Cervello: come è fatto? Struttura, anatomia e funzioni

Cervello: come è fatto? Struttura, anatomia e funzioni
12 febbraio 2018

Ricerca e Prevenzione

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Anatomia e Funzioni del Cervello

Il cervello è l’organo umano più grande, pesa circa un kg e mezzo, e situato com’è in cima al corpo, all’interno della testa e ben protetto dal cranio, funge da direttore d’orchestra dell’interno organismo, coordinando in modo armonico le funzioni di tutti gli altri organi e gli apparati attraverso il complesso ingranaggio del sistema nervoso. Ma sotto il profilo anatomico, com’è fatto un cervello umano? E come ci permette di “pensare”? Per prima cosa, dobbiamo sapere che il vero nome di quello che comunemente chiamiamo cervello, intendendo quell’organo contenuto nella scatola cranica, è encefalo. La struttura dell’encefalo, se dovessimo visualizzarla come in un disegno, è tripartita: in esso troviamo il cervello vero e proprio, il cervelletto e il tronco encefalico.
  1. Cervello. Costituisce il “grosso” dell’encefalo, e si divide in due emisferi: il destro e il sinistro. Il cervello è responsabile di funzioni estremamente complesse, tra cui elaborare gli stimoli che giungono dagli organi di senso (vista, udito, gusto, tatto, olfatto), promuovere il linguaggio, controllare i movimenti. Ma anche le emozioni, il ragionamento e l’apprendimento si originano nel cervello
  2. Cervelletto. Si trova proprio sotto il cervello, e tra i suoi compiti vi sono la coordinazione dei movimenti, l’equilibrio, la capacità di mantenere la posizione eretta e la capacità di attenzione
  3. Tronco encefalico. Include mesencefalo, bulbo e midollo e collega cervello e cervelletto con il midollo spinale. Regola molte funzioni automatiche, tra cui il respiro, il battito cardiaco, la digestione, la termoregolazione, i ritmi circadiani di alternanza sonno-veglia, gli stimoli involontari tra cui il vomito, lo stranuto, lo sbadiglio ecc.
La superficie del cervello è rivestita dalla corteccia cerebrale, la quale contiene circa il 70% dei 100 miliardi di cellule nervose totali, e che ha il tipico color grigio chiaro che viene spesso utilizzato per definire l’intero organo, ovvero “materia grigia”.  Sotto la corteccia cerebrale troviamo gli assoni, prolungamenti dei neuroni che costituiscono la “materia bianca”. La caratteristica struttura della corteccia a pieghe, aumenta la superficie totale del cervello e quindi lo spazio disponibile per nuovi neuroni. Ogni piega viene definita “circonvoluzione”, e ogni scanalatura tra le pieghe “solco”.

I due emisferi del cervello sono collegati dal corpo calloso, un fascio di fibre che trasmette le informazioni dall’una all’altra parte. Ciascun emisfero “controlla” specularmente la parte opposta del corpo: l’emisfero destro la parte sinistra, il sinistro la destra. Non tutte le funzioni dei due emisferi sono condivise, infatti mentre il sinistro è considerato l’emisfero “razionale”, perché regola abilità come il linguaggio, la scrittura, il ragionamento logico, il destro è quello “artistico”, che controlla la creatività, l’intuito, la percezione dello spazio, la competenza musicale ecc. Un’altra caratteristica anatomica del cervello e dei suoi emisferi, è quella di essere suddivisi in 4 lobi, ciascuno dei quali è deputato, a sua volta, al controllo di più funzioni specifiche. Vediamole.

Lobo frontale, principali funzioni:
  • Costruzione della personalità, gestione dei comportamenti e delle emozioni
  • Capacità di giudizio, di pianificazione e di risoluzione dei problemi
  • Area di Broca deputata alle abilità di linguaggio e scrittura
  • Movimenti del corpo
  • Capacità intellettive, autocontrollo e percezione di sé
Lobo parietale, principali funzioni:
  • Capacità di interpretare il senso delle parole, apprendimento delle lingue
  • Senso del tatto, del dolore, percezione sensoriale della temperatura
  • Elaborazione dei segnali provenienti dagli organi di senso (vista, udito, sensazioni tattili ecc.) e memoria sensoriale
  • Percezione visiva dello spazio
Lobo occipitale, principali funzioni:
  • Interpretazione delle immagini visive: colori, proporzioni, movimenti ecc.
Lobo temporale, principali funzioni:
  • Area di Wernicke in cui si attua parte della comprensione dei linguaggi
  • Memoria
  • Capacità uditive
  • Capacità di organizzazione e di pianificare in sequenza
Come facilmente intuibile, i lobi “dialogano” tra di loro perché sovrintendono funzioni largamente interconnesse. I messaggi circolano per tutto il cervello passando da una circonvoluzione all’altra, da un lobo all’altro, e si comunicano anche alle strutture profonde dell’encefalo, che controllano le emozioni e i ricordi e che si trovano tra il tronco encefalico e la corteccia. Stiamo parlando del sistema limbico, che è strutturato in coppia, nel senso che ciascuna parte è duplicata nella zona opposta del cervello. Vediamo come si compone il sistema limbico e quali sono le sue competenze:
  • Ipotalamo: è il controllore capo del sistema nervoso autonomo (SNA) e si occupa di regolare sensazioni primarie quali la fame, la sete, il sonno e l’impulso sessuale, ma anche la temperatura del corpo, la pressione del sangue e la secrezione di alcuni ormoni
  • Talamo: è una sorta di “cancello” che permette la trasmissione dei messaggi tra gli emisferi cerebrali e il midollo spinale
  • Ippocampo: si occupa della costruzione della memoria e dei ricordi, che vengono catalogati in modo da poter essere “recuperati” quando necessari
  • Amigdala: è un archivio delle emozioni, che vengono collegate ad eventi specifici in modo da riattivarsi in automatico quando ci troviamo a gestire situazioni analoghe. L’amigdala è la parte del cervello non razionale che “scatena” la paura
Oltre al sistema limbico, nella parte interna e profonda del cervello, troviamo anche due ghiandole endocrine importantissime:
  • La ghiandola pituitaria o ipofisi, che controlla tutto il sistema endocrino del corpo
  • La ghiandola pineale o epifisi, che regola i ritmi circadiani del sonno e della veglia e la produzione di melatonina
Ora che abbiamo capito come si struttura l’encefalo, dobbiamo capire come si collega con il “resto” del sistema nervoso, ovvero i fasci di nervi racchiusi nella colonna vertebrale da cui si diramano anche i nervi periferici. Una parte, come abbiamo visto, si collega direttamente per tramite del tronco encefalico e del sistema limbico. Ma esiste anche un sistema di nervi cranici – in tutto 12 – che svolge specifiche funzioni di pertinenza del distretto testa-collo, ad eccezione del lunghissimo nervo vago, l’unico che prosegue oltre la testa spingendosi fino all’addome. Tra le funzioni svolte da questi nervi troviamo: controllo dell’udito, dei movimenti e delle sensazioni facciali, del gusto e dell’olfatto, dei movimenti oculari, del collo, della lingua e delle spalle.

L’ultima parte anatomica dell’encefalo che analizziamo sono le meningi. Si tratta di tre strati di tessuti che rivestono encefalo e midollo spinale proteggendoli. Dallo strato più esterno al più interno le meningi prendono il nome di: dura madre, aracnoide, e pia madre.
 

Viaggio tra i neuroni del cervello

Le cellule nervose che fanno parte del sistema nervoso e che troviamo nell’encefalo e nel midollo spinale sono chiamate neuroni. Per capire come lavorano queste straordinarie cellule “intelligenti”, dobbiamo partire da come sono fatte. Ciascun neurone, oltre ad un corpo centrale, è provvisto di due tipi di prolungamenti che si estendono fuori dal corpo cellulare: i dendriti e gli assoni.
  • Dendriti: ricevono i messaggi provenienti dagli altri neuroni
  • Assoni: trasmettono i messaggi dal corpo neuronale all’esterno (agli altri neuroni o alle cellule dei muscoli)
Dunque: I neuroni fanno parte di un sistema intercollegato estremamente raffinato ed efficiente di “messaggeria” istantanea!
Ma come funziona questo sistema perfetto di comunicazione? Grazie all’elettricità. Infatti ciascun neurone comunica con le altre cellule tramite impulsi elettrici che si innescano quando la cellula nervosa viene stimolata. Dal neurone, l’input elettrico si sposta toccando la punta degli assoni che a loro volta rilasciano i neurotrasmettitori, composti chimici che di fatto fungono da messaggeri.

I neurotrasmettitori passano tra le sinapsi, che sono i punti di contatto tra un neurone e l’altro, e si “attaccano” ai recettori della cellula ricevente. Immaginate questo meccanismo che si ripete da neurone a neurone, come potrebbe avvenire tra una stazione di posta e l’altra, ma con sequenza veloce come la luce! I singoli neuroni si accendono uno dopo l’altro in un meraviglioso e rapidissimo sistema di rete comunicativa che ci permette di muoverci, parlare, reagire ad uno stimolo, sentire o pensare.
Oltre ai neuroni, nel nostro encefalo sono presenti altre cellule, dette glia (cellule gliali o neuroglia), ancora più numerose nei neuroni, il cui compito è quello di fornire nutrimento e sostegno alle cellule neuronali. Abbiamo 4 tipi di cellule gliali:
  1. Astroglia o astrociti: trasportano sostanze nutritive ai neuroni, li mantengono in sede, inglobano ed eliminano le parti morte dei neuroni, e infine regolano la circolazione ematica cerebrale
  2. Oligodendroglia: provvedono al rivestimento protettivo dei neuroni che è la mielina
  3. Cellule ependimali: producono il liquido cerebrospinale
  4. Microglia: metabolizzano i neuroni morti e le sostanze patogene

 

La Memoria

Ricordare, memorizzare, rimembrare, rammentare… sono tanti i termini sinonimi che nella nostra bella lingua ci parlano di memoria. Una memoria “senza fine”, quale quella umana, che non smette mai, neppure un attimo prima di spegnersi definitivamente, di lavorare. Possiamo immaginare il nostro cervello come una sorta di enorme archivio, che non diventa mai troppo piccolo. Per quante cose continuiamo ad apprendere nella vita, per quante esperienze viviamo direttamente o di cui sentiamo parlare, per quanti libri leggeremo o persone conosceremo, ci sarà sempre uno spazio per tutto. Ma come funziona questo strumento straordinario situato nella nostra testa, che assorbe tutto ciò che ci proviene dal mondo esterno, elaborandolo dentro di noi, e lo cataloga in modo certosino tanto che facilmente adoperiamo, per descriverlo, la metafora dei “cassetti”? Ebbene, in modo schematico possiamo iniziare dicendo che la memoria umana è “trina”. Tre sono le memorie che dipendono da altrettante aree del cervello. Vediamole.

Memoria di lavoro. Ritiene le informazioni che servono per uno scopo preciso, ad esempio delle istruzioni, che poi andranno in automatico, tra cui andare in bicicletta, suonare uno strumento musicale, legarsi le scarpe ecc. La memoria di lavoro è gestita dal cervelletto

Memoria a breve termine. Ritiene poche informazioni per un periodo di tempo limitato (circa un minuto), senza che tale informazione venga elaborata in alcun modo. Questa memoria, controllata dalla porzione prefrontale del cervello, è “volatile” per natura, a meno che noi non decidiamo di attribuire valore e importanza a quella nuova informazione “fissandola” nella memoria a lungo termine. Un esempio tipico della memoria a breve termine? Il nome di qualcuno quando ci viene presentato. La maggior parte delle persone non presta attenzione – a meno che non vi sia un interesse specifico – a questa informazione, e così dopo un po’ l’abbiamo bella e che dimenticata…

Memoria a lungo termine. Ecco la memoria “vera”, quella che dura nel tempo e che struttura i ricordi. Essa viene processata nell’ippocampo del lobo temporale, e si attiva, naturalmente, quando noi intendiamo memorizzare qualcosa in modo volontario. Ha una capacità praticamente illimitata e una “durata” ugualmente senza fine (fino alla morte insomma). La memoria a lungo termine conserva concetti così come immagini, e fatti (vissuti in prima persone o letti, visti, ascoltati ecc.).

La memoria umana viene spesso, proprio come il cervello tout court, paragonata ad un muscolo da allenare, e in effetti è proprio così. Nel paragrafo conclusivo scopriremo in quali modi è possibile potenziale le nostre capacità cognitive e mnemoniche, ma intanto una precisazione che a volte tendiamo a scordare (per restare nel campo semantico della memoria): il nostro modo di ricordare è selettivo. Ciò significa che sebbene in teoria il nostro archivio mnemonico sia immenso, in realtà i nostri ricordi, quelli che ci girano in testa, sono molto pochi, perché tendiamo a rinforzare solo le informazioni che ci servono o su cui ci interessa focalizzarci. Per questa ragione è molto facile ragionare per stereotipi, anche se siamo le persone più democratiche del mondo. Uno stereotipo è una semplificazione che si basa su pochi dati usati per descrivere un singolo soggetto, poi estesi all’intero gruppo di appartenenza in modo rigido e così diffusi e tramandati “a memoria” d’uomo. Ne abbiamo in mente tutti almeno uno. Lo stereotipo ci serve per immagazzinare un’informazione facile su qualcosa che non abbiamo conosciuto direttamente, e può essere positivo (es: i tedeschi sono precisi e affidabili) o, più facilmente, negativo (es.: gli italiani sono tutti mafiosi). Quando memorizziamo uno stereotipo, di solito non ce ne accorgiamo, lo facciamo solo per praticità, per avere una “scheda” in archivio su un argomento di cui sappiamo poco, o nulla. Tutti siamo vittime di stereotipi: perché farci un’idea diretta, elaborata, complessa su qualunque cosa o persona è impossibile. Ma… attenzione, una volta memorizzato lo stereotipo è difficile da estirpare, proprio perché ormai archiviato e dato per buono, non ci verrà in mente di decostruirlo, di metterlo in discussione e sostituirlo, anche quando ormai siamo perfettamente in grado di farlo. Ricordiamocelo!
 

Come allenare il cervello

Se è vero che il cervello non è un muscolo sotto il profilo anatomico, lo è, e molto, su quello metaforico. Allenare i muscoli ci serve per mantenerli efficienti, e così allenare il cervello ci serve per mantenerlo al meglio delle sue potenzialità. In realtà in parte facciamo sempre un minimo di allenamento: ogni giorno impariamo qualcosa di nuovo, vediamo qualcosa di nuovo, o facciamo qualcosa di nuovo. Ma non sempre tali attività di base sono sufficienti. Come già detto a proposito della memoria, sotto il profilo intellettivo tendiamo alla minor fatica, alla semplificazione, a restringere il campo delle informazioni, a facilitarci la vita. Insomma, proprio come la sedentarietà fa diventare i muscoli flaccidi, il poco esercizio rende il cervello pigro e la memoria corta. Che fare? Correre ai ripari quando siamo in tempo! Ecco qualche semplice esercizio per stimolare cervello e memoria e mantenerli freschi e produttivi fino a tarda età:
  • Usa la mano sinistra (o la destra se sei mancino): non hai idea di quanto sia utile provare a scrivere, afferrare gli oggetti, fare sport o qualunque altra cosa usando la mano che di solito non usi, e quindi, come abbiamo visto, l’emisfero opposto. Faticoso, ma ne vale la pena!
  • Mangia con le bacchette (se non lo sai fare già alla perfezione). Anche in questo caso, compiere un’azione automatica con strumenti nuovi e mai usati, è un esercizio incredibile per il cervello
  • Svolgi azioni semplici o automatiche con gli occhi chiusi. Senza metterti in pericolo, però prova a lavarti, fare i piatti, o rifare il letto tenendo gli occhi chiusi. Servirà a stimolare gli altri sensi!
  • Studia a memoria. Peccato che a scuola non si insegnino più le poesie a memoria, si trattava di un ottimo esercizio! Ma si può sempre fare anche da grandi…
  • Impara a suonare uno strumento musicale. Difficile? Non importa se non diventi Chopin, è sufficiente che apprenda i rudimenti, possibilmente divertendoti. Nulla come la musica fa bene al cervello, alcuni studi hanno dimostrato che proprio i musicisti sono tra gli individui più longevi e attivi mentalmente fino a tarda età
  • Lavora a maglia! Se non l’hai mai fatto, scoprirai che è un’attività piacevolmente anti stress e un esercizio davvero efficace per allenare entrambi gli emisferi e ringiovanire il cervello
  • Vai al lavoro usando strade alternative rispetto a quella solita. Migliora la memoria di lavoro
  • Leggi a voce alta. Serve a stimolare la tua immaginazione
  • Quando fai la spesa scrivi la lista, memorizzala, e poi lasciala a casa. L’esercizio si considera riuscito quando rientri avendo acquistato tutto ciò che era in lista
  • Impara una lingua straniera. Non occorre neppure spiegare perché ti è utile…
 

Le capacità mnemoniche del cervello

 

La nostra memoria pare possa equivalere a quella del Web. Secondo una stima di un gruppo di esperti statunitensi le capacità mnemoniche del cervello raggiungerebbero l’impressionante cifra di un petabyte, vale a dire un milione di miliardi di byte, stima di dieci volte superiore a quelle del passato. Lo hanno stabilito i ricercatori coordinati da Terry Sejnowski del Salk Institute for Biological Studies di La Jolla, in California, dopo la scoperta, nel cervello dei topi, di connessioni (sinapsi) inattese fra i neuroni dell'ippocampo, l'area deputata alla memoria.

La scoperta rischia di sconvolgere il campo delle neuroscienze perché si aprono orizzonti sconfinati. Il nuovo dato può finalmente legittimare un interrogativo sin qui inevaso: come sia possibile che i neuroni dell'ippocampo funzionino in maniera così efficiente pur utilizzando pochissima energia. «Il caos e il disordine del cervello – ha sottolineato Terry Sejnowski – sono apparenti, in realtà celano una precisione nella forma e nelle dimensioni delle sinapsi che non conoscevamo».


VIDEO: gli scienziati del Salk Institute hanno ricostruito il tessuto cerebrale nell'ippocampo per studiare le dimensioni delle connessioni (sinaspi). Maggiore è la sinapsi, più probabile è che il neurone invii un segnale a un neurone vicino. Il team ha scoperto che ci sono 26 misure discrete che possono cambiare nell'arco di pochi minuti, il che significa che il cervello ha una gigantesca capacità di memorizzare le informazioni.
 
 

La memoria è in gioco fin da piccoli

 

La nostra memoria dipende dal periodo per noi più vuoto di ricordi, la primissima infanzia. Lo rivela uno studio di un gruppo di ricercatori italo-americani che ha accertato come i primi anni di vita siano il periodo in cui la memoria si allena al meglio con le filastrocche, i racconti, le immagini, i luoghi e i volti sempre diversi che incontriamo. Nelle prime fasi della vita, infatti, il cervello procede freneticamente, sollecitato da una serie di stimoli e di esperienze nuove. Fra i due e i quattro anni – garantisce lo studio pubblicato su Nature Neuroscience - lo sviluppo cognitivo del piccolo ha già ultimato la sua fase iniziale. E già allora il cervello comincia a ridurre le sue capacità mnemoniche.

Ora è certo che il cervello dei bambini ha necessità di essere attivato ben prima dell’età della scuola materna, altrimenti il sistema nervoso rischia di non sviluppare appieno le funzioni di apprendimento e memorizzazione. Via libera quindi alle sollecitazioni con libri illustrati, fiabe, racconti, filastrocche (senza ricorrere alla televisione). La memoria più rilevante è di tipo dichiarativo, include i nostri racconti, la narrazione autobiografica, gli episodi connotati da un chi, un che cosa, un dove e un quando.

L'aspetto paradossale della scoperta è che la fase del maggior apprendimento dei piccoli coincide con il periodo in cui nulla si ricorderanno. Questo perché, sino verso i quattro anni, tutti gli eventi sono vissuti e rapidamente dimenticati. La cosiddetta amnesia dell’infanzia è presente nell'uomo, ma anche in altre specie animali.

L'incapacità di formare ricordi duraturi sembrerebbe legata all'immaturità dell'ippocampo, l'area del cervello dove si formano i ricordi a lungo termine oppure un effetto della rapida formazione di nuovi neuroni e nuove sinapsi, processo che interferirebbe con la stabilizzazione delle memorie.

 
Gli studenti ne tengano conto, a maggior ragione sotto esami: la memoria si può allenare e l’attività fisica, con modalità opportune, concorre a incrementarla. Lo si legge in uno studio pubblicato dalla rivista Current Biology: fare sport dopo una giornata di studio aiuta a consolidare la memoria, con una accortezza, i risultati ottimali per la memoria si ottengono facendo sport dopo quattro ore dallo studio.

 

Fare sport aiuta la memoria

 
I ricercatori del Radboud University Medical Center di Nijmegen (Paesi Bassi) hanno sottoposto oltre 70 individui a una sessione di studio con successivo allenamento fisico. L’attività primaria comportava la raccolta di informazioni su immagini relative a dei luoghi, seguita da attività fisica: 40 minuti di attività aerobica su una cyclette toccando una frequenza cardiaca pari all’80% di quella massima.

Tre i gruppi in cui sono stati divisi i partecipanti allo studio: il primo gruppo ha eseguito immediatamente l’esercizio fisico, il secondo quattro ore dopo lo studio, il terzo non ha svolto alcun esercizio. Quarantotto ore dopo i partecipanti sono valutati sia con quesiti su quanto appreso sia attraverso una risonanza magnetica. Dalle analisi è emerso che chi ha svolto attività fisica quattro ore dopo la sessione di apprendimento sapeva ricordare meglio quanto appreso rispetto agli altri due gruppi. L’esame diagnostico ha mostrato un’attività maggiore a livello dell’ippocampo, un’area importante per l’apprendimento e la memoria. «I nostri risultati –spiegano gli autori- suggeriscono che l’esercizio fisico eseguito in una determinata finestra temporale può migliorare la memoria a lungo termine e mette in evidenza le potenzialità dello sport come intervento in contesti educativi e clinici».