di Francesca Romana Fantetti
“Ho fatto visita a Crick nel luglio 2004. Nel salutarmi , mi ha bisbigliato in tono da cospiratore: È il claustro, Rama, il segreto sta lì. Una settimana dopo è morto”. Questo è quanto ha riferito il neuroscienziato Vilayanur Ramachandran.
Francis Crick, dopo avere preso il premio Nobel per la scoperta della struttura ad elica del DNA portando l’umanità alle soglie del significato della vita, ha dato una profonda svolta ai suoi studi dedicandosi allo studio del cervello. Ciò per arrivare fino all’essenza della persona, la sua vita mentale.
La coscienza non è osservabile direttamente e Crick, insieme al neuroscienziato Christof Koch, ha adottato un determinato metodo scientifico per l’indagine, che non è semplice e provo qui a riassumere. Hanno adottato il concetto di “correlato neurale” vale a dire lo stato di un insieme di neuroni cioè un insieme minimo di eventi neuronali che dà vita ad un dato aspetto della percezione cosciente. In altre parole quando la nostra coscienza si esprime dentro di noi si attivano, quelli sì fisicamente e riscontrabili scientificamente, determinati insiemi di neuroni . Specificamente Crick e Koch hanno osservato il modo in cui il cervello fa sì che l’informazione elaborata simultaneamente in diverse aree della corteccia cerebrale produce una percezione unificata, continua e corrente. Presero un gruppetto di gatti e sperimentarono la cosa scoprendo che la visione cosciente di un’immagine è legata ad una attività elettrica sincronizzata del cervello. Quindi ipotizzarono che il cervello sia conformato in maniera tale che i circuiti neurali , distanti gli uni dagli altri, che processano ed elaborano una percezione, sono uniti funzionalmente nell’attivare i loro potenziali elettrici con perfetta sincronia, sotto forma di oscillazioni “di 40 herz” (in seguito si è scoperto che si va dai 35 ai 75 hertz). Si tratta di una attività elettrica i cui massimi e minimi si ripetono tra 35 e 75 volte al secondo. Poco dopo i due scienziati abbandonarono l’idea che quel tipo di oscillazione fosse correlato con la coscienza. A meno cioè che non si voglia ammettere che la coscienza umana sia qualcosa di più profondo e “basilare” della sola consapevolezza attiva umana , è stato provato infatti che ci sono stati di incoscienza nei quali si produce lo stesso tipo di sincronizzazione – quando si dorme senza sognare o si è sotto anestesia – e si è visto che a volte addirittura quella sincronizzazione si intensifica. Si è visto anche che è possibile percepire consapevolmente delle immagini senza che si verifichi quella sincronizzazione che si produce solo con determinati stimoli visivi ma non con altri , comprese alcune immagini molto comuni.
Crick e Koch nel 2003 hanno ipotizzato che gli stati coscienti emergano da coalizioni di neuroni che si rinforzano competendo tra loro per rappresentare gli stimoli sensoriali ricevuti in modo che la coalizione “vincitrice” costituisca il contenuto della coscienza che sarà successivamente rimpiazzata” da nuove coalizioni più adeguate a nuovi stimoli.
Il correlato neurale della coscienza cioè coinvolge una attività di cooperazione tra i neuroni di corteccia, talamo e altre strutture cerebrali. Con l’arrivo delle nuove tecniche di visualizzazione dell’attività neuronale, è stato possibile mettere in relazione diretta il cervello con gli stati di coscienza e trovare i relativi correlati neurali. Così si è provato che il cervelletto , se leso, causa problemi di coordinazione dei movimenti ma non è danneggiato lo stato di coscienza del lesionato. I danni al tronco encefalico – cioè la parte in cui il midollo spinale si congiunge al cervello – priva completamente di coscienza le persone, lasciandole in coma o in uno stato vegetativo permanente. Si è giunti quindi ad un primo punto fermo : 1. Il sistema talamo-corticale è un punto chiave nel divenire della coscienza.
Il talamo è una struttura formata da neuroni situata all’interno del telencefalo molto interconnessa con la corteccia a cui invia segnali sensoriali e che interviene nello stato di veglia e di sonno. Le lesioni che colpiscono la coscienza sono solitamente quelle della corteccia e della sostanza bianca che connette regioni non contigue della corteccia e che spesso interessano il talamo. Al contrario le lesioni subite dagli altri componenti del cervello – ad esempio l’ippocampo o i gangli basali – non sembrano avere effetti negativi sulla coscienza. Non ci sono punti specifici della corteccia le cui lesioni siano in grado di annullare la coscienza , tranne un piccolo componente cerebrale ad essa associato, il claustro.
Ci sono persone cui è stata rimossa la parte di cervello più vicina alla fronte – corteccia prefrontale – da entrambi gli emisferi cerebrali e sono rimaste perfettamente coscienti sebbene con alterazioni del comportamento di cui la corteccia prefrontale è responsabile.
La comprensione dei circuiti neurali sarà chiarita e compresa quando tutto il sistema neuronale e le sue connessioni – connettoma- sarà stato decifrato.
Nel 2004 Francis Crick ha sostenuto che il claustro è particolarmente vincolato alla coscienza.
Il claustro è una lamina cellulare di forma allungata , fine e irregolare, situata sotto la neocorteccia. È circondato da tutti i lati da materia bianca , ovvero fasci di assoni che interconnettono le regioni corticali tra loro e con altre regioni del cervello. I claustri – ce ne sono due, uno per ogni emisfero – si trovano sotto la regione insulare della corteccia , che sta sotto la tempia, sotto le orecchie. Ognuno costituisce una sorta di grande stazione centrale neuronale a cui inviano fibre nervose quasi tutte le regioni della corteccia. Nei topi e nei ratti si osserva una vistosa asimmetria: ogni claustro riceve segnali da entrambi gli emisferi ma li rimanda soltanto alla corteccia superiore del proprio emisfero. Al momento non si s a se nel cervello umano succeda lo stesso. Un secondo punto fermo è dunque: 2. Siamo dotati di coscienza ma non siamo ancora in grado di formulare una teoria empirica della coscienza.
Il cervello è una entità che elabora informazioni, pertanto deve contenere in sè informazioni a riguardo, per dare corso ad una esperienza soggettiva interiore.
Riguardo ció sono state formulate tre teorie: A. La teoria dell’informazione integrata, formulata dal neuroscienziato italiano Giulio Tononi cui ha aderito Christoph Koch, secondo cui gli stati coscienti , integrando una grande quantità di dati sensoriali e cognitivi , contengono un livello molto elevato di informazioni. Mano a mano che l’informazione si va intessendo con svariate forme di complessità crescente, si giunge alla coscienza. La quantità di informazioni possedute corrisponde, secondo tale teoria, al livello di coscienza. La perdita di coscienza, in caso di stato vegetativo o durante il sonno, comporta una perdita della capacità del cervello di integrare le informazioni. B. L’ipotesi del nucleo dinamico enunciata nel secolo scorso dal premio Nobel statunitense Gerald M.Edelman che sostiene che la coscienza è frutto di un processo neurale specifico – cosiddetto rientro (dalle zone prime di elaborazione fino alle zone primarie ) – che legherebbe aree distanti del talamo e della corteccia. Soltanto i gruppi neuronali connessi “dinamici” nel senso di mutevoli all’interno del sistema talamo – corticale (nucleo attivo) sono in grado di generare degli stati coscienti. Il nucleo dinamico consta cioè di una serie di interazioni tra neuroni che si verificano in pochi millisecondi e che variano nel tempo.
Come fare a risalire dalle molecole , cellule, circuiti e sistemi neurali alla percezione, cognizione, memoria, alle nostre emozioni , ai pensieri, all’arte, al linguaggio , alla riflessione, insomma alla nostra coscienza?
È necessario conoscere come il cervello elabora l’informazione e come si svolge la vita mentale, ovvero 1. identificare i componenti di base dei circuiti cerebrali – le classi di neuroni di un medesimo tipo cellulare con proprietà e compiti simili -, 2. decifrare le semplici sinapsi fino a tutta intera l’interconnessione neuronale del cervello, 3. rilevare e comprendere le regole della eccitazione neuronale che sono alla base del funzionamento dei neuroni e del modo in cui essi comunicano quando eseguiamo una determinata azione, 4. arrivare a capire e comprendere il rapporto di concomitanza tra il fenomeno neuronale e la funzione mentale, 5. creare modelli informatici in grado di simulare in modo da aiutarci a capire e formulare nuove teorie globali della coscienza.
Nel corso degli ultimi decenni si è andato forgiando un arsenale di tecnologie che rendono possibili la visualizzazione, la rilevazione e la modifica di neuroni e circuiti, delle reti neurali. Sono le tecniche di neuro-imaging come la risonanza magnetica funzionale che si basa sul flusso sanguigno e dà informazioni utili sulle associazioni di neuroni che codificano i contenuti dettagliati degli stati di coscienza, la PET che si avvale di un marcatore radioattivo che viene iniettato nel circolo sanguigno funzionando come la fMRI anche se a risoluzione più bassa, l’encefalografia elettromagnetica che ha la capacità di correlare l’attività elettrica di specifiche aree del cervello ai fenomeni mentali rilevati in tempo reale, l’optogenetica che facilita la scoperta dei meccanismi con cui i neuroni elaborano ed integrano gli input sinaptici ovvero i segnali che ricevono da altri neuroni, e l’optochimica che consente di studiare le popolazioni di neuroni , le loro proiezioni e la struttura interna del cervello. Accanto a ciò enormi progressi si sono avuti nel mondo dei computer in grado di analizzare e sistematizzare astronomiche quantità di dati. Nonostante ciò ci sono strutture cerebrali la cui funzione è ancora sconosciuta: una di queste è il claustro. Certo è che per capire e decifrare oggi abbiamo bisogno di una mappa delle regioni e dei circuiti cerebrali il più possibile dettagliata. Il futuro delle ricerche sulla coscienza ha bisogno di una carta stradale , o meglio di una esplosione della cartografia cerebrale. Lo scienziato Mattew E. Glasser ha già cominciato costruendo una mappa della corteccia cerebrale che la suddivide in centottanta aree, di cui ottantatré hanno confermato identificazioni precedenti e novantasette soni del tutto nuove, nessuna altra mappa della corteccia le aveva mai localizzate in precedenza. Il lavoro è tanto lungo e complicato quanto straordinariamente entusiasmante.
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