u Ripensare il pensiero

I fenomeni della mente hanno attirato la curiosità scientifica ben prima che il cervello fosse studiato in quanto sede anatomica della mente, in quanto organo del corpo umano che rende possibili la percezione, le emozioni, l'apprendimento. Una vera rivoluzione culturale fu necessaria a scienziati e pensatori del XIX secolo, per superare il cosiddetto dualismo cartesiano, per il quale la mente e la materia fisica fanno riferimento a due tipi di sostanze intimamente distinte, che Cartesio indicava rispettivamente come res cogitans e res extensa. Ma lo stesso filosofo francese ammetteva in realtà che certe funzioni mentali più elementari, come la percezione sensoriale, potessero già rientrare nell'ambito del mondo naturale. A tutti, o quasi, era chiaro come il pensiero e il comportamento razionale siano strettamente legati agli eventi del mondo esterno. Quello che non era facile accettare, tuttavia, era che il sostrato fisico dell'attività mentale fosse lo stesso di ogni altra attività biologica, ovvero le cellule, i tessuti e tutto l'insieme di sostanze chimiche coinvolte nei processi fisiologici.

L'idea di mente come entità distinta si è sviluppata, fino a tempi recenti, in correnti di pensiero ben diverse fra di loro. Per fare due soli esempi, i comportamentisti, negli anni Cinquanta miravano a fare dello studio della mente una scienza quantitativa pura, interpretando ogni comportamento in termini di relazione causale rispetto a certi stimoli esterni e in qualche modo svilendo l'idea stessa di mente. D'altra parte, altri filoni scientifici, fino, in qualche misura, all'attuale intelligenza artificiale, hanno privilegiato le teorie dettagliate sulle rappresentazioni mentali, semplicemente trascurando la base biologica di tali rappresentazioni.

Dopo la prima rivoluzione filosofica, dunque, una seconda rivoluzione metodologica è avvenuta internamente alla comunità scientifica: quella che ha visto il realizzarsi dell'unitarietà concettuale fra cervello e mente in una nuova disciplina, appartenente a pieno diritto alle scienze naturali. Nelle neuroscienze cognitive (termine che non ha più di mezzo secolo di vita e che individua un settore di ricerca che ha avuto una vera esplosione negli ultimi 30 anni) sono confluite le conoscenze di discipline tradizionalmente appartenenti alla biologia, alla medicina, alla fisica, alla psicologia sperimentale. Se le tecniche e i metodi delle neuroscienze cognitive restano molti e disomogenei fra loro, il consenso fra i ricercatori è però generale su quale sia il comune obiettivo: studiare il cervello per capire i meccanismi del pensiero, sostituendo così l'approccio scientifico a quello filosofico, nello studio della mente.

u L'evoluzione della mente

Il cervello si sviluppa e svolge le sue funzioni all'interno di un organismo vivente. Come ogni organo del corpo assume forme diverse e si specializza in funzioni diverse evolvendo da specie a specie. In realtà la storia evolutiva del cervello, in particolare nei vertebrati, ha interessato gli scienziati cognitivi solo recentemente. Charles Darwin, da grande precursore, sosteneva che i segni di una pressione evolutiva erano evidenti anche nel campo dei processi mentali, ma ciononostante almeno fino a una ventina di anni fa si è preferito approfondire la relazione fra cervello e comportamento, nell'uomo e nelle specie animali più adatte a questo tipo di esperimenti, piuttosto che analizzare come il comportamento intelligente emerga dalla storia di selezione biologica dal sistema nervoso in specie diverse.

Se è l'intelligenza superiore (o almeno presunta tale!) a rendere l'uomo un animale così speciale, deve essere possibile trovare le tracce e l'origine di questa unicità nell'evoluzione naturale dell'organo preposto all'intelligenza, il cervello. Molti aspetti restano comunque ancora da chiarire da questo punto di vista. Infatti, se l'evoluzione di sistemi come quello motorio e sensoriale, può essere letta in termini chiari di vantaggio per la selezione naturale, l'interpretazione si fa più oscura se ci si inoltra verso le funzioni cerebrali più astratte

All'interno della prospettiva evolutiva, esiste un acceso dibattito sulla questione se certe funzioni cognitive superiori, e prima fra tutte il linguaggio, siano prodotte dalla selezione naturale lungo una catena continua di cambiamenti, o se rappresentino invece una discontinuità, un esclusivo attributo dell'essere umano, senza precedenti nι omologie in altre specie.

u Una fitta rete di comunicazioni

L'evoluzione del cervello e delle sue funzioni è solo una delle possibili prospettive da cui osservare i fenomeni della mente. Per farsi un'idea dello stato dell'arte nel campo delle neuroscienze, in effetti, è necessario spaziare su livelli molto diversi, a partire da quello, microscopico, delle singole cellule nervose e delle loro mutue connessioni.

Il cervello è un organo di sorprendente complessità già dal punto di vista della struttura microscopica dei tessuti che lo compongono: fu estremamente difficile, per i neurobiologi dell'ottocento, capire che il tessuto nervoso era costituito da unità cellulari distinte, i neuroni, e non era invece una rete senza soluzione di continuità come si credeva. La difficoltà veniva dal fatto che queste cellule sono così fittamente interconnesse come in nessun altro tessuto accade. La funzione primaria delle connessioni fra neuroni, un po' come quella dei binari ferroviari fra stazioni distanti, è quella di rendere possibile la trasmissione di "messaggi" (di natura elettrochimica), che poi vengono integrati e elaborati nel corpo di ciascuna cellula. Questa estrema predisposizione alla comunicazione è senza dubbio la prima proprietà caratterizzante il cervello.

u Dai neuroni alla mente

Non è sufficiente essere convinti che i neuroni e la loro attività elettrica stiano alla base di tutti i processi cognitivi per capire in che modo tutto ciò produca il pensiero. E anche se iniziamo a poter accedere con diversi metodi all'informazione sull'attività neuronale, di fatto non la sappiamo ancora leggere. Non abbiamo ancora decifrato il linguaggio in codice dei neuroni, se non in pochi casi semplici, ed è questa una delle sfide scientifiche più attuali per le neuroscienze.

La maggior parte dell'attività neuronale del cervello resta in realtà allo stato di "lavoro sommerso" nei confronti della nostra mente, intesa qui come coscienza. Nelle varie strutture cerebrali, da quelle sottocorticali, che si trovano più in profondità nel cranio e sono considerate più primitive e legate all'istinto e alle emozioni, fino alla corteccia cerebrale, dove ha sede la gran parte dei processi cognitivi, i neuroni si attivano e si trasmettono una gran quantità di informazioni, rispetto a cui quello di cui noi siamo coscienti è solo la punta di un iceberg. La sequenza di accadimenti elettrici e biochimici che uno stimolo esterno sollecita in un singolo neurone di uno dei sistemi sensoriali, ad esempio, ha una sua complessità che, sommata su tutte le cellule nervose coinvolte, supera di gran lunga la relativa semplicità della percezione cosciente Per chiarire questo concetto, pensiamo al suono del ruggito di un leone nel momento in cui arriva ai recettori uditivi del nostro orecchio. Di lì a poco si mette in moto tutta una serie di processi di analisi del segnale (avviene fra l'altro una vera e propria scomposizione in frequenze e un'amplificazione) da parte dei neuroni collegati ai recettori. Si tratta di un'analisi di alta precisione, degna della tecnologia dei dispositivi per l'alta fedeltà, ma la nostra mente non ha bisogno di far emergere a livello cosciente tutte queste informazioni, neppure quando le è richiesta una decisione (quella di scappare di corsa!) in risposta allo stimolo.

u Le illusioni della percezione

Si dice spesso, magari con un certo intento sensazionalistico, che la mente non è altro che un filtro ingannevole della realtà. In effetti la percezione sensoriale, la più "materiale" delle funzioni mentali, è tutt'altro che una rappresentazione fedele della realtà, e alcune delle illusioni sensoriali legate al meccanismo stesso della percezione sono state smascherate grazie ad appositi esperimenti di psicofisica e di comportamento. Il sistema visivo, cruciale in particolare per l'uomo e per altri mammiferi, offre diversi esempi interessanti in questo senso: gli esperimenti sulle illusioni ottiche abbondano. Inoltre il livello di attenzione che poniamo nell'osservazione, ma anche l'aspettativa rispetto a quello che stiamo guardando, sono fattori che possono influenzare drammaticamente ciò che vediamo, o meglio crediamo di vedere.

u Le mappe della mente

Cosa succede nella nostra mente quando tocchiamo con la mano una pentola bollente? E che cos'altro succede, poi, mentre ritraiamo rapidamente la mano dalla causa della sensazione spiacevole di bruciore?

L'insieme di informazioni sensoriali che ci arrivano in input dal mondo esterno, così come l'insieme delle istruzioni di output che il cervello invia agli organi periferici, tipicamente sotto forma di comando motorio, vengono rappresentati dai ricercatori su apposite mappe cerebrali. Queste sono una sorta di modelli di riferimento che teniamo in memoria. In alcuni casi la struttura dettagliata delle mappe interne è ben documentata dai risultati sperimentali. Questo avviene ad esempio per le rappresentazioni topografiche del corpo nella corteccia somatosensoriale (dove vengono proiettate le sensazioni tattili e muscolari) o della retina in quella visiva: regioni attigue della corteccia si attivano in corrispondenza di stimoli attigui nello spazio in cui i recettori specifici sono sensibili. Per tornare all'esempio della pentola che scotta, se ci è capita di toccarla, diciamo con il dito indice di una mano, si attivano i neuroni di una precisa porzione di corteccia. Il dito pollice o il medio, scottati, provocano l'attivarsi di neuroni in posizione vicina a quella dell'indice. Mentre se sventuratamente ci rovesciamo l'acqua bollente su una gamba, è una porzione un po' più distante ad attivarsi, per quanto sempre appartenente alla stessa regione corticale deputata a rappresentare gli stimoli dolorosi sul nostro corpo.

In molti altri casi la mappa mentale è qualcosa di più astratto, in cui non si conserva una relazione topografica precisa tra le parti, e che non è facile localizzare nè definire funzionalmente.

In ogni caso, come strumento unico di interazione con il resto del mondo, il nostro corpo merita di essere rappresentato in più copie, nelle regioni corticali che si occupano di funzioni diverse e di sottofunzioni specifiche, sempre riferite al corpo stesso: così, ad esempio, oltre alle mappe che riproducono la percezione di stimoli tattili sulla nostra pelle (che sono una decina, sensibili a varietà diverse della percezione tattile), esistono mappe relative al movimento delle varie parti del corpo, in quelle regioni di corteccia che sono incluse nel sistema motorio.

u Mente nobile e mente plebea

Gli esperimenti più recenti, con cui si realizza una misura dell'attività (elettrica o metabolica) di popolazioni neuronali distribuite su vaste aree della corteccia, hanno smentito la rigida divisione classica delle funzioni del sistema nervoso. Queste si esaurivano, nella visione schematica di alcuni anni fa, in "input sensoriale"-"elaborazione corticale dell'informazione"-"output motorio". La tendenza era quella di un'interpretazione gerarchica delle funzioni cerebrali. In particolare si distingueva nettamente fra una corteccia "nobile", capace di produrre il pensiero astratto e una base di "bruta manovalanza" delle aree sottocorticali, più vincolate agli istinti e all'interazione diretta col mondo fisico. In realtà tutto ciò si è rivelato essere più una proiezione dei nostri schemi culturali che altro. L'attuazione di qualsiasi esercizio cognitivo, dal semplice udire un rumore alla meditazione trascendentale, coinvolge in generale molte aree (che noi reputiamo) di diverso livello. Senz'altro la corteccia cerebrale ha un ruolo fondamentale nell'elaborazione del comportamento intelligente, in particolare in fenomeni come la memoria e l'apprendimento. Del resto è la corteccia la parte del sistema nervoso in cui la differenza fra i mammiferi e gli altri animali considerati meno evoluti si manifesta più evidentemente. Nell'uomo, in particolare, l'evoluzione ha prodotto una vera e propria esplosione sia del numero di neuroni corticali che della loro connettività. Ma questo non basta per affermare che il comportamento intelligente sia strettamente un prodotto della corteccia. A sfatare il mito della natura astratta e nobile delle funzioni corticali viene anche un altro risultato sperimentale. Sembra che l'accrescimento del volume corticale nel corso dell'evoluzione vada in generale in favore di un moltiplicarsi proprio di quelle aree corticali che servono ad elaborare le informazioni sensoriali primarie, e non delle cosiddette aree associative, a cui si attribuiva il ruolo privilegiato di elaborazione astratta del pensiero.

u L'eredità e l'ambiente

Un interrogativo che è nato insieme all'interesse per lo studio della mente, e che resta di fatto ancora da risolvere, è quello sui ruoli di natura e cultura nel plasmare il nostro essere animali intelligenti. Anche qui con una certa fatica, l'indagine si è spostata dal dibattito etico e filosofico al piano sperimentale. Al centro dell'interesse della comunità dei neuroscienziati sono principalmente lo studio dello sviluppo embrionale del sistema nervoso nei mammiferi e di quello dei primi giorni o mesi dopo la nascita. Tutti sono concordi nell'affermare che la plasticità, cioè la capacità di modificarsi continuamente, è una seconda strabiliante caratteristica del cervello, e della corteccia in particolare. Nei primi periodi di vita la plasticità del tessuto nervoso è particolarmente evidente: il cervello di un neonato è già dotato di un numero enorme di neuroni, simile a quello dell'adulto, ma ha ancora in gran parte bisogno che questi siano connessi fra loro in modo opportuno. Questo processo avviene essenzialmente, sembra, sotto la guida dell'esperienza individuale, mentre la programmazione genetica influenzerebbe solo a grandi linee la struttura interna dell'organo del pensiero. La plasticità non è peraltro un fenomeno che scompare con l'età, ed è proprio grazie ad essa che noi siamo in grado di imparare dagli eventi che incontriamo nell'interagire con il mondo, di ricordarci accadimenti del passato, di adattarci a situazioni nuove e perfino di porre rimedio a (o piuttosto di aggiustare in qualche modo) un grave danno neurologico. Non mancano d'altra parte ricercatori che sostengono che l'effettivo ruolo della cultura è quantitativamente sopravvalutato. Alcuni test sui neonati dimostrano che le abilità cognitive presenti già nei primi giorni di vita sono spesso sorprendenti, e che bisogna attribuirle a una struttura mentale geneticamente predisposta, prima che alla grande capacità di apprendere tutto e in fretta dalla natura. Una certa rivalutazione dell'istinto, degli automatismi, del vincolo biologico tende a comparire in alcuni recenti lavori di neuroscienze.

u Quali funzioni per il nostro cervello?

L'attività delle cellule nervose e la plasticità delle fitte connessioni modificabili fra di esse sono senza dubbio una base biologica imprescindibile per il pensiero. Lo studio del sistema nervoso a questo livello risulta, però, troppo ricco di dettagli per poterne estrarre informazioni sintetiche sulla natura della più affascinante delle proprietà degli animali evoluti. Una tentazione irresistibile per chi studia i meccanismi del pensiero è quella di riconoscere pochi semplici principi generali, che istruiscono quel complicato organo che è il cervello affinchè svolga la sua funzione, quella che in riduttivi termini informatici può essere definita della "computazione mentale". Il grande enigma è allora se esista (e se sì, dove) un modulo funzionale cruciale, l'unità logica elementare, il circuito universale che rende possibile l'emergere del pensiero.

Il concetto di modularità della mente mette d'accordo molti punti di vista: da un lato è supportato da esempi sperimentali su particolari sistemi abbastanza semplici (nelle cortecce sensoriali primarie) e dall'altro lascia la porta aperta a una base biologica per la mente, che sia meno elementare del singolo neurone e meno metafisica di un unico "ente-interprete" fra cervello e pensiero. La storia, relativamente breve, delle neuroscienze cognitive insegna che il sistema nervoso va studiato a diversi livelli di complessità, ad alcuni dei quali è stato ed è tuttora difficile anche solo pensare. Tra la visione del cervello come tabula rasa, su cui l'esperienza scrive la storia e dà forma all'intelligenza di ognuno, e quella del computer pronto per implementare qualsiasi programma di software, dovrà trovare il suo posto la nostra comprensione dei meccanismi della mente.