Il cervello Cosciente

Il cervello Cosciente.Con l’articolo di Marcello Massimini dedicato al “Cervello Cosciente” prosegue l’iniziativa di BrainFactor per la Settimana del cervello (12-18/3/2012) “L’Alfabeto del cervello”, patrocinata anche quest’anno da Dana Foundation e realizzata in collaborazione con la Società Italiana di Neurologia (SIN) e con il Dipartimento di Neuroscienze e Tecnologie Biomediche (DNTB) dell’Università di Milano Bicocca.

Si può definire la coscienza come tutto ciò che scompare quando cadiamo addormentati in un sonno senza sogni, oppure come tutto ciò che scompare quando siamo sottoposti ad anestesia generale. Questa definizione, basata sulla nostra esperienza soggettiva, è generale, ampiamente condivisa, ma chiaramente pre-scientifica. Una definizione scientifica di coscienza presuppone che si affronti (e che si risolva) il problema cervello-coscienza. In sostanza, risolvere questo problema significa rispondere alla seguente domanda: “come fa un pugno di neuroni racchiuso nel cranio ad ospitare un soggetto che vede rosso?”. I filosofi chiamano questo problema “the hard problem” (il problema difficile) e molti ritengono che non sia affrontabile scientificamente; assumendo una posizione ancora più radicale, alcuni filosofi negano che vi sia un rapporto causale tra l’attività del cervello e la nostra esperienza soggettiva.

Al di là dello scetticismo e delle posizioni filosofiche, le neuroscienze devono comunque porsi il problema di identificare i segni della coscienza nella materia del cervello. Tale necessità deriva prevalentemente da considerazioni di carattere etico. Nella pratica clinica, valutiamo il livello di coscienza di altri individui basandoci sulla loro capacità di rispondere a comandi verbali, di interagire e comunicare con l’ambiente circostante. Tuttavia, sappiamo bene che la coscienza può essere interamente generata all’interno del cervello, anche in assenza di qualsiasi interazione con il modo esterno; ciò accade, quasi ogni notte, quando sogniamo. A causa di questa discrepanza, non di rado, può accadere che la presenza di coscienza venga misconosciuta, o sottovalutata, in pazienti portatori di gravi lesioni cerebrali, i quali sono pienamente coscienti, ma incapaci di interagire con il mondo esterno. In questa prospettiva, diventa fondamentale identificare (e imparare a misurare) direttamente all’interno del cervello le proprietà fondamentali che rendono la materia capace di coscienza.

Quali sono queste proprietà? A ben guardare, numerose evidenze anatomiche, fisiologiche, psicologiche e cliniche, se considerate nel loro insieme, forniscono indizi utili per rispondere a questa domanda. Di seguito ne consideriamo solo alcune tra le più importanti:

1- La coscienza può essere completamente generata all’interno del cervello e non dipende necessariamente dalla capacità di ricevere input sensoriali e di produrre output motori. Per esempio, la cecità retinica, se acquisita d adulti, non impedisce di ricordare e immaginare scene vivide e colorate. D’altra parte, è noto che pazienti affetti da lesioni nella porzione ventrale del ponte menesncefalico (sindrome locked-in), completamente paralizzati eccetto che per i movimenti verticali degli occhi, sono pienamente coscienti. Infine, come già accennato, durante il sogno siamo coscienti benchè isolati dal mondo esterno e temporaneamente paralizzati.

2- Il livello di coscienza non dipende in modo critico dal livello di attività dei neuroni. Fino a qualche decennio fa si pensava che la coscienza svanisse durante sonno perché il cervello si “spegneva”. Ora, però, sappiamo che le cose non stanno così: registrazioni dell’attività elettrica e del metabolismo ci dicono che i neuroni sono tutto fuorché spenti durante sonno. Infatti, anche durante le fasi più profonde del sonno NREM, quando la coscienza si restringe fino a sparire, è possibile osservare livelli di attività neuronale più alti di quelli tipici della veglia. Qualcosa di molto simile accade con alcuni anestetici, come la ketamina, e durante le crisi epilettiche generalizzate, quando la coscienza abbandona un cervello che è addirittura iperattivo.

3-  La coscienza è prodotta da alcune parti del cervello e non da altre. Sappiamo da tempo che la corteccia cerebrale, che riveste gli emisferi del cervello, è essenziale per la coscienza: lesioni diffuse della corteccia cerebrale e dei nuclei talamici sottostanti portano invariabilmente alla scomparsa, temporanea, o irreversibile, della coscienza. Il cervelletto è un altro pezzo di cervello situato nella fossa cranica posteriore. Quando, per un trauma o per un tumore, si asporta l’intero cervelletto, la coscienza non è affatto alterata.

Nonostante un paziente senza cervelletto abbia gravi problemi di coordinazione motoria, il flusso della sua esperienza cosciente continua come prima, con la stessa ricchezza, e con la stessa intensità. Questo fatto appare paradossale se consideriamo che il cervelletto ha persino più neuroni della corteccia cerebrale (50 miliardi contro 30 miliardi), dispone di una rete di comunicazioni altrettanto abbondante e sofisticata, contiene altrettante sostanze chimiche, ed ha intensi rapporti con il mondo esterno. A ben vedere, però, vi è una differenza fondamentale tra l’organizzazione del sistema talamocorticale e il cervelletto, una differenza che, probabilmente, rivela una proprietà fondamentale della materia della coscienza: le connessioni. Infatti, mentre le diverse aree (visive, uditive, somatosensoriali, limbiche e associative) che compongono la corteccia cerebrale sono intimamente connesse tra loro tramite fibre a breve distanza, la miriade di moduli che costituiscono il cervelletto sono segregati. Il cervelletto è chiaramente modulare, non possiede connessioni a lunga distanza al suo interno e neppure un corpo calloso (il voluminoso fascio di fibre che connette i due emisferi cerebrali).

Sulla base di queste, e molte altre evidenze, nell’ambito delle neuroscienze teoriche si sta progressivamente affermando l’idea che la coscienza non dipende tanto dalla capacità del cervello di interagire con l’ambiente esterno o dal livello di attività neurale, quanto, piuttosto, dalla capacità delle diverse aree specializzate, che costituiscono la corteccia cerebrale, di interagire tra loro a formare un tutt’uno. In altre parole, secondo le neuroscienze teoriche, la ricchezza e l’unitarietà che caratterizzano la nostra esperienza soggettiva dipenderebbero da un delicato bilancio tra diversità (specializzazione funzionale) e unità (integrazione funzionale) nella materia del cervello; un bilancio che trova la sua massima espressione nel sistema talamocorticale. Oggi, misure empiriche condotte durante sonno profondo, sogno, anestesia e coma sembrano confermare questa predizione teorica. Queste stesse misure, portate al letto del paziente, ci aiutano a individuare la presenza di coscienza anche all’interno di cervelli che sono completamente isolati dal mondo esterno. Ci aiuteranno, domani, a capire come fa un chilo e mezzo di materia gelatinosa ad ospitare l’universo di un sogno?

Marcello Massimini, MD, Ph.D., neurofisiologo
Dipartimento di Scienze Cliniche Luigi Sacco
Università degli Studi di Milano

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