da Pío del Río-Hortega e, dopo anni di stallo, ora la ricerca sta crescendo esponenzialmente, visto il suo ruolo nella risposta ai danni cerebrali e nelle malattie neurodegenerative. Come dice Amanda Sierra, capogruppo dell’Achucarro Basque Center per le neuroscienze: “queste cellule rappresentano il confine tra immunologia e neuroscienza”.

Tutte queste minuscole e numerosissime cellule che compongono il cervello, gli consentono di  funzionare, permettendoci in tal modo di ragionare, di emozionarci, di sognare, di memorizzare e creare ricordi. 

Bibliografia:

• Borrell V. (2019). Recent advances in understanding neocortical development. F1000Research, 8, F1000 Faculty Rev-1791
• Fonseca Azevedo K., Herculano-Houzel S. (2012). Metabolic constraint imposes tradeoff between body size and number of brain neurons in human evolution, Proc Natl Acad Sci U S A, 109(45):18571-6
• Kelava I., Lewittus E., Huttner W. B. (2013). The secondary loss of gyrencephaly as an example of evolutionary phenotypical reversal. Frontiers in neuroanatomy, 7:16
• Mink J. W., Blumenschine R. J., Adams D.B. (1981) Ratio of central nervous system to body metabolism in vertebrates: Its constancy and functional basis. Am J Physiol, 241(3):R203–R212