V. Nasce il cervello
Cellule che migrano
L'embrione comincia a costruire il suo cervello 15 giorni appena dopo il concepimento. è una partenza molto precoce: anzi, tra tutti gli organi del corpo il sistema nervoso è il primo a plasmarsi.
Naturalmente sarà una lunga marcia, che continuerà per tutti i nove mesi, e non solo: la maturazione del cervello si protrarrà per molti anni dopo la nascita, anzi, per l'intera vita, attraverso l'apprendimento.
Ma qui siamo ancora ai primordi.
All'inizio si vedono solo alcune centinaia di cellule che sotto l'influenza di quelle vicine cominciano a trasformarsi in precursori (cioè antenati) dei neuroni.
Una volta innescato, questo processo ha del fantastico.
Le cellule nervose cominciano a migrare a grandi gruppi per andare a raggiungere le loro aree, come pionieri in una terra di conquista. E cominciano a proliferare e a specializzarsi per costruire lentamente una struttura estremamente complessa. Il sistema nervoso è infatti una vera galassia di cellule nervose con compiti molto diversi: di trasmissione, di elaborazione, di percezione, di supporto, eccetera.
Le cellule di supporto, chiamate gliali (anzi, i loro antenati glioblasti), creano dei sentieri, dei "mancorrenti" per le migrazioni dei neuroblasti, che cominciano a colonizzare le future aree del cervello per costruire i vari strati e trasformarsi poi in cellule nervose stellate, piramidali, eccetera. Altre si ramificano lungo il midollo spinale per creare le cellule nervose motorie e sensoriali. è una fioritura incredibile, che si sviluppa a un ritmo sempre più rapido, grazie a fattori di crescita che stimolano la proliferazione.
Le migrazioni avvengono nell'arco di pochi giorni: dal profondo del cervello le cellule debbono arrivare con rapidità in zone relativamente lontane, e trovare la loro giusta collocazione. Qualsiasi interferenza negativa in questa fase (come del resto anche in quelle successive) può creare gravi danni al cervello in formazione.
Le cellule, all'inizio, vivono ancora senza ossigeno, come quelle primitive: ma quando, finita la migrazione, arrivano a destinazione e si specializzano, diventano aerobiche, cioè il loro metabolismo cambia e richiede molto ossigeno. Se per qualche ragione l'ossigeno scarseggia, è un'ecatombe.
5 mila neuroni al secondo
A 5 settimane il cervello comincia a prender forma e a suddividersi in tre parti, per dar luogo alle differenti aree cerebrali, mentre appaiono nervi e gangli nervosi. Gli emisferi si formano alla fine del 2° mese (le circonvoluzioni appariranno solo al 6°mese). Ma ciò che più sbalordisce è la velocità di riproduzione: al 3°-4° mese si formano oltre 250 mila neuroni al minuto! L'equivalente di quasi 5 mila neuroni al secondo...
È quindi un formicolio incredibile, con intere popolazioni di cellule che nascono, migrano, colonizzano aree, si trasformano, per costruire la più meravigliosa macchina dell'universo conosciuto: la macchina capace di elaborare ogni tipo di pensieri, fantasie, emozioni, musiche, matematiche, progetti. Sublimi o perversi.
Una volta preparato il mosaico cellulare di base, i neuroni cominciano a sviluppare i loro prolungamenti e le loro ramificazioni, in modo da creare quella fittissima rete interconnessa che, molto meglio dei computer collegati con Internet, consentirà al cervello di creare circuiti tra miliardi di neuroni per costruire sensazioni, idee e immagini.
Il neurone in questa fase è come un giovane albero, che sviluppa assoni, dendriti, sinapsi: cioè rami, rametti, bottoni di contatto, in varie direzioni e di varia lunghezza. Certi assoni (quelli che trasmettono segnali lungo il midollo spinale) possono raggiungere la lunghezza "astronomica" di un metro e venti. Ma generalmente le ramificazioni sono molto più corte e molto più fitte. In questa fase è basilare che i prolungamenti riescano a stabilire le connessioni giuste, dentro quell'immensa foresta di fili intrecciati che sta nascendo.
Se si pensa che le cellule nervose sono decine di miliardi (forse più di 100 miliardi, all'incirca quanto gli alberi dell'intera Amazzonia) e che ogni cellula-albero può avere migliaia di punti di contatto con altre cellule-albero, si può immaginare quale intrico di fili, di liane, di rami, di radici e di circuiti si possa sviluppare nel cervello. Se poi si pensa che la parte "nobile" del cervello, la corteccia (sede di tutte le elaborazioni filosofiche, artistiche, scientifiche) è il luogo in cui i neuroni sono più fitti e più ramificati, e che essa è spessa solo 2 millimetri... be', si può avere un'idea di quale ginepraio di assoni, dendriti e sinapsi si intrecci nel cervello già durante lo stadio fetale.
Ma come fanno queste ramificazioni a trovare sempre la strada giusta, e costruire alla fine un cervello che funzioni?
Trovare la strada giusta
Un tempo si pensava che tutto fosse programmato dal DNA, con una serie di ordini predisposti: crescere, girare a sinistra, poi a destra... Ma non pare possibile pianificare una crescita del genere: ci sarebbero troppe istruzioni da inserire. D'altra parte, se si comparano i cervelli di diversi individui, un fatto risulta chiaro: varia il modo in cui essi sono costruiti, ma non il loro funzionamento.
Oggi quindi si pensa piuttosto che esistano nel DNA delle istruzioni di base, e che poi, per la legge dei grandi numeri, il disegno finale, malgrado le tante variazioni casuali di itinerario, finisca per compensare le differenze, ricomponendosi in uno stesso modello generale. Fatte salve, beninteso, tutte le diversità che possono esserci tra gli individui. Da questo punto di vista persino i cervelli di due gemelli monozigoti risultano diversi, se attentamente esaminati.
L'importante, nella crescita, è che non avvengano dei collegamenti con cellule nervose sbagliate. Ciò che stupisce è la capacità che hanno i neuroni di evitare errori gravi e di trovare la direzione giusta. La ricerca sta tentando di capire se la cellula segue una specie di profumo chimico (come fanno i salmoni quando trovano la strada di casa risalendo i fiumi), oppure dei "marcatori" situati lungo la strada (come quando una chiamata telefonica, per collegare due località molto distanti, magari situate in due diversi continenti, segue una serie di stazioni intermedie, una serie di "punti-decisione", che fornisce i segnali di svolta e di deviazione).
Questi percorsi di crescita sono agevolati dal fatto che esistono "assoni pionieri" che tracciano la strada e, per così dire, battono la pista.
Una morte programmata
Ma c'è anche un altro fenomeno molto singolare, che si produce durante lo sviluppo del cervello: le cellule nervose vengono prodotte in modo sovrabbondante. C'è una notevole ridondanza. Come mai?
Intanto va detto che alcune cellule probabilmente sono utili per svolgere certi compiti nella prima fase dello sviluppo, ma non sono poi più capaci di assolverne altri. E a quel punto muoiono. è una morte, per così dire, programmata. Probabilmente il loro compito era quello di trasmettere delle istruzioni soltanto per un breve periodo.
Ma anche molte altre cellule moriranno per strada: si calcola che addirittura un terzo, e forse più, dei neuroni muoia durante lo sviluppo.
Un'ecatombe. Ma solo in apparenza.
Gran parte delle cellule nei vari organi, in tutto il corpo, segue infatti la stessa sorte. In ogni regione c'è questa crescita ridondante seguita da una forte mortalità, sia pure in proporzioni diverse.
Probabilmente è il modello di costruzione che lo richiede: esso consiste nel fornire abbastanza materiale per far fronte a varie esigenze e poi, quando la costruzione si è assestata, eliminare ciò che non serve o non serve più. Anche nella costruzione delle case, del resto, avviene qualcosa del genere: finita la struttura muraria, prima di passare alle rifiniture interne, viene eliminata l'impalcatura.
Una rete sterminata
Dopo 24 settimane (5 mesi e mezzo), nel feto, la zona del cervello da cui prendono origine i neuroni, o zona germinale, chiude praticamente la produzione. Ormai il cervello ha tutto quello che gli occorre. Ed è arrivato il tempo delle rifiniture interne.
Molto importanti.
Va detto in proposito che, mentre i neuroni in questa fase diminuiscono di numero, le sinapsi aumentano. Le sinapsi sono i punti di contatto fra le varie ramificazioni dei neuroni.
Ogni cellula, come dicevamo, può avere migliaia di punti di contatto con le altre, e stabilire così una rete di circuiti sterminata. Se si pensa infatti che le cellule nervose sono decine di miliardi, moltiplicando questo numero per le migliaia di punti di contatto si ha un risultato spropositato.
Ma con questo tipo di struttura si ottiene un numero di circuiti nervosi persino impossibile da immaginare. è come se si avesse una rete ferroviaria con migliaia di miliardi di stazioni: gli itinerari teoricamente possibili su questa rete sarebbero davvero incalcolabili. Ciò spiega anche la grande capacità che ha il cervello di immagazzinare e di elaborare dati in uno spazio molto ristretto: una capacità praticamente illimitata, tanto più se si tiene conto che le ramificazioni e le sinapsi si modificano di continuo con l'apprendimento, e che quindi nel corso della vita il cervello si trasforma e si arricchisce di continuo (o si inaridisce, se è usato poco).
Come dicevamo, queste sinapsi continuano ad aumentare nel feto e anche nel neonato, toccando il loro numero massimo, sembra, all'età di 2 anni. Per poi diminuire. La natura insomma mette a disposizione una grande ricchezza di materiali, in modo che il cervello abbia tutte le possibilità di modellarsi come vuole.
Dipenderà dall'uso che si farà di questo immenso patrimonio iniziale: le sinapsi non utilizzate infatti verranno via via eliminate, e se il bambino nei primissimi anni di vita non avrà avuto stimoli adeguati, difficilmente potrà recuperare in seguito la ricchezza di sviluppi cerebrali possibili.
Riprenderemo questo discorso, in uno dei capitoli finali del libro, dedicato appunto all'importanza di creare attorno al bambino un ambiente vivo e stimolante.
Miliardi di campanelli elettrochimici
Un'ultima cosa a proposito del funzionamento delle sinapsi (per chi non avesse familiarità con queste strutture). Senza entrare nei dettagli, si può ricordare che le sinapsi agiscono sui punti di contatto tra neuroni scaricando delle sostanze chimiche (i cosiddetti neurotrasmettitori: acetilcolina, serotonina, noradrenalina, dopamina...) e funzionano praticamente come delle pistole a spruzzo. Eccitata da questo spruzzo, la cellula ricevente trasforma l'impulso chimico in impulso elettrico, attraverso una polarizzazione e depolarizzazione della membrana. L'impulso elettrico viaggia velocissimo (in certi assoni può viaggiare quasi a 300 Km/h, come una Ferrari) e, a sua volta, va a eccitare una cellula vicina, attraverso un'altra sinapsi, trasformando nuovamente l'impulso elettrico in impulso chimico, grazie a un nuovo spruzzo di neurotrasmettitori sul punto di contatto. E così via, a staffetta, verso altri neuroni.
Va sottolineata l'estrema rapidità con cui tutto questo avviene: basti pensare che il tempo di sparo della pistola a spruzzo è dell'ordine di millesimi di secondo. Per cui i "campanelli" elettrochimici vengono suonati ripetutamente ad altissima velocità e diffondono immediatamente dovunque i loro segnali. Segnali che possono essere modulati in moltissimi modi, non solo attraverso l'uso di vari tipi di neurotrasmettitori, ma anche attraverso un sottile gioco di attivazioni e inibizioni.
Un sistema apparentemente non troppo complicato (anche il computer in fondo si basa su un sistema di risposta "sì-no"), ma che, inserito nella "foresta amazzonica" di neuroni e di sinapsi, acquista una dimensione e una complessità straordinaria.
Da tutto questo nasce la nostra attività mentale, la nostra capacità di pensare, di categorizzare, di immaginare. E di disporre di un "teatrino" mentale interno in cui far muovere personaggi, idee, sentimenti.
In quale modo ciò praticamente avvenga, è ancora un segreto custodito nei labirinti dei neuroni.
Ma quando cominciano veramente a funzionare i circuiti nervosi nel feto?
I sensi entrano in funzione
La risposta, anche se parziale, la si può avere osservando le sue reazioni agli stimoli sensoriali.
Naturalmente il sistema nervoso entra via via in funzione, spesso in tempi diversi, seguendo i vari ritmi di maturazione delle reti e dei sottosistemi di cui i neuroni fanno parte. E della loro continua "rifinitura".
Comunque a 24 settimane il feto reagisce a un suono intenso con un sussulto e con un aumento del battito cardiaco. Tra la 22a e la 35a settimana, grazie all'ecografia, sono stati osservati dei battiti di ciglia in risposta a un suono.
Per quanto riguarda il tatto, le prime reazioni avvengono già alla 7a settimana, in risposta a stimoli sul labbro superiore. A 10-11 settimane il feto reagisce a stimoli sul palmo della mano e 2 settimane più tardi la sensibilità si estende a quasi tutto il corpo.
Per quanto riguarda il gusto, i bottoni gustativi situati sulle papille della lingua sono ben formati già all'11a settimana, e forse il feto comincia ad avere le prime sensazioni gustative assaggiando il liquido amniotico.
Il liquido amniotico stimola certamente anche l'odorato: in esperimenti su animali si è osservato che nel liquido amniotico ci sono sostanze aromatiche che la madre assume con i cibi, e che riescono ad attraversare la barriera della placenta. Il sistema olfattivo si sviluppa tra la 5a e l'8a settimana (e curiosamente sembra regredire a partire da metà gravidanza: chissà se questo fa parte della ricapitolazione cui si è accennato, visto che è tipico degli animali un sistema più esteso di quello che caratterizza l'uomo). Nel 3° trimestre le narici sono liberate dal tappo, e si è potuto verificare che i prematuri di 6 mesi rispondono a stimoli odorosi.
Per quanto riguarda la vista, alla fine del 3° mese compaiono nella retina i bastoncelli e i precursori dei coni, cioè le cellule nervose che reagiscono alla luce e ai colori. Ma il sistema visivo è più lento a formarsi (forse anche perché nel buio dell'utero non viene utilizzato) e bisognerà attendere la nascita perché lo sviluppo si concluda. Già molto tempo prima, comunque, il feto reagisce a flash di luce che vengono fatti lampeggiare vicino all'addome della madre.
E il dolore? Il feto sente dolore?
Se ne sa poco: ma è probabile di sì.
Le uniche osservazioni dirette sono quelle dell'aumento del battito cardiaco quando il feto viene accidentalmente punto con un ago durante un prelievo del liquido amniotico.
Non disturbate il manovratore
Si tratta di osservazioni sporadiche e incomplete, perché nessuno si sogna di inserire ferri e strumenti nell'utero materno per fare esperimenti sulla percezione.
Comunque, pur nella loro frammentarietà, queste osservazioni mostrano la maturazione graduale dei vari sistemi. è una costruzione che avviene parallelamente in più punti, in tempi diversi e in base a un'ingegneria raffinata, ma molto delicata e vulnerabile.
Per questo è importante "non disturbare il manovratore", specialmente nella prima fase della gravidanza, quando tutti i sistemi (e in particolare quello nervoso) sono in cantiere. I danni potrebbero essere gravi.
C'è per esempio uno studio del Nimh, l'Istituto Nazionale Americano per la Salute Mentale, nel quale si ipotizza che più del 50% delle schizofrenie siano dovute a una anomalia nello sviluppo del cervello.
In altri termini, un disturbo che un tempo veniva attribuito a relazioni sbagliate nell'ambiente familiare, sarebbe in realtà la conseguenza di una crescita anomala di certe cellule durante il periodo delle migrazioni.
La schizofrenia appare solitamente nella prima età adulta, dopo i 20 anni, e provoca apatia, variazioni dell'umore, con intense reazioni emotive, forti sensazioni di delusione, a volte anche con la presenza di voci immaginarie. Autopsie eseguite su soggetti schizofrenici hanno rivelato che molti di loro presentano dei neuroni fuori posto nell'area prefrontale, a causa di uno sviluppo anomalo delle connessioni.
Le cause di questi disturbi nella crescita nervosa non sono note: un'ipotesi è che possano dipendere da un virus che colpisce la madre nel primo periodo della gravidanza.
Ma la crescita del sistema nervoso potrebbe venir disturbata anche in altri modi, non solo da infezioni.
Taluni farmaci, come è noto, possono avere un effetto collaterale tossico sulla crescita del feto. Anche per quanto riguarda il cervello si è cercato naturalmente di capire quali possano essere le conseguenze negative, e sono stati effettuati vari studi, sia sull'uomo che sull'animale.
È un campo, questo, in cui i dati sono spesso discordanti: certi farmaci (usati come tranquillanti anti-epilettici e prescritti anche contro l'ipertensione, l'ansia, l'insonnia, le nausee, i crampi alle gambe, ecc.) sono stati messi sotto accusa da taluni studi e assolti per "insufficienza di prove" da altri.
Certe ricerche, infatti, sembrano indicare un diminuito rendimento a scuola e nei test d'intelligenza nei ragazzi le cui madri avevano continuativamente assunto certi farmaci durante la gravidanza; altri studi obiettano che lo sviluppo dell'intelligenza è in realtà fortemente condizionato da fattori ambientali e familiari ed è quindi difficile disaggregare il dato.
Ricerche su animali, infatti, non hanno dato le stesse indicazioni.
Senza contare il fatto che molte gestanti hanno bisogno di certi farmaci, per evitare guai peggiori (anche per il feto).
Fumo, alcol, droghe
Naturalmente anche fumo, alcol e droghe possono danneggiare il cervello durante la gravidanza. La cocaina per esempio passa, attraverso la placenta, dalla madre al feto, che la elimina con più difficoltà. Purtroppo non è raro il caso di madri che assumono cocaina durante la gravidanza: un dato agghiacciante rivela che nelle metropoli americane lo fa il 15% delle donne incinte (una donna su 7).
Anche il fumo raggiunge il cervello del bambino in formazione ed è nocivo, non solo per le sostanze che contiene, ma anche perché diminuisce l'afflusso di ossigeno nel sangue. Studi statistici hanno dimostrato che le madri forti fumatrici hanno più probabilità di avere figli sottopeso.
Anche il rischio di morte improvvisa ("la morte in culla", apparentemente inspiegabile, che colpisce un bambino su mille) è maggiore per i figli di donne che fumano durante la gravidanza.
Quanto all'alcol, anch'esso raggiunge rapidamente il cervello in formazione. Ma anche un uso moderato di alcol può far male? Non ci sono risposte in proposito. Quello che è certo è che un abuso di alcol può avere pesanti conseguenze sul nascituro. Anche l'alcol infatti danneggia le cellule cerebrali e diminuisce l'afflusso di ossigeno. Tra le conseguenze: ritardo mentale, difficoltà di attenzione e problemi comportamentali.
Negli Stati Uniti, dove il consumo di alcol è molto preoccupante, un bambino su 750 nasce con una sindrome alcolica, che comprende tra l'altro anche una malformazione della faccia: testa piccola, labbra molto sottili, occhi allungati.
Certamente si tratta di casi estremi. Ma vale la pena indicarli, anche per capire quanto sia vulnerabile il cervello del feto nella prima fase della sua costruzione.
L'autismo
C'è un ultimo aspetto di cui vale la pena parlare: ed è l'autismo, cioè quel comportamento anomalo di certi bambini che si rinchiudono in se stessi, che non parlano, che hanno difficoltà di rapporto con gli altri.
Ebbene si sta scoprendo che questa malattia ha con ogni probabilità una base genetica (nell'80-90% dei casi se un gemello è autistico anche l'altro lo è), ma ha anche una radice nello sviluppo del cervello durante la gravidanza, prima della 30a settimana.
In un rapporto preparato per l'Istituto Nazionale Americano per la Salute e lo Sviluppo umano del Bambino (Nichd), si sono messe in evidenza alterazioni in alcune zone cerebrali (tra cui l'amigdala, l'ippocampo, il cervelletto). Nel sistema limbico, quella parte del cervello preposta alle emozioni, si è osservato un eccesso di cellule nervose, troncature a livello delle ramificazioni dendritiche e neuroni immaturi. è un nuovo campo di ricerca, e si ritiene oggi che non si tratti di una malattia unica, ma del risultato di vari tipi di distorsioni o traumi: per esempio si pensa che i geni in gioco possano appartenere a differenti tipi di famiglie (cosa che rende la loro identificazione più difficile), e che esistano fattori di rischio come l'età della madre, la prematurità, le emorragie durante la gravidanza, le infezioni virali.
Per questo si ipotizza che l'autismo sia un insieme di disordini neurologici che trovano la loro origine prima della nascita, e che provocano poi un comportamento anomalo nel bambino (non reagisce come gli altri agli stimoli ambientali, non piange se la madre si allontana, non riconosce le espressioni emotive, eccetera). Quando nel 1943 si scoprì questa malattia si parlò di difetti congeniti; ma la scuola psicanalitica freudiana a quell'epoca era dominante, e l'autismo fu ritenuto un problema di relazione tra la madre e il bambino: si disse che la madre era fredda e ostile nei confronti del figlio, che era una "madre frigorifero", e che il bambino andava affidato a istituzioni per il recupero. In realtà non si ottenevano risultati, e se ne concludeva che l'autismo era incurabile.
Oggi si cerca di intervenire sin dall'inizio, con una terapia comportamentale, e in alcuni casi è stato possibile un buon recupero. Ma quello che funziona con un bambino può non funzionare con un altro, perché le situazioni sono diverse e probabilmente anche le cause sono variabili. è un male che tende a essere cronico, ma in alcuni casi è molto lieve (e forse certi individui sono autistici senza che vengano riconosciuti tali, perché non hanno comportamenti propriamente patologici, ma semplicemente un po' strani).
L'autismo si manifesta di solito dopo il 2° anno d'età, quando comincia la fase del linguaggio, e i genitori notano che il bambino non risponde in modo normale agli stimoli linguistici, pur essendo in grado di parlare. In realtà la diagnosi di autismo si può fare anche prima dei 2 anni: c'è uno studio interessante di una ricercatrice che, osservando alcuni filmini girati in famiglia da genitori di bambini autistici, è riuscita a cogliere i segni premonitori di questo comportamento.
Un'opera di prevenzione
Insomma molti dei danni che possono emergere dopo la nascita (e condizionare il comportamento dell'individuo nell'età adulta) trovano spesso le loro radici nel periodo fetale, quando una vulnerabilità genetica e/o certe perturbazioni dello sviluppo nell'utero possono provocare anomalie nella crescita del cervello.
Per questa ragione negli Stati Uniti è iniziata una campagna, promossa dall'Nichd, per rendere i genitori più consapevoli dell'importanza di una sana gravidanza per lo sviluppo del cervello del bambino, spiegando i possibili effetti della nicotina, dell'alcol, delle infezioni, delle droghe e di altre sostanze tossiche.
Se non si può intervenire sulla genetica, è possibile infatti fare dei controlli sulle cause ambientali. E questa è una responsabilità anche dei genitori.
Come diceva un ricercatore: "I benefici che una sana prevenzione può produrre sui bambini che stanno nascendo (e sulla capacità di esprimere al meglio i loro talenti creativi) sono superiori a quelli che potremmo ottenere nei nostri laboratori nei prossimi anni riparando i guasti".
In altre parole: è assurdo cercare di migliorare continuamente i servizi di riparazione, quando un uso più attento della macchina potrebbe evitare tanti incidenti.
Bene, chiudiamo qui questa prima parte, che ci ha permesso di seguire passo passo la fase iniziale della gravidanza (la più importante): dalla fecondazione all'impianto nell'utero, dalla differenziazione delle cellule alla formazione del cervello.
Praticamente dalla cellula all'Homo sapiens. Un prodigio che si rinnova a ogni nuova generazione e che si svolge completamente al di fuori del nostro campo visivo: nel chiuso dell'utero, e nell'infinitesimamente piccolo delle cellule e dei neuroni.
La ricerca consente oggi di scoprire moltissime cose di grande interesse, e abbiamo cercato di renderne conto in questa prima sezione del libro.
Ora saliremo al "piano di sopra", per osservare questi nove mesi di gravidanza dalla parte della madre. E cercheremo di rispondere alle domande, alle curiosità, e anche alle ansie di una futura madre che si prepara ad affrontare il momento forse più importante della sua vita: la nascita di un figlio.
Didascalie delle illustrazioni:
1 - A un certo punto dello sviluppo fetale si assiste a una vera esplosione nella proliferazione delle cellule nervose, che aumentano al ritmo di 5 mila al secondo.
2 - Da sinistra: la sorprendente somiglianza, durante lo sviluppo embrionale, tra i cervelli di una tartaruga (6a settimana), una gallina (8° giorno), un cane (6a settimana) e un essere umano (8a settimana). (Da Haeckel.)