Il cervello è un organo immutabile?

Articolo di Arianna Marturano

“Gli uomini fanno il loro cervello e non sanno di farlo. Il nostro cervello è un’opera e non lo sappiamo. Il nostro cervello è plastico e non lo sappiamo.[…]”  
Da “Que faire de notre cerveau?” di Catherine Malabou (Bayard éditions, Paris 2004).

Le connessioni che i neuroni formano, le sinapsi, possono modificarsi continuamente e sono capaci di modulare la propria trasmissione: il nostro cervello è dunque modellabile e noi abbiamo un ruolo attivo nel suo riarrangiamento (clicca qui se vuoi sapere com’è fatto il nostro cervello). Oggi il cervello non è più ritenuto un organo immutabile, ma una struttura che si plasma nel tempo, influenzata dalle nostre azioni ed esperienze: studiare, imparare una nuova lingua e tutto quello che ci succede intorno modulano le nostre reti neurali. 

L’evidenza che un comportamento possa essere appreso anche da adulti, come per esempio imparare a guidare la macchina, fa sorgere spontaneamente alcuni dilemmi: “come può il comportamento essere modificato, se il sistema nervoso è connesso in modo così preciso?” oppure ancora “come possono avvenire dei cambiamenti a livello neurale, quando le connessioni tra i neuroni sono impostate già nelle fasi precoci dello sviluppo?”.

Una risposta a queste domande è stata formulata attraverso l’ipotesi della plasticità, proposta da Ramon y Cajal, neuroscienziato che pose le basi della moderna neurobiologia assieme a Camillo Golgi (vincitori entrambi del premio Nobel per la medicina nel 1906).
L’ipotesi è stata poi rivisitata dallo psicologo polacco Kornoski, che, nel 1948, ha descritto le due principali proprietà del sistema nervoso.

1. l’eccitabilità dei neuroni, ovvero la loro capacità di reagire agli impulsi che li colpiscono;
2. la plasticità, che permette a certe trasformazioni funzionali permanenti di verificarsi in particolari sistemi di neuroni, come risultato di uno stimolo o di una combinazione di stimoli appropriati (ad esempio, leggere le parole di un testo e ascoltarne la melodia associata).

La plasticità si differenzia dall’elasticità in quanto, in seguito ad un evento plastico, la deformazione in risposta allo stimolo si mantiene; al contrario, in seguito ad un evento elastico, l’oggetto ritorna alla sua forma iniziale. Esempi di strutture elastiche sono i polmoni, le pareti delle arterie e le corde vocali; la loro funzione richiede un’espansione seguita dal ritorno alle dimensioni iniziali. 

Ci sono evidenze per una plasticità di tipo sinaptico che riguarda le sinapsi chimiche. Esse riescono a potenziare o ridurre la loro efficacia sinaptica se i cambiamenti fisiologici a cui sono sottoposte sono a breve termine; viceversa, se questi cambiamenti sono a lungo termine, essi possono portare ad alterazioni anatomiche come l’eliminazione o la crescita di sinapsi, che determinano nuove connessioni tra i neuroni. Dunque, le sinapsi sono funzionalmente e anatomicamente modificabili attraverso l’esperienza e l’apprendimento, così come lo sono durante lo sviluppo.

 Per esempio, i tassisti di Londra presentano uno sviluppo accentuato della massa cerebrale nell’area dell’ippocampo posteriore, che ha un ruolo nell’apprendimento spaziale (dunque nella memoria spaziale). Quest’area risulta essere più sviluppata rispetto a quella dei conducenti dei bus della stessa città; perché tale differenza?
Perché ripercorrere sempre le stesse strade (come fanno i conducenti dei bus) non rappresenta uno stimolo nuovo, appropriato, per il nostro cervello; al contrario, dover guidare ogni giorno attraverso strade e percorsi diversi (come accade ai tassisti) lo è (Maguire E.A. et al, 2006.).
Il test obbligatorio per diventare tassisti, chiamato “Knowledge”, comprende la memorizzazione di 25mila vie e 320 tragitti specifici, senza l’uso di mappe e GPS; i concorrenti infatti impiegano anni per prepararsi. Uno studio, condotto da Woollett K. e Maguire E.A. nel 2011, ha evidenziato un cambiamento fisiologico a livello dell’encefalo nei candidati tassisti negli anni successivi alla preparazione del test, dimostrando il fenomeno della plasticità. In particolare, mentre prima i candidati presentavano un ippocampo normale, la stessa area fotografata dopo il superamento del test mostrava un accrescimento significativo.

Abbiamo dunque visto come il cervello sia capace di modificarsi anche da adulti se viene stimolato.
Cosa può accadere invece nel caso di una lesione? 

In uno studio del 2019, alcuni ricercatori (Kliemann D. et al.) hanno analizzato, tramite Risonanza Magnetica Funzionale (fMR), il cervello di 6 adulti che da bambini erano stati sottoposti ad una procedura chirurgica, detta emisferectomia (tramite la quale uno dei due emisferi cerebrali viene asportato), per curare una forma grave di epilessia. Quello che hanno visto è che non solo l’asportazione di uno dei due emisferi è compatibile con la vita, ma che è anche compatibile con una qualità della vita quasi normale: nell’emisfero residuo infatti permangono le normali reti neurali e sono presenti nuove connessioni tra certe aree cerebrali, che nel normale cervello (non sottoposto all’operazione) non esistono. Queste nuove connessioni che si sono formate sembrano avere come scopo quello di sostituire le aree cerebrali mancanti, dando vita ad una riorganizzazione funzionale dell’emisfero che era rimasto.

Questa capacità è incredibilmente singolare per un organo che per funzionare sembrava avesse bisogno di tutte le sue parti. Bisogna considerare comunque che in questo caso la lesione è avvenuta in tenerissima età, quando il cervello doveva ancora caratterizzarsi.

Sempre più ricerche comunque, come quella di Elena Moreno-Jimenèz e collaboratori del 2019, suggeriscono che il cervello sarebbe in grado di generare nuovi neuroni nell’adulto, un processo noto come neurogenesi. La neurogenesi nell’adulto sembrerebbe però delimitata a certe aree specifiche, come ad esempio il giro dentato nell’ippocampo: con circa 700 nuovi neuroni al giorno, è possibile che almeno uno riesca ad integrarsi all’interno del circuito della rete neurale. Di fatto, la difficoltà sta proprio nella capacità dei neo-neuroni di integrarsi in un circuito già formato; quando ciò non avviene il neurone soccombe, viceversa la neurogenesi nell’adulto contribuirebbe alla plasticità ippocampale, sia a livello strutturale che funzionale (Toda T. et al., 2017).  

La plasticità funzionale delle cellule neuronali caratterizza ognuno di noi, donandoci la nostra individualità. 

Bibliografia:

• Kliemann D., Adolphs R., Tyszka J.M., Fischl B., Yeo B.T.T., Nair R., Dubois J., Paul L.K. (2019) Intrinsic Functional Connectivity of the Brain in Adults with a Single Cerebral Hemisphere. Cell Report 29(8):2398-2407.e4. 
• Maguire E.A., Woollett K. and Spiers H.J. (2006) London taxi drivers and bus drivers: A structural MRI and neuropsychological analysis. Hippocampus 16:1091-1101. 
• Moreno-Jimenèz E.P., Flor-García M., Terreros-Roncal J., Rábano A., Cafini F., Pallas-Bazarra N., Ávila J., Llorens-Martín M. (2019) Adult hippocampal neurogenesis is abundant in neurologically healthy subjects and drops sharply in patients with Alzheimer’s disease. Nature Medicine 25(4):554-560. 
• Toda T., Gage F.H. (2017) Adult neurogenesis contributes to hippocampal plasticity. Cell and Tissue Research 373(3):693-709. 
• Woollett K. and Maguire E.A., (2011) Acquiring “the Knowledge” of London’s layout drives structural brain changes. Current Biology 21(24):2109-14. 

Copertina: Willow “Sinapsi”, smalto su tela (2018).