Sostanza bianca e sostanza grigia

Il sistema nervoso centrale è costituito da encefalo e midollo spinale. Quest’ultimo svolge un fondamentale compito di controllo e collegamento tra l’encefalo stesso e il resto del corpo. In una sezione di encefalo o midollo spinale sono ben individuabili: una zona grigia, formata in gran parte dai corpi cellulari dei neuroni motori, dendriti dei neuroni e dalle cellule della glia; una zona chiara (sostanza bianca) formata soprattutto dagli assoni dei neuroni motori e sensoriali con la loro guaina mielinica. Mentre nell’encefalo la sostanza grigia forma uno strato esterno alla sostanza bianca, nel midollo spinale accade il contrario: la sostanza bianca “riveste” quella grigia che, in una sezione trasversale ha una forma di “H”. Nell’encefalo la sostanza bianca, con la sua enorme matassa di fibre che creano molti miliardi di collegamenti (sono state stimate circa 150mila miliardi di sinapsi che collegano 90 miliardi di neuroni), trasmette informazioni da una regione all’altra del cervello, forma un labirinto inestricabile e difficilissimo da studiare e visualizzare. Negli ultimi anni però alcuni centri di ricerca statunitensi (Washington University, University of Minnesota, Saint Louis University), con un finanziamento di 30 milioni di dollari, sono impegnati in un progetto che cerca di creare un database di mappe delle connessioni cerebrali. Si tratta dell’Human Connectome Project che ha l’ambizioso obiettivo di scoprire il ruolo di questi collegamenti nell’invecchiamento e nell’apprendimento, trovare cure efficaci per diverse patologie, come schizofrenia.e autismo. I ricercatori stanno anche mettendo a punto nuove tecniche di visualizzazione di parti dell’encefalo. L’immagine in alto, ad esempio, non è una parrucca di carnevale ma un’elaborazione che rappresenta proprio le fibre di collegamento costituite dagli assoni ed è stata pubblicata anche dal National Geographic di luglio 2011. Ogni singola fibra risulta composta da migliaia di assoni. I colori sono un’aggiunta del software che consente anche una visone da diverse angolazioni. Autori dell’immagine sono Van Wedeen, docente di Harward e del Massachusetts General Hospital, e Patric Hagmann, del Centro Ospedaliero Universitario di Vaudois a Losanna.

Per saperne di più (solo in inglese): http://www.humanconnectomeproject.org/  e http://en.wikipedia.org/wiki/Human_Connectome_Project .

L’apprendimento? Questione di connessioni

   Sono tante le cose che non conosciamo del nostro sistema nervoso e riguardano soprattutto il suo funzionamento, la fisiologia. Anche le conoscenze sulla sua struttura, l’anatomia, sono state una conquista abbastanza recente. Del resto raramente i centri di ricerca possono disporre di questo “materiale” umano da studiare. Sappiamo che le unità funzionali del nostro sistema nervoso sono cellule molto particolari: i neuroni. Non tutti gli studenti sanno o ricordano, però, che i neuroni costituiscono solo una piccola parte del sistema nervoso perché essi sono affiancati da una struttura di supporto costituita da cellule ben più numerose: le cellule gliari o della glia, specializzate a svolgere varie  compiti per i neuroni, soprattutto nutrimento, omeostasi dei fluidi del tessuto nervoso e isolamento degli assoni.

Un tipico neurone è formato da un corpo cellulare e da due tipi di prolungamenti: i dendriti e l’assone.  I dendriti sono molto numerosi e ramificati, infatti in termine deriva dal greco déndron cioè “albero”. In essi il segnale nervoso viaggia dalla periferia verso il corpo cellulare. L’assone invece è un unico prolungamento che trasmette l’impulso nervoso dal centro cellulare verso la periferia, altre cellule o organi effettori. Non entriamo nei dettagli delle strutture e non trattiamo il modo in cui si trasmette il segnale nervoso, per questo ci sono i libri di testo e i manuali.

Cerchiamo invece di ricordare o conoscere qualcosa (quello che le pubblicazioni scientifiche ci permettono di sapere) sulle connessioni che si stabiliscono tra i miliardi di neuroni. Queste connessioni possono essere paragonate, a grandi linee, a “circuiti” elettrici che mettono in comunicazione varie parti di un territorio, ad esempio uno Stato, con una importante differenza: le connessioni cerebrali mutano ed evolvono molto rapidamente per adattarsi alle esperienze della persona, al suo studio, allo svago, alle relazioni ecc. Le regioni in cui avvengono le comunicazioni tra neuroni sono dette sinapsi e ne esistono due tipi fondamentali: quelle elettriche e quelle chimiche. Entrambe le potrai cercare sul tuo libro di scienze. Il numero e la qualità di questi collegamenti cambiano molto da persona a persona e tra bambini, adulti e vecchi. Sappiamo, molto genericamente, che queste connessioni sono legate allo sviluppo e al mantenimento delle facoltà mentali delle persone. Non tanto il loro numero, visto che le capacità di una persona continuano a migliorare anche quando, da adulti, il numero di connessioni diminuisce, ma soprattutto il tipo di connessioni, il loro schema, la loro dinamicità. Esistono anche dei “periodi critici” cioè particolari periodi di tempo dello sviluppo umano in cui si attivano connessioni su vasta scala di determinate funzioni: visione, linguaggio, … Se non si sfruttano adeguatamente questi periodi temporali per sviluppare le funzioni, si rischia di perderle o di averle ridotte perché le corrispondenti aree cerebrali vengono utilizzate in altro modo, invase da connessioni di altro tipo. La plasticità e dinamicità del cervello comunque influisce molto sulla variabilità dei periodi critici e sul recupero di eventuali funzioni perse. Secondo molti studi anche l’apprendimento in generale e nelle varie discipline o determinate abilità (lettura, calcolo, apprendimento delle lingue) sono legati molto all’adeguato sfruttamento di questi periodi chiave. In questo senso ambiente familiare, scuola materna e scuola elementare sono fondamentali per l’apprendimento. L’avevano ben capito i gesuiti quando, a proposito delle loro scuole, rivolti alle famiglie affermavano “datemi un bambino che non abbia ancora sette anni e vi renderò un uomo”. E nella nostra scuola secondaria? Sicuramente anche il periodo dell’adolescenza è legato allo sviluppo di numerose conoscenze, abilità e competenze con le corrispondenti connessioni cerebrali. Naturalmente l’apprendimento è più critico, accompagnato da una rielaborazione personale che si innesta sulle conoscenze e le esperienze precedenti. Sui tipi e le modalità in cui si stabiliscono le connessioni influiscono certamente anche fattori genetici sui quali possiamo incidere ben poco. Anche il nostro corso di scienze e chimica è una “palestra” che, insieme a quelli delle altre discipline, contribuisce a mantenere, migliorare le connessioni tra dendriti e a renderle più dense di significati. Insomma, lo studio e l’attività fisica sono fondamentali per sia per tutto il corpo sia per il suo centro di controllo.

Per approfondimenti:

Campbell e altri “Il nuovo immagini della biologia” vol. C il corpo umano, unità 23. Linx edizioni.

Susan Greenfielf “Gente di domani”, Newton & Compton editore.

Vari articoli della rivista “Le Scienze”.

Nella foto: sinapsi chimica al microscopio elettronico, tratta da galeria.sld.cu/main.php?g2_itemId=779 . Sono evidenti il bottone presinaptico (in alto, allungato verticalmente) e quello postsinaptico (in basso). Nel primo sono ben visibili numerose vescicole sinaptiche responsabili della liberazione di neurotrasmettitori nella fessura sinaptica.