Il cervello: “Più di un computer”

UN ALTRO organo eccezionale è il cervello umano. Insieme al resto del sistema nervoso, viene spesso paragonato ai computer costruiti dall’uomo. Naturalmente tali computer funzionano secondo istruzioni graduali prestabilite da programmatori umani. Eppure molti credono che non ci sia un’intelligenza responsabile del “cablaggio” e della “programmazione” del cervello umano.

Pur essendo molto veloci, i computer possono elaborare una singola unità di informazione per volta mentre il sistema nervoso umano elabora milioni di informazioni simultaneamente. Per esempio, durante una passeggiata primaverile si può ammirare il bel paesaggio, ascoltare il canto degli uccelli e sentire il profumo dei fiori. Tutte queste gradevoli sensazioni vengono trasmesse simultaneamente al cervello. Allo stesso tempo, dai recettori sensoriali degli arti partono fiumi di informazioni che comunicano al cervello la posizione, momento per momento, di ciascuna gamba e lo stato di ciascun muscolo. Gli occhi notano se ci sono ostacoli sul cammino. In base a tutte queste informazioni, il cervello fa in modo che ciascun passo sia fatto nel modo dovuto.

Intanto le regioni più basse del cervello regolano il battito cardiaco, la respirazione e altre funzioni vitali. Ma il cervello fa molto di più. Mentre camminate potete cantare, parlare, confrontare le scene attuali con scene del passato o fare progetti per il futuro.

“Il cervello”, dice in conclusione The Body Book, “è molto più di un computer. Nessun computer può stabilire che è annoiato o che spreca il suo talento e che dovrebbe ricominciare tutto da capo. Il computer non può modificare drasticamente il suo programma; prima di andare in una nuova direzione, è necessario che una persona dotata di cervello lo riprogrammi. . . . Un computer non può rilassarsi né sognare a occhi aperti né ridere. Non può ricevere un’ispirazione né diventare creativo. Non può avere consapevolezza o scorgere un significato. Non può innamorarsi”.

Il cervello più meraviglioso che ci sia

Gli elefanti e alcune grosse creature marine hanno un cervello più grande di quello dell’uomo ma, in proporzione alla grandezza del corpo, il cervello umano è il più grande. “Il corpo del gorilla”, spiega Richard Thompson nel suo libro The Brain, “è più grande di quello dell’uomo eppure il suo cervello è solo un quarto del cervello umano”.

Il numero delle diverse vie di comunicazione fra i neuroni (cellule nervose) del cervello umano è astronomico. Questo perché i neuroni hanno tante interconnessioni; un neurone può collegarsi a oltre centomila altri. “Il numero di connessioni possibili all’interno del nostro cervello attuale è pressoché infinito”, dice Anthony Smith nel libro The Mind. È superiore “al numero totale di particelle atomiche che formano l’universo conosciuto”, dice il neuroscienziato Thompson.

Ma c’è qualcosa di ancor più sorprendente. È il modo in cui questa vasta rete di neuroni è stata collegata a permettere agli uomini di pensare, parlare, ascoltare, leggere e scrivere. E queste cose si possono fare in due o più lingue. “Il linguaggio è la differenza più importante fra gli uomini e gli animali”, afferma Karl Sabbagh nel libro The Living Body. Il modo di comunicare degli animali è semplice al confronto. La differenza, ammette l’evoluzionista Sabbagh, “non è solo un insignificante miglioramento rispetto alla capacità di altri animali di emettere rumori: è quella fondamentale facoltà che rende umani gli uomini, e si rispecchia nelle notevoli differenze esistenti nella struttura cerebrale”.

La meravigliosa struttura del cervello umano ha spinto molti a fare un miglior uso delle sue possibilità divenendo esperti in qualche mestiere, imparando a suonare uno strumento musicale o a parlare un’altra lingua, oppure coltivando qualsiasi talento possa accrescere la gioia di vivere. “Quando si impara una nuova arte”, scrivono i dottori R. e B. Bruun nel libro The Human Body, “si addestrano i neuroni a collegarsi in un nuovo modo. . . . Più si usa il cervello, più diventa efficiente”.

Chi l’ha fatto?

È possibile che qualcosa di così altamente organizzato e ordinato come la mano, l’occhio e il cervello sia venuto all’esistenza per caso? Se viene attribuito all’uomo il merito di avere inventato utensili, computer e pellicole fotografiche, si deve senz’altro rendere onore a qualcuno per avere fatto la mano, l’occhio e il cervello, ben più versatili. “O Geova”, disse il salmista biblico, “ti loderò perché sono fatto in maniera tremendamente meravigliosa. Meravigliose sono le tue opere, come la mia anima sa molto bene”. — Salmo 139:1, 14.

Il corpo umano svolge molte delle sue meravigliose funzioni senza alcuno sforzo cosciente da parte nostra. In futuri numeri di questa rivista prenderemo in esame alcuni di questi sorprendenti meccanismi, e vedremo inoltre se invecchiamento, malattie e morte possono essere debellati così che sia possibile godere la vita in eterno!

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Quei meravigliosi neuroni

IL NEURONE è una cellula nervosa con tutti i suoi processi. Il sistema nervoso è formato di molti tipi di neuroni, per un totale di circa 500 miliardi. Alcuni sono recettori sensoriali che inviano informazioni al cervello da diverse parti del corpo. I neuroni della regione superiore del cervello funzionano come un videoregistratore. Possono registrare permanentemente informazioni provenienti dagli occhi e dagli orecchi. Anni dopo potete “rivedere” queste immagini e “riascoltare” questi suoni insieme a pensieri e ad altre sensazioni che nessuna macchina costruita dall’uomo può registrare.

La memoria umana è ancora un mistero. Ha qualche cosa a che fare con il modo in cui i neuroni prendono contatto fra loro. “La cellula cerebrale media”, spiega Karl Sabbagh nel libro The Living Body, “stabilisce contatti con circa 60.000 altre; in effetti alcune cellule stabiliscono contatti con un massimo di un quarto di milione di altre. . . . Il cervello umano, nelle vie che collegano le cellule nervose, potrebbe contenere almeno mille volte più informazioni di quelle contenute nella più grande enciclopedia, formata, diciamo, da 20 o 30 grandi volumi”.

Ma come fa un neurone a trasmettere informazioni a un altro? Le creature con un sistema nervoso semplice hanno molte cellule nervose unite insieme. In tal caso un impulso elettrico attraversa il collegamento tra un neurone e quello successivo. Il punto di contatto è detto sinapsi elettrica. Avviene in modo rapido e semplice.

Per quanto sembri strano, la maggioranza dei neuroni del corpo umano trasmette messaggi attraverso una sinapsi chimica. Questo metodo più lento e più complesso si può illustrare con l’esempio di un treno che arriva a un fiume e che dev’essere traghettato perché non c’è alcun ponte. Quando un impulso elettrico arriva a una sinapsi chimica deve fermarsi perché i due neuroni sono separati da uno spazio. Il segnale viene “traghettato” per mezzo di sostanze chimiche. Perché questo complicato metodo elettrochimico di trasmissione degli impulsi nervosi?

Secondo gli scienziati, la sinapsi chimica offre molti vantaggi. Garantisce che i messaggi vadano in una sola direzione. È detto inoltre che è flessibile in quanto la sua funzione o struttura può facilmente cambiare. I segnali possono essere modificati. Alcune sinapsi chimiche, attraverso l’uso, diventano più forti mentre altre scompaiono perché inutilizzate. “L’apprendimento e la memoria non potrebbero svilupparsi con un sistema nervoso che avesse solo sinapsi elettriche”, afferma Richard Thompson nel libro The Brain.

Nel libro The Mind lo scrittore di soggetti scientifici Smith spiega: “I neuroni non si limitano solo a generare impulsi nervosi o a non generarli . . . essi devono essere in grado di trasmettere informazioni molto più sofisticate che un sì o un no. Non sono semplici martelli che battono una serie di chiodi, con maggiore o minore frequenza. Essi sono, per completare l’analogia, la cassetta degli arnesi di un falegname, contenente cacciaviti, pinze, tenaglie, mazzuoli e anche martelli. . . . Ogni impulso nervoso si trasforma lungo il percorso e unicamente nelle sinapsi”.

La sinapsi chimica presenta un ulteriore vantaggio. Occupa meno spazio della sinapsi elettrica, il che spiega perché il cervello umano ha tante sinapsi. Il periodico Science dà la cifra di 100.000.000.000.000: l’equivalente del numero di stelle contenute in centinaia di galassie come la Via Lattea. “Siamo quello che siamo”, aggiunge il neuroscienziato Thompson, “perché il nostro cervello è sostanzialmente una macchina chimica anziché una macchina elettrica”.

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Perché il cervello ha bisogno di tanto sangue

PRIMA di tuffarvi in una piscina forse immergete le dita dei piedi nell’acqua. Se è fredda, piccoli termorecettori situati nella pelle rispondono immediatamente. In meno di un secondo, il cervello registra la temperatura. I recettori dolorifici possono trasmettere informazioni anche più in fretta. Alcuni impulsi nervosi raggiungono velocità di 360 chilometri orari: una velocità sufficiente per attraversare un campo di calcio nel senso della lunghezza in un secondo.

Come fa comunque il cervello a calcolare l’intensità di una sensazione? Un modo è attraverso la frequenza con cui un neurone produce impulsi; alcuni producono mille o più impulsi al secondo. La febbrile attività che si svolge fra i neuroni nel cervello sarebbe impossibile se non fosse per il lavoro di pompe e centrali.

Ogni volta che un neurone produce un impulso, si riversano nella cellula atomi con una carica elettrica. Se questi ioni sodio, come vengono chiamati, si accumulano, il neurone perderà gradualmente la capacità di produrre impulsi. Come si risolve il problema? “Ogni neurone”, spiega lo scrittore di soggetti scientifici Anthony Smith nel libro The Mind, “contiene circa un milione di pompe — si tratta in ciascun caso di un leggero rigonfiamento sulla membrana cellulare — e ogni pompa può scambiare circa 200 ioni sodio con 130 ioni potassio ogni secondo”. Anche quando i neuroni sono a riposo, le pompe continuano a lavorare. Perché? Per neutralizzare l’effetto degli ioni sodio che filtrano dentro la cellula e degli ioni potassio che ne escono.

L’attività di queste pompe richiede un flusso costante di energia. Essa proviene da piccoli mitocondri, o “centrali”, sparsi all’interno di ciascuna cellula. Per produrre energia ogni centrale ha bisogno di ossigeno e glucosio forniti dal sangue. Non c’è da meravigliarsi se il cervello ha bisogno di tanto sangue. “Sebbene costituisca solo il 2 per cento circa del peso corporeo totale”, spiega Richard Thompson nel libro The Brain, il cervello “riceve il 16 per cento della provvista di sangue . . . Il tessuto cerebrale riceve 10 volte più sangue del tessuto muscolare”.

La prossima volta che controllate la temperatura dell’acqua, siate grati dei trilioni di pompe e centrali del cervello. E ricordate che tutta questa attività è possibile grazie all’ossigeno e al glucosio trasportati dal sangue.

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Il cervello umano elabora milioni di informazioni simultaneamente. Mentre vi muovete, i recettori sensoriali degli arti comunicano al cervello la posizione, momento per momento, di ciascun braccio e lo stato di ciascun muscolo

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Il cervello è molto più complesso e versatile di un computer