2.4 Le principali linee di ricerca
2.4.2 Apprendimento ed ambiente
Non è necessario postulare condizioni particolarmente gravi e invalidanti, come un trauma cerebrale o un'amputazione, per rendersi conto della malleabilità delle strutture neuronali. Da un punto di vista maggiormente concettuale, seppur non privo di potenziali risvolti pratici, contributi interessanti a tal proposito sono giunti dalla psicologia sperimentale, soprattutto da quella parte di essa interessata ai principi che regolano l'apprendimento e al ruolo ricoperto da fattori ambientali nello sviluppo e nella differenziazione del sistema nervoso.
L'ipotesi che ogni forma di apprendimento affondi le proprie radici nella materia cerebrale e che in essa lasci delle tracce concrete fu avanzata nel 1949 dallo psicologo canadese Donald Hebb in The organization of behavior140. Hebb postulò
che quando due neuroni sono ripetutamente attivati simultaneamente o in rapida sequenza si verificano alterazioni di natura chimica che tendono a creare o a rafforzare connessioni sinaptiche, più precisamente:
When an axon of cell A is near enough to excite cell B and repeatedly or persistently takes part in firing it, some growth process or metabolic change takes place in one or both cells such that A's
139 M.P. MATTSON, S. MAUDSLEY, B. MARTIN (2004). 140 D. O. HEBB (1949).
efficiency, as one of the cells firing B, is increased.141
Non si trattava di una conclusione radicalmente nuova, poiché meccanismi simili erano già stati supposti da Tanzi e Ramón y Cajal. Inoltre, un anno prima della pubblicazione del libro di Hebb, il neurofisiologo polacco Jerzy Konorski (a cui viene attribuita la paternità dell'espressione "neuronal plasticity") era giunto autonomamente a conclusioni analoghe.142 La formulazione di Hebb, meglio nota
attraverso la succinta versione che ne venne data in seguito da Carla Shatz143
(Neurons that fire together, wire together), fu quella che ebbe maggior successo, tanto da diventare uno dei capisaldi delle odierne neuroscienze.144
Una prova sperimentale della validità delle conclusioni di Hebb fu prodotta da Eric Kandel attraverso lo studio della Aplysia californica, una specie di lumaca di mare dotata di un rudimentale sistema nervoso particolarmente facile da
osservare, con cellule visibili a occhio nudo. Kandel riuscì a isolare le risposte a livello sinaptico, confermando il tipo di rafforzamento delle connessioni suggerito da Hebb. Nello specifico, ogni volta che il sifone della lumaca subiva uno shock elettrico e l'animale si ritraeva a scopo difensivo all'interno del proprio guscio, il legame tra neuroni sensoriali e neuroni motori risultava alterato chimicamente e si traduceva in risposte sempre più forti. In altri termini, il comportamento appreso dell'animale si riverberava nella sua struttura nervosa. Cambiamenti fisici ancor più macroscopici sono stati riscontrati analizzando l'impatto della variabile ambientale. Un primo esempio è costituito dall'aumento del peso della corteccia
141 Op. cit. ,p. 62.
142 K. ZIELIŃSKI (2006). 143 C. SHATZ (1992).
cerebrale di animali cresciuti nei cosiddetti "ambienti arricchiti", caratterizzati da possibilità di interazione sociale e varietà di risorse a disposizione, quali
giocattoli, ruote e tunnel145, fatto che non si verifica negli esemplari allevati in
condizioni meno stimolanti. In seguito è stato dimostrato che l'accrescimento interessa anche il numero di connessioni stabilite da ogni neurone.146
Più recentemente147 in ratti esposti per soli quarantacinque giorni a un ambiente
complesso è stato rilevato un sorprendente numero di nuovi neuroni, circa 40000, nel giro dentato, la parte dell'ippocampo in cui, come si è detto, sono state fin ora rinvenute le prove più marcate di neurogenesi. Ancor più significativamente, la differenza nel numero di nuove cellule tra questi esemplari e quelli della stessa figliata cresciuti in gabbie normali è stata quantificata nel 15%. Studi successivi hanno ulteriormente precisato l'impatto sul cervello di stile di vita attivo, non soltanto per brevi periodi ma anche a lungo termine. In topi adulti, di età
compresa tra i 10 e i 20 mesi, apprendimento, attività motoria e comportamento esplorativo si traducono infatti in un tasso di neurogenesi cinque volte superiore al normale. Un ruolo di primo piano sembra essere giocato dalla possibilità di esercizio fisico, precisamente la corsa: questa attività da sola raddoppia la
possibilità di sopravvivenza delle cellule neonate, portandola a livelli molto vicini a quelli del tipico ambiente "arricchito", in cui la ruota è solo uno dei diversi elementi a disposizione dei topi che lo abitano.148 Negli esseri umani, infine,
esempi di cambiamenti strutturali e/o funzionali del cervello sono stati osservati
145 M.R. ROSENZWEIG et al. (1962).
146 A.M.TURNER, W.T. GREENOUGH (1985).
147 G.KEMPERMANN, H.G. KUHN, F.H. GAGE (1997). 148 H. VAN PRAAG, G. KEMPERMANN, F.H.GAGE (1999).
durante o a seguito dell'esecuzione di compiti specifici. In assoluto, tra i soggetti più studiati figurano i musicisti; come notato da Münte, Altenmüller e Jäncke, «there are two advantages to studying plasticity in musicians: the complexity of the eliciting stimulus — music — and the extent of their exposure to this stimulus»149. Esempi di riorganizzazione funzionale sono stati osservati in
professionisti degli strumenti a corda, i quali mostrano mappe corticali per la rappresentazione delle dita della mano sinistra (quella solitamente utilizzata per pizzicare le corde) più sviluppate; un caso estremo di rimodellamento corticale associato all'esercizio musicale è rappresentato dalla distonia focale, un disordine neurologico caratterizzato da perdita di movimento volontario, crampi e spasmi. Nei chitarristi, la prolungata attivazione delle dita in contemporanea o in rapida successione potrebbe indurre una fusione delle loro mappe corticali e la
conseguente incapacità di muoverne una senza attivarne anche un'altra. Da un punto di vista strutturale,volumi maggiori di materia grigia sono stati rinvenuti a seguito della pratica di uno strumento.150«A transient and selective structural
change in brain areas that are associated with the processing and storage of complex visual motion»151 è stato riscontrato in soggetti alle prese con
l'apprendimento di un esercizio di giocoleria. Prima ancora, in uno studio
divenuto assai famoso presso il grande pubblico, erano stati analizzati conducenti di taxi londinesi, tutti sottoposti a un lungo e rigoroso corso d'addestramento per il conseguimento della licenza. Le risonanze magnetiche strutturali, confrontate con quelle di un gruppo di controllo, hanno suggerito una diretta correlazione tra
149 T.F. MÜNTE, E. ALTENMÜLLER, L. JÄNCKE (2002), p. 1. 150 M. GROUSSARD et al. (2014).
l'esperienza maturata alla guida dei veicoli e alcune regioni dell'ippocampo, tra le cui funzioni figurano proprio memoria spaziale e navigazione: nello specifico, nei tassisti la parte posteriore possiede un volume maggiore rispetto alla parte
anteriore (in misura proporzionale all'esperienza da conducenti), mentre l'esatto opposto si verifica tra gli appartenenti al gruppo di controllo.152 Similmente, le
risonanze magnetiche effettuate su studenti di medicina durante la preparazione per un esame e dopo di esso hanno mostrato un aumento delle dimensioni di aree cerebrali (corteccia parietale posteriore e laterale e ippocampo posteriore)
associate con l'apprendimento di informazioni astratte.153