Immagine 2 Tweet Cervello con Alzheimer
Traduzione Immagine 2: Questa è limmagine di un cervello di un ratto modificato con Alzheimer: in rosso si possono osservare le placche tossiche della proteina amiloide e in marrone i grovigli di proteina Tau (marroni).
Sebbene fino a questo momento lo studio del cervello sia stato considerato statico e invariabile nel tempo, questidea è lontana dalla realtà. Infatti, nello sviluppo del cervello si possono distinguere due stadi ben definiti, prima e dopo la nascita, e, a differenza di quanto accade in altre specie, il cervello umano al momento della nascita si sta ancora formando ed è incompleto. Questo significa che è meno indipendente e che richiede cure e protezione per un tempo più lungo.
Lo sviluppo neurale è già osservabile a partire dalle quattro settimane di gestazione, da lì inizia un processo accelerato di formazione di nuove cellule, la loro migrazione, la differenziazione e la specializzazione, per poi stabilire successivamente le interconnessioni assoniche tra loro (Portellano, 2000).
Il sistema nervoso si sviluppa dal tubo neuronale dove, intorno alla quarta settimana di gestazione, si divide in tre vescicole del cervello, il romboencefalo, il mesencefalo e il proencefalo.
A cinque settimane di gestazione, le cinque vescicole da cui si svilupperà il cervello si sono già formate, dividendo il romboencefalo in metencefalo (ponte e cervelletto) e mielencefalo (tronco encefalico o bulbo). Il mesencefalo darà origine al peduncolo cerebrale e a quattro collicoli, due superiori legati alla vista e due inferiori legati alludito. Il proencefalo sarà diviso in due, il diencefalo (talamo, ipotalamo, subtalamo, epitalamo e terzo ventricolo) e il telencefalo (emisferi cerebrali).
A tre mesi di gestazione, il sistema nervoso è già sufficientemente formato per esprimere i primi riflessi di base, come muovere le articolazioni.
A quattro mesi, gli occhi e le orecchie sono già formati e il bambino può reagire a luci e suoni esterni.
A cinque mesi iniziano i primi movimenti controllati.
A sei mesi si verifica un rallentamento nella formazione di nuovi neuroni e invece aumenta il processo di interconnessione tra di loro, formando il primo semplice apprendimento, ad esempio, labitudine, dove non vengono più curati gli stimoli ripetitivi.
Nonostante il cervello non finisca di svilupparsi allinterno dellutero, è stato dimostrato come il bambino sia in grado di catturare le differenze di stimoli, sia visivi che uditivi, e, attraverso questi, gli si può insegnare.
Tuttavia, si deve comprendere quanto sia limitato il processo, perché i circuiti neuronali non sono consolidati, nonostante nei neonati siano stati osservati alcuni cambiamenti nellattività elettrica cerebrale a fronte di determinati stimoli presentati mentre sono nellutero. Quando vengono confrontati i bambini esposti con quelli non esposti a determinati stimoli, si mostra lapprendimento.
LUniversità di Helsinki (Finlandia) (Partanen et al., 2013) ha condotto uno studio al riguardo, che ha studiato 33 donne in gravidanza, metà delle quali sono state ripetutamente costrette ad ascoltare una pseudo-parola, cioè una parola inventata durante il giorno, che non esiste nella loro lingua, mentre laltra metà non ha sentito nulla di nuovo.
Dopo la nascita, il bambino è stato valutato utilizzando lelettroencefalogramma, che valuta lattività elettrica del cervello. Si è scoperto che i bambini del primo gruppo erano in grado di riconoscere le pseudoparole, il che indicherebbe una certa capacità di apprendimento e memoria. Quindi, da questo studio si afferma limportanza della stimolazione precoce nello sviluppo cognitivo, anche prima della nascita, durante la gestazione.
Dopo la nascita e grazie alla stimolazione ambientale, cè un enorme aumento delle connessioni sinaptiche tra i neuroni, raggiungendo la loro massima espressione dopo 6 mesi.
Allanno di vita, il bambino ha quasi il doppio delle connessioni di un adulto, collegando strutture e aree quasi senza alcun tipo di ordine, che andranno perse per mancanza di pratica, grazie al fenomeno dellapoptosi o morte neuronale programmata. Tutti quei neuroni che non hanno connessioni forti tenderanno a scomparire, trattenendo solo quelli che sono utili in base allesperienza e allapprendimento, producendo un assottigliamento corticale. Il meccanismo di apoptosi non è esclusivo dei neuroni (@CienciaDelCope, 2020) (vedi Immagine 3).
Immagine 3 Tweet Apoptosi per COVID-19
Traduzione Immagine 3: Spettacolare immagine presa da un microscopio elettronico a scansione di particelle di coronavirus SARS-CoV-2 (in rosso) sopra la superficie di una cellula in stato di morte programmata (apoptosi) estratta da un paziente con #COVID-19.
Tecniche di studio
Per quanto riguarda la classificazione delle tecniche di analisi del cervello per arrivare alla loro comprensione, è possibile distinguere tra tecniche invasive e non invasive. Le prime sono quelle che richiedono un intervento diretto a livello cerebrale, cosa che in passato era una pratica usuale, ma che viene interrotta ogni giorno per lo sviluppo di tecniche non invasive, evidenziando tra le prime:
- Chirurgia stereotassica, basata sulla mappatura delle strutture cerebrali.
- Elettrocorticogramma, costituito dallintroduzione di elettrodi sotto il cuoio capelluto, per una localizzazione più accurata dellattività elettrica neuronale.
- Metodi dannosi, in cui una struttura o unarea è parzialmente o totalmente danneggiata per potere studiare linfluenza sul comportamento dellindividuo.
- Stimolazione elettrica, dove vengono trasferiti impulsi deboli che aumentano i segnali dei neuroni vicini allelettrodo, mostrando schemi comportamentali o quelli delle lesioni.
- Intervento farmacologico, in cui vengono somministrati dei farmaci per controllare gli effetti sul cervello e sul comportamento. Questi possono causare danni chimici selettivi, attraverso luso di neurotossine, o influenzare funzioni specifiche, attraverso lintervento su specifici neurotrasmettitori o recettori.
- Intervento genetico, cioè si tratta di eliminare o sostituire i geni per osservare gli effetti che provocano a livello neuronale e comportamentale.
- Le tecniche non invasive, invece, sono quelle che consentono di fare inferenze attraverso valutazioni, senza la necessità dintervenire direttamente nel cervello della persona.
- Tomografia assiale computerizzata o scansione cerebrale, che consente di estrarre ai raggi X immagini tridimensionali del cervello in sezioni orizzontali.
- Risonanza magnetica, che fornisce immagini ad alta risoluzione dagli atomi di idrogeno attivati dalla radiofrequenza.
- Risonanza magnetica pesata in diffusione, attraverso la quale è possibile determinare la trattografia a livello cerebrale, potendo ottenere indici quali anisotropia fattoriale e diffusività media.
- Risonanza magnetica funzionale, in cui si osserva la variazione del flusso di ossigeno nel sangue nelle aree attive del cervello.
- Tomografia ad emissione di positroni, in cui lattività cerebrale viene osservata attraverso un reagente che viene somministrato per via endovenosa.
- Elettroencefalografia, che valuta lattività elettrica del cervello a livello del cuoio capelluto mediante elettrodi.
- Tomografia ad emissione di positroni, in cui lattività cerebrale viene osservata attraverso un reagente che viene somministrato per via endovenosa.
- Elettroencefalografia, che valuta lattività elettrica del cervello a livello del cuoio capelluto mediante elettrodi.
- Magnetoencefalografia, che valuta i campi magnetici delle correnti elettriche (@fisicagrel, 2020) (vedi Immagine 4).
Allo stesso modo, si può fare una distinzione tra tecniche cerebrali dirette e indirette: le prime sono quelle che lavorano direttamente con il cervello, utilizzando metodi invasivi o non invasivi, cioè si riferiscono a tutte le tecniche discusse nella sezione precedente.
Daltra parte, le tecniche indirette tengono conto del funzionamento del cervello senza la necessità di osservazione diretta o inferenziale, e non tanto per le strutture cerebrali. Cioè si tratta di studiare le prestazioni in diversi compiti, e attraverso esse è quindi possibile controllarne il funzionamento cognitivo.
Immagine 4 Tweet sulla Magnetoencefalografia
Traduzione Immagine 4: Leffetto Josephson è la base degli SQUIDS (dallinglese Superconducting Quantum Interference Devices, in italiano Dispositivo Superconduttore ad Interferenza Quantistica), che usiamo per misurare i campi magnetici molto molto piccoli. Gli SQUIDS si usano, per esempio, nella magnetoencefalografia, tecnica non invasiva che registra lattività funzionale cerebrale.
Valutazioni che diventano essenziali, quando le tecniche dirette non forniscono informazioni chiare al riguardo, come accade nei primi stadi di alcune malattie neurodegenerative, come lAlzheimer (Ocaña Montoya, Montoya Pedrón, & Bolaño Díaz, 2019).
Alcune di queste tecniche sono generiche, in termini di esplorazione di problemi neurologici, mentre altre cercano di verificare se cè stato o meno un deterioramento in alcune funzioni cognitive, siano esse attenzione, memoria o linguaggio, come ad esempio con il test di Stroop.
Per quanto riguarda il Test del colore e della parola, va notato che è uno dei test più utilizzati per la rilevazione dei problemi neuropsicologici, dei danni cerebrali e per la valutazione delle interferenze.
Daltro canto, lo Screening del Declino Cognitivo in Psichiatria è un breve test volto a valutare la presenza di deficit cognitivi che si presentano più frequentemente negli adulti con qualche tipo di disturbo psichiatrico: memoria, attenzione, funzioni esecutive e velocità di elaborazione.
Anatomia del cervello
Per affrontare largomento del cervello, è necessario capire di quali parti è composto e come funziona. Quindi, la prima cosa da indicare e spiegare è che ci sono termini che vengono usati in modo colloquiale, ma che non sono simili anatomicamente. È per questo che di solito parliamo indistintamente di testa, di cervello o di encefalo, che per qualsiasi altra area è adeguata e corretta, ma allinterno delle neuroscienze è necessario distinguerle. Il cervello è suddiviso in tronco cerebrale, cervelletto, diencefalo e cervello, che insieme al midollo spinale costituiscono il sistema nervoso centrale. Il sistema nervoso periferico, è formato dai nervi e quindi nasce dal primo.
Per quanto riguarda il tronco encefalico, è composto da tre parti: il midollo allungato (dove si regolano la funzione respiratoria, il diametro vascolare e il battito cardiaco, oltre al singhiozzo, la tosse o il vomito); il rigonfiamento (partecipa alla regolazione della respirazione); e il mesencefalo (contiene la sostanza nera e partecipa alla regolazione dellattività muscolare); 10 paia o nervi cranici lasciano il tronco, fornendo le strutture della testa. La formazione reticolare da parte sua mantiene lattenzione e la vigilanza.
Il cervelletto è responsabile della coordinazione motoria fine e grossolana, oltre a partecipare alla postura, allequilibrio e al tono muscolare.
Il diencefalo si divide in talamo (responsabile dellintegrazione dellinformazione, della coscienza, dellapprendimento, del controllo emotivo e della memoria) e ipotalamo (regola il comportamento e le emozioni, la temperatura corporea, la sete e la fame, il ritmo circadiano e gli stati di coscienza, la secrezione dellormone ipofisario e la regolazione del sistema nervoso autonomo).
Il cervello, è dove si sviluppano le funzioni cognitive, le decisioni consapevoli, lapprendimento relazionale o il linguaggio.
Per quanto riguarda lo sviluppo della localizzazione delle funzioni, nei bambini, cè unattività cerebrale meno localizzata, mentre negli adulti è distribuita tra i due emisferi, poiché lesperienza specializza in modo graduale le aree ed i circuiti di elaborazione di determinati tipi di informazioni o lo svolgimento di determinate funzioni.
Le aree coinvolte nelle sensazioni sono le prime a maturare, seguono quelle del controllo del movimento, ed infine quelle della progettazione e del coordinamento del sistema.
Sulla base delle strutture visibili, nel XIX secolo è emerso un movimento che ha cercato di mettere in relazione le sporgenze del cranio con alcune caratteristiche della personalità chiamate frenologia.
Allo stesso modo, gli antecedenti del localizzazionismo hanno dato origine allidea che la dimensione della testa fosse associata a questa funzione, affermando che un volume cranico maggiore coincidesse con maggiore capacità. Una teoria di cui si è occupata anche la psicologia comparata, una branca dedicata allanalisi delle somiglianze e delle differenze degli esseri umani con altre specie viventi.
Così si è capito che quelle specie con un cranio più grande dovrebbero essere più preparate e adattate ai loro ambienti, a causa, per esempio, della facilità nei processi di attenzione, di percezione o di mnemonica.
Tutto questo sembrava essere confermato nellaspetto, a causa dellevoluzione dei resti ossei degli antenati delluomo, che indicavano chiaramente un aumento delle dimensioni del cranio, dallAustralopithecus allHomo Sapiens, in quella che è stata chiamata encefalizzazione (Cofran, 2019).
Estrapolando questa visione al mondo animale, si è giunti a considerare che le specie con un cranio più grande di quello umano, dovrebbero avere capacità o abilità maggiori di questa, come nel caso di animali come lelefante, considerato il mammifero terrestre con il cervello più grande, tenendo conto del coefficiente di encefalizzazione (@errezam, 2020) (vedi Immagine 5).
Immagine 5 Tweet Coefficiente di Encefalizzazione
Traduzione Immagine 5: Basta vedere che il coefficiente di enceflizzazione è sotto la linea di tendenza, cioè, in mezzo al regno animale. I leoni, per la dimensione del loro corpo, hanno un cervello piccolo.
Teoria che è stata parzialmente convalidata, grazie a nuove tecniche non invasive utilizzate dalle neuroscienze, come per esempio, attraverso la registrazione dellattività elettrica cerebrale, attraverso immagini del tensore di diffusione o attraverso la risonanza magnetica funzionale.
Pertanto, è stato osservato che limportanza non sta tanto nella dimensione del cranio o del cervello, ma nella densità della corteccia cerebrale, chiamata anche materia grigia, cioè maggiore è il numero di neuroni cerebrali, maggiore è lintelligenza. Dati contrastati grazie allutilizzo della tecnica morfometrica basata su voxel (Frangou, Chitins, & Williams, 2004).