Cervello: aggiornamenti...

Care ragazze e cari ragazzi è questo il momento di aggiornare le nostre conoscenze di neurobiologia, una scienza complessa in continua evoluzione. I progressi in questo settore affascinante sono quotidiani e molti di questi devono essere compresi dal grande pubblico perché hanno ricadute importanti sulla salute e il benessere di tutti noi. Abbiamo studiato cosa si intende per plasticità cerebrale e accennato alle influenze ambientali sullo sviluppo e il funzionamento del cervello umano. Riassumendo i risultati di alcune recenti pubblicazioni scientifiche, ci renderemo conto di quanto queste influenze siano importanti.
Consideriamo, innanzitutto, alcuni risultati relativi al "connettoma" e all'intelligenza biologica.
Il termine connettoma, introdotto nel 2005, si riferisce alla mappa di tutte le connessioni nervose del cervello. Il primo millimetro cubo di cervello umano (un milionesimo dell'intero organo) è stato analizzato in tutte le sue connessioni mediante 1,4 petabyte di immagini al microscopio. L'enorme mole di dati che deriva da queste analisi permette di scoprire nuovi aspetti finora non noti del sistema nervoso, come i neuroni con due assoni, ma tutti questi dati non sono affatto semplici da gestire e interpretare. Per la specie umana è quasi impossibile ottenere il completo connettoma del cervello. In alcuni semplici animali modello, come Caenorhabditis elegans o lo "Zebrafish" (Danio rerio), le mappe delle connessioni elettriche neurologiche hanno permesso di caratterizzare comportamenti complessi come quello dell'accoppiamento e di osservare come le connessioni neurologiche cambino durante lo sviluppo e la crescita. Individui geneticamente identici possono avere da adulti "connettomi" completamente diversi. Anche se studiare l'intero "connettoma" umano è al di là delle possibilità dell'intelligenza umana e forse anche di quella artificiale e avere una mappa delle connessioni non dice nulla sulla loro qualità e modulazione da parte dei neurotrasmettitori, i risultati sulla variazione delle connessioni durante la vita di un individuo sono di estrema importanza.
Pensiamo all'intelligenza biologica, definita come la capacità di un organismo vivente di rispondere alle informazioni a disposizione con un'azione mirata, che, alcune volte, determina la risoluzione di un problema. Questa è una definzione generale che è applicabile non solo alla specie umana o ai delfini, ma anche a una singola cellula. In questo modo i ricercatori possono affrontare lo studio dell'origine e dell'evoluzione dell'intelligenza. Grazie a studi nell'ambito della biologia dello sviluppo e delle neuroscienze, l'intelligenza è stata descritta come una funzione biologica dotata di modularità e organizzazione gerarchica.

"Connettoma" di una mosca
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Video ripreso da Brouillette M. (2021)

Un comportamento intelligente può derivare dalle interconnessioni di azioni modulari che interagiscono gerarchicamente e sfociano, appunto, in un "risultato intelligente"! Reti neuronali interconnesse e che si attivano secondo un preciso ordine, cellule che si dividono e si differenziano seguendo gradienti chimici specifici sono precessi modulari e gerarchici. Affinché il cervello umano sfrutti bene la sua modularità e gerarchia neuronale, le connessioni devono formarsi e consolidarsi in un ambiente ottimale. Cosa significa? Possiamo comprenderlo, prendendo in esame tre esempi ricavati da studi recenti.
Il primo riguarda lo sviluppo del cervello emozionale. È stato dimostrato che i segnali ambientali che il cervello riceve nella prima infanzia sono determinanti per il modo in cui, da adulto, l'individuo gestirà le sue emozioni in situazioni legate ai sentimenti di gratificazione, stress e paura. Immagini, suoni, odori determinano nel neonato esperienze sensoriali che plasmano le reti neuronali in formazione. Sono le prime sensazioni che determinano il circuito emozionale, le conseguenze di eventuali connessioni negative stabilite durante l'infanzia hanno ripercussioni importanti nell'età adulta. Molti disturbi emozionali, nonché malattie mentali, sono collegati a traumi emozionali infantili. Si sapeva da tempo, ma molti studi condotti su gemelli monozigoti adottati da famiglie diverse hanno confermato il ruolo primario dell'ambiente familiare e del comportamento genitoriale sul benessere emotivo del bambino e del futuro adulto. I circuiti emozionali che hanno sede nelle aree prefrontali della corteccia, nei nuclei talamici e ipotalamici, nell'ippocampo e nell'amigdala hanno un'organizzazione gerarchica. Se uno di questi circuiti viene influenzato da un'esperienza sensoriale traumatica, più o meno grave, l'intero circuito emozionale viene compromesso.
Il secondo esempio riguarda l'insegnamento della matematica. L'insegnamento formale, per capirci quello che riceviamo a scuola, ha effetti a breve e a lungo termine sul nostro cervello (almeno così sperano gli insegnanti!). Ebbene, alcuni ricercatori hanno studiato cosa accade nel cervello degli adolescenti se viene interrotto l'insegnamento della matematica. I risultati dello studio sono molto interessanti. Gli adolescenti che frequentano scuole dove l'insegnamento della matematica è ridotto o eliminato dai 16 anni hanno una significativa minore concentrazione di acido gamma butirrico (un neurotrasmettitore) nella circonvoluzione frontale media rispetto a studenti che continuano lo studio di questa disciplina. Inoltre, la variazione osservata nel cervello è anche un indicatore significativo delle capacità di ragionamento logico-matematico a medio termine (19 mesi dopo). Chi studia matematica ragiona meglio, in parole molto semplici.

Immagine ripresa da Birnie M.T. and Baram T.Z. (2022)
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Oltre al profondo significato dello studio appena descritto per il sistema educativo, c'è da sottolineare l'enorme influenza che le esperienze individuali hanno sullo sviluppo delle abilità cognitive del nostro cervello. Siamo quello che mangiamo, diceva nell'800 il filosofo tedesco Ludwig Feuerbach. Potremmo dire anche "siamo quello che studiamo" e non sbaglieremmo.
C'è poi una terza ricerca su cui riflettere. Molti, irrazionalmente, hanno avuto paura dei vaccini durante la recente pandemia da SARS-CoV-2. Mentre i vaccini sono tra i farmaci più sicuri, bisognerebbe, invece, avere timore degli effetti dell'infezione da SARS-CoV-2 sul sistema nervoso. Molti virus, dopo un'infezione, lasciano traccia nel nostro organismo e nel nostro DNA. Ebbene, il SARS-CoV-2 non è un semplice virus respiratorio. Sono state evidenziate molte complicazioni a carico del sistema nervoso: dalla perdita di olfatto, a stati confusionali, ictus, affaticamento e disturbi neuromuscolari. Anche pazienti giovani che hanno avuto forme lievi di infezione sono a rischio e potrebbero sviluppare sindromi neuropsichiatriche. Quello che oggi viene indicato come "Long Covid" è una sintomatologia complessa ancora poco nota, ma da prendere molto sul serio. I dottori e i ricercatori stanno studiando con molta attenzione tutti gli effetti collaterali dell'infezione da SARS-CoV-2 e raccomandano di seguire le indicazioni mediche nell'effettuare i controlli dopo l'infezione. Sono, infatti, preoccupati dai danni neurologici a lungo termine di questa infezione Questi potrebbero rappresentare un problema sanitario e sociale di larga portata, tenuto conto dell'elevato numero di infezioni che sono avvenute in questi due anni e mezzo. L'RNA del virus non è stato trovato nel cervello dei pazienti, tuttavia sembra che un'attivazione eccessiva del sistema immunitario conseguente all'infezione da SARS-CoV-2 possa essere alla base dei disturbi neurologici ad essa associati. In molti casi si verifica un'abnorme risposta neuroimmunitaria, con cellule immunitarie e microglia particolarmente iperattive nel cervello. Alcuni studiosi ipotizzano anche che questa iperinfiammazione neurologica possa aumentare il rischio di malattie neurodegenerative come l'Alzheimer e il Parkinson.
Una "semplice influenza" può dunque lasciare tracce indelebili nel nostro cervello. È proprio questo l'insegnamento che dobbiamo trarre da queste ricerche. Il nostro cervello è plastico e viene influenzato da quello che facciamo e che ci accade. Sappiamo già che non dobbiamo bere alcol, fumare o assumere droghe al fine di conservare il nostro cervello in salute. Ora sappiamo anche che studiare matematica e proteggersi con il vaccino dall'infezione da SARS-CoV-2 sono due azioni semplici (almeno la seconda!) utili al benessere del cervello.

Referenze

Birnie M.T. and Baram T.Z. (2022) Principles of emotional brain circuit maturation Science: 376, 1055-1056

Zacharopoulos et al (2021) The impact of a lack of mathematical education on brain development and future attainment PNAS: 118 (24)e2013155118

Brouillette M. (2021) New Brain Maps Can Predict Behaviors Quanta Magazine: December 6, 2021

Spudich S. and Nath A. (2022) Nervous system consequences of COVID-19 Science: 375, 267-269

Yuste R. and Levin M. (2021) New Clues about the Origins of Biological Intelligence Scientific American: December 11, 2021

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it) - Pubblicato il 4 luglio 2022