Come funziona la mente
ISRAEL ROSENFIELD ed EDWARD ZIFF

1.
Il ragionamento di Tremonti

Jean-Pierre Changeux è il neuroscienziato più famoso di Francia. Benché negli Stati Uniti sia meno noto, ha diretto per più di trent'anni un famoso laboratorio all'Institut Pasteur, è stato professore al Collège de France e ha scritto numerosi lavori di esplorazione della «neurobiologia del significato». Oltre ai libri di cui è l'unico autore, Changeux ha pubblicato due dialoghi di ampio respiro su mente e materia, uno con il matematico Alain Connes e l'altro con il filosofo francese Paul Ricoeur, scomparso nel 2005.

Changeux diventò maggiorenne in un momento propizio. Nato nel 1936, iniziò gli studi quando l'avvento dell'era del DNA e delle immagini ad alta risoluzione del cervello preannunciavano una serie di svolte spettacolari. Changeux prese parte a una di queste svolte del progresso scientifico nel 1965, quando presentò, insieme a Jacques Monod e a Jeffries Wyman, un importante modello delle interazioni tra le proteine nei batteri, che, applicato al cervello, divenne decisivo per capire il comportamento dei neuroni. Da allora, ha scritto un gran numero di libri che esplorano il funzionamento del cervello.

Il cervello, naturalmente, è oltremodo complesso: un fascio di qualche centinaia di miliardi di neuroni, o cellule nervose, in cui ogni neurone ha fino a diecimila connessioni con altri neuroni. Ma al livello fondamentale, quello del neurone, la struttura del cervello non è difficile da capire. Al di sopra del corpo della cellula si estende una larga corona di piccoli rami noti come "dendriti", che ricevono segnali da altri neuroni, mentre al di sotto si estende un lungo tronco, o "assone", che conduce i messaggi neuronali, a volte estendendosi per collegarsi ad altri neuroni. La struttura del neurone si presta naturalmente a un confronto con i rami, il tronco e le radici di un albero, tanto che il termine tecnico per la struttura dei dendriti è "arborizzazione" .

Il fatto che i neuroni usano l'elettricità per inviare segnali in tutto il corpo è noto dall'inizio dell'Ottocento, ma uno straordinario esperimento realizzato da Hermann von Hermholtz nel 1859 ha dimostrato che il sistema nervoso non telegrafa messaggi tra i muscoli e il cervello, ma funziona in modo molto più lento dei fili di rame. Come scrive Changeux ne L'uomo di verità, «stando al senso comune e alle immagini tradizionali, la "mente" dovrebbe trasmettere le "idee" con una rapidità tale da sfidare tutte le leggi della materia. In realtà – fenomeno sorprendente – è quasi il contrario a prodursi: il cervello è lento, lentissimo anche in rapporto a certi fenomeni fisici di base».

Ulteriori ricerche del grande anatomista spagnolo Santiago Ramón y Cajal hanno dimostrato perché l'analogia con il telegrafo non regge: per la maggior parte i neuroni, invece di congiungere le proprie estremità come fili giuntati, lasciano un certo spazio fra la propria estremità che trasmette segnali e il recettore di tali segnali nel neurone adiacente. In che modo i segnali provenienti dai neuroni riescono ad attraversare questo spazio, denominato in seguito "fessura sinaptica" (la parola sinapsi deriva dal greco ÛÓ¿ÙÂÈÓ, "congiungere"), divenne la più importante questione neurofisiologica dell'inizio del XX secolo.

All'epoca, la maggior parte dei più insigni biologi presumeva che nel sistema nervoso i neuroni usassero l'elettricità per inviare segnali al di là della fessura. La fessura sinaptica media è estremamente piccola (è larga solo venti nanometri) e, benché il sistema nervoso non possa funzionare alla velocità del telegrafo, non era difficile immaginare che gli impulsi elettrici fossero in grado di superarla. Inoltre, data la velocità di reazione dei nervi, la teoria alternativa, per cui gli impulsi elettrici fanno sí che un segnale chimico superi la fessura sinaptica, sembrava fare affidamento su un meccanismo troppo lento. Ma con il passare dei decenni si accumularono prove concrete a favore della teoria chimica. Secondo Changeux, gli esperimenti iniziarono a suggerire che «il nostro cervello non sfrutta in modo ottimale l'insieme delle forze disponibili nel mondo fisico, ma si accontenta di lavorare con componenti ereditate da organismi primitivi … che si sono conservate attraverso l'evoluzione biologica».

Negli anni Venti, un notevole esperimento di Otto Loewi fece capire per la prima volta come il cervello sfrutta la sua eredità evolutiva allo scopo di comunicare. Loewi immerse un cuore di rana in una soluzione salina e stimolò il nervo che normalmente rallenta il battito cardiaco. Il ragionamento di Loewi era questo: se il rallentamento del cuore fosse stato causato non da un impulso elettrico, ma da un agente chimico, la sostanza chimica trasmettitrice si sarebbe dispersa nella soluzione salina. Loewi verificò tale ipotesi piazzando un secondo cuore nella soluzione: se la trasmissione nervosa fosse stata chimica e non elettrica, suppose, allora la sostanza chimica che rallentava il primo cuore, dispersa nella soluzione, avrebbe rallentato anche il secondo.

Alla sostanza rilasciata dal nervo in questione, che si chiama nervo vago, Loewi diede il nome di Vagusstoff; oggi è nota con il nome di neurotrasmettitore acetilcolina. Prima della fine degli anni Cinquanta altri esperimenti dimostrarono definitivamente che la maggior parte dei neuroni, pur usando l'elettricità internamente, per attraversare la fessura sinaptica e comunicare con il neurone successivo nella catena devono far ricorso a sostanze chimiche.

Changeux iniziò il suo lavoro in questa fase, quando i metodi fondamentali della comunicazione tra neuroni erano stati determinati, ma si era appena iniziato a indagare sui particolari dei meccanismi chimici. Grazie alle nuove immagini ad alta risoluzione fornite dai microscopi elettronici, prodotte per la prima volta da Sanford Palay e George Palade nel 1955, i biologi potevano finalmente vedere le minuscole strutture della sinapsi. Scoprirono che l'estremità trasmittente del neurone, chiamata terminale nervoso, è piena di minuscole sacche, o vescicole, ognuna contenente all'incirca cinquemila molecole di una sostanza chimica specifica, il neurotrasmettitore. Quando un segnale elettrico scende lungo il neurone, stimola le vescicole e riempie la fessura sinaptica con le molecole del neurotrasmettitore. I neurotrasmettitori chimici si legano alle proteine dette recettori presenti sulla superficie del neurone che sta appena al di là della fessura sinaptica, determinando l'apertura di un poro e consentendo ad atomi elettricamente carichi detti ioni di riversarsi nel neurone. In tal modo, il segnale chimico viene riconvertito in un segnale elettrico e il messaggio viene trasmesso al neurone successivo.

Questi processi erano ancora piuttosto misteriosi nel 1965, quando il giovane Changeux, lavorando assieme a Jacques Monod, il suo maestro, e allo scienziato americano Jeffries Wyman, elaborò una delle teorie per cui è più famoso. I tre scienziati, che allora studiavano il metabolismo, cercavano di spiegare in che modo la struttura di un enzima possa stabilizzarsi quando si lega a un'altra molecola. Più tardi, Changeux individuò un'analogia con il sistema nervoso. Quando un neurotrasmettitore si lega a un recettore tiene aperto un poro, garantendone il funzionamento, un passo decisivo per riconvertire il segnale chimico del neurotrasmettitore in un impulso elettrico. La scoperta di Changeux identificò il meccanismo di base della comunicazione tra molti neuroni e i suoi risultati si basavano sull'articolo di carattere più generale che aveva scritto assieme a Wyman e a Monod. ¹

Avendo elaborato una teoria operativa della comunicazione tra neuroni, Changeux passò a studiare come strutture più ampie avrebbero potuto modificare queste interazioni fondamentali. Una teoria di vecchia data, presentata da Donald Hebb nel 1949, suggeriva che i neuroni avrebbero potuto aumentare la forza della connessione mediante segnali ripetuti. Secondo lo slogan che descriveva la teoria, "i neuroni che scaricano insieme si cablano insieme". Hebb credeva che scariche neuronali ripetute avrebbero prodotto ricordi più saldi, o schemi di pensiero più veloci. I ricercatori, tuttavia, scoprirono che certe reti regolatorie potevano ottenere effetti molto più diffusi distribuendo specifici neurotrasmettitori, come la dopamina e l'acetilcolina, in intere regioni cerebrali, rafforzando le connessioni senza le scariche ripetute richieste da Hebb.

Changeux si concentrò su queste reti di distribuzione specializzate. Da tempo era noto che la nicotina agisce sullo stesso recettore del neurotrasmettitore acetilcolina. Changeux si rese conto che ciò poteva spiegare tanto gli ovvi vantaggi della nicotina – maggiore concentrazione, rilassamento ecc. – quanto i suoi più sconcertanti effetti a lungo termine. Per esempio, sebbene il fumo sia nocivo per la salute, alcuni studi mostrano che i fumatori tendono a soffrire in percentuali molto più basse del morbo di Alzheimer e di quello di Parkinson. Changeux scoprí che la nicotina, legandosi agli stessi recettori dell'acetilcolina, riproduce alcuni dei benefici di questo neurotrasmettitore rafforzando le connessioni neuronali in tutto il cervello. La nicotina non è chimicamente identica all'acetilcolina, ma può imitarne gli effetti. Da allora il laboratorio del neuroscienziato francese si è concentrato sul funzionamento del sistema nicotina/acetilcolina e Changeux ha cercato di spiegare come tutti questi sistemi regolatori, agendo in maniera congiunta, possono produrre l'esperienza che chiamiamo coscienza – oltre a concetti più astratti, come la verità.

Come avviene, allora, che la massa di cellule del cervello produce la nostra esperienza della visione, del suono e dell'immaginazione? Secondo Changeux, il cervello del bambino piccolo non è una tabula rasa, che riceve ogni esperienza e insegnamento – ciò che vede e ciò che ne deve pensare – dall'esterno. Il cervello del bambino, inoltre, non è preprogrammato, le sue reazioni non sono predeterminate e non è incapace di modificarsi e adattarsi. Piuttosto, come Changeux iniziò a ipotizzare alla fine degli anni Settanta – e conferma nel libro scritto con Paul Ricoeur La natura e la regola–, il cervello, già nell'embrione, produce, mediante l'azione genetica, «oggetti mentali di un tipo particolare che si possono chiamare prerappresentazioni, abbozzi, schemi, modelli».

In base a tale teoria, l'attività elettrica spontanea, si legge ne L'uomo di verità, «contribuendo a una sorta di "generatore di diversità" di tipo darwiniano», crea reti dinamiche e altamente variabili di cellule nervose, la cui variazione è paragonabile alla variazione del DNA. Queste reti danno poi origine ai movimenti riflessi del neonato. Con il tempo, i movimenti del bambino diventano più coordinati. Le reti neurali associate ai movimenti più riusciti – come afferrare un oggetto – vengono "selezionate"; in altre parole, la loro attività viene rafforzata mentre le giunzioni sinaptiche si stabilizzano. Durante l'esplorazione dell'ambiente in cui vive, la competizione darwiniana rafforza alcune di queste reti transitorie abbastanza da farne parti relativamente permanenti del repertorio comportamentale del bambino. Changeux chiama tale processo, delineato per la prima volta in un articolo del 1976, «apprendimento per selezione».

Gli animali e i bambini piccoli conducono questa versione in miniatura della selezione naturale grazie a quelli che Changeux definisce «giochi cognitivi». Un esempio famoso riguarda i segnali d'allarme del cercopiteco verde africano. Le scimmie adulte usano un vocabolario di suoni semplice, ma efficace, per avvisare del pericolo: un forte latrato per i leopardi, una specie di doppio colpo di tosse per le aquile e un sibilo per i serpenti. Con loro grande sorpresa, i ricercatori hanno scoperto che i cuccioli sibilano ai serpenti senza aver ricevuto istruzioni esplicite. Changeux scrive: «Sembra che i serpenti suscitino una paura universale innata, sviluppatasi probabilmente molto presto durante l'evoluzione dei vertebrati superiori». Quando gli adulti confermano il giudizio del piccolo emettendo a loro volta qualche sibilo, la prerappresentazione prodotta per via genetica viene premiata e rafforzata.

I piccoli, tuttavia, hanno bisogno di istruzioni più esplicite per proteggersi da predatori, come le aquile, per cui il loro condizionamento genetico è minore. «Allo "stato iniziale", le scimmie neonate reagiscono a qualunque forma voli nell'aria, dimostrando cosí di appartenere alla grande classe degli uccelli. Poi, poco a poco, si produce una stabilizzazione selettiva della risposta alla forma delle specie pericolose … Se, nel gruppo, il primo grido d'allarme è emesso da un giovane, l'adulto più vicino alza gli occhi. Se vede un uccello inoffensivo, non reagisce. Se invece la giovane scimmia ha davvero individuato la presenza di un'aquila marziale, l'adulto reagisce e lancia a sua volta un grido d'allarme … Il grido d'allarme dell'adulto convalida, quando è giusto, il rapporto tra forma e suono che si è stabilito nel cervello della giovane scimmia.»

Questo processo di apprendimento dei segnali d'allarme che avviene per tentativi, con conferma o soppressione, dimostra il genere di giochi cognitivi che si svolgono costantemente grazie all'interazione tra cervello e ambiente. Via via che aumenta il numero dei comportamenti che producono buoni risultati, secondo Changeux, essi rafforzano la capacità di manipolare coscientemente l'ambiente. La maggioranza delle azioni non è vantaggiosa e, poiché ogni neurone compete con altri per l'utilizzo di risorse limitate, molti dei neuroni meno utili finiscono letteralmente per estinguersi. L'ipotesi di Changeux è quindi: «Apprendere è eliminare».

Nella visione di Changeux, già nell'utero l'attività elettrica spontanea tra i neuroni crea reti altamente variabili di cellule nervose; le reti vengono poi selezionate e rafforzate dagli stimoli ambientali; si può dire che tali reti rafforzate "rappresentino" gli stimoli – per esempio, la comparsa di un predatore – anche se nessuna rete particolare di cellule nervose rappresenta esclusivamente un insieme di stimoli. L'ambiente non "istruisce" direttamente il cervello; non imprime immagini precise nella memoria. Piuttosto, agendo attraverso i nostri sensi, l'ambiente seleziona certe reti e rafforza le loro connessioni. ²

Determinante per tale processo di selezione, secondo Changeux, è il sistema di ricompensa del cervello: la reazione di piacere. La dopamina fa parte di un sistema di ricompensa che è importante per il comportamento degli animali e degli esseri umani; quando proviamo piacere e sensazioni di benessere i livelli di dopamina sono elevati. Il piacere è associato all'anticipazione di attività essenziali per la sopravvivenza – alimentazione e sesso, per esempio – e alle attività stesse. Changeux descrive un esperimento particolarmente significativo: «Quando un animale addestrato riesce ad afferrare la nocciolina nascosta in una scatola di cui non può vedere l'interno, l'attività dei neuroni dopaminergici aumenta nel momento in cui l'animale riconosce il cibo con le dita».

Ma gli oppiacei, l'alcol, i cannabinoidi, la nicotina e altre droghe possono anche far aumentare il rilascio di dopamina e sconvolgere il normale funzionamento del sistema di ricompensa. Un ratto che riceve un'infusione di cocaina nel cervello dopo che ha premuto una leva continuerà a premerla ripetutamente trascurando di mangiare e di bere. Anche lo zucchero può dare assuefazione. Per la verità, i National Institutes of Health stanno valutando se i cibi ricchi di grassi e zuccheri siano da classificare come sostanze che provocano dipendenza, nella stessa categoria della nicotina, dell'alcol e della cocaina.

In generale, i comportamenti associati al piacere sono rafforzati dal rilascio di dopamina; di conseguenza, le giunzioni sinaptiche delle reti neuronali associate si stabilizzano. E quando si stabilizzano, i cambiamenti nel funzionamento del cervello spesso diventano permanenti. Un ex cocainomane che sia riuscito a vivere senza droga per dieci anni può provare un irresistibile bisogno di cocaina se ritorna in un luogo che evoca esperienze passate di assunzione di droga. Ma i ricordi che vengono evocati sono ricostruzioni. «Ogni evocazione di ricordi», si legge ne La natura e la regola, «è una ricostruzione che parte da tracce fisiche immagazzinate nel cervello in forma latente, al livello, per esempio, dei recettori di neurotrasmettitori».

Invece di riportare alla mente tanto le esperienze di euforia e di piacere quanto quelle dell'astinenza dolorosa, i ricordi del tossicodipendente possono essere sconvolti dalle forti connessioni neurali create in precedenza dalla droga. Solo se la memoria si basa sulla ricostruzione di tracce fisiche latenti, e non sul ricordo diretto di eventi passati, sostiene Changeux, può esistere questo tipo di compulsioni a lungo termine indotte dalla droga.

Ne L'uomo di verità, Changeux collega la memoria all'acquisizione della conoscenza e alla verifica della sua validità, come si fa nella scienza in generale. «A questo punto», scrive, «possiamo tentare di delineare uno schema plausibile delle basi neuronali del "significato". Il modello semplice secondo il quale ogni rappresentazione neurale di una sensazione complessa come "Renault gialla" sarebbe trattenuta da un solo neurone di rango gerarchico elevato … gode ormai di scarso credito. Lo schema più ricorrente è quello della attivazione di una popolazione di neuroni, fermo restando che ogni neurone attivato può possedere una "singolarità" che gli è propria. Insiemi distinti di neuroni presenti in mappe sensoriali, motorie, associative o d'altro genere, sarebbero legati tra loro in una medesima unità distribuita … che attiva più territori distinti e funzionalmente specifici del cervello come una realizzazione neuronale plausibile del significato … Non si tratta di una topologia esatta e riproducibile punto per punto delle connessioni anatomiche, ma di una mappa di rapporti funzionali».

Per certi versi le idee di Changeux sono simili alla teoria del darwinismo neurale di Gerald Edelman. Per entrambi gli studiosi la selezione darwiniana è una parte essenziale del funzionamento del cervello. I due, tuttavia, hanno visioni radicalmente diverse delle conseguenze dei meccanismi cerebrali selettivi per quanto riguarda la natura della funzione cerebrale, della conoscenza, della memoria e della coscienza. I nostri sensi, nella visione di Edelman, si trovano di fronte un mondo caotico, in perenne cambiamento, che non ha etichette. Il cervello deve creare il significato dal caos. In Un universo di coscienza, il libro scritto insieme a Giulio Tononi, Edelman sostiene: «Si tende a credere che la memoria implichi l'iscrizione e l'archiviazione di informazioni. Ma che cosa viene archiviato? Forse un messaggio codificato? E quando viene "chiamato dalla memoria" o recuperato, è identico a prima? In queste domande si evidenzia la credenza diffusa che l'oggetto archiviato sia una sorta di rappresentazione». Pertanto, continua, «adotteremo il punto di vista contrario, coerente con un'impostazione selezionista, secondo cui la memoria non è rappresentazionale».³

Sebbene anche Changeux consideri essenziale la selezione per la formazione della memoria, egli, a differenza di Edelman, ritiene che un insieme di circuiti neuronali, una volta selezionato per la formazione di un ricordo, diventi parte di una struttura relativamente stabile, «un quadro intenzionale», scrive ne L'uomo di verità, che «può essere concepito come un insieme di rappresentazioni globali di lunga durata». Anche se gli schemi precisi di connettività nella rete possono variare da un individuo all'altro, secondo Changeux, le sue relazioni funzionali (o significati stabilizzati) rimangono costanti: «Un modello ridotto e semplificato, neuronale e quindi fisico, della realtà esterna sarebbe cosí selezionato e archiviato in memoria nel cervello. Questi oggetti di memoria esisterebbero "realmente" nel nostro cervello sotto "forme" latenti, composte da tracce neuronali stabili».

Changeux scrive che i ricordi possono essere modificati dall'aggiunta di nuove informazioni, o «da conoscenze preesistenti o da risonanze emotive che si mescolerebbero ai ricordi reali dell'esperienza passata».

In contrasto con la descrizione di Changeux, crediamo che Edelman abbia una visione diversa e assai più profonda della memoria e di ciò che essa rivela circa la natura del significato e della funzione cerebrale. L'ipotesi proposta da entrambi è che durante la formazione dei ricordi, le nostre interazioni con il mondo provochino una selezione naturale darwiniana di circuiti neurali, più o meno come quando il corpo, invaso da un virus, "seleziona" gli anticorpi più potenti da uno smisurato repertorio di anticorpi messi a disposizione dal sistema immunitario. Secondo Edelman, tuttavia, il ricordo che ne deriva non è una rappresentazione del mondo esterno, non più di quanto l'anticorpo che ha protetto il corpo da un'infezione virale sia una rappresentazione del virus in questione. Eppure l'anticorpo può proteggere il corpo da un futuro attacco di quel virus, proprio come i circuiti neurali possono contribuire alla rievocazione del ricordo. La memoria invece, scrive Edelman, è la capacità di «ripetere un atto fisico o mentale a distanza di tempo anche se il contesto è mutato … Nella nostra definizione sottolineiamo il concetto di "ripetizione a distanza di tempo" perché è la capacità di ricreare un atto dopo un certo tempo trascorso dall'originario insieme di segnali a caratterizzare la memoria. E, parlando di un contesto mutevole, poniamo attenzione a una proprietà fondamentale della memoria del cervello: in un certo senso è una forma di ricategorizzazione costruttiva di un'esperienza in corso e non una riproduzione puntuale di una sequenza passata di eventi».

Per Edelman, quindi, la memoria non è un «modello ridotto» della realtà esterna, ma un processo dinamico che ci permette di ripetere un atto mentale o fisico: «La conclusione generale è che, qualunque ne sia la forma, la memoria in sé è una proprietà del sistema. Non si può identificare esclusivamente con i circuiti, con le variazioni sinaptiche, con la biochimica, con i vincoli dei valori o con la dinamica comportamentale. È il risultato dinamico delle interazioni di tutti questi fattori concertati, il cui ruolo è selezionare un segnale in uscita che ripeta un compito o un atto. Le caratteristiche generali di un determinato compito possono essere simili a un compito precedente. Tuttavia, l'insieme di neuroni sotteso a due esercizi simili in tempi differenti può essere – e di solito è – differente. Questa proprietà assicura che si possa ripetere lo stesso atto, nonostante rimarchevoli mutamenti di ambiente e di contesto, con il procedere dell'esperienza». La validità dell'approccio di Changeux e di quello di Edelman deve ancora essere verificata da ulteriori indagini sulla funzione del cervello. I dettagli dei processi neurofisiologici in questione sono ancora in gran parte inesplorati.

Di fatto, la «realtà esterna» è una costruzione del cervello. I nostri sensi hanno di fronte un mondo caotico in continuo cambiamento, che non ha etichette, e il cervello deve decifrare quel caos. Sono le correlazioni tra informazioni sensoriali stabilite dal cervello a creare la conoscenza che abbiamo del nostro ambiente, come i suoni delle parole e la musica, le immagini che vediamo guardando un quadro o una fotografia, i colori che percepiamo: «La percezione non è un semplice riflesso del segnale sensoriale immediato», scrivono Edelman e Tononi, «ma implica una costruzione o una comparazione effettuata dal cervello».

Per esempio, contrariamente alla nostra esperienza visiva, nel mondo non esistono colori, ma solo onde elettromagnetiche di molte frequenze diverse. Il cervello confronta la quantità di luce riflessa con le lunghezze d'onda lunghe (rosso), medie (verde) e corte (blu) e da questi confronti crea i colori che vediamo. La quantità di luce riflessa da una particolare superficie – un tavolo, per esempio – dipende dalla frequenza e dall'intensità della luce che la colpisce; alcune superfici riflettono maggiormente le frequenze a onde corte, altre quelle a onde lunghe. Se non potessimo confrontare la presenza di queste lunghezze d'onda e fossimo consapevoli soltanto delle singole frequenze della luce – ciascuna delle quali sarebbe percepita come grigio, di una luminosità o di una oscurità dipendente dall'intensità della luce che colpisce la superficie – le frequenze e le intensità normalmente variabili della luce del giorno (come all'alba, o quando una nuvola copre temporaneamente il sole) creerebbero un'immagine confondente di grigi mutevoli. I nostri mondi visivi sono stabili perché il cervello, attraverso la percezione del colore, semplifica l'ambiente confrontando momento per momento i livelli di luminosità o di oscurità nelle diverse frequenze. ⁴

Il problema della rappresentazione, del significato e della memoria è illustrato anche dal caso di un paziente che ha perso un braccio in un incidente. Il cervello compie un evidente tentativo di conservare un senso unitario di sé, come accade spesso, e crea un arto "fantasma". L'arto fantasma provoca dolore al paziente. Il cervello sa che l'arto non c'è; il dolore deriva dall'incoerenza tra ciò che il cervello "vede" (braccio assente) e la sua "sensazione" che sia presente un fantasma che esso stesso ha creato cercando di mantenere un senso unitario di sé in continuità con il passato. È un dolore che non è creato da stimoli esterni e non si può eliminare con gli antidolorifici.

Un caso famoso è quello di un giovane che aveva perso una mano in un incidente di moto. Seguendo una procedura terapeutica ideata da Vilayanur Ramachandran (autore insieme a Sandra Blakeslee de La donna che morí dal ridere, in cui descrive il caso), il paziente infilò la mano sana in uno dei due comparti di una scatola e "inserí" la mano fantasma dall'altra parte. Uno dei comparti della scatola conteneva uno specchio in posizione verticale, che rimandava il riflesso della mano sana. Il paziente, dopo aver osservato nello specchio l'immagine della sua mano reale, fu invitato a compiere gli stessi movimenti con entrambe le "mani", cosa che suggerí al suo cervello un movimento reale da parte della mano persa. Immediatamente, il dolore scomparve. Anche se il giovane era perfettamente consapevole dell'inganno – aveva sotto gli occhi il moncherino del braccio amputato, nell'altro comparto – l'immagine visiva aveva avuto la meglio sulla sua sensazione di essere ingannato. Vedere per credere! Il dolore – l'effetto dell'incoerenza tra la creazione da parte del cervello di un arto fantasma e la consapevolezza visiva che la mano non c'era più – scomparve; ciò che il paziente vedeva (una mano nello specchio) corrispondeva perfettamente a ciò che sentiva (un fantasma).

Secondo la neurologa italiana Angela Sirigu, che ha condotto esperimenti simili usando un video al posto dello specchio, «all'origine del dolore da arto fantasma vi è la dissonanza tra l'immagine di se stessi e il proprio corpo danneggiato. Veder funzionare di nuovo la mano persa riduce la dissonanza anche se il paziente è consapevole del tiro che gli stanno giocando». ⁵

Il fatto che il paziente provi un dolore da arto fantasma e che subito dopo, quando vede la sua mano sana allo specchio, il dolore scompaia non è che uno dei molti esempi neurologici di quella che potremmo chiamare la sindrome del dottor Jekyll e del signor Hide: il paziente in certi momenti vede e ricorda un mondo e in altri un mondo del tutto diverso.⁶ L'arto fantasma è il modo in cui il cervello cerca di conservare l'immagine del corpo – un senso di sé che è essenziale per tutta l'attività coerente del cervello. Come nel caso dei colori, l'arto fantasma suggerisce che tutto ciò che vediamo, sentiamo e proviamo è un'invenzione del cervello – un'integrazione del passato (la perdita dell'arto) e del presente (un fantasma che è essenziale affinché il cervello continui a funzionare "normalmente").

In generale, ogni ricordo si riferisce non solo alla persona, all'evento o all'oggetto ricordati, ma anche alla persona che ricorda. L'essenza della memoria è la riproduzione soggettiva, non meccanica, e un aspetto fondamentale di questa psicologia soggettiva è che ogni immagine, persona, luogo, idea che si ricordano contiene inevitabilmente, in modo esplicito o implicito, un riferimento fondamentale alla persona che ricorda.

La nostra vita cosciente è un flusso costante, o un'integrazione, del nostro passato prossimo e del nostro presente – ciò che Henri Bergson chiamava le souvenir du présent (1908) e che Edelman, più recentemente, ha definito il presente ricordato (1989). La coscienza, in questa concezione, non è né rappresentazioni richiamate alla mente né il presente immediato, ma qualcosa di un genere diverso (come i colori sono di un genere diverso rispetto alla luminosità od oscurità di diverse lunghezze d'onda riflesse).

L'importanza dell'immagine del corpo e dell'attività motoria per la percezione, il movimento vero e proprio e il pensiero è suggerita dalla recente scoperta dei "neuroni specchio" da parte di Giacomo Rizzolatti e dei suoi colleghi. Nei loro esperimenti, hanno osservato che i neuroni che scaricavano quando una scimmia afferrava un oggetto scaricavano anche quando la scimmia osservava uno scienziato che afferrava quello stesso oggetto. A quanto pare, la scimmia capiva l'azione dello sperimentatore, perché l'attività del suo cervello era simile quando la scimmia osservava lo sperimentatore e quando afferrava l'oggetto. Il punto sorprendente è che gli stessi neuroni che producevano "azioni motorie", cioè azioni che implicano un movimento dei muscoli, erano attivi anche quando la scimmia vedeva eseguire le stesse azioni da altri.

Il «rigido confine», scrivono Rizzolatti e Corrado Sinigaglia in So quel che fai. Il cervello che agisce e i neuroni specchio, «tra processi percettivi, cognitivi e motori finisce per rivelarsi in gran parte artificioso: non solo la percezione appare immersa nella dinamica dell'azione, risultando più articolata e composita di come in passato è stata pensata, ma il cervello che agisce è anche e innanzitutto un cervello che comprende».

È grazie ai neuroni specchio che siamo in grado di riconoscere e capire le azioni degli altri. Come scrivono Rizzolatti e Sinigaglia, questa comprensione «dipende in prima istanza dal nostro patrimonio motorio». ⁷ La nostra capacità di capire e reagire alle emozioni altrui potrebbe dipendere dall'abilità imitativa dell'attività neuronale dell'individuo che osserviamo.

Quando vediamo un amico che piange possiamo provare comprensione perché l'attività del nostro cervello è simile a quella della persona in lacrime. Riconosciamo il disgusto di un'altra persona grazie alla nostra esperienza della sensazione di disgusto e dell'attività neurale associata. Rizzolatti e Sinigaglia scrivono: «Le nostre percezioni degli atti e delle reazioni emotive altrui appaiono accumunate da un meccanismo specchio che consente al nostro cervello di riconoscere immediatamente quanto vediamo, sentiamo o immaginiamo fare da altri, poiché innesca le stesse strutture neurali … responsabili delle nostre azioni o delle nostre emozioni».

La natura delle "rappresentazioni" cerebrali – se esiste qualcosa del genere – del mondo, di sé, del passato e del presente, continua a essere un mistero, come suggeriscono i diversi approcci descritti: la concezione di Changeux delle «rappresentazioni globali di lunga durata», la visione di Edelman e di Tononi della memoria come ricategorizzazione costruttiva e la stupefacente scoperta di Rizzolatti dei neuroni specchio suggeriscono che conosciamo e capiamo gli altri, in una certa misura, grazie all'imitazione neurale.

Come mostrano queste diverse concezioni, anche se siamo ben lontani dal capire la natura della memoria, della percezione e del significato, è nondimeno grazie al lavoro di scienziati come Changeux, Edelman e Rizzolatti che abbiamo raggiunto una comprensione migliore della complessità delle esperienze soggettive. Forse in futuro le nuove scoperte genetiche e neurofisiologiche e i risultati che si otterranno con le tecniche di brain imaging illumineranno i problemi relativi alle funzioni superiori del cervello. Una scoperta scientifica inaspettata potrà gettare nuova luce su qualcosa che pensavamo di conoscere da sempre: i neuroni specchio, scrive Rizzolatti, mostrano «quanto radicato e profondo sia il legame che ci unisce agli altri, ovvero quanto bizzarro sia concepire un io senza un noi».

(Traduzione di Simonetta Frediani)

¹ J. Monod, J. Wyman e J.P. Changeux, "On the nature of allosteric transitions: a plausible model", Journal of Molecular Biology, 12, 1965, pp. 88-118.

² I circuiti neurali selezionati nella formazione dei ricordi possono essere rafforzati con l'aumento dei recettori di neurotrasmettitori alle giunzioni sinaptiche. Tale processo è noto come "potenziamento a lungo termine". L'indebolimento o l'eliminazione di circuiti può portare a una perdita di memoria, che normalmente è associata all'invecchiamento, ma è accelerata nelle malattie neurodegenerative. Nel morbo di Alzheimer, per esempio, alcuni gruppi di neuroni, tra cui quelli dell'ippocampo, una regione del cervello importante per la funzione della memoria, perdono le sinapsi e alla fine muoiono, producendo un deterioramento della memoria. Nonostante le ampie indagini, la causa della morte dei neuroni nel morbo di Alzheimer è ancora sconosciuta. Segnalo, per inciso, che alcune ricerche recenti sulla perdita di memoria sono citate da S. Halpern in "Memory: Forgetting Is the New Normal", Time, 8 maggio 2008.

³ Per un approfondimento, si vedano I. Rosenfield, "Neural Darwinism: A New Approach to Memory and Perception", The New York Review of Books, 9 ottobre 1986; e Id., L'invenzione della memoria, Milano, Rizzoli, 1989 (ed. orig. 1988).

⁴ Si veda O. Sacks e R. Wasserman, "The Case of the Colorblind Painter," The New York Review of Books, 19 novembre 1987 (O. Sacks, "Il caso del pittore che non vedeva i colori", in Id., Un antropologo su Marte, Milano, Adelphi, 1998, ed. orig. 1996).

⁵ Si veda Le Monde, 6 gennaio 2004.

⁶ Si veda I. Rosenfield, Lo strano, il familiare e il dimenticato, Milano, Rizzoli, 1992 (ed. orig. 1992), per una discussione più ampia; e K. Reilly et al., "Persistent Hand Motor Commands in the Amputees' Brain", Brain, agosto 2006, per le prove che il cervello, nonostante la perdita di un arto, continua a generare i comandi motori normali.

⁷ V.S. Ramachandran è convinto che i neuroni specchio potranno fornire altri indizi sulla natura del dolore da arto fantasma: ha osservato questo dolore scomparire per dieci o quindici minuti quando un paziente guardava un volontario che si sfregava una mano e ha ipotizzato che la soppressione del dolore in questi casi potrebbe coinvolgere i neuroni specchio. Ma il meccanismo della soppressione del dolore è tutt'altro che chiaro.

ISRAEL ROSENFIELD, insegna presso la University of New York City (CUNY). È noto al lettore italiano come autore di: L'invenzione della memoria (Rizzoli, 1989) e Lo strano, il familiare e il dimenticato (Rizzoli, 1992). Il suo libro più recente è Freud's Megalomania(Norton, 2000).

EDWARD ZIFF insegna Biochimica alla NYU School of Medicine.

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