Il cervello umano: un viaggio veloce su struttura, funzioni nella salute organica e malattie specifiche

Il cervello umano è uno degli organi più complessi e affascinanti del corpo. È il centro di controllo di tutte le attività del corpo, dalla regolazione delle funzioni vitali come la respirazione e il battito cardiaco, alla gestione delle emozioni, dei pensieri, del linguaggio e del movimento. Comprendere il cervello è fondamentale non solo per le neuroscienze, ma anche per un’ampia gamma di discipline, tra cui la psicologia, la medicina, la filosofia e l’intelligenza artificiale. Questo articolo approfondirà la struttura e la funzione del cervello umano, discuterà le sue principali patologie ed esplorerà le implicazioni per la salute mentale e fisica.

Anatomia del cervello

Il cervello umano è diviso in diverse regioni principali, ciascuna con funzioni specifiche. Le aree principali includono il proencefalo, il mesencefalo e il rombencefalo.

1. Prosencefalo: comprende il cervello e il diencefalo. Il cervello è costituito da due emisferi cerebrali, responsabili di funzioni superiori come il linguaggio, la memoria, l’elaborazione sensoriale e il pensiero. Il diencefalo comprende strutture come il talamo e l’ipotalamo, che sono coinvolte nella regolazione delle emozioni, del sonno, della fame e della temperatura corporea.
2. Mesencefalo: situato tra il prosencefalo e il rombencefalo, il mesencefalo è principalmente coinvolto nella coordinazione dei movimenti e nella trasmissione delle informazioni sensoriali tra il midollo spinale e il cervello.
3. Retroencefalo: comprende il cervelletto, il ponte e il midollo allungato. Il cervelletto è fondamentale per il controllo motorio, l’equilibrio e la coordinazione. Il ponte e il midollo allungato sono responsabili del controllo delle funzioni vitali automatiche come la respirazione, la frequenza cardiaca e la pressione sanguigna.

I lobi cerebrali

Ogni emisfero cerebrale è diviso in quattro lobi principali, ciascuno dei quali svolge funzioni specifiche:

1. Lobo frontale: coinvolto nel pensiero razionale, nella risoluzione dei problemi, nel controllo del movimento e nell’espressione delle emozioni. La corteccia prefrontale, situata nel lobo frontale, è particolarmente importante per le funzioni esecutive e il comportamento sociale.
2. Lobo parietale: questo lobo è responsabile dell’elaborazione delle informazioni sensoriali, come il tatto, la temperatura e la percezione spaziale. È coinvolto anche nella gestione del movimento volontario.
3. Lobo temporale: è fondamentale per l’elaborazione delle informazioni e della memoria dell’audit. L’area di Wernicke, situata nel lobo temporale sinistro, è essenziale per la comprensione del linguaggio.
4. Lobo occipitale: è l’area principale del cervello responsabile dell’elaborazione delle informazioni visive.

Materia grigia e sostanza bianca

Il cervello è composto principalmente da due tipi di tessuti: materia grigia e sostanza bianca. La materia grigia è la parte esterna del cervello, conosciuta come corteccia cerebrale, e contiene i corpi cellulari dei neuroni. È coinvolto nella percezione sensoriale, nel controllo motorio, nel linguaggio e nel processo decisionale. La materia bianca si trova sotto la corteccia cerebrale, è composta principalmente da assoni ricoperti di mielina, che facilitano la rapida trasmissione dei segnali tra le diverse regioni del cervello.

Funzioni del cervello

Cognitività e funzioni superiori

Il cervello è responsabile di tutte le funzioni cognitive superiori che definiscono l’esperienza umana. Questi includono:

• Memoria: coinvolge diverse aree del cervello, compreso l’ippocampo, situato nel lobo temporale. Esistono diversi tipi di memoria, come la memoria a breve termine e la memoria a lungo termine, che dipendono da processi distinti.
• Linguaggio: il linguaggio è una funzione complessa che coinvolge diverse aree del cervello, tra cui l’area di Broca nel lobo frontale (responsabile della produzione del linguaggio) e l’area di Wernicke nel lobo temporale (responsabile della comprensione del linguaggio).
• Percezione sensoriale: il cervello integra e interpreta le informazioni sensoriali provenienti dai vari organi di senso, consentendo agli individui di interagire con il loro ambiente.
• Abilità motorie: il movimento volontario è controllato principalmente dalla corteccia motoria situata nel lobo frontale. Il cervelletto e i gangli della base sono coinvolti nella coordinazione e nella regolazione dei movimenti.
• Emozioni e comportamento sociale: le emozioni vengono elaborate in gran parte dal sistema limbico, che comprende strutture come l’amigdala e l’ippocampo. Il comportamento sociale e la regolazione delle emozioni sono fortemente influenzati dalla corteccia prefrontale.

Funzioni autonome

Il cervello controlla anche le funzioni autonome, che sono essenziali per la sopravvivenza e non richiedono un controllo cosciente. Queste funzioni includono la regolazione della frequenza cardiaca, della respirazione, della digestione e della temperatura corporea. Il sistema nervoso autonomo, suddiviso in simpatico e parasimpatico, gestisce queste attività. Il sistema simpatico (anche chiamato ortosimpatico) funziona tramite l’adrenalina, mentre il parasimpatico esegue le sue funzioni a mezzo dell’acetilcolina.

Plasticità cerebrale

Il cervello umano ha una notevole capacità di adattamento e cambiamento, nota come plasticità cerebrale. Questa proprietà consente al cervello di riorganizzarsi in risposta all’apprendimento, all’esperienza e al danno. La plasticità è particolarmente evidente durante l’infanzia, ma persiste per tutta la vita, svolgendo un ruolo cruciale nella riabilitazione dopo una lesione cerebrale. Questa può comprendere la capacità di riparare danni causati da traumi fisici, ischemie o ictus emorragici, fenomeni neuroinfiammatori causati da sclerosi multipla, meningiti, encefaliti e altro ancora; fino a coinvolgere il risveglio di cellule staminali da nicchie profonde (ippocampo, ventricoli cerebrali) che migrando cercano di supplire alla perdita cellulare causata da traumi o patologie

Patologie cerebrali

Malattie neurodegenerative

Le malattie neurodegenerative sono caratterizzate dalla progressiva perdita di neuroni e della funzione cerebrale. I più comuni includono:

• Alzheimer: è la forma più comune di demenza e si manifesta con una progressiva perdita di memoria e capacità cognitive, causata dall’accumulo di placche amiloidi e grovigli neurofibrillari nel cervello. Le forme veramente genetiche sono in realtà rare; è più facile che siano il risultato di vasculopatie cerebrale legata all’età, abuso di fumo di sigaretta e stress mentale cronico e reiterato.
• Parkinson: è caratterizzato da tremori, rigidità muscolare e difficoltà di movimento. È causato dalla degenerazione dei neuroni che producono dopamina nei gangli della base. Anche se fattori inquinanti sono stati dimostrati essere causali, anche fattori genetici (mutazioni) sembrano essere relativamente frequenti come oausa organica.
• Sclerosi laterale amiotrofica (SLA): è una malattia che colpisce i motoneuroni, portando alla perdita del controllo muscolare e, infine, alla paralisi e alla morte. I casi predominanti riconoscono una causa genetica, ma studi più recenti tirano in ballo anche traumi fisici, intossicazioni con tossine ambientali ed industriali.
• Sclerosi multipla: questa malattia neurodegenerativa autoimmune riconosce un ruolo misto di stimoli esterni, ormonali, parzialmente genetici. E’ altamente disabilitante, potendo comprendere sintomi motori e neuropsichici. A differenza delle precedenti, possiede un armamentario terapeutico che permette una buona gestione della qualità di vita e molto raramente conduce alla morte.

Disturbi psichiatrici

I disturbi psichiatrici, come depressione, ansia, schizofrenia e disturbo bipolare, sono condizioni che influenzano profondamente la funzione cerebrale e la qualità della vita. Questi disturbi sono spesso associati a squilibri neurochimici, anomalie strutturali e funzionali del cervello e fattori genetici e ambientali. Depressione, ansia, distubo bipolare, autismo e schizofrenia sono fra i più conosciuti.

Ictus cerebrale

Un ictus è un’emergenza medica causata dall’interruzione del flusso sanguigno al cervello, con conseguente morte del tessuto cerebrale. Gli ictus possono essere ischemici (causati da un coagulo di sangue) o emorragici (causati dalla rottura di un vaso sanguigno). Le conseguenze di un ictus possono variare notevolmente, da lievi deficit motori e cognitivi a gravi disabilità o addirittura alla morte.

Tumori al cervello

I tumori cerebrali possono essere benigni o maligni e possono avere origine nel cervello (tumori primari) o diffondersi al cervello da altre parti del corpo (tumori secondari o metastatici). I tumori al cervello possono causare una vasta gamma di sintomi, tra cui mal di testa, convulsioni, cambiamenti cognitivi e deficit neurologici, a seconda della loro posizione e dimensione.

Implicazioni sulla salute

Salute mentale

Il cervello svolge un ruolo centrale nella salute mentale. La comprensione dei meccanismi cerebrali alla base dei disturbi mentali ha portato allo sviluppo di trattamenti farmacologici e psicoterapeutici più efficaci. Tuttavia, le sfide nel trattamento dei disturbi mentali rimangono significative, a causa delle complesse interazioni tra genetica, neurobiologia e ambiente.

Invecchiamento cerebrale

Con l’avanzare dell’età, il cervello subisce cambiamenti strutturali e funzionali che possono influenzare la memoria, la velocità di elaborazione delle informazioni e altre funzioni cognitive. Tuttavia, ricerche recenti suggeriscono che uno stile di vita sano, compreso l’esercizio fisico, una dieta equilibrata e attività intellettuali, può aiutare a mantenere la salute del cervello e ritardare il declino cognitivo.

Neuroplasticità e riabilitazione

La plasticità cerebrale fornisce una base per la riabilitazione neurologica, che può aiutare i pazienti a ritrovare le funzioni perdute a seguito di lesioni cerebrali o malattie neurodegenerative. La riabilitazione può includere terapia fisica, logopedia, terapia occupazionale e altre forme di trattamento che sfruttano la capacità del cervello di riorganizzarsi e formare nuove connessioni.

Prevenzione delle malattie del cervello

La prevenzione delle malattie cerebrali è un’area di interesse crescente. Le strategie preventive includono il controllo dei fattori di rischio cardiovascolare (come l’ipertensione e il diabete), evitare il fumo di sigaretta, la gestione dello stress, un sonno di qualità e una dieta ricca di nutrienti che supportano la salute del cervello, come gli acidi grassi omega-3, alcuni antiossidanti (es. certi polifenoli vegetali) e vitamine (ad esempio la vitamina D).

Il futuro della ricerca sul cervello

Neuroscienze e tecnologia

Le neuroscienze stanno beneficiando di progressi tecnologici senza precedenti. Tecniche di imaging avanzate, come la risonanza magnetica funzionale (fMRI) e la tomografia a emissione di positroni (PET), stanno migliorando la nostra comprensione della struttura e della funzione del cervello. Inoltre, l’intelligenza artificiale e l’apprendimento automatico stanno aprendo nuovi modi per analizzare grandi quantità di dati neuroscientifici, accelerando la scoperta di nuovi trattamenti per le malattie del cervello.

Interfacce cervello-macchina

Le interfacce cervello-macchina (BCI) sono dispositivi che consentono la comunicazione diretta tra il cervello e un computer o un altro dispositivo esterno. Queste tecnologie hanno il potenziale per rivoluzionare il trattamento delle disabilità neurologiche, consentendo ai pazienti di controllare protesi, computer o altri dispositivi solo con il pensiero.

Neuroscienze e filosofia

Il cervello è anche al centro di molte discussioni filosofiche, in particolare riguardo alla natura della coscienza, della consapevolezza, dell’identità personale e del libero arbitrio. La crescente comprensione dei meccanismi cerebrali solleva nuove questioni etiche e filosofiche che richiedono un dialogo tra scienza e filosofia. La ricerca sul cervello continuerà ad evolversi, producendo nuove scoperte che potrebbero trasformare il modo in cui comprendiamo noi stessi e il nostro posto nel mondo.

• A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

Libri scientifici

Bear MF et al. (2020). Neuroscience: Exploring the Brain. Wolters Kluwer.

Purves D, Augustine GJ et al.  (2018). Neuroscience. Sinauer Associates.

Kandel ER et al. (2013). Principles of Neural Science. McGraw-Hill.

Squire LR, Berg D et al. (2013). Fundamental Neuroscience. Academic Press.

Frackowiak RSJ et al. (2004). Human Brain Function. Academic Press.