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Daniela Perani* e Stefano Cappa**
*Istituto di neuroscienze e Bioimmagini CNR Università Vita Salute San Raffaele, Milano **Dipartimento di Neuroscienze, Università Vita Salute San Raffaele, Milano 1 - Concetti preliminari: la localizzazione delle funzioni del cervello Un po' di storia: la frenologia
I mass media riferiscono sempre più spesso delle scoperte attuali sul funzionamento del cervello, riportando delle immagini dove alcune parti della corteccia cerebrale sono indicate come la "sede" di funzioni complesse, come il linguaggio o la capacità di risolvere problemi. Da queste notizie si ricava l'impressione che la corteccia sia in un certo senso costituita da un mosaico di aree, ognuna responsabile di un aspetto diverso del funzionamento della mente. Questa idea ha un ben noto precursore: si tratta di Franz-Joseph Gall, il fondatore della frenologia, una pseudoscienza che ha goduto di una notevole popolarità tra il XVIII e XIX secolo. Oggi certamente sappiamo che il rapporto tra mente e cervello è molto più complesso; nonostante questo, uno dei concetti formulati da Gall, ovvero che il cervello non funzioni come una macchina omogenea in tutte le sue parti, ma sia composto di molteplici aree dotate di diverse specializzazioni, rimane valida ed è divenuta oggetto di studio scientifico. La scoperta di Broca L'inizio dello studio scientifico del rapporto tra cervello e funzioni psicologiche si fa abitualmente risalire a un’osservazione clinica fondamentale. Nel 1861, il neurologo e antropologo francese Pierre-Paul Broca descrisse un paziente che presentava un grave disturbo nella capacità di esprimersi attraverso il linguaggio, disturbo che non era attribuibile solamente a una difficoltà nel pronunciare le parole, ma che consisteva piuttosto in una compromissione della possibilità di tradurre i contenuti della mente in un messaggio verbale. Dopo la morte del paziente, l’esame autoptico condotto da Broca dimostrò la presenza di una lesione che distruggeva una parte del lobo frontale, nell'emisfero di sinistra. Sulla base di questa e altre osservazioni, in pazienti che presentavano disturbi del linguaggio simili a questo, Broca arrivò a formulare la teoria secondo cui quella specifica area del lobo frontale di sinistra era la "sede" del linguaggio umano. La teoria di Broca quindi stabiliva, sulla base di dati empirici, che una funzione mentale era localizzata nella corteccia cerebrale, e che questa localizzazione riguardava un solo emisfero, e precisamente il sinistro. Questa asimmetria funzionale tra i due emisferi venne presto messa in relazione con la preferenza manuale, dato che l'emisfero di sinistra controlla la metà destra del corpo, che è quella "dominante" nei soggetti destrimani. 2 - Le moderne tecniche di visualizzazione e lo studio del linguaggio Immagini del cervello
vivente L'osservazione di Broca servì da stimolo per una
massiccia mole di altri studi che ne condividevano l'impostazione
generale. Si cercavano infatti dei pazienti che, in seguito a una
malattia del cervello o a una lesione traumatica, presentassero un
disturbo di una funzione psicologica, come la
capacità di fare dei calcoli o di copiare un disegno. Se il disturbo si
associava a una lesione localizzabile mediante autopsia in una precisa
regione del cervello, l'ovvia conclusione era che quella funzione fosse
materialmente elaborata da quella regione. Questo tipo di studi è stato
molto facilitato, a partire dagli anni Settanta, dalla possibilità di
non dover aspettare la morte naturale del paziente per eseguire
l’autopsia; oggi è possibile eseguire un’ispezione anatomo-funzionale
del cervello del paziente ancora in vita con metodi di indagine
clinica, come la tomografia computerizzata o la risonanza magnetica
nucleare.
Un’ulteriore rivoluzione è derivata in anni recenti dalla disponibilità di metodi di indagine che consentono di studiare il funzionamento cerebrale in soggetti normali, impegnati nella esecuzione di compiti mentali differenti. In questo modo lo studio dei rapporti tra funzionamento cerebrale e processi cognitivi diventa molto più diretto. È infatti possibile decidere a tavolino quale aspetto del funzionamento della mente si vuole indagare e preparare un test psicologico adatto a studiare le modificazioni del funzionamento delle diverse aree cerebrali in conseguenza delle sollecitazioni imposte dal compito stesso. A questo scopo si usano metodiche come la tomografia a emissione di positroni e la risonanza magnetica funzionale. Il principio alla base di queste metodiche è che l'attività del cervello si associa a variazioni di differenti parametri fisiologici e biofisici che possono essere misurati in ciascun area. Di solito si misurano le variazioni differenziali locali del consumo di energia (metabolismo) o dell'afflusso di sangue, che sono dipendenti dalle variazioni di fabbisogno energetico nelle aree cerebrali più coinvolte in un determinato compito mentale, o addirittura in un sottostadio preciso di un compito complesso. Esistono tuttavia numerose altre possibilità, come quella di misurare la concentrazione delle sostanze chimiche mediante le quali le cellule dialogano tra di loro (i neurotrasmettitori) Broca aveva ragione! Vediamo per esempio cosa queste tecniche ci hanno
consentito di scoprire a proposito dell'area individuata da Broca nel
XIX secolo (cioè quella che lui chiamava la "sede del linguaggio
articolato"). In linea di massima, le ricerche recenti hanno confermato
e precisato le sue teorie: quella che è oggi nota col nome di area di Broca nel lobo frontale di
sinistra dei destrimani si "accende", ovvero si attiva, non solamente
quando parliamo, ma durante qualsiasi compito linguistico compresa la
lettura; una attivazione di minore entità è tuttavia presente anche
nella regione corrispondente dell'emisfero di destra. Questa asimmetria
si inverte in una certa percentuale di soggetti mancini.
Gli studi di visualizzazione dell’attività del cervello in vivo (o di neuroimmagine) non si limitano a confermare quanto già sapevamo dallo studio delle lesioni, ma ci consentono di mettere alla prova dei fatti ipotesi più sofisticate. Per esempio, spesso i pazienti con un disturbo acquisito del linguaggio (detti appunto "afasici") hanno particolare difficoltà negli aspetti morfologici e sintattici del linguaggio: ovvero commettono errori nell'uso delle particelle grammaticali, o nella comprensione di frasi con una struttura complessa. Con la tomografia a emissione di positroni è stato possibile dimostrare che una piccola parte dell'area di Broca è essenziale per elaborare questi aspetti fondamentali del linguaggio. Cosa succede nel
cervello dei poliglotti Molte persone sono in grado di parlare e comprendere
più di una lingua: i metodi di neuroimmagine hanno consentito di
studiare direttamente una difficile questione riguardo ai processi di
acquisizione del linguaggio. Le aree che sono responsabili dell’uso
della prima lingua, per esempio l'italiano, sono le stesse che
utilizziamo quando parliamo una lingua straniera come l’inglese? La
risposta in sé è complessa, ma in generale tutto dipende dal livello di
padronanza della lingua straniera. Se sappiamo l'inglese molto bene, le
aree che si attivano mentre ascoltiamo una storia sono le stesse che si
osservano per l'italiano. Se la nostra padronanza è minore,
l'attivazione cerebrale è più limitata: in particolare alcune aree,
come la parte anteriore del lobo temporale,
si attivano solo per la lingua materna (in questo caso l'italiano).
4 - Osservare in vivo i processi reattivi del cervello alle lesioni Cosa succede se il cervello è danneggiato
Abbiamo visto che l’analisi del rapporto tra cervello
e funzioni cognitive inizia con lo studio dei pazienti che, in seguito
ad una lesione, presentano dei deficit. I metodi di neuroimmagine ci
consentono anche in questo caso di aprire nuove prospettive di
indagine, poiché grazie a esse possiamo indagare come il cervello si
riorganizza dopo una lesione. Spesso infatti i pazienti migliorano
sensibilmente, e ciò avviene sia in modo spontaneo che grazie alla
riabilitazione. La plasticità
cerebrale Gli studi di neuroimmagine hanno consentito di
esaminare in vivo la rappresentazione funzionale delle mappe
sensorimotorie contenute nel cervello, e come queste si possono
modificare grazie all’esercizio. È possibile cioè dimostrare
l’attivazione di diverse componenti della mappa motoria per movimenti
selezionati della mano, del braccio o della gamba. Con la Tomografia a
emissione di positroni e la Risonanza magnetica funzionale si è visto
che è possibile modificare queste mappe addirittura con un semplice
esercizio motorio di pochi minuti! Apprendere una sequenza motoria
delle dita sempre più complessa ed eseguirla in modo rapido e preciso
determina, per esempio, un allargamento della mappa funzionale della
mano. Un altro esempio di plasticità è offerto dall’osservazione,
consentita dalle medesime tecniche, che l’estensione della corteccia
sensorimotoria della mano nel cervello di suonatori esperti di
strumenti a corda è maggiore rispetto a quella osservata in soggetti
normali.
Ringraziamenti Molte delle immagini che accompagnano questo contributo sono state ottenute con studi eseguiti presso il reparto di Medicina Nucleare dell'Istituto Scientifico San Raffaele, Istituto di Neuroscienze e Bioimmagini CNR, diretto dal Prof. Ferruccio Fazio. Hanno collaborato a tali studi, tra gli altri, Andrea Moro, Tatiana Schnur, Paola Scifo e Marco Tettamanti. Bibliografia |
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