CogniFit - Il Cervello Umano

Cos é il cervelllo?

Il cervello può essere definito come un organo complesso, situato all'interno del cranio, che gestisce le attività del sistema nervoso. Fa parte parte del Sistema Nervoso Centrale (SNC) ed è la parte più voluminosa e conosciuta dell'encefalo. Si trova nella parte anteriore e superiore della fossa cranica ed è presente in tutti i vertebrati. All'interno del cranio, il cervello galleggia in un liquido trasparente, chiamato liquido cerebrospinale, che svolge funzioni di protezione, sia fisiche che immunologiche.

Il cervello è un muscolo? Nonostante si dica che il cervello deve essere allenato ed esercitato come un muscolo per evitare atrofie, in realtà dobbiamo ben sapere che il cervello non è un muscolo. Esso non è composto da miociti, fibre muscolari, ma è costituito da milioni di neuroni, interconnessi da assoni e dendriti, in grado di regolare ognuno delle funzioni del corpo e della mente: dal respirare, al mangiare o dormire, sino alla capacità di ragionare, di innamorarci o discutere con qualcuno. Tutto passa attraverso il controllo del cervello, ed è solo una piccola parte di tutte le funzioni di questo organo.

A cosa serve il cervello? Funzioni del cervello

Essendo un parte fondamentale dell'encefalo e del SNC, le funzioni cerebrali, in sintesi, hanno il compito di controllare e regolare la maggior parte delle funzioni del corpo e della mente.Il cervello è responsabile di funzioni vitali come respirare o regolare il battito cardiaco, oltre a regolare gli stati del sonno, della fame e della sete, incluse le funzioni superiori come il ragionamento, la memoria, l'attenzione (Corbetta & Shulman, 2002), il controllo delle emozioni e del comportamento ...

Tutto ciò che accade nella nostra vita, nella veglia e nel sonno, come la respirazione o la deglutizione, vedere, ascoltare, toccare o assaggiare qualcosa, leggere o scrivere, cantare o ballare, pensare in silenzio o esprimere ciò che pensiamo, amare o odiare, camminare o correre, progettare o agire spontaneamente, immaginare o creare, ecc., è regolato dal nostro encefalo. Alcune delle più importanti funzioni cerebrali sono:

• Controllo delle funzioni vitali: Come la regolazione della temperatura corporea, della pressione sanguigna, la frequenza cardiaca, la respirazione, gli stati del sonno, il meccanismo della fame...
• Riceve, elabora, integra ed interpreta tutte le informazioni ricevute dai sensi: la vista, l'udito, il gusto, il tatto e l'olfatto.
• Controlla i movimenti che eseguiamo e la postura: camminare, correre, parlare, stare in piedi.
• È responsabile delle nostreemozioni e comportamenti.
• Ci permette di pensare, ragionare, sentire, essere...
• Controlla le funzioni cognitive superiori: la memoria, l'apprendimento, la percezione, le funzioni esecutive... (Miller, 2000; Miller & Cohen, 2001).

"Bisogna che gli uomini sappiano che da null'altro si formano i piaceri e la serenità e il riso e lo scherzo, se non dal cervello, e così i dolori, le pene, la tristezza e il pianto. E soprattutto grazie ad esso pensiamo e ragioniamo e vediamo ed udiamo, e giudichiamo sul brutto e sul bello, sul cattivo e sul buono, sul piacevole e sullo spiacevole […] Ed è a causa del cervello se impazziamo, e deliriamo, e ci insorgono incubi e terrori […] E tutto ciò soffriamo per via del cervello, quand'esso non sia sano […] Per queste vie ritengo che il cervello svolga l’azione più importante nell'uomo: esso infatti è per noi l’interprete degli stimoli […] " Ippocrate, de La malattia sacra.

Anche se ancora non aveva ben chiaro cos'era realmente il cervello, Ippocrate aveva già intuito che il cervello umano è una delle creazioni più complesse, enigmatiche e, al tempo stesso, perfette dell'universo. A quell'epoca, Ippocrate e i suoi contemporanei non potevano immaginare cosa saremmo riusciti a sapere sul cervello. Grazie ai progressi tecnologici in neuroimaging e in medicina, biologia, psicologia e neuroscienze in generale siamo stati in grado di decifrare grandi misteri riguardanti la sua anatomia e il suo funzionamento. Tuttavia, ci sono ancora molte incognite e incertezze da risolvere su questo organo.

Parti del cervello

Tutti gli animali vertebrati possiedono un cervello, anche se la dimensione, la forma e certe caratteristiche possono variare molto da una specie all'altra. Sopra è rappresentato un encefalo umano, che si compone principalmente delle seguenti parti:

• Il cervello, formato da strutture corticali e sottocorticali (che rimangono nascoste sotto la corteccia cerebrale). Le strutture corticali o corteccia cerebrale si dividono in diverse aree: il lobo frontale (A), il lobo parietale (B), la corteccia cingolata (C), il lobo occipitale(D), il lobo temporale e la corteccia insulare (questi due sono nascosti nell'immagine). Inoltre, questi lobi sono divisi a metà in due emisferi: il destro e il sinistro. Le strutture sottocorticali si riferiscono a quelle situate sotto la corteccia cerebrale, come il corpo calloso (1), che unisce i due emisferi, il talamo (2), i gangli della base, l'amigdala, l'ippocampo e i corpi mammillari (6). Il cervello è responsabile dell'integrazione di tutte le informazioni ricevute dagli organi sensoriali e organizza una risposta. Controlla le funzioni motorie, emotive e tutte le più alte funzioni cognitive: ragionamento, espressione emotiva, memoria (Squire, 1992), apprendimento...
• Cervelletto (10): è il secondo organo più grande dell'encefalo. È coinvolto principalmente nel controllo posturale e nel movimento , bensì, realizzi anche alcune funzioni cognitive.
• Ipotalamo (4), ghiandola pituitaria o ipofisi (5) e ghiandola pineale (11): L'ipotalamo comunica con la ghiandola pituitaria e con la ghiandola pineale attraverso la liberazione di ormoni per regolare le funzioni viscerali, come la regolazione della temperatura corporea e i comportamenti basici come l'alimentazione, la risposta sessuale, la ricerca del piacere, la risposta aggressiva... La ghiandola pineale svolge un importate ruolo nella sincronizzazione della liberazione degli ormoni della melatonina, coinvolta nella regolazione dei cicli di sonno/veglia, pertanto, si coordina con il chiasmo ottico (3)
• Il tronco cerebrale: comincia nell'estrema parte superiore del midollo spinale (9). È formato dal bulbo rachidiano (8) il ponte di Varolio o protuberanza anulare (7) e il mesencefalo. Il tronco encefalico controlla le funzioni automatiche come la pressione sanguigna o i battiti del cuore, i movimenti limbici e le funzioni viscerali come la digestione o la minzione.

Caretteristiche del cervello umano

Quanto pesa il cervello umano?, qual è la sua dimensione?, quanti neuroni ha il cervello?

• La corteccia cerebrale del cervello umano è una delle più avanzate e complesse al mondo. Non solo ha una dimensione più grande rispetto ad altre specie, ma può anche rivoltarsi e piegarsi su se stessa varie volte (conosciuto come indice di girificazione), formando solchi e circonvoluzioni che gli conferiscono quel caratteristico aspetto rugoso.
• L'encefalo umano pesa intorno ai 1.4 - 1.5 chili ed ha un volume di circa 1130 cm³ nelle donne e 1260 cm³ negli uomini.
• Il cervello (e il midollo spinale) sono coperti da membrane, chiamate meningi, che lo proteggono dagli urti al cranio.
• Per maggiore protezione il cervello "galleggia" nel liquido cerebrospinale.
• Si stima che il cervello umano è composto da oltre 100 miliardi di cellule nervose, per lo più neuroni e cellule gliali.

I NEURONI: Sono cellule specializzate nel ricevere, elaborare e trasmettere informazioni, a livello intercellulare come intracellulare. Lo fanno mediante segnali elettrochimici (impulsi nervosi) chiamati potenziale d'azione. Strutturalmente, i neuroni hanno gli stessi elementi citoplasmatici e le stesse informazioni genetiche del resto delle cellule dell'organismo. Sono anche delIe cellule con caratteristiche molto speciali. I neuroni sono composti da tre parti:

• Corpo o soma (6): è la parte principale della cellula, che contiene il nucleo (con il DNA), il reticolo endoplasmatico e i ribosomi (producono le proteine) e i mitocondri (generano energia). Nel soma si realizzano la maggior parte delle funzioni metaboliche della cellula. Pertanto, il soma è imprescindibile per la sopravvivenza della cellula neuronale.
• Assoni (3) sono un'estensione del soma cellulare. È una sorta di "cavo", che termina con delle diramazioni (o bottoncini) terminali (2) dove avviene la sinapsi (5), ovvero, la trasmissione di informazioni da un neurone (elemento pre-sinaptico) all'altro (elemento post-sinaptico). La lunghezza degli assoni può variare notevolmente da neurone a neurone: possono essere molto brevi (meno di 1mm), o più lunghi (più di un metro, che sono di solito dei nervi periferici, come quelli dei motoneuroni). Alcuni assoni, soprattutto quelli dei motoneuroni e dei neuroni sensoriali, sono rivestiti da uno strato di mielina (4) che semplifica e facilita la trasmissione di informazioni. Quanta più mielina contiene l'assone, più efficiente sarà la trasmissione dell'impulso nervoso. I neuroni che hanno più mielina sono quello periferici (neuroni sensoriali e motoneuroni) in cui l'informazione deve percorrere percorsi più lunghi.
• Dendriti (1) sono terminazioni nervose che lasciano il soma e si ramificano a forma di albero. I dendriti sono il componente principale per la ricezione di informazioni (elemento post-sinaptico) e sono quelli che consentono la comunicazione tra due neuroni.

• La sostanza grigia del cervello corrisponde principalmente ai soma e i dendriti dei neuroni.
• La sostanza bianca è la zona in cui predominano gli assoni dei neuroni. Si vede di questo colore più biancastra perché la maggior parte dei suoi neuroni sono ricoperti di mielina.

LE CELLULE GLIALI: Sono le principali cellule del SNC. Hanno la capacità di dividersi nel cervello adulto (neurogenesi) e la loro presenza è necessaria per il corretto funzionamento del cervello. Costituiscono il principale supporto strutturale per i neuroni: ricoprono i loro assoni di mielina per una migliore trasmissione sinaptica, svolgono un ruolo importante nell'apporto nutrizionale della cellula, partecipano ai meccanismi di rigenerazione e riparazione dei nervi, nei meccanismi di immunizzazione, mantenimento della barriera emato-encefalica (BEE), etc. Come già menzionato, esistono diversi tipi di cellule gliali all'interno del Sistema Nervoso Centrale, tra cui gli astrociti, gli oligodendrociti e le microglia. Mentre nel Sistema Nervoso Periferico (SNP) sono presenti le cellule di Schwann, le cellule satellite e i macrofagi.

Come funziona il cervello?

Il cervello funziona grazie alla trasmissione di informazioni tra neuroni (o altre cellule riceventi o effettori) mediante impulsi elettro-chimici. Questa trasmissione di informazioni avviene durante la sinapsi. Nella sinapsi, neuroni e cellule si mettono in contatto, e mediante scariche chimiche e impulsi elettrici, si scambiano i neurotrasmettitori che si occupano di esercitare o inibire l'azione della cellula. Attraverso i bottoni terminali degli assoni, un primo neurone stabilisce la comunicazione con i dendriti, il soma o con un assone di un secondo neurone.

Tutte queste trasmissioni di informazioni attraverso i neuroni avviene durante pochi millisecondi. Allo stesso modo e contemporaneamente si producono centinaia di connessioni che ci permettono di percepire, capire e rispondere al modo in modo appropriato. In pochi secondi riceviamo migliaia di input (o immissione di informazioni) e generiamo migliaia di output (invio di informazioni). Nonostante la gran velocità con cui avvengono tutti questi processi, i neuroni li eseguono con grande precisione.

Sviluppo del cervello umano

Come si sviluppa il cervello? Per capire bene cos'è il cervello, è importante sapere come si forma.Lo sviluppo del cervello umano inizia nella fase embrionale e termina nel periodo dell'adolescenza. Solo dopo quattro settimane dal concepimento si comincia a formare il tubo neurale. Questo tubo neurale è fondamentale nello sviluppo del cervello e del sistema nervoso in generale, poiché a partire da qui si formerà l'encefalo e il midollo spinale. Immediatamente dopo, inizia un processo vertiginoso di proliferazione, migrazione e differenziazione cellulare, che daranno luogo alla formazione e allo sviluppo del cervello. I neuroni si generano nella parte ventricolare del tubo neurale, e dopo migrano verso il loro destino finale nel cervello. Posteriormente, i neuroni dell'encefalo si differenziano e si specializzano in base alla funzione che svolgeranno all'interno del cervello.

Si stima che nella fase pre-natale possono riprodursi fino a 250.000 cellule cerebrali al minuto. Infatti, al momento della nascita, il cervello del neonato contiene già tutte le cellule nervose di cui avrà bisogno. Tuttavia, queste cellule nervose non sono ancora adeguatamente connesse. Durante i primi due annidi vita, le nostre cellule nervose iniziano a stabilire queste connessioni in base ai fattori che il nostro DNA segnala. Ciononostante, l'interazione con l'ambiente esterno sarà decisiva per la sopravvivenza delle connessioni già stabilite e per la creazione di nuove connessioni. I processi di mielinizzazione (processo in cui le fibre nervose vengono rivestite da uno strato isolante di grasso che facilita il trasferimento di informazioni) aiutano a velocizzare il processo, e sono i responsabili dell'aumento delle dimensioni dell'encefalo. Lo sviluppo del cervello varia in base alla fascia d'età a cui ci riferiamo:

Dai 0 ai 12 mesi: In termini generali, è possibile affermare che i neonati hanno ben sviluppato solo il midollo spinale e il tronco cerebrale, per questo motivo rispondono a stimoli riflessi e a funzioni basiche di sopravvivenza, come dormire, mangiare o piangere. Man mano che si relazionano con l'ambiente esterno, iniziano a stabilire nuove connessioni e imparano rapidamente cose come dirigere lo guardo, realizzare movimenti più complessi, ripetere consonanti, comprendere il linguaggio, etc.

Dai 3 anni: Il suo cervello già occupa quasi l'80% della dimensione che avrà da adulto. Il sistema limbico e la corteccia cerebrale sono già considerevolmente sviluppati. Questo permette ai bambini di esprimere e riconoscere le emozioni, giocare, iniziare a contare e a parlare. Pertanto, si ritiene che fino a questa età, la plasticità cerebrale è massima, sino al punto che se un'area della corteccia cerebrale si danneggiasse, probabilmente un'altra aerea potrebbe assumere le sue funzionalità (in quanto ancora non è totalmente specializzata).

Il cervello continua a svilupparsi anche dopo l'adolescenza: L'area dell'encefalo che impiega più tempo a maturare è la corteccia prefrontale, situata nei lobi frontali. Questa parte della corteccia è fortemente relazionata con il controllo della condotta, del ragionamento, della risoluzione di problemi, etc.

Tuttavia, anche se la maturazione cerebrale termina in gioventù, in determinate aree del cervello continuano ancora a generarsi nuovi neuroni (neurogenesi). Inoltre, la plasticità cerebrale si mantiene, anche se in misura minore rispetto all'infanzia, ed è possibile stabilire nuove connessioni cerebrali attraverso l'allenamento e il rafforzamento delle connessioni neuronali. Questa è la base della plasticità cerebrale.

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Grazie alla plasticità cerebrale e alla capacità del nostro cervello di creare nuove connessioni e rafforzare quelle vecchie, siamo in grado di migliorare la nostra capacità cognitiva.

Riferimenti

Corbetta, M. y Shulman, G. L. (2002). Control of goal-directed and stimulus-driven attention in the brain. Nat Rev Neurosci, 3 (3), 201-215.

Miller, E. K. (2000). The prefrontal cortex and cognitive control. Nat Rev Neurosci, 1 (1), 59-65.

Miller, E. K. y Cohen, J. D. (2001). An integrative theory of prefrontal cortex function. Annu Rev Neurosci, 24, 167-202.

Squire, L.R. (1992) Memory and the hippocampus: a synthesis from findings with rats, monkeys and humans. Psychol Rev, 99, pp.195-231.