Come per la cellula umana, anche in questa seconda scheda tecnica a carattere divulgativo si ripresenta il caso del limitato spazio disponibile in una normale scheda, nettamente insufficiente per un argomento così vasto come quello del cervello umano.
In base ad un percorso necessariamente essenziale, dopo una introduzione sui caratteri generali del cervello umano, conviene considerarne prima l'evoluzione e lo sviluppo, poi le funzioni del sistema sensomotorio e del linguaggio, e relative localizzazioni, e poi ancora della coscienza, delle alterazioni del cervello e dei disturbi mentali.
Seguiremo quindi il percorso indicato nella seguente lista:
Il cervello, detto più propriamente encefalo, è formato da cellule nervose dette neuroni e da cellule di supporto, dette gliali.
Il numero dei neuroni è elevatissimo, all'incirca 100 miliardi, e ancora di più è il numero dei gliali.
Come le comuni cellule, i neuroni hanno un nucleo, un citoplasma ed una membrana cellulare. Però, a differenza delle normali cellule, i neuroni hanno prolungamenti specializzati chiamati dendriti e assoni, che servono ad assicurare uno scambio di informazioni rispettivamente diretti al corpo cellulare e fuori da esso mediante segnali elettrochimici; sono inoltre dotati di sinapsi (strutture specializzate per la comunicazione) e di neurotrasmettitori.
Nella prima scheda abbiamo preso in considerazione una cellula normale, indifferenziata (priva, cioè, di attributi e funzioni specifiche). In realtà, l'organismo umano è formato da almeno 200 tipi di cellule che hanno caratteri diversi e ruoli diversi, e il differenziamento cellulare consiste appunto nell'insorgenza di caratteri diversi da cellula a cellula.
Genericamente, per differenziazione cellulare si intende il processo di specializzazione della struttura e della funzione delle cellule.
I meccanismi che sono alla base del differenziamento cellulare sono complessi, e non del tutto chiariti. Noi possiamo solo elencare le principali caratteristiche del differenziamento cellulare:
a) le cellule si differenziano a partire da una iniziale omogeneità, che è quella della cellula progenitrice comune, ma poi il differenziamento diventa una condizione stabile, nel senso che la cellula differenziata non si modifica più;
b) la cellula differenziata perde gradualmente da alcune a molte delle strutture (o funzioni) della cellula tipo, fino a divenire incapace di metabolismo autonomo e di riproduzione;
c) durante il differenziamento cellulare il genoma rimane costante; il differenziamento cellulare è probabilmente controllato a livello della trascrizione, durante la quale vengono sintetizzate proteine specifiche.
La differenziazione (o differenziamento) cellulare è più facilmente comprensibile se viene riferito agli organismi pluricellulari, come l'uomo e gli animali. Questi sono infatti formati da un numero elevato di cellule di tipo diverso, tutte derivanti da uno zigote. Ciascun tipo di cellula deve assolvere ben determinate funzioni; abbiamo così cellule, organizzate in strutture complesse dette tessuti, facenti partedel sistema nervoso, del sistema muscolare, digerente, respiratorio, ecc.
Consideriamo la struttura ed il funzionamento dei neuroni.
Il segnale viene trasmesso tramite un impulso elettrico all'interno del neurone; nella figura a sinistra, possiamo immaginare che esso si propaga lungo l'assone trasportando con se le vescicolette contenenti i neurotrasmettitori verso la membrana presinaptica.
Non appena le vescicolette giungono nella fenditura sinaptica compresa tra le due terminazioni, liberano i neurotrasmettitori, speciali molecole come ad esempio la setonina ((5-HT) e la dopamina (DA), che vengono captati dall'altra terminazione.
Lo scambio di informazioni tra i neuroni avviene quindi tramite il trasporto di sostanze chimiche in un piccola fenditura (interspazio) detta sinapsi. Queste sostanze chimiche, chiamate neurotrasmettitori, sono liberate da un neurone (il nervo terminale presinaptico), poi attraversano la sinapsi e sono accettati dal neurone adicente su un sito specializzato, detto (recettore postsinaptico.
Charles Darwin, nella sua opera principale "Origine delle specie per selezione naturale", ha dimostrato scientificamente che la lotta per la sopravvivenza nel mondo animale e vegetale tende a conservare le condizioni favorevoli e ad eliminare quelle meno favorevoli, e porta, come risultato finale, alla formazione di nuove specie.
Da allora, i risultati raggiunti nei vari campi, ci consentono di affermare che noi apparteniamo al genere Homo sapiens, presente da circa duecentomila anni. Ma le radici affondano nella notte dei tempi; alcuni parlano di 80 milioni di anni fa, altri di 40 milioni, relativamente ad antenati che hanno tratti e caratteristiche lontanissimi dai nostri, e peraltro poco studiati per la scarsissima disponibilità di reperti fossili.
L'Homo abilis di circa 2 - 1,6 milioni di anni fa, originario dell'Africa orientale, rappresenta un esemplare di cui abbiamo dati abbastanza sicuri: altezza 1,2 -1,5 metri, volume del cranio di 500 - 800 cc, molto simile a quello delle scimmie.
Suo diretto successore, è l'Homo erectus (1,8 - 0,5 milioni di anni fa) cui si deve la colonizzazione dell'Europa e dell'Asia: alto circa 180 cm, ha un cranio molto più sviluppato di quello del suo predecessore, circa 800 - 1200 cc.
Compare poi sulla scena l' Homo di Neandhertal, una specie composta da individui di gradevole aspetto, forti, intelligenti e altamente specializzati, che ha convissuto per un certo periodo con l'Homo sapiens, e poi è scomparso circa 40.000 anni fa, eliminato forse dalla presenza competitiva di quest'ultimo. I motivi di tale scomparsa sono ancora un mistero: minore distribuzione del lavoro tra i due sessi, maggiore diversificazione del lavoro (cioè, non solo caccia, ma anche commercio, artigianato, ecc.), maggiore aggregazione sociale, o altro? Certamente hanno giocato un ruolo decisivo le migliori strategie per la sopravvivenza adottate dall'Homo sapiens. In definitiva, il cervello più evoluto dell'Homo sapiens, non tanto in termini di volume, ma di complessità e specializzazione, gli ha consentito di vincere la lotta per la sopravvivensa contro l'Homo neanderthalis in termini non cruenti, ma inesorabili.
Oggi la biologia molecolare e le neuroscienze hanno dato una spiegazione scientifica dell'origine della specie per selezione naturale, fornendo anche i meccanismi molecolari che avvengono. Possiamo accennare all'argomento riportando qualche definizione per alcune parole chiavi, come genotipo, fenotipo e variabilità genetica.
Il genotipo di un individuo è dato dal suo corredo genetico, è ciò che è "scritto" nel DNA contenuto nel nucleo di tutte le sue cellule ed è quindi immutabile.
Il fenotipo, invece, è l'insieme dei caratteri che l'individuo manifesta: dipende dal suo genotipo, dalle interazioni fra geni e anche da fattori esterni; dunque può variare.
In definitiva, la variabilità genetica, assicurata anche dai meccanismi di mutazione spontanea, assume quindi un ruolo essenziale nei processi evolutivi, secondo il concetto di selezione naturale.
In base ad una prospettiva molto ampia, che parta dalla formazione della prima cellula eucariota, e prenda in esame la durata di tutte le specie viventi (polipo e dinosauri compresi), di certo possiamo affermare che l'Homo sapiens si è appena affacciato sulla scena (oggi estremamente variabile) del pianeta Terra, e di certo solo i nostri discendenti potranno dire qualcosa sulla sua performance.
Le Neuroscienze rappresentano una recente disciplina che studia l'anatomia, la fisiologia e la patologia del nostro sistema nervoso.
Il nostro Sistema Nervoso (SN) si suddivide in Sistema Nervoso Centrale (SNC), Sistema Nervoso Periferico (SNP), e Sistema Nervoso Autonomo (SNA): in sintesi, SN = SNC + SNP + SNA;
il Sistema Nervoso Centrale (SNC) è formato dal cervello e dal midollo spinale, e svolge il ruolo di raccolta, trasmissione e integrazione delle informazioni; esso è responsabile dell'integrazione, analisi e coordinazione dei dati sensoriali e dei comandi motori, ed è anche la sede di funzioni più importanti quali l'intelligenza, la memoria, l'apprendimento e le emozioni.
il Sistema Nervoso Periferico (SNP) comprende la vasta e ramificata rete dei nervi che si trova al di fuori del SNC, e il suo ruolo è essenzialmente limitato alla trasmissione dei segnali attraverso fasci di conduzione.
il Sistema Nervoso Autonomo (SNA) presiede alle nostre funzioni vagali.
Il cervello, detto più propriamente encefalo, è quindi uno dei due componenti del SNC. Esso è formato da due emisferi, destro e sinistro, simmetrici, interconnessi mediante fasci di fibre nervose (formanti il corpo calloso).
L'emisfero sinistro controlla i movimenti e la sensibilità della parte destra del corpo, e viceversa.
L'emisfero sinistro è più competente del destro riguardo al pensiero, al linguaggio ed alla logica.
L'emisfero destro è specializzato nel pensiero analogico, per il sistema sensomotorio e per il linguaggio musicale ed artistico.
La corteccia cerebrale, la sostanza grigia che ricopre gli emisferi, molto più grande e complessa nell'uomo che in qualsiasi altro animale, pur avendo uno spessore di soli tre millimetri, è formata da ben sei strati, ed è la parte del cervello umano che svolge funzioni superiori. Le informazioni vengono elaborate ed organizzate nella corteccia cerebrale, che è la sede del pensiero, del linguaggio e del senso estetico e musicale.
I due solchi principali della corteccia cerebrale suddividono ciascun emisfero in quattro lobi, ciascuno dei quali svolge specifiche funzioni.
I lobi frontali sono implicati in ogni forma di elaborazione del pensiero, nella creatività, nelle decisioni, nella risoluzione dei problemi, e presiedono anche al controllo muscolare.
I lobi temporali, posti dietro alle tempie, sono responsabili dell'udito, ma sono anche implicati nelle funzioni della memoria e nell'elaborazione delle emozioni.
I lobi parietali presiedono alla ricezione e all'elaborazione delle informazioni sensoriali che provengono da tutto il corpo. E' qui che "montiamo" la visione del nostro mondo, unendo le lettere in parole e le parole in frasi, pensieri, concetti.
I lobi occipitali, infine, posti nella parte posteriore di ogni emisfero, sono implicati nella visione.
La zona dove i quattro lobi si incontrano è la principale area del cervello dove avviene l'integrazione delle informazioni sensoriali.
Diciamo, più precisamente, che l'integrazione è generale, estesa cioè a tutto il cervello.
Infatti, dagli studi e dagli esperimenti sulla connettività cerebrale, e con le tecniche di neuroimaging funzionale dell'attività cerebrale durante il suo funzionamento normale e patologico, si è giunti ad una conclusione importante, che rappresenta il concetto fondamentale nelle Neuroscienze: l' integrazione funzionale, secondo cui ogni parte del Sistema Nervoso ha una specifica funzione, e la correlazione di tali parti è alla base del corretto funzionamento di tutto il Sistema Nervoso Centrale.
Di seguito forniamo dei cenni a parti importantissime del nostro cervello, dando importanza sopratutto al loro ruolo; per la posizione, la descrizione e altre notizie si rinvia ai percorsi presenti nella sezione extra, sopratutto in "cervello 2"
Sistema limbico: comprende talamo, ipotalamo, ipofisi; il sistema limbico controlla la temperatura corporea, la pressione sanguigna, il battito cardiaco e i livelli di zucchero del sangue; controlla inoltra le nostre reazioni emotive e comportamentali.
In particolare, il talamo, che si trova al di sotto della corteccia cerebrale, è un centro di comunicazione a due vie delle informazioni (segnali) tra midollo spinale e corteccia cerebrale;
l'ipotalamo controlla le funzioni vegetative, stimolando il SNA: controlla la fame e il senso di sazietà, la sete, il sonno e la veglia, e dirige l'attività dell'ipofisi, che a sua volta governa l'intero corpo umano attraverso l'attivazione degli ormoni.
l'ippocampo ha la forma di un cavalluccio di mare, ed è coinvolto soprattutto nelle funzioni della memoria e dell'apprendimento;
l'amigdala, a forma di mandorla, si ritiene sia implicata nella mediazione delle principali risposte emotive: la rabbia, lo stress, la paura, la reazione istintiva di lotta o fuga, l'istinto sessuale, il comportamento alimentare e il nostro tono dell'umore.
per ultimo, il midollo spinale, protetto dalla spina dorsale, è costituito da un fascio di nervi che si estende dal cervello e stabilisce delle connessioni tra questo e il resto del corpo. Il midollo spinale, e gli impulsi che vi passano attraverso, seguono un percorso sensoriale ascendente per tutte quelle informazioni provenienti da cellule specializzate, come i sensori nella pelle e i sensori che monitorano gli organi interni e un percorso sensoriale (motorio) discendente, per tutti quei segnali elettrici che partono dai nervi localizzati nel cervello fino a livelli specifici del midollo, dove poi i neuroni trasmettono gli impulsi a parti specifiche del corpo.
I disturbi mentali sono sindromi o condizioni psicologiche e comportamentali che deviano significativamente da quelle caratteristiche delle persone che godono di buona salute mentale.
Una causa frequente dei disturbi mentali è dovuta ad un alterato meccanismo dei neurotrasmettitori.
Quando la causa è un danno cerebrale, transitorio o permanente, si parla più precisamente di disturbo mentale organico (alterazioni del cervello), come ad esempio la demenza, che consiste in un deterioramento delle emozioni e delle funzioni mentali, in particolare la memoria e la capacità di apprendimento; un tipo di demenza molto diffuso è la malattia di Alzheimer; altri tipi di demenze sono la malattia di Pick, la demenza senile, e quelli da cause organiche primarie, come l'alterazione del sistema endocrino, processi infettivi (Aids, encefaliti), insorgenza di tumori).
Il DSM-IV (Diagnostic and Statistical Manual for Mental Disorders), oggi giunto alla quarta edizione, è un importante sistema di classificazione internazionale, adottato sia in ambito clinico che per motivi di ricerca.
Il limitato spazio di questa scheda tecnica non ci consente la descrizione delle classi dei vari tipi dei disturbi mentali e dei disturbi mentali organici; in assenza, possiamo però fornire qualche link: