Omuncolo motore. corteccia cerebrale

3. Nucleo dell'analizzatore olfattivo si trova nella parte filogeneticamente antica della corteccia cerebrale, all'interno della base del cervello olfattivo - uncus, in parte nell'ippocampo (campo 11).

4. Nucleo dell'analizzatore del gusto, secondo alcuni dati, si trova nella parte inferiore del giro postcentrale, vicino ai centri dei muscoli della bocca e della lingua, secondo altri - nell'uncus, nelle immediate vicinanze dell'estremità corticale dell'analizzatore olfattivo , il che spiega la stretta relazione tra sensazioni olfattive e gustative. È stato stabilito che i disturbi del gusto si verificano quando è interessato il campo 43.

Analizzatori dell'olfatto, del gusto e dell'udito di ciascun emisfero sono collegati ai recettori degli organi corrispondenti di entrambi i lati del corpo.

5. Il cuore dell'analizzatore cutaneo (sensibilità tattile, al dolore e alla temperatura) situato nel giro postcentrale (campi 1, 2, 3) e nella corteccia della regione parietale superiore (campi 5 e 7). In questo caso, il corpo viene proiettato sottosopra nel giro postcentrale, in modo che nella sua parte superiore vi sia una proiezione dei recettori degli arti inferiori, e nella parte inferiore vi sia una proiezione dei recettori della testa. Poiché negli animali i recettori della sensibilità generale sono sviluppati soprattutto all'estremità del corpo, nella regione della bocca, che svolge un ruolo enorme nella cattura del cibo, anche nell'uomo si è conservato un forte sviluppo dei recettori della bocca.

A questo proposito, la regione di quest'ultimo occupa una quantità esorbitante nella corteccia del giro postcentrale. vasta area. Allo stesso tempo, in connessione con lo sviluppo della mano come organo del lavoro, i recettori tattili nella pelle della mano, che divenne anche l'organo del tatto, aumentarono notevolmente. Di conseguenza, le aree della corteccia corrispondenti ai recettori dell'arto superiore sono molto più grandi di quelle dell'arto inferiore. Pertanto, se disegni una figura umana nel giro postcentrale con la testa in basso (alla base del cranio) e i piedi in alto (fino al bordo superiore dell'emisfero), allora devi disegnare una faccia enorme con una bocca incongruamente grande , una mano grande, soprattutto una mano con un pollice che supera nettamente il resto, un corpo piccolo e gambe piccole. Ogni giro postcentrale Associato a parte opposta del corpo dovuto all'incrocio di conduttori sensibili nel midollo spinale e in parte nel midollo allungato.

« Analizzatore esiste un meccanismo nervoso complesso che inizia con l'apparato percettivo esterno e termina nel cervello ”(I.P. Pavlov). Dal punto di vista I. P. Pavlova, think tank, o l'estremità corticale dell'analizzatore, non ha confini strettamente definiti, ma è costituito da parti nucleari e sparse - teoria del nucleo e degli elementi sparsi. "Nucleo" rappresenta una proiezione dettagliata e accurata nella corteccia di tutti gli elementi del recettore periferico ed è necessaria per l'implementazione di analisi e sintesi superiori. Gli "elementi sparsi" si trovano alla periferia del nucleo e possono essere dispersi lontano da esso; effettuano un'analisi e una sintesi più semplici ed elementari. Quando la parte nucleare è danneggiata, gli elementi dispersi possono, in una certa misura, compensare quelli precipitati funzione del kernel, che è di grande importanza clinica per il ripristino di questa funzione.

Prima di IP Pavlov nella corteccia, nella zona motoria, o centri motori, il giro precentrale, e zona sensibile, O centri sensibili situato dietro Solco centrale. I. P. Pavlov ha dimostrato che la cosiddetta zona motoria, corrispondente a giro precentrale, esiste, come altre aree della corteccia cerebrale, un'area percettiva (l'estremità corticale dell'analizzatore motorio). “La regione motoria è la regione ricevente. Ciò stabilisce l'unità dell'intera corteccia cerebrale ”(IP Pavlov).

Tutta la nostra vita è permeata di algoritmi. Con l'avvento dei computer, il concetto di algoritmo è diventato quasi un concetto chiave in molti campi della conoscenza. Un algoritmo come sequenza di azioni che portano al risultato desiderato non è solo un modo per risolvere problemi pratici, ma è anche un criterio di comprensione. Se riusciamo a creare un algoritmo che riproduca i risultati di un sistema naturale, spesso diamo per scontato che il funzionamento di questo sistema ci sia chiaro. Naturalmente, qui c'è un certo problema. Dal fatto che l'algoritmo fornisce un risultato simile, non si può concludere che la natura lo ottenga allo stesso modo. Bisogna stare molto attenti quando si usano analogie algoritmiche quando si tratta di come funziona il cervello. Vale la pena considerare: ciò che osserviamo come un certo risultato funzionale può, da un lato, essere una conseguenza del lavoro di strutture geneticamente predeterminate, e quindi la descrizione algoritmica è del tutto appropriata, oppure può essere il risultato dell'autorganizzazione e l'acquisizione di nuove proprietà, e quindi la descrizione algoritmica del risultato non ha valore speciale senza comprendere i principi dell'autorganizzazione.

L'idea principale di auto-organizzazione è associata alla corteccia cerebrale, che ne forma la superficie esterna. Negli esseri umani, la corteccia occupa oltre il 40% del volume totale del cervello. In tutti gli altri esseri viventi la dimensione della corteccia è molto più modesta. La maggior parte del volume della corteccia umana ricade sulla nuova corteccia: la neocorteccia. Questa parte della corteccia ha preso il nome "nuova" perché è nata nelle fasi successive dell'evoluzione. Nei mammiferi inferiori questa parte della corteccia è solo delineata. A volte la nuova corteccia è chiamata nuovo cervello e il resto delle strutture è chiamato cervello antico.

Figura 1. La struttura del cervello umano

1. Scanalatura del corpo calloso. 2. Solco angolato. 3. Giro angolare. 4. Corpo calloso. 5. Solco centrale. 6. Lobulo paracentrale. 7. Pre-cuneo. 8. Solco parieto-occipitale. 9. Cuneo. 10. Solco sperone. 11. Corpo pineale. 12. Piastra della quadrigemina. 13. Cervelletto. 14. Quarto ventricolo. 15. Fusione intertalamica, talamo. 16. Midollo allungato. 17. Ponte Varoliev. 18. Gamba del cervello. 19. Pituitaria. 20. Terzo ventricolo. 21. Commissura anteriore (bianca). 22. Partizione trasparente

Nella seconda metà del XIX secolo si scoprì che la superficie della crosta non è omogenea, ma è costituita da zone con una certa specializzazione.

Nel 1861 venne dal medico francese Paul Broca un paziente che aveva perso la capacità di parlare e poteva dire solo "tan-tan". Quando il paziente morì, Broca esaminò il suo cervello e scoprì che una sezione delle dimensioni di un uovo del lobo frontale sinistro era stata danneggiata. Broca è giunto alla conclusione che questa parte del cervello è responsabile delle capacità linguistiche. Gli studi sul cervello di altri pazienti con sintomi simili hanno confermato le ipotesi di Brock e da allora quest'area porta il suo nome. L'incapacità di dire altro che sillabe ripetute è stata chiamata afasia di Broca.

Nel 1871, il neurologo tedesco Carl Wernicke diagnosticò in molti dei suoi pazienti un diverso tipo di afasia. Potevano rispondere a certe domande, ma le loro risposte non avevano senso e contenevano una raccolta di suoni senza senso invece di singole parole. Ad esempio, se chiedessi a uno dei pazienti di Wernicke dove vive, potrebbe rispondere: “Sì, certo. È triste pensare e raramente coltivare. Ma se conti l’agnello, allora è un pensiero, quindi strepte”. Dopo aver condotto un'autopsia, Wernicke scoprì che questo tipo di afasia era causato da una lesione in un'altra zona situata vicino all'area di Broca. Sia la malattia che l'area del cervello prendono il nome da Wernicke.

Per comprendere lo scopo delle varie zone, i ricercatori hanno iniziato a condurre esperimenti con la stimolazione della corteccia con una corrente elettrica. Esperimenti su animali hanno dimostrato che la stimolazione di singole sezioni della corteccia provoca la contrazione dei muscoli delle estremità e della metà del corpo opposta all'emisfero irritato.

Negli anni '20 Wilder Penfield fu coinvolto nel trattamento chirurgico dell'epilessia. Ha sviluppato una tecnica che consisteva nel fatto che durante un'operazione sul cervello aperto, veniva eseguita la stimolazione elettrica dei suoi vari dipartimenti, che consentiva di localizzare il focus epilettico in modo più accurato. Durante l'intervento i pazienti erano coscienti e descrivevano le loro sensazioni, che venivano attentamente registrate e poi analizzate. Penfield ha utilizzato le informazioni provenienti da centinaia di interventi chirurgici al cervello per creare mappe funzionali della superficie corticale. Ha riassunto i risultati della mappatura delle principali aree motorie e sensoriali della corteccia e per la prima volta ha mappato accuratamente le aree corticali legate al linguaggio. Penfield ha dimostrato che quanto più importante è questo o quel sistema funzionale del corpo, tanto più esteso è il territorio occupato dalla sua proiezione. È così che sono nati schemi ben noti, chiamati "l'uomo di Penfield". Ha labbra, bocca, braccia sproporzionatamente grandi, ma un busto e gambe piccoli, a seconda del grado di controllabilità di alcuni gruppi muscolari e del loro significato funzionale generale. Penfield scoprì che le aree sensoriali e motorie del cervello sono come mappe del corpo umano. Le aree vicine del corpo, di regola, sono rappresentate dalle aree vicine della corteccia cerebrale.

Figura 2. Omuncolo di Penfield. Sinistra: proiezione corticale della sensibilità; a destra - proiezione corticale del sistema motorio

Per studiare come si diffonde l'eccitazione all'interno della corteccia, è stato ideato un metodo di stimolazione chimica. Un pezzo di carta inumidito con una soluzione di stricnina è stato applicato su una certa area della corteccia cerebrale, irritandola così. Successivamente gli elettrodi sono stati applicati successivamente alle zone vicine, “sondando” così fino a che punto si estende l’irritazione indotta. Gli esperimenti hanno dimostrato che diverse zone corticali, talvolta situate a notevole distanza dal punto irritato, talvolta rispondevano alla stimolazione di un'area. Pertanto, si è formata un'idea sulla gerarchia delle proiezioni delle zone corticali. Le zone responsabili della proiezione delle informazioni sensoriali e motorie erano chiamate primarie. Le zone più connesse con quelle primarie furono dette secondarie. E infine, le zone eccitate dopo quelle secondarie furono chiamate terziarie.

Esperimenti sulla stimolazione elettrica hanno dimostrato che con il passaggio dai livelli inferiori a quelli superiori le immagini evocate, sia visive che uditive, diventano più complicate. L'irritazione delle sezioni primarie della corteccia visiva ha causato sensazioni elementari nei pazienti sul tavolo operatorio. I pazienti vedevano punti luminosi tremolanti, palline colorate, lingue di fuoco... Un quadro simile è stato osservato con la stimolazione delle sezioni primarie della corteccia uditiva, con l'unica differenza che in questi casi le persone avevano allucinazioni uditive elementari (rumori, suoni di vari toni).

L'irritazione delle parti secondarie della corteccia visiva evocava immagini visive complesse e progettate in modo bizzarro: i soggetti vedevano persone, animali e così via, sia statici che in movimento.

L'impatto su aree simili della corteccia uditiva ha portato alla comparsa di complesse allucinazioni uditive: il suono di melodie musicali, a volte frasi di canzoni famose, mentre il paziente era consapevole che non esisteva alcuna fonte esterna di suono.

L'impatto degli impulsi elettrici sulle parti terziarie della corteccia visiva ha portato ad allucinazioni sfaccettate accompagnate da componenti sonore. I pazienti vedevano scene spiegate, immagini intere, ascoltavano i suoni di un'orchestra (Penfield, et al., 1968).

In modo molto semplificato, la distribuzione dell'attività nella corteccia può essere rappresentata come segue. Tutte le informazioni sensoriali vengono proiettate in un modo o nell'altro sulle zone corticali primarie. Le zone primarie si proiettano su molte altre zone, che a loro volta si proiettano ulteriormente. La complessità del sistema di proiezione può essere immaginata osservando la Figura 3.

Figura 3. La struttura delle connessioni del cervello umano. Per gentile concessione dell'Università dell'Indiana (Stu)

Quando, come risultato della proiezione, vengono visualizzate informazioni sulle zone motorie, ciò porta ad azioni. Quando la visualizzazione ricade sulle zone sensoriali primarie, viene percepita come un'immagine mentale.

Abbiamo due persone che vivono nella nostra testa: la prima è una proiezione dei nostri sentimenti e la seconda è una proiezione dei nostri movimenti. Sono come fratelli, ma diversi. Ognuno ha la propria casa: il giro della corteccia cerebrale.

Abbiamo un giro precentrale e uno postcentrale nella nostra corteccia cerebrale. Il giro postcentrale è l'area del lobo parietale del cervello dove terminano i percorsi della sensibilità superficiale e profonda, cioè grazie a queste cellule sentiamo tatto, dolore, pressione, vibrazione, ecc. E il giro precentrale è una sezione del lobo frontale, in esso inizia il percorso piramidale, che termina sui motoneuroni del midollo spinale e sui nuclei motori dei nervi cranici, cioè l'attività di queste cellule fornisce movimenti coscienti.

Il famoso scienziato Penfield ha utilizzato le informazioni provenienti da centinaia di interventi chirurgici al cervello per creare mappe funzionali della corteccia (superficie) del cervello. Ha riassunto i risultati della mappatura delle principali aree motorie e sensoriali della corteccia e per la prima volta ha mappato accuratamente le aree corticali legate al linguaggio. Utilizzando il metodo della stimolazione elettrica delle singole parti del cervello, Penfield ha stabilito l'esatta rappresentazione nella corteccia cerebrale di vari muscoli e organi del corpo umano. Così, questo omino è stato inventato dallo scienziato canadese Penfield, che ha rappresentato il cervello umano in modo così chiaro.

Schematicamente viene raffigurato come un “homunculus” (omino), le cui parti del corpo sono proporzionali alle aree del cervello in cui sono rappresentate. Le proporzioni di questo omino corrispondono alla rappresentazione del nostro corpo nella corteccia cerebrale. Circa un terzo è occupato dalla mano, un altro terzo dalle labbra, dalla lingua, dalla laringe, ad es. apparato vocale, il resto del corpo è sproporzionatamente piccolo. Pertanto, le dita, le labbra e la lingua con un gran numero di terminazioni nervose sono raffigurate più grandi del busto e delle gambe. Si scopre che la figura dell'omuncolo sensoriale (sensibile) si trova nel British Museum, insieme al motore (motore).

Ecco alcune cose più interessanti:

1. La stimolazione (qualsiasi) delle mani, del viso porta all'eccitazione di ampie aree della corteccia cerebrale. Pertanto, è efficace fare un massaggio tonico al viso, lavarsi il viso con acqua fredda, impastare i punti del viso: questo è meravigliosamente rilassante e tonificante. Il mio modo preferito per rallegrarmi: strofinare con la punta delle dita fino a sentire il calore luminoso delle ali del naso, poi delle arcate sopracciliari, poi degli zigomi, poi davanti e dietro l'orecchio. Cinque minuti e sei come nuovo.

2. L'ampia rappresentazione dell'apparato vocale riflette l'importanza della parola nella nostra evoluzione. Pertanto, l'eccitazione attiva nella corteccia può essere trasmessa al giro motorio e riflettersi nel nostro discorso. Inoltre, per la “lotta” con l'uomo di Penfield nella balbuzie, vengono utilizzate numerose tecniche inibitorie che riducono l'aumento del tono del centro della parola: dai tranquillanti, alla suggestione e all'ipnosi, all'agopuntura, alla fisioterapia, alla psicoterapia. Dal rallentare il ritmo del discorso attraverso la ritmizzazione e la melodiosità fino al lungo silenzio. Tutte queste tecniche, inventate da medici e logopedisti, sono adatte anche per il trattamento della balbuzie.

3. Per lo sviluppo intellettuale e la parola nei bambini è importante lo sviluppo delle capacità motorie delle mani. Dall'omuncolo consegue che due terzi del cervello sono occupati dal lavoro delle mani e dell'apparato vocale. E solo un piccolo terzo viene dato al resto del corpo. E questo strambo con la bocca grande e le mani enormi e rastrellanti siamo noi nella vera luce del cervello.

4. Osservando l'omuncolo motorio, diventa immediatamente chiaro il motivo per cui le persone non si accorgono quando si chinano. La schiena è rappresentata in minima parte nel cervello sensoriale e ancor meno in quello motorio. Praticamente ha le dimensioni di una lingua, è difficile rintracciarlo.

5. Non percepiamo il nostro corpo così com'è nella realtà. E questo può creare non pochi problemi. Le illusioni di sensibilità sensoriale possono essere fonte di problemi, ad esempio nelle persone anoressiche. La sensibilità dice loro che sono troppo spessi e, sebbene gli occhi dicano il contrario, c'è una discrepanza nel lavoro dei due sistemi di percezione. Nella maggior parte delle situazioni la sensibilità è “assicurabile” dalla vista e dal tatto, perché solitamente vediamo le nostre stesse braccia, gambe e busto e allo stesso tempo capiamo di aver toccato qualcosa.

6. Le mappe cerebrali non sono fisse e universali, ma hanno confini e dimensioni diverse per persone diverse. La forma delle mappe cerebrali cambia a seconda di ciò che facciamo durante la nostra vita. Negli anni '60, quando Merzenich iniziò a usare i microelettrodi per studiare il cervello, altri due scienziati, che lavoravano anche al Johns Hopkins Institute di Mountcastle, scoprirono che il cervello di animali molto giovani è di plastica. David Huebel e Thorsten Wiesel hanno eseguito la micromappatura della corteccia visiva per studiare l'elaborazione delle informazioni visive. Hanno posizionato dei microelettrodi nella corteccia visiva dei gattini e hanno scoperto che le informazioni sulle linee, sugli orientamenti e sui movimenti degli oggetti percepiti visivamente vengono elaborate in diverse parti della corteccia. Hanno anche scoperto l'esistenza di un "periodo critico" tra la terza e l'ottava settimana di vita in cui il cervello dei gattini appena nati deve ricevere stimolazione visiva per il normale sviluppo. In un esperimento, Hubel e Wiesel cucirono la palpebra di un occhio di un gattino durante il periodo iniziale di sviluppo in modo che quell'occhio non ricevesse stimolazione visiva. Quando hanno liberato l'occhio del gattino dai punti di sutura, hanno scoperto che quelle aree visive sulla mappa del cervello che elaborano le informazioni provenienti dall'occhio chiuso non ricevevano alcuno sviluppo, per cui l'animale rimaneva cieco in quell'occhio per tutta la vita. È diventato ovvio che c'è un certo periodo critico in cui il cervello dei gattini è particolarmente plastico e la sua struttura si forma sotto l'influenza dell'esperienza.

Dopo aver analizzato la mappa del cervello per l’occhio cieco, Hubel e Wiesel hanno fatto un’altra scoperta inaspettata legata alla neuroplasticità. Quella parte del cervello che non riceveva informazioni dall'occhio chiuso non era inattiva. Iniziò a elaborare le informazioni visive dall'occhio aperto, come se nessuna "area corticale" dovesse essere inattiva nel cervello. Cioè, il cervello ha trovato di nuovo il modo di ricostruirsi, il che è stato un'altra prova della sua speciale plasticità in un periodo critico. Hubel e Wiesel furono insigniti del Premio Nobel per questo lavoro. Tuttavia, anche dopo aver scoperto l’esistenza della plasticità cerebrale nella prima infanzia, i ricercatori non hanno “trasferito” questa plasticità al cervello adulto. Questo sarà un articolo a parte)))

Tutte le circonvoluzioni e i solchi del cervello umano sono stati a lungo nominati e descritti. Negli atlanti neuroanatomici la stessa materia grigia della corteccia cerebrale è dipinta in diversi colori. Questa mappa a colori ha più di cento anni. E l'idea stessa che le funzioni mentali siano localizzate in punti diversi sulla superficie della corteccia cerebrale umana è nata a cavallo tra il XVIII e il XIX secolo. Il medico tedesco Franz Gall (1758-1828) creò le cosiddette mappe frenologiche del cervello, dove collocò le proprietà della psiche, che chiamò "le capacità dell'anima". Dal punto di vista della scienza moderna, le straordinarie mappe di Gall sono il frutto di conclusioni basate non su dati sperimentali, ma solo sulle proprie osservazioni. Tuttavia, per l'attuazione della sua idea, gli scienziati hanno lottato per due secoli.

Alla fine del 19° secolo, i fisiologi tedeschi trovarono una zona nella corteccia cerebrale di cani e gatti, la cui stimolazione elettrica provocava la contrazione involontaria dei muscoli del lato opposto del corpo. Sono stati in grado di determinare con precisione in quali parti di questa zona sono rappresentati i diversi gruppi muscolari. Successivamente, questa zona (era chiamata zona motoria) fu descritta anche nel cervello umano; si trova davanti al solco centrale (Roland), che separa più profondamente la corteccia cerebrale nella direzione trasversale. Qui le rappresentazioni dei muscoli della laringe, della bocca, del viso, del braccio, del busto e della gamba sono posizionate in sequenza e l'area delle sezioni corticali non corrisponde affatto alla dimensione delle parti del corpo. Il neurologo canadese Wilder Graves Penfield ed E. Baldry, confrontandoli entrambi, hanno disegnato un omino buffo in questo posto: un omuncolo. Ha una lingua enorme, labbra, pollici e braccia, gambe e busto sono molto piccoli. Dietro il solco centrale vive anche l'omuncolo simmetrico, solo che non è motorio, ma sensoriale. Aree di quest'area della corteccia cerebrale sono associate alla sensibilità cutanea di varie parti del corpo. Le aree motorie e sensoriali interagiscono strettamente tra loro, quindi sono solitamente considerate come un'unica corteccia sensomotoria. Successivamente si è scoperto che tutto è un po 'più complicato: i fisiologi hanno trovato un'altra rappresentazione motoria completa di un corpo più piccolo, responsabile del mantenimento della postura e di alcuni altri movimenti lenti e complessi.

Anche tutti gli organi di senso hanno la loro rappresentanza autorizzata nella corteccia cerebrale. Ad esempio, la corteccia visiva si trova nella regione occipitale del cervello umano, la corteccia uditiva si trova nel lobo temporale, mentre la rappresentazione olfattiva è distribuita in diverse parti del cervello. Nella corteccia sono presenti anche i cosiddetti campi associativi, dove avviene l'analisi e la sintesi delle informazioni provenienti dai campi primari degli organi di senso. I campi associativi sono più fortemente sviluppati negli esseri umani, specialmente quelli che si trovano nel lobo frontale, a cui i fisiologi associano le più alte manifestazioni della psiche: pensiero, intelligenza. Già a metà del 19° secolo lo scienziato francese Paul Broca e lo psichiatra tedesco Carl Wernicke scoprirono due aree nell'emisfero sinistro del cervello umano legate alla parola: se l'area di Broca è danneggiata, si trova nel terzo posteriore dell'inferiore. giro frontale, il linguaggio del paziente è compromesso, ma se è interessata l'area di Wernicke - nel terzo posteriore del giro temporale superiore, il paziente può parlare, ma il suo discorso diventa vuoto.

Quindi oggi i fisiologi sanno molto sulla struttura e sulle funzioni del cervello. Ma più imparano, più misteri rimangono. E nessuno dei ricercatori moderni può affermare di sapere come funziona il cervello. Le mappe cerebrali esistenti oggi, in termini di grado di contenuto informativo, possono probabilmente essere paragonate alle mappe geografiche del Medioevo, quando i contorni dei continenti somigliavano solo lontanamente a quelli reali e le macchie bianche superavano tutto il resto in la zona. “E, cosa più importante, conoscendo approssimativamente la geografia, non abbiamo idea di cosa stia succedendo nei diversi “paesi”. Cosa fanno, come vivono", commenta il direttore dell'Istituto del cervello umano dell'Accademia russa delle scienze, membro corrispondente dell'Accademia russa delle scienze Svyatoslav Vsevolodovich Medvedev.

Il compito di rimuovere i punti bianchi da una mappa del cervello e aumentarne la risoluzione è molto più difficile che riempire i punti bianchi nella geografia. Soprattutto quando si tratta del cervello umano e delle manifestazioni più elevate della psiche umana. È davvero possibile proiettare sulla superficie del cervello i sentimenti umani, la tensione del pensiero, l'agonia della creatività? Si potrà mai dire: questa zona è responsabile della decisione, questo gruppo di cellule è responsabile del sentimento della bellezza, qui si annida l'invidia e qui inizia la zona dell'amore?

"È più corretto parlare non di mappatura del cervello, ma di mappatura delle funzioni cerebrali", spiega S.V. Medvedev. - Il compito è determinare dove si trovano i neuroni coinvolti nella risoluzione di un particolare compito e capire come queste parti del cervello interagiscono tra loro. Infine, il compito più importante per un neurofisiologo - obiettivo dal quale siamo ancora molto lontani - è correlare gli eventi che si verificano nel cervello con ciò che pensa una persona, per decifrare i codici dell'attività nervosa superiore.

Il cervello parla un linguaggio elettrico

I primi dati sulla localizzazione delle funzioni cerebrali superiori furono ottenuti nell'era dei "confronti clinico-anatomici", cioè osservazioni di pazienti che avevano danneggiato alcune parti del cervello. Poi, alla fine degli anni '20 del secolo scorso, iniziò l'era del predominio della ricerca elettrofisiologica. I fisiologi hanno imparato a registrare l'attività elettrica del cervello - l'elettroencefalogramma (EEG) di una persona attraverso elettrodi applicati sul cuoio capelluto (per la prima volta lo psichiatra austriaco Hans Berger lo fece nel 1929). Questo metodo divenne il principale nello studio del lavoro del cervello e delle sue malattie: i primi elettrofisiologi credevano che tutto potesse essere conosciuto con l'aiuto dell'EEG. In effetti, l'EEG riflette una varietà di processi che si verificano nel cervello, ma la difficoltà è che registra l'attività elettrica totale, riassume e calcola la media del lavoro di un numero enorme di cellule nervose: i neuroni. E qui sta il suo limite metodologico.

Poi c'erano altri modi per studiare l'attività elettrica del cervello, ad esempio il metodo dei potenziali evocati: si tratta di onde elettriche che si verificano in alcune aree della corteccia cerebrale in risposta a una stimolazione specifica. Nella corteccia visiva compaiono in risposta a un lampo di luce, nella corteccia uditiva a un suono e così via. Questo metodo ha fatto molto per studiare la localizzazione delle funzioni nelle aree della corteccia cerebrale e con il suo aiuto la mappa del cervello è stata significativamente perfezionata. Ma presenta anche dei limiti, soprattutto quando si studia il cervello umano.

Con lo sviluppo della tecnologia dei microelettrodi è diventato possibile registrare le scariche elettriche dei singoli neuroni. Ciò avviene, ovviamente, soprattutto negli esperimenti su animali da laboratorio. Una svolta nella ricerca sul cervello umano si è verificata quando è diventato possibile registrare l’attività elettrica dei neuroni umani direttamente dal cervello utilizzando elettrodi sottocorticali impiantati. L'accademica Natalya Petrovna Bekhtereva iniziò a utilizzare questo metodo all'inizio degli anni '60. Elettrodi sottili sono stati inseriti nel cervello del paziente per scopi terapeutici: potevano essere utilizzati per colpire aree del cervello. Ma non appena l'elettrodo viene impiantato nel cervello del paziente, è necessario sfruttare questa opportunità e trarne la massima informazione. Un elettrodo di questo tipo registra l'attività dei neuroni circostanti e questo è un livello di risoluzione completamente diverso da quello che si può ottenere da un elettrodo situato sulla superficie della testa.

I neuroni sono “alfabetizzati” e “creativi”

Con l'aiuto di elettrodi sottocorticali impiantati, i fisiologi dell'Istituto del cervello umano dell'Accademia delle scienze russa sono riusciti a imparare molto su come il cervello affronta la parola. Come già accennato, le aree di Broca e Wernicke relative al discorso sono note da molto tempo. "È più corretto limitarsi alla definizione "relativo al discorso" e non usare l'espressione "zona del discorso", sottolinea S.V. Medvedev. - Ricordi la battuta sullo scarafaggio, che, a quanto pare, ha "orecchie ai piedi"? Devi essere consapevole che sia l'area di Broca che quella di Wernicke potrebbero non essere il centro del discorso, ma una sorta di interfaccia.

In un luogo completamente diverso nella corteccia cerebrale, i ricercatori hanno trovato un rilevatore della correttezza grammaticale di una frase significativa. Un gruppo di neuroni aumenta la propria attività elettrica se la frase che il soggetto sente è grammaticalmente corretta, mentre la indebolisce quando è grammaticalmente errata. Se al soggetto vengono offerte le frasi "nastro blu" e "nastro blu", questi neuroni "alfabetizzati" noteranno immediatamente la differenza. Un altro gruppo di neuroni distingue tra parole della lingua madre, parole ad esse simili foneticamente e parole straniere. "Ciò significa che la popolazione neurale analizza quasi istantaneamente la struttura fonetica della parola e la classifica in tipi: "Capisco", "Non capisco, ma qualcosa di familiare" e "Non capisco affatto", dice S.V. Medvedev. A questo proposito, sorge la domanda se questi neuroni funzionino allo stesso modo o in modo diverso nelle persone dotate di alfabetizzazione innata e in quelle che hanno problemi con essa. Molto probabilmente ci sono delle differenze, ma per dare una risposta accurata è necessario reclutare molti soggetti.

"Abbiamo trovato gruppi di neuroni che distinguono tra parole concrete e astratte, neuroni che, a quanto pare, sono responsabili del conteggio", dice ulteriormente Svyatoslav Vsevolodovich. - Abbiamo identificato le aree del cervello associate alla generalizzazione, al processo decisionale. Tutti i sistemi di neuroni sono caratterizzati da polifunzionalità: ciò significa che le stesse cellule possono partecipare a funzioni diverse. La specializzazione dei neuroni è relativa: a seconda della situazione possono assumere responsabilità diverse. Ad esempio, quando muore il capitano della nave, il navigatore o qualcun altro prende il suo posto. Pertanto, il cervello è un sistema molto flessibile”. I neuroni perdono nel tempo la loro proprietà di intercambiabilità e acquisiscono una maggiore specializzazione. Un bambino piccolo non può camminare e parlare allo stesso tempo, se lo chiami inciamperà e cadrà. Il fatto è che tutta la sua corteccia è occupata dall'uno o dall'altro. Lo studente non dovrebbe essere distratto durante la lezione, altrimenti non imparerà il materiale. Nel corso del tempo, c'è sempre più separazione dei territori cerebrali, quindi un adulto può guidare un'auto e contemporaneamente sostenere una conversazione, parlare al telefono e visualizzare documenti, ecc.

N.P. Bekhtereva e i suoi collaboratori hanno scoperto dei neuroni nel cervello che agiscono come rilevatori di errori. Qual è il loro ruolo? Reagiscono a qualsiasi violazione della sequenza stereotipata di azioni. "Esci di casa e per strada senti:" Qualcosa non va ... "- spiega S.V. Medvedev. "Così è: si sono dimenticati di spegnere la luce in bagno." I neuroni rilevatori di errori si trovano in diverse parti del cervello: nella corteccia parietale dell'emisfero destro, nel solco Roland, nelle aree parietale superiore e parietale-temporale della corteccia, nel giro del cingolo.

Ma il metodo degli elettrodi impiantati presenta dei limiti. Gli elettrodi, ovviamente, non vengono impiantati dove i fisiologi lo desiderano, ma solo dove necessario per indicazioni cliniche. Questo non significa che stiamo cercando dove è più luminoso e non dove ci siamo persi?

Lo scanner cerebrale funziona con positroni

Tradizionalmente utilizzate in medicina, le radiografie per ottenere un'immagine del cervello non sono il metodo migliore. Con l’avvento della risonanza magnetica (MRI) sono emerse possibilità molto diverse. L'Istituto del cervello umano dell'Accademia russa delle scienze utilizza attivamente il metodo della tomografia a emissione di positroni (PET). Entrambi i metodi forniscono un'immagine del cervello. Qual'è la differenza tra loro?

La risonanza magnetica si basa sulle proprietà di alcuni nuclei atomici, principalmente i nuclei degli atomi di idrogeno, quando posti in un campo magnetico, assorbono energia nella gamma delle radiofrequenze e la irradiano dopo la cessazione dell'esposizione al segnale a radiofrequenza. A seconda dell '"ambiente", cioè delle proprietà del tessuto biologico in cui si trovano questi nuclei, cambia l'intensità della loro radiazione. Pertanto, è possibile vedere immagini di varie strutture cerebrali. L'essenza del metodo PET è quella di tracciare quantità piccolissime di una sostanza marcata con un isotopo radioattivo a vita ultrabreve (emivita - minuti). L'isotopo emette positroni, che si annichilano con gli elettroni, emettendo due raggi gamma e si diffondono in direzioni opposte. Se questi quanti gamma vengono registrati dal rilevatore, è possibile determinare la posizione degli atomi della sostanza marcata. La sostanza viene scelta in modo che la sua concentrazione rifletta l'attività delle cellule cerebrali. Ad esempio, se la concentrazione di glucosio radiomarcato aumenta da qualche parte, ciò significa che i neuroni lo stanno consumando attivamente e, quindi, stanno lavorando attivamente. Se in questo momento il soggetto esegue un compito, vediamo quali aree del cervello sono coinvolte nella sua attuazione. Il metodo PET consente l'utilizzo di isotopi a vita breve (O, N, C, F), poco dannosi per il paziente.

Con l'aiuto della PET è anche possibile osservare i cambiamenti nel flusso sanguigno cerebrale in un determinato comportamento. Quando un'area del cervello viene attivata, il sangue vi scorre attivamente. Se l'acqua marcata con ossigeno radioattivo viene iniettata in una vena, entra nei vasi del cervello e può essere registrata. Dove c’è più ossigeno etichettato, scorre più sangue, il che significa che è lì che aumenta l’attività.

Dagli avamposti grammaticali ai labirinti della creatività

Con l'aiuto della PET, i ricercatori hanno continuato a studiare il linguaggio umano già nell'intero cervello. Hanno visto dove avviene l'elaborazione delle informazioni vocali: le singole parole, il significato del testo, dove viene memorizzato. Hanno dimostrato che la corteccia extrastriata mediale è coinvolta nell'elaborazione della struttura ortografica delle parole e che una parte significativa della corteccia temporale superiore sinistra (area di Wernicke) è probabilmente coinvolta nell'analisi semantica. L'ordine delle parole viene analizzato dalla parte anteriore della corteccia temporale superiore. Quando a una persona viene mostrato un testo coerente senza nemmeno che gli venga chiesto di leggerlo (bastava contare il numero di occorrenze di una lettera), il flusso sanguigno cerebrale aumenta, il che significa che il cervello è coinvolto nel lavoro linguistico. (Quando vengono presentate parole confuse in modo casuale, il cervello non reagisce in questo modo.)

Anche il processo creativo “divino” si è rivelato decifrabile, almeno dai fisiologi del laboratorio di N.P. Bekhtereva si è avvicinato a questo. A una persona viene offerto una sorta di compito creativo, ad esempio, comporre una storia da un insieme di parole e in tempo reale vede quali aree del cervello iniziano a lavorare attivamente. Si è scoperto che l'attività creativa è accompagnata principalmente da un cambiamento nelle connessioni tra le diverse aree del cervello. La maggior parte delle nuove connessioni compaiono nella zona temporale anteriore sinistra con le zone corticali anteriori e con quelle posteriori, al contrario, la connessione è indebolita. Le connessioni tra le strutture parietali e occipitali sono perse. E tutto ciò accade proprio quando si esegue un compito creativo, ma se il compito è privo di elementi creativi, tali cambiamenti non si verificano. Il flusso sanguigno cerebrale locale durante un compito più creativo rispetto a un compito meno creativo è aumentato nella corteccia prefrontale destra. Da ciò, gli scienziati concludono che quest’area è direttamente correlata alla “creatività”.

I ricercatori sono interessati anche al fenomeno dell'attenzione involontaria: ad esempio, una persona guida un'auto, ascolta la radio, parla e improvvisamente reagisce istantaneamente al suono del motore, il che indica che qualcosa non va nel motore. In due laboratori utilizzando due metodi diversi: S.V. Medvedev con il metodo PET e Yu.D. Kropotov, utilizzando il metodo degli elettrodi impiantati, ha trovato le stesse zone in cui avviene l'attivazione in tali momenti: nella corteccia temporale e frontale. L'attivazione avviene in risposta a una mancata corrispondenza tra gli stimoli attesi e quelli effettivi, come quando il suono di un motore non è quello che dovrebbe essere. Un altro fenomeno è l'attenzione selettiva, che aiuta una persona in un continuo ronzio di voci a un cocktail party a seguire il discorso di un interlocutore, quello che gli interessa. Apparentemente, in questo caso la corteccia prefrontale è responsabile della focalizzazione dell'attenzione spaziale. Sintonizza la corteccia uditiva destra o sinistra, a seconda di quale orecchio riceve informazioni importanti.

Quando si parla di mappatura del cervello, è importante capire che il cervello, in senso stretto, non è diviso in aree chiaramente delimitate, ciascuna delle quali è responsabile solo della propria funzione. Tutto è molto più complicato, perché nel processo di esecuzione di qualsiasi funzione, i neuroni di diverse aree interagiscono tra loro, formando una rete neurale. Lo studio di come i singoli neuroni si combinano in una struttura e la struttura in un sistema e in un intero cervello è un compito per il futuro.

"La PET è uno strumento potente per studiare quasi tutte le funzioni, ma da sola non è sufficiente", afferma S.V. Medvedev. - Il compito della PET è rispondere alla domanda “dove?”, e per rispondere alla domanda “cosa sta succedendo?”, la PET dovrebbe essere combinata con metodi elettrofisiologici. Insieme ai fisiologi britannici abbiamo creato un sistema per l'analisi parallela di PET ed EEG, che si completano a vicenda. Probabilmente questo approccio è il futuro”.

Un anno fa ( articolo pubblicato nel 2004 - P.Z. ) un gruppo di scienziati provenienti da sei paesi ha annunciato la creazione di una mappa computerizzata tridimensionale del cervello umano, che può essere utilizzata per determinare la predisposizione di una persona a determinate malattie. I creatori della mappa credono di poter già collegare alcune malattie, come il morbo di Alzheimer o l'autismo, con diverse parti della corteccia cerebrale. Ora sono impegnati a perfezionare i dettagli della loro invenzione.

La seconda ipostasi del gene

All'inizio degli anni '50 del secolo scorso, nacque l'idea che la memoria non può essere limitata solo ai processi elettrici: affinché le informazioni vengano immagazzinate a lungo termine nel cervello, devono essere preservate in forma chimica. Sebbene a quel tempo esistessero ancora idee molto generali sul genoma cellulare, nacque l'idea che esso non solo memorizzi informazioni ereditarie, ma partecipi anche alla conservazione delle informazioni acquisite durante la vita.

Per verificarlo, dovevamo vedere se l’apprendimento provoca la sintesi degli acidi nucleici e delle proteine ​​nel cervello. Dopo che il principio del genoma – DNA → RNA → proteina – è diventato noto, gli esperimenti sono diventati più mirati. Ed ecco cosa è successo. Immediatamente dopo che agli animali è stata insegnata un’abilità, la sintesi dell’RNA aumenta nel loro cervello. (Per rilevarlo, sono stati iniettati precursori di RNA marcati radioattivamente.) Ciò è accaduto con topi addestrati a evitare la corrente elettrica in risposta a un segnale sonoro, con polli a cui è stato impresso un oggetto e con pesci rossi addestrati a nuotare con una zattera attaccata all'addome. E se la sintesi dell'RNA viene inibita, gli animali commettono molti errori o non sono in grado di apprendere affatto l'abilità.

Allo stesso tempo, nel cervello vengono sintetizzate anche nuove proteine: ciò è stato determinato anche dall'inclusione di isotopi radioattivi. I bloccanti della sintesi proteica interrompono la memoria a lungo termine senza influenzare la memoria a breve termine. Da ciò diventa chiaro come funzionano i geni: quando imparano su un modello di DNA, viene sintetizzato l'RNA che, a sua volta, genera nuove proteine. Queste proteine ​​entrano in azione poche ore dopo l'acquisizione dell'informazione e ne garantiscono l'immagazzinamento. E gli iniziatori di tutti questi eventi sono i processi elettrici che si verificano sulla membrana della cellula nervosa.

Un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Sistemagenesi dell'Istituto di Fisiologia Normale dell'Accademia Russa delle Scienze Mediche, guidato dal Dottore in Scienze Mediche, membro corrispondente dell'Accademia Russa delle Scienze Mediche K.V. Anokhina si è posta il compito di trovare metodi di ricerca che consentissero di studiare contemporaneamente l'attività delle cellule nervose in tutto il cervello in relazione a qualsiasi comportamento o attività cognitiva (cognitiva). "All'inizio del lavoro, eravamo convinti che le informazioni dalle sinapsi venissero trasmesse a un altro livello più profondo: penetrano nel nucleo della cellula e in qualche modo modificano il funzionamento dei geni", afferma Konstantin Vladimirovich.

Devo dire che una miriade di geni funziona nelle cellule cerebrali: negli esseri umani, la metà di tutti i geni studiati sono espressi solo lì. Il compito era scoprire tra tutti quelli chiave coinvolti nella conservazione di nuove informazioni. La ricerca fu coronata dal successo a metà degli anni '80, quando K.V. Anokhin e i suoi colleghi hanno attirato l'attenzione sui cosiddetti "geni precoci immediati". Hanno preso questo nome per la capacità di essere i primi a rispondere agli stimoli extracellulari. Il ruolo dei geni "precoci" è quello di "svegliare" gli altri geni tardivi. I loro prodotti - proteine ​​regolatrici - fattori di trascrizione, agiscono su sezioni della molecola di DNA e avviano il processo di trascrizione, riscrivendo le informazioni dal DNA all'RNA. Alla fine, i geni "tardivi" sintetizzano le loro proteine, che causano i cambiamenti necessari nella cellula, ad esempio, formano nuove connessioni neuronali.

Il gene più curioso

Dell'intero gruppo di geni "precoci", i ricercatori sono più interessati al gene c-fos K.V. Anokhin e i suoi colleghi studiano il ruolo di questo gene nell'apprendimento dal 1987: secondo loro, è lui che è adatto al ruolo di sonda universale per la mappatura del cervello. "Questo gene ha diverse proprietà uniche", spiega K.V. Anokhin - In primo luogo, nello stato calmo della cella, è silenzioso, praticamente non ha alcun "livello di fondo" di attività. In secondo luogo, se nella cellula iniziano nuovi processi di informazione, questa risponde molto rapidamente, accumulando RNA e proteine. In terzo luogo, è universale, cioè è attivato in varie parti del sistema nervoso centrale, dal midollo spinale alla corteccia. In quarto luogo, la sua attivazione è associata all'apprendimento, cioè alla formazione dell'esperienza individuale. Per dimostrare l'ultima affermazione, gli scienziati hanno condotto dozzine di esperimenti, controllando sotto quali influenze c-fos uscire allo scoperto e agire. Si è scoperto che il gene non risponde a stimoli molto forti, come luce, suono o dolore, nei casi in cui l'impatto non porta con sé elementi di novità. Ma non appena la situazione si arricchisce di nuove informazioni, il gene immediatamente “si sveglia”.

espressione genica c-fos: UN) B) colorazione fluorescente: neuroni verdi con proteina c-fos sullo sfondo di altri neuroni blu; V) G)

Ad esempio, in un esperimento, i topi sono stati posti in una camera dove hanno dovuto sopportare una serie di stimoli elettrocutanei lievi ma spiacevoli. In risposta a ciò, in diverse aree del cervello - nella corteccia, nell'ippocampo e nel cervelletto, c-fos. Tuttavia, se questa procedura viene eseguita quotidianamente, il sesto giorno il gene non risponde più. I topi reagiscono ancora allo shock elettrico, ma per loro non è diventato un evento nuovo, ma atteso. Puoi riattivarti c-fos, se metti nuovamente i topi nella camera - e non li sottoponi alla procedura già familiare. In entrambi i casi il gene segnala un evento quando gli stimoli esterni non sono coerenti con la matrice della memoria individuale. Tale discrepanza si verifica con qualsiasi assimilazione di nuove informazioni e quindi c-fos- un compagno inevitabile dei processi cognitivi nel cervello.

In un altro esperimento sono stati coinvolti polli appena nati, divisi in quattro gruppi. I pulcini del primo gruppo sono nati al buio e non hanno mai visto la luce, il secondo gruppo è stato più fortunato - è stato tenuto sotto il consueto ciclo di luce di 12 ore, i pulcini del terzo gruppo sono stati trasferiti subito dopo in un ambiente visivo arricchito nascita, e i pulcini del quarto gruppo sono stati inizialmente tenuti in condizioni normali e il secondo giorno sono stati trasferiti in un ambiente arricchito. In tutti i polli sperimentali, l'espressione del gene c-fos il secondo giorno dopo la schiusa. Cosa è successo? I primi tre gruppi, nonostante le condizioni così diverse in cui hanno trascorso due giorni della loro breve vita, c-fos non si è presentato. Ma nel quarto gruppo, che ha cambiato l'ambiente arricchendolo visivamente, c-fos attivato. Per loro era una novità, mentre le galline del terzo gruppo si erano già abituate.

Espressione c-fos aumentato nei polli che beccavano la perla che li interessava, si rivelò amaro, e i pulcini impararono da un tempo a evitarlo in futuro. Ma in generale, si è scoperto che l'attivazione genetica non dipende affatto dal successo dell'allenamento e accompagna allo stesso modo azioni errate. Gene c-fos Inoltre reagisce semplicemente a un nuovo oggetto: per attivarlo è sufficiente una sola presentazione di un nuovo oggetto all'animale per soli 10 secondi.

I ricercatori lo hanno ipotizzato c-fos e altri primi geni: il ponte stesso attraverso il quale l'esperienza individuale dell'animale interagisce con il suo apparato genetico.

Cosa rivelerà la mappa genetica del cervello?

Come "catturare" l'espressione genica? Può essere rilevato dalla sintesi di molecole di RNA. Per questo viene utilizzata la cosiddetta ibridazione in situ, un metodo che consente di vedere i luoghi in cui vengono sintetizzati determinati RNA. Il prodotto proteico di un gene può essere reso visibile collegandolo ad anticorpi specifici e colorandolo. Tutto questo, ovviamente, avviene dopo che il cervello dell'animale è stato fissato e ne sono state ricavate sezioni sottili. Lo stesso vale per il rilevamento delle espressioni. c-fos. Agli sperimentatori restano da un'ora e mezza a due ore dopo l'addestramento dell'animale, fino alla concentrazione delle proteine c-fos nel suo cervello è al suo apice.

Con qualsiasi processo cognitivo (cognitivo) nel cervello, molti neuroni in aree diverse iniziano a lavorare in modo sincrono. Avendo uno strumento come una sonda genetica, puoi vedere esattamente quali neuroni sono coinvolti in questo processo. "Ad esempio, possiamo vedere la differenza nel cervello di un topo quando vede un altro topo e quando vede un gatto", dice Konstantin Vladimirovich. - In altre parole, per scoprire quali strutture del cervello vede un topo e quale gatto. Allo stesso modo, quando una persona vede un volto familiare sullo schermo, come Bill Clinton, i "neuroni di riconoscimento di Bill Clinton" vengono attivati ​​nel suo cervello. Anche se il cervello umano è sicuramente molto più difficile da studiare con le sonde genetiche. Ad oggi, gli scienziati non hanno ancora messo a punto metodi per l’imaging in vivo dell’espressione genica nel cervello. “In un’opera è stato possibile registrare l’espressione c-fos una persona in un pezzo di tessuto cerebrale prelevato per l'analisi per una biopsia, dice K.V. Anokhin. - Altri ricercatori sono riusciti a vederlo dopo la morte cerebrale. Ma è ovvio che questo non è esattamente ciò che accade in un cervello vivente.

Se si creasse comunque una mappa genetica del cervello, si dimostrerebbe quali strutture cerebrali sono responsabili delle diverse forme di memoria. Osservando la mappa genetica, il neurofisiologo vedrà immediatamente esattamente dove i neuroni devono essere studiati, ad esempio, per registrare la loro attività elettrica. Scienziati del dipartimento di genesi del sistema proprio con l'aiuto di c-fos scoperto quali aree del cervello dei polli sono responsabili dell'imprinting: l'imprinting. Il metodo ha anche importanti applicazioni pratiche: può essere utilizzato per la ricerca di farmaci che potenzialmente migliorino la memoria (del resto, sono proprio tali sostanze che dovrebbero stimolare l'attivazione c-fos), o per studiare come l'alcol e le droghe agiscono sul cervello.

I ricercatori hanno condotto decine di esperimenti con una varietà di modelli di apprendimento: alimentare e difensivo, classico e strumentale, con stimoli visivi, uditivi, gustativi e altri, formazione singola e multipla. Agli esperimenti hanno partecipato topi, ratti, polli e altri animali. È stato scoperto che diverse aree del cervello sono coinvolte in diversi tipi di apprendimento, ma ce ne sono alcune che sono sempre coinvolte, come la corteccia cingolata.

Fino a quando i fisiologi non arrivano a spiegare in dettaglio il meccanismo di attivazione genetica, cioè, in effetti, ammettono di non sapere completamente come funziona la cellula nervosa. Forse, ricevendo un'influenza esterna, lo confronta con il modello esistente e, in caso di disadattamento, innesca il meccanismo genetico. Ad oggi questa è l’ipotesi più convincente.

Ovviamente, col tempo appariranno nuove possibilità tecniche per la mappatura genetica: già ora è possibile studiare l'espressione di vari geni in un volume tridimensionale del cervello. L’anno scorso, il co-fondatore di Microsoft Paul Allen ha donato 100 milioni di dollari per creare uno speciale centro di ricerca incaricato di mappare l’espressione di tutti i geni che lavorano nel cervello dei topi. Risolvere questo problema richiederà più di un anno di duro lavoro, ma risolverlo è un obiettivo molto allettante, poiché è un percorso per comprendere come i geni controllano la funzione e il comportamento del cervello, anche negli esseri umani.

Candidato di Scienze Biologiche N.Markina
"Chimica e Vita - XXI secolo"

Il cervello umano è una sostanza unica in natura: possiamo dire che è al confine tra il materiale e lo spirituale. I principi del suo lavoro sono ancora carichi di molti misteri, ma è qui che avviene l'elaborazione delle informazioni sensoriali provenienti dai sensi e la nascita del pensiero.

Il cervello è composto da centinaia di miliardi di cellule nervose, o neuroni, ciascuna delle quali stabilisce da uno a diecimila contatti. Questi punti di contatto dei neuroni sono chiamati sinapsi, attraverso le sinapsi le informazioni da un neurone vengono trasmesse agli altri. Foto (licenza Creative Commons): Robert Cudmore

Le sensazioni che proviamo attraverso i sensi sono la nostra più importante fonte di informazioni sul mondo esterno e sul nostro stesso corpo. Qualsiasi restrizione su questo flusso è una prova severa per una persona. In effetti, anche se l'udito e la vista sono in ordine, ma il loro proprietario è seduto in una cella di punizione sorda e oscura, la fonte primaria di sofferenza è che praticamente non esiste alcun oggetto di applicazione per questi sentimenti, tutta la vita è da qualche parte là fuori, dietro il muri. Nei bambini, a causa della sordità e della cecità fin dalla prima infanzia, limitati nella ricezione delle informazioni, si verificano ritardi nello sviluppo mentale. Se non vengono curati in tenera età e non vengono insegnate tecniche speciali che compensino questi difetti dovuti al tatto, il loro sviluppo mentale diventerà impossibile.

Le sensazioni che sorgono come reazione del sistema nervoso a uno stimolo sono fornite dall'attività di speciali apparati nervosi: analizzatori. Ciascuno è composto da tre parti: la sezione periferica, chiamata recettore; nervi afferenti o sensoriali che conducono l'eccitazione ai centri nervosi; e i centri nervosi veri e propri, le parti del cervello in cui avviene l'elaborazione degli impulsi nervosi.

Tuttavia, le sensazioni di una persona non sempre le danno un'idea fedele della realtà che la circonda, ci sono, per così dire, fenomeni sensoriali "falsi" che distorcono le irritazioni iniziali o sorgono in assenza di qualsiasi irritazione. I praticanti spesso non prestano loro attenzione, si qualificano come una stranezza o un'anomalia. E i ricercatori interessati all'attività nervosa superiore, al contrario, hanno recentemente iniziato a mostrare loro maggiore attenzione: uno studio approfondito su di essi consente di ottenere nuove idee sul funzionamento del cervello umano.

Vilayanur S. Ramachandran, professore all'Università della California, a San Diego e direttore del Center for Brain and Cognition, sta effettuando ricerche sui disturbi neurologici causati da cambiamenti in piccole parti del cervello del paziente. Ha prestato particolare attenzione ai "falsi" fenomeni sensoriali nelle sue Reith Lectures del 2003, raccolte in The Emerging Mind.

"Tutta la ricchezza della nostra vita mentale - i nostri stati d'animo, emozioni, pensieri, vite preziose, sentimenti religiosi e persino ciò che ognuno di noi considera il proprio "io" - tutto questo è solo l'attività di piccoli granelli gelatinosi nelle nostre teste , nel nostro cervello, - scrive il professore.

Il ricordo di ciò che non è più

Una di queste sensazioni "false" sono gli arti fantasma. Un fantasma è un'immagine interna o un ricordo persistente di una parte del corpo, solitamente un arto, che una persona conserva per mesi o addirittura anni dopo la sua perdita. I fantasmi sono conosciuti fin dall'antichità. Durante la guerra civile americana, questo fenomeno fu descritto in dettaglio dal neurologo americano Silas Mitchell (Silas Weir Mitchell, 1829-1914), fu lui che, nel 1871, chiamò per primo tali sensazioni arti fantasma.

Una storia curiosa sui fantasmi è raccontata dal famoso neurologo e psicologo Oliver Sacks nel suo libro L'uomo che scambiò sua moglie per un cappello:

A seguito di un incidente, un marinaio si è tagliato l'indice della mano destra. Per i successivi quarant'anni fu tormentato dall'importuno fantasma di quel dito, teso e teso come al momento dell'incidente stesso. Ogni volta che, mentre mangiava, portandosi la mano al viso o per grattarsi il naso, il marinaio aveva paura di cavarsi un occhio. Sapeva perfettamente che era fisicamente impossibile, ma la sensazione era travolgente.

Homunculus motorio e sensoriale di Penfield. In alcune parti del cervello ci sono “rappresentazioni” dei muscoli della laringe, della bocca, del viso, del braccio, del tronco e della gamba. È interessante notare che l'area della corteccia non è affatto proporzionale alla dimensione delle parti del corpo.

Il dottor Ramachandran stava lavorando con un paziente a cui era stato amputato il braccio sopra il gomito. Quando lo scienziato gli ha toccato la guancia sinistra, il paziente gli ha assicurato che sentiva il tocco sulla mano amputata, prima sul pollice, poi sul mignolo. Per capire perché ciò è accaduto, dovremmo ricordare alcune caratteristiche del nostro cervello.

Homunculus Penfield

La corteccia cerebrale è un apparato altamente differenziato, la struttura delle sue varie regioni è diversa. E i neuroni che compongono un particolare dipartimento spesso risultano così specifici da rispondere solo a determinati stimoli.

Alla fine del 19° secolo, i fisiologi trovarono una zona nella corteccia cerebrale di cani e gatti, con la stimolazione elettrica della quale si osservava una contrazione involontaria dei muscoli del lato opposto del corpo. È stato anche possibile determinare esattamente quali parti del cervello sono associate a un particolare gruppo muscolare. Successivamente, quest'area motoria del cervello è stata descritta negli esseri umani. Si trova di fronte al solco centrale (Roland).

Il neurologo canadese Wilder Graves Penfield (1891-1976) ha disegnato in questo luogo un omino buffo: un omuncolo con un'enorme lingua e labbra, pollici e piccole braccia, gambe e busto. C'è anche un omuncolo dietro il solco centrale, solo che non è motorio, ma sensoriale. Aree di quest'area della corteccia cerebrale sono associate alla sensibilità cutanea di varie parti del corpo. Successivamente è stata trovata un'altra "rappresentazione" motoria completa del corpo di dimensioni più piccole, responsabile del mantenimento della postura e di alcuni altri movimenti lenti e complessi.

I segnali tattili dalla superficie cutanea del lato sinistro del corpo umano vengono proiettati nell'emisfero destro del cervello, su una sezione verticale del tessuto corticale, chiamata giro postcentrale (gyrus postcentralis). E la proiezione del volto sulla mappa della superficie del cervello avviene immediatamente dopo la proiezione della mano. Apparentemente, dopo l'operazione sul paziente di Ramachandran, quella parte della corteccia cerebrale che appartiene alla mano amputata, avendo smesso di ricevere segnali, ha iniziato a provare fame di informazioni sensoriali. E i dati sensoriali provenienti dalla pelle del viso cominciarono a riempire il territorio vuoto adiacente. E ora il tocco al viso veniva percepito dal paziente come il tocco alla mano perduta. La magnetoencefalografia ha confermato l'ipotesi di questo scienziato sulla trasformazione della mappa del cervello: infatti, toccando il viso del paziente si attiva non solo l'area del viso nel cervello, ma anche l'area del braccio secondo la mappa di Penfield. In una situazione normale, toccare il viso attiva solo la corteccia facciale.

Successivamente, Ramachandran e i suoi colleghi, mentre studiavano il problema degli arti fantasma, incontrarono due pazienti che avevano subito amputazioni delle gambe. Entrambi hanno ricevuto sensazioni di arto fantasma dai loro genitali. Gli scienziati suggeriscono che anche nella norma esistono alcune connessioni "crossover" minori. Forse questo potrebbe spiegare perché le gambe sono spesso considerate una zona erogena e sono percepite da alcuni come un feticcio.

Questi studi hanno portato all'ipotesi molto importante che il cervello adulto abbia un'enorme malleabilità e "plasticità". Forse non è vera l’affermazione che le connessioni nel cervello vengono stabilite nella fase embrionale o nell’infanzia e non possono essere modificate nell’età adulta. Gli scienziati non hanno ancora una chiara comprensione di come utilizzare esattamente la straordinaria "plasticità" del cervello adulto, ma si stanno facendo alcuni tentativi.

Il sergente Nikolas Paupore soffriva di dolore alla gamba destra fantasma, che aveva perso in Iraq. La "terapia specchio" ha contribuito a risolvere il problema.
Quindi, alcuni pazienti del dottor Ramachandran si sono lamentati del fatto che le loro mani fantasma si sentivano "insensibili", "paralizzate". Anche Oliver Sacks ne ha parlato nel suo libro. Spesso in questi pazienti, anche prima dell'amputazione, il braccio era ingessato o paralizzato, cioè il paziente dopo l'amputazione si ritrovava con un braccio fantasma paralizzato, il suo cervello "ricordava" questo stato. Quindi gli scienziati hanno cercato di superare in astuzia il cervello, il paziente ha dovuto ricevere un feedback visivo che il fantasma obbediva ai comandi del cervello. Uno specchio è stato posto sul fianco del paziente, in modo che quando lo guardava, vedeva il riflesso del suo arto sano, cioè vedeva due mani che lavoravano. Immaginate lo stupore dei partecipanti e degli organizzatori dell'esperimento quando il paziente non solo ha visto la mano fantasma, ma ne ha anche sentito i movimenti. Questa esperienza è stata ripetuta molte volte, il feedback visivo ha davvero "ravvivato" i fantasmi e alleviato le spiacevoli sensazioni di paralisi, il cervello umano ha ricevuto nuove informazioni - tutto, dicono, è in ordine, la mano si muove - e la sensazione di rigidità è scomparsa .

Sentimenti contrastanti, oppure Luria e il suo Sh.

Nel romanzo Tiger! di Alfred Bester (1913–1987) Tigre!" viene descritto lo stato insolito dell'eroe:

Il colore era dolore, calore, freddo, pressione, un senso di altezze insopportabili e profondità mozzafiato, accelerazioni colossali e contrazioni mortali... L'odore era un tocco. La pietra rovente odorava di velluto che accarezzava la guancia. Fumo e cenere gli sfregavano la pelle come un velluto ruvido e aspro... Foyle non era cieco, non era sordo, non aveva perso i sensi. Sentiva il mondo. Ma le sensazioni apparivano filtrate attraverso il sistema nervoso, distorte, confuse e cortocircuitate. Foyle era in preda alla sinestesia, quel raro stato in cui i sensi ricevono informazioni dal mondo oggettivo e le trasmettono al cervello, ma lì tutte le sensazioni sono confuse e mescolate tra loro.

La sinestesia non è affatto un'invenzione di Bester, come si potrebbe supporre. Questo è un fenomeno sensoriale in cui, sotto l'influenza dell'irritazione di un analizzatore, sorgono sensazioni caratteristiche di altri analizzatori, in altre parole, questa è una miscela di sentimenti.

Il famoso neurofisiologo Alexander Romanovich Luria (1902–1977) lavorò per diversi anni con un certo Sh., che aveva una memoria fenomenale. Nella sua opera "Un piccolo libro di grande memoria" ha descritto in dettaglio questo caso unico. Nel corso delle conversazioni con lui, Luria ha stabilito che S. aveva un grado eccezionale di sinestesia. Questa persona percepiva tutte le voci come colorate, i suoni evocati in S. sensazioni visive di varie sfumature (dal giallo brillante al viola), i colori, al contrario, erano da lui sentiti come “sonori” o “sordi”.

"Che voce gialla e friabile hai", disse una volta a L.S. Vygotskij. "Ma ci sono persone che parlano in qualche modo con una voce polifonica, che emanano un'intera composizione, un bouquet", disse più tardi, "il defunto S.M. aveva una voce simile. Eisenstein, come se una specie di fiamma con le vene si stesse avvicinando a me. “Per me 2, 4, 6, 5 non sono solo numeri. Hanno una forma. 1 è un numero acuto, indipendentemente dalla sua rappresentazione grafica, è qualcosa di completo, solido... 5 è completa completezza a forma di cono, di torre, fondamentale, 6 è il primo dopo il “5”, biancastro. 8 - innocente, lattiginoso-bluastro, simile alla calce.

In psicologia sono ben noti i fatti dell '"udito colorato", che si verifica in molte persone, e soprattutto nei musicisti. Ogni nota fa loro vedere un certo colore. Illustrazione: Oleg Sendyurev / "Around the World" di foto am y (licenza SXC)

Luria studiò questo caso unico per anni e giunse alla conclusione che il significato di queste sinestesie per il processo di memorizzazione era che i componenti della sinestesia creavano, per così dire, lo sfondo di ogni memorizzazione, portando ulteriori informazioni "ridondanti" e garantendo l'accuratezza di memorizzazione.

Un curioso tipo di sinestesia è stato recentemente riscontrato dai neurofisiologi del California Institute of Technology (California Institute of Technology). Hanno scoperto una nuova connessione simile: le persone sentono un suono simile a un ronzio quando guardano un breve filmato. La neuroscienziata Melissa Saenz stava facendo un giro del suo laboratorio per un gruppo di studenti senior. Davanti a un monitor progettato appositamente per "accendere" un determinato centro della corteccia visiva, uno degli studenti ha improvvisamente chiesto: "Qualcuno sente un suono strano?" Il giovane ha sentito qualcosa come un fischio, sebbene l'immagine non fosse accompagnata da alcun effetto sonoro. Saenz non ha trovato una sola descrizione di questo tipo di sinestesia in letteratura, ma è rimasta ancora più sorpresa quando, dopo aver intervistato gli studenti dell'istituto via e-mail, ha trovato altri tre studenti identici.

La musicista svizzera ha incuriosito i neuropsicologi dell'Università di Zurigo con le sue capacità uniche: quando ascolta la musica, sente gusti diversi. E ciò che è interessante è che sente gusti diversi a seconda degli intervalli tra le note. Per lei la consonanza può essere agrodolce, salata, acida o cremosa. "Non sta immaginando questi gusti, li sta effettivamente sperimentando", afferma la coautrice dello studio Michaela Esslen. La ragazza ha anche una forma più comune di sinestesia: vede i colori quando sente le note. Ad esempio, la nota F la fa vedere viola, mentre C la fa vedere rossa. Gli scienziati ritengono che la straordinaria sinestesia abbia probabilmente contribuito alla carriera musicale della ragazza.

Corto circuito

La sinestesia fu descritta per la prima volta da Francis Galton (1822-1911) nel XIX secolo, ma non ricevette molta attenzione in neurologia e psicologia e per lungo tempo rimase solo una curiosità. Per dimostrare che questo è davvero un fenomeno sensoriale, e non frutto dell'immaginazione di una persona che vuole attirare l'attenzione, Ramachandran e i suoi colleghi hanno sviluppato un test. Sullo schermo del computer apparvero due neri e cinque posizionati casualmente. È molto difficile per i non sinestetici isolare i contorni che formano i due. Il sinestetista, invece, può facilmente vedere che i numeri formano un triangolo, perché li vede a colori. Utilizzando test come questi, Ramachandran e i suoi colleghi hanno scoperto che la sinestesia è molto più comune di quanto si pensasse in precedenza, e si verifica in circa una persona su duecento.

Ramachandran e il suo studente Edward Hubbard studiarono una struttura nel lobo temporale chiamata giro fusiforme (g. fusiformis, BNA). Questo giro contiene un'area colorata V4 (area visiva V4) che elabora le informazioni sul colore. Studi encefalografici hanno dimostrato che l'area dei numeri nel cervello, che rappresenta i numeri visibili, si trova direttamente dietro di essa, praticamente a contatto con l'area colorata. Ricordiamo che il tipo più comune di sinestesia sono proprio i “numeri colorati”. Aree di numeri e colori sono molto vicine tra loro, nella stessa struttura cerebrale. Gli scienziati hanno suggerito che i sinestetici hanno intersezioni di aree, “attivazione incrociata”, associate a qualche tipo di cambiamento genetico nel cervello. Che i geni siano coinvolti è dimostrato dal fatto che la sinestesia è ereditaria.

Il tipo più comune di sinestesia sono i numeri colorati. Sinestetisti e non sinesteti vedono la stessa immagine in modo diverso. Illustrazione: Edward Hubbard et al.

Ulteriori ricerche hanno dimostrato che esistono anche sinestetici che vedono i giorni della settimana o dei mesi a colori. Lunedì può sembrare loro rosso, dicembre può sembrare giallo. Apparentemente, in queste persone si verifica anche l'intersezione di aree del cervello, ma solo in altre parti di esso.

È interessante notare che la sinestesia è molto più comune nelle persone creative: artisti, scrittori, poeti. Tutti loro sono uniti dalla capacità di pensare metaforicamente, dalla capacità di vedere connessioni tra cose dissimili. Ramachandran ipotizza che nelle persone inclini al pensiero metaforico, il gene che causa la "attivazione incrociata" abbia un'alta prevalenza, non sia localizzato solo in due aree del cervello, ma crei "iperconnettività".

Gli arti fantasma e la sinestesia sono solo due esempi di fenomeni sensoriali che hanno permesso agli scienziati di far progredire la nostra comprensione di come funziona e funziona il cervello umano. Ma ci sono molte di queste sindromi neurologiche - questa è la "vista cieca", quando una persona che è cieca a causa di un danno cerebrale distingue tra oggetti che non vede, e la sindrome di Cotard, in cui alcuni pazienti si sentono morti a causa della il fatto che i centri emotivi risultano disconnessi da tutte le sensazioni, la sindrome dell'"ignorare", vari tipi di disestesia e molti altri. Lo studio di tali deviazioni aiuta a penetrare i segreti del cervello umano e ad affrontare i misteri della nostra coscienza.