Il SISTEMA NERVOSO

Il sistema nervoso nell’uomo

Fig.1-1 Il sistema nervoso nell’uomo

Il cervello

Per capire la coscienza dobbiamo capire come funziona il cervello a partire dalla sua architettura, il suo sviluppo e le sue funzioni dinamiche. Anche se siamo ben lungi da una comprensione completa, quanto già sappiamo ci permette di formulare delle ipotesi e delle teorie che trovano riscontro nella realtà.Il cervello umano adulto pesa intorno ai 1300 grammi e contiene circa   100 miliardi (100.000.000.000) di cellule nervose o neuroni.Ciascuno di questi neuroni può essere collegato fin anche a 10.000 altri neuroni portando il numero dei possibili circuiti neurali a cifre iper astronomiche. Un 10 seguito da una coda di un milione di zeri. Iper astronomiche in quanto si calcola che nell’universo conosciuto esiste un numero di particelle pari a 10 seguito da 79 zeri.

Nella figura sono evidenziate le strutture principali dell’encefalo umano:

fig. 1-2 Il Cervello

Il Midollo spinale svolge due ruoli: Integra i segnali provenienti dagli stimoli sensoriali e li convoglia all’encefalo, e da questo riceve e conduce i segnali per le varie attività motorie e non.

Fig 1 – 3 Midollo spinale e riflessi segmentali  La sostanza grigia al centro del midollo spinale dalla caratteristica forma a farfalla contiene contiene i pirenofori delle cellule associative e motorie.La sostanza bianca periferica contiene i relativi assoni. I neuroni sensoriali hanno i rispettivi pirenofori localizzati esternamente. a) Il riflesso rotuleo rappresenta un modello semplice di circuito spinale che coinvolge teoricamente solo due neuroni uno sensoriale e uno motorio. b) La maggior parte dei circuiti riflessi coinvolge almeno una cellula associativa che coordina i rapporti fra  afferenze sensoriali e efferenze motorie. Le cellule associative possono raggiungerei motoneuroni dei muscoli antagonisti a quelli attivati esercitando un effetto inibitorio.

Il tronco cerebrale composto da:

Il Romboencefalo con il Ponte e il Bulbo controlla l’omeostasi, e cioè il mantenimento automatico e inconscio delle funzioni del corpo. Il Bulbo controlla in via riflessa numerose funzioni quali per esempio, il ritmo cardiaco la respirazione, il vomito, la digestione e la deglutizione.
Il cervelletto controlla a livello inconscio la coordinazione dei movimenti e la posizione corretta del corpo nell’ambiente servendo anche da tramite per le attività motorie originate nella corteccia encefalica. Se per esempio una parte del corpo si muove con una attività volontaria, il cervelletto assicura che altre porzioni dell’organismo siano interessate in modo involontario automatico affinché l’equilibrio del corpo non ne sia alterato.

Il Mesencefalo con l’Ipotalamo e l’Ipofisi  Riceve e integra funzioni sensoriali diverse e le proietta al prosencefalo.

Il prosencefalo

Il Diencefalo con il Talamo vaglia e smista tutte le informazioni dirette alle strutture superiori.  L’Ipotalamo  è uno dei centri fondamentali per i dispositivi di mantenimento dell’omeostasi e per il rilascio di sostanze dette neuromodulatori che influenzano l’attività neurale.

Il telencefalo  comprende il corpo calloso il cervello e la corteccia cerebrale.

La Corteccia cerebrale  rappresenta la più voluminosa e complessa porzione dell’encefalo umano e , d’altra parte, anche la struttura encefalica dei vertebrati che ha subito i maggiori cambiamenti nel corso dell’evoluzione. La corteccia umana, cosi complessamente convoluta presenta una superficie di 0,5 m2 e risulta suddivisa in cinque lobi, quattro dei quali riconoscibili dalla figura della sua rappresentazione esterna. Essa, come gran parte dell’encefalo, presenta una simmetria bilaterale e i due emisferi sono connessi da una spessa banda di fibre neurotiche che costituiscono il corpo calloso.La corteccia cerebrale contiene aree sensoriali e motorie coinvolte nell’elaborazione diretta dei segnali provenienti da varie sorgenti. Altre aree definite associative svolgono rilevanti funzioni di integrazione.Nelle aree sensoriali e motorie si riconoscono mappe (zone) a mosaico che corrispondono a diverse regioni del corpo e tanto più estese quanto sono più complicate le attività sottese. Per esempio le aree delle mani sono più estese di quelle preposte alla gestione dell’intero tronco.

Il Neurone

Fig. 1-4 Un neurone confrontato con un microprocessore. Questa microfotografia mostra l’insolita sovrapposizione di due strutture integratrici. Quella alla base dei computer e quella alla base del sistema nervoso. Una cellula nervosa è stata prelevata dalla sua sede naturale ed è stata mantenuta in coltura sopra una CPU

I neuroni sono cellule specializzate che hanno la caratteristica di essere strettamente connesse fra loro con estroflessioni della membrana esterna specializzate nel ricevere informazioni: i dendriti, anche migliaia, e l’assone, unico per ogni neurone ma con numerosissime ramificazioni che si collegano ai dendriti di neuroni anche molto lontani, dai micron ai metri!Il trasferimento dell’informazione è di tipo elettrochimico sia lungo l’assone che nelle sinapsi. Così sono chiamate le zone di contatto fra le ramificazioni assonali e le dendriti. Il trasferimento dell’informazione prende la forma di scariche  che si propagano e si ripetono in tempi variabili tra le decine e le centinaia di millisecondi (centesimi e decimi di secondo), eppure il cervello, vedremo come fa ed è affascinante, di gran lunga supera in risultati i più veloci e moderni elaboratori che lavorano a frequenze anche un milione di volte superiori.Disperse tra i neuroni vi sono le glia cellule specializzate a sostenere e a nutrire i neuroni.La struttura delle connessioni è diffusissima labirintica, enorme e la sua potenza è amplificata nelle possibilità, dall’azione di sostanze chimiche: i neurotrasmettitori e i neuromodulatori nonché i relativi recettori che controllano la soglia di risposta dei neuroni in maniera straordinariamente complessa e variabile, fino a modificarne l’anatomia stessa delle connessioni. Proprietà questa che sta alla base dell’apprendimento

Organizzazioni strutturali

Abbiamo per grandi linee elencato le varie parti del cervello. Ora cercheremo di inquadrarne la loro organizzazione strutturale reciproca.La prima struttura è quella talamocorticale. Il talamo riceve i segnali sensoriali, la corteccia cerebrale con i suoi sei strati specializzati li elabora.Tutte e due le regioni sono suddivise in un gran numero di aree funzionali separate e collegate strettamente fra loro (talamo e corteccia)

Fig. 1- 5 Collegamenti della struttura talamocorticale

Queste aree sono assemblate in forma di mappe specializzate e organizzate a cascata per l’elaborazione degli stimoli in cui sono specializzate. Esistono centinaia di aree talamocorticali specializzate per funzione, e ciascuna contiene decine di migliaia di gruppi neuronali collegati fra loro: Alcune sono specializzate nella risposta agli stimoli, altre nella pianificazione e esecuzione delle azioni, altre nella risposta a stimoli visivi, a stimoli auditivi, oppure specializzate nei dettagli dei segnali in arrivo e delle loro proprietà astratte ivi compreso il linguaggio e le varie attività di pensiero.Questi milioni di gruppi neuronali sono collegati da un immenso assieme di connessioni reciproche convergenti o divergenti che permette loro di essere costantemente in relazione pur conservando, ciascun gruppo, la sua specialità funzionale.Nel complesso si intravede come l’organizzazione della trama talamocorticale possa integrare contemporaneamente numerosi gruppi specialisti in una risposta unificata.

Fig. 1-6 Catene unidirezionali

Il cervelletto è specializzato nella coordinazione e sincronizzazione del movimento e in alcuni aspetti del pensiero e del linguaggio, le connessioni con le aree talamocorticali sono unidirezionali, parallele e rientranti attraverso il talamo.Un'altra struttura collegata alla corteccia è quella dei gangli di base che consiste in un insieme di grossi nuclei situati nelle parti profonde del cervello e che è implicata nella pianificazione di complessi atti motori e cognitivi. Anche essi sono interessati da un sistema di connessioni con la corteccia simile al precedente.La terza appendice è l’ippocampo che riceve segnali da molte aree corticali li elabora e ne rimanda il risultato alle aree stesse. L’ippocampo è probabilmente coinvolto in molte funzioni e comunque si sa che svolge un ruolo primario nel consolidare al livello della corteccia cerebrale la memoria a breve termine in memoria a lungo termine.Tutte queste connessioni hanno una architettura che differisce da quella talamocorticale in quanto sono unidirezionali non reciproche, formano lunghi anelli e non sono connesse orizzontalmente fra loro.  Queste caratteristiche sembrano essere specializzate a eseguire con velocità e precisione, una varietà di procedure motorie e cognitive la maggior parte quanto mai isolate una dall’altra in senso funzionale,.

Fig. 1- 7  Struttura a ventaglio

Tali nuclei hanno nomi strani e difficili: Loco Ceruleus noradrenergico, nucleo del rafe serotoninergico, nuclei dopaminergici ecc.

Tutti comunicano diffusamente con ampie zone del cervello e attivano il rilascio dei neuromodulatori: sostanze chimiche che influenzano l’attività dei neuroni e fanno variare la forza delle sinapsi dei circuiti neurali.

Questi neuroni sembrano attivarsi ogni volta che succede qualcosa di speciale importante, saliente, un rumore, un lampo di luce, un dolore una soddisfazione fisica e probabilmente anche psichica, e hanno un importante effetto sull’apprendimento, che, come vedremo è una evoluzione, una modifica delle sinapsi. Questa struttura è chiamata L’assieme dei sistemi di valore.

Raffronti con gli elaboratori

Tempo fa c’era la convinzione di poter imitare l’intelligenza del cervello, intendiamoci, anche del più modesto insetto, con il computer, ma come ci si mise all’opera, malgrado si fosse supportati da una potenza di elaborazione sempre maggiore, ci si accorse che l’approccio con una serie anche enorme di istruzioni non portava risultati in quella che è definita la categorizzazione percettuale.

Macchina di Von Neuman     E cioè così funzionano gli eleboratori

	Prendere una istruzione dalla memoria. Prendere i dati richiesti dalla istruzione Eseguire l’istruzione Mettere il risultato in memoria andare all’istruzione successiva
Fig. 1- 8 Funzionamento della CPU (Central processing unit)

Con “categorizzazione percettuale” si indica la capacità di tirare fuori per esempio da una fotografia il concetto che stiamo vedendo una mucca, qualsiasi sia la sua razza il suo colore e la sua posizione e la posizione dell’occhio che la vede
Constatato l’insuccesso, gli scienziati si sono messi a studiare il cervello per carpirne le differenze e imitarlo. Si sente parlare di reti neuroniche. Ne siamo ben lontani dal punto di vista dell’hardware, sia in qualità di funzioni, che in dimensioni, che in miniaturizzazione, ma si è cominciato a imitarle sfruttando la potenza di calcolo degli elaboratori e si è carpita la logica funzionale che la natura, l’evoluzione, ha privilegiato per ottenere giustappunto la caratterizzazione percettuale che sta alla base di qualsiasi elaborazione e reazione al mondo esterno. Mondo che entra attraverso i sensi, siano essi anche una telecamera, un microfono, o un sensore di odori,ecc..
Questa logica funzionale è affascinante perché è al tempo semplice e comprensibile e estremamente potente grazie all’interazione di quei: 100 miliardi di neuroni, ciascuno con le sue migliaia di sinapsi, e dall’effetto delle connessioni locali e distanti specializzate e non.Per fare un paragone, si potrebbe pensare alle teste di questo mondo, ma sono solo 5 0 6 miliardi, come neuroni, e all’evoluzione, istante per istante dell’umanità sempre più  globalmente connessa.È chiaro che pensare di poter descrivere nel dettaglio intricatezza e funzionalità di questa massa biologica è impossibile. Tuttavia tanti aspetti funzionali si cominciano a chiarire e soprattutto si è chiarito, e si cerca di imitare, la logica funzionale alla base della categorizzazione percettuale.E proprio questa cercheremo di spiegare nella sua più semplice essenza.