da FELIPE APL COSTA
Non sei tu a controllare il tuo corpo, è il tuo cervello
Sistemi di integrazione e controllo
Il corpo umano ha due sistemi di controllo: il sistema nervoso (NS) e il sistema endocrino., Il primo è un sistema ad azione rapida e fugace, che opera tramite impulsi elettrici, un tipo di segnale che viene condotto a velocità molto elevate (ad esempio, 100 ms-1). Ciò fornisce agilità, al punto che il tempo di reazione del sistema, in alcuni casi, è praticamente pari a zero.
Il secondo è un sistema ad azione lenta e duratura, che opera attraverso gli ormoni, sostanze chimiche che vengono trasmesse attraverso il flusso sanguigno., La velocità di trasmissione è molto più lenta, una differenza che aiuta a spiegare perché il tempo di reazione qui è molto più lento. Il segnale, tuttavia, è persistente: finché l’ormone circola nel sangue, le cellule con i recettori appropriati continueranno a rispondere.
Un'altra importante differenza riguarda la dimensione del bersaglio e la precisione del controllo. L'impulso trasmesso da una catena di neuroni è in grado di raggiungere un piccolo gruppo di cellule motorie o anche una singola cellula. Il flusso sanguigno non lo consente. A rigor di termini, gli ormoni che passano attraverso il sangue influenzano tutte le cellule che trasportano i rispettivi recettori.
Di seguito esamineremo alcuni aspetti del nostro sistema nervoso.,
Cordati con teschi
Il sistema nervoso dei craniati – leggi: cordati con un teschio, – è formato da (i) il cervello, un insieme di strutture racchiuse all'interno del cranio, con in evidenza il cervello, un ammasso di cellule dalla consistenza gelatinosa e dall'aspetto globoso (soprattutto nel caso di uccelli e mammiferi); e (ii) dal midollo spinale, un tubo cilindrico che si collega alla parte posteriore del cervello e attraversa l'interno della colonna vertebrale.,
Nelle parole di Hildebrand & Goslow (2008, p. 319 e 321): “Il cervello è l’organo più complicato del corpo e anche l’organo più meraviglioso per molte persone. […] Il cervello non si limita a trasmettere, respingere o immagazzinare informazioni nei 3 miliardi di impulsi che raggiungono i suoi 1010 cellule ogni secondo di veglia., Trasforma le informazioni, le adatta e sceglie tra risposte alternative in modi che superano la nostra attuale comprensione”.
Da dove viene il cervello?
A differenza del midollo, che è cambiato relativamente poco nel corso della storia evolutiva dei vertebrati, il cervello ha subito notevoli cambiamenti, sia nelle dimensioni che nella forma (vedi Fig. 1).
Il cervello maturo si sviluppa da tre regioni embrionali: prosencefalo (o cervello anteriore), mesencefalo (mesencefalo) e romboencefalo (romboencefalo). Ogni regione dà origine ad organi o tessuti con funzioni specifiche. Il cervello è uno di questi organi, il cervelletto è un altro.
Il cervello è aumentato notevolmente di dimensioni dalla comparsa dei craniati. Sia in termini assoluti che relativi. Vedi, ad esempio, come varia il rapporto (cervello): (midollo) tra diversi lignaggi. Tra i più antichi (pesci e anfibi) il rapporto è di circa 1:1, cioè il cervello e il midollo spinale hanno più o meno la stessa massa. Tra i mammiferi, tuttavia, il rapporto è molto diseguale e nell’uomo raggiunge 50:1. La massa della nostra corteccia cerebrale, ad esempio, è di circa 882 g (o 8×1010 cellule), mentre quella del midollo non supera i 18 g (2,1 × 109 cellule).,
La dimensione del cervello
Un altro tipo di confronto rilevante riguarda la dimensione del cervello (o del cervello) vs. la dimensione del corpo. Esiste una correlazione positiva molto significativa tra l’uno e l’altro., Ecco il commento di Bonner (1983, pp. 67-8): “Esiste una correlazione inversa diretta tra il momento della comparsa di un gruppo nella storia della Terra e le dimensioni del cervello di quel gruppo. Da un lato, i pesci hanno cervelli piccoli, dall’altro i mammiferi ne hanno di più grandi. Ciò suggerisce una tendenza verso un aumento della capacità di apprendimento, verso un aumento della flessibilità di risposta. Si noti, tuttavia, che questa espansione del cervello probabilmente corrisponde, in gran parte, all’espansione di nuove nicchie e non solo all’eliminazione di animali con cervelli più piccoli. […] [I] pesci esistono ancora, e sono abbondanti e di successo come gruppo, nonostante la relativa insignificanza del loro cervello.
Ma ci sono importanti deviazioni da questa correlazione. Tra i mammiferi, ad esempio, i primati si distinguono per i cervelli particolarmente grandi. Più grande di quanto ci si aspetterebbe se prendessimo in considerazione solo le dimensioni del corpo. Tra i primati spiccano ancora di più gli esseri umani.
Ecco la caratterizzazione di Lewin (1999, p. 448-50): “[Si] può dire che la dimensione del cervello degli australopitechi era di quasi 400 cm3, e che è aumentato solo leggermente nel corso della storia di questo genere. Un'espansione più marcata si osserva con l'origine del genere Omosessuale, nello specifico il Homo habilis/rudolfensis, vissuto tra 2,5 e 1,8 milioni di anni fa e con un cervello di dimensioni comprese tra 650 e 800 cm3. La variazione di dimensione per il Homo ergaster/eretto, datato da 1,8 milioni a 300.000 anni fa, è compreso tra 850 e poco più di 1.000 cm3. Misure equivalenti per Homo sapiens gli alberi arcaici variano tra 1.100 e oltre 1.400 cm3, cioè maggiore che negli esseri umani moderni. Utilizzando il quoziente di encefalizzazione (EQ), una misura della dimensione del cervello rispetto alla dimensione del corpo, possiamo discernere questa progressione in modo più oggettivo. Le specie di australopitechi hanno un EQ di circa 2,5, rispetto a 2 per lo scimpanzé comune, 3,1 per il primo Homo ergaster/erettoe 5,8 per gli esseri umani moderni.
Relazioni come queste (intendo: correlazione cervello vs midollo spinale o correlazione cervello vs corpo) vengono convertite in indici che possono essere utilizzati per confrontare il grado di intelligenza di diversi gruppi di animali. Come regola generale, maggiore è la dimensione relativa del cervello, maggiore è il grado di intelligenza. Un’affermazione che è ancorata ad alcuni presupposti biologici. Come ha definito Jerison (1985, p. 106): “L’intelligenza biologica negli adulti rappresentativi di una specie è la conseguenza comportamentale della capacità di elaborazione delle informazioni neurali disponibile, oltre a quella necessaria per il controllo delle funzioni generali del corpo”.
Ora, sapendo che il cervello è il centro di controllo degli altri organi del corpo, non sorprende che gli animali più grandi abbiano cervelli altrettanto grandi. Dopotutto, se il corpo di un animale ospita più cellule, sono necessari più neuroni per controllarle.
Il sistema nervoso umano
Il nostro sistema nervoso può essere suddiviso in (i) sistema nervoso centrale (SNC); (ii) sistema nervoso periferico (PNS); e (iii) una divisione autonoma, che comprende il simpatico e il parasimpatico. Questa distinzione è sia morfologica che funzionale, sebbene le tre porzioni siano interdipendenti.
Il sistema nervoso centrale è una regione deputata a ricevere ed elaborare stimoli e a fornire risposte. I suoi elementi costitutivi sono alloggiati all'interno dello scheletro assile: il cervello, all'interno del cranio, e il midollo spinale, all'interno della colonna vertebrale. In quanto segue parleremo solo del cervello.
Lo sviluppo del cervello
Il cervello è formato da una struttura embrionale chiamata tubo neurale, che a sua volta deriva da una struttura precedente chiamata placca neurale.
Il tubo neurale si forma intorno alla quarta settimana di gestazione, quando l'embrione ha 26-29 giorni. L'emergere di questa struttura segna l'inizio di una fase di sviluppo denominata neurulazione. Ancora qualche giorno e sarà possibile osservare la presenza di dilatazioni nella porzione anteriore della tuba. Queste sono le regioni primarie del cervello (proencefalo, mesencefalo e rombencefalo), già menzionate sopra.
Le tre regioni si divideranno in cinque: (i) Prosencefalo – Questa è la dilatazione più anteriore. Durante lo sviluppo le porzioni laterali si espandono, fino a coprire e nascondere la porzione centrale. Dà origine al telencefalo e al diencefalo; (ii) Mesencefalo – Non si suddivide. Nell'embrione maturo continua a essere riconosciuto come un canale più o meno stretto; e (iii) Hindbrain – Questa è la dilatazione più posteriore. Passa attraverso una suddivisione longitudinale, dando origine al metencefalo e al mielencefalo.
Queste cinque regioni daranno poi origine alle strutture che compongono il cervello (ad esempio, cervello, cervelletto e midollo allungato). Vediamo.
Il cervello maturo
Primo. Telencefalo e diencefalo danno origine al cervello. Il primo dà origine ai due emisferi cerebrali. Separati da una profonda fessura, gli emisferi sono collegati da una struttura mediale chiamata corpo calloso. Esistono connessioni più piccole, ma il corpo calloso è principalmente responsabile della connessione tra i due emisferi,,
La superficie esterna del cervello, come molti di noi hanno potuto constatare, presenta un curioso schema di giri o convoluzioni, separati da fessure (o fessure) di varia profondità. L'esagerato accrescimento laterale del telencefalo ricopre quasi completamente il diencefalo, che rimane come struttura unica, in posizione mediana.
Le pareti del diencefalo danno origine al talamo e strutture simili (cioè metatalamo, ipotalamo, epitalamo e subtalamo).
Secondo. Il mesencefalo cambia relativamente poco e rimane lo stesso nome.
Terzo. Il metencefalo dà origine al cervelletto e al ponte, mentre il midollo dà origine al midollo allungato. La superficie del cervelletto è ricoperta da solchi (fessure) di varia profondità. Queste fessure dividono l'organo in lobi; questi però non presentano la specializzazione topografica che si osserva negli emisferi cerebrali.,
Il cervello maturo, quindi, ospita tre serie di strutture (i) il cervello (emisferi cerebrali, talamo e simili); (ii) il tronco cerebrale (mesencefalo, ponte e midollo allungato), che unisce gli emisferi attraverso i cosiddetti peduncoli cerebrali; e (iii) il cervelletto.
Oltre al sistema nervoso centrale, il corpo umano è dotato di un sistema nervoso periferico (SNP) e di un sistema nervoso autonomo (ANS).
Sistema nervoso periferico.
Il sistema nervoso periferico comprende terminazioni nervose, gangli e nervi. Le terminazioni nervose sono associate alle fibre sensoriali e motorie, trovandosi sia nelle placche motorie che sotto forma di terminazioni nervose libere. Gli accumuli di corpi cellulari al di fuori del sistema nervoso centrale assumono generalmente la forma di piccole dilatazioni, chiamate gangli. I nervi sono formati da fibre nervose associate al tessuto connettivo. Si presentano come corde biancastre, la cui funzione è quella di condurre (prendere e portare) gli impulsi al sistema nervoso centrale. Si dividono in due grandi gruppi: i nervi cranici (12 paia collegati al cervello) e i n. midollo spinale (31 paia collegate al midollo spinale).,
Sistema nervoso autonomo
Dal punto di vista funzionale il sistema nervoso può essere suddiviso in somatico e viscerale. Il primo è responsabile dell'intermediazione tra il sistema nervoso centrale e gli stimoli provenienti dall'esterno (attraverso gli organi di senso). Il secondo è responsabile dell'intermediazione tra il sistema nervoso centrale e gli altri organi del corpo. Controllare la frequenza respiratoria e il battito cardiaco, ad esempio, è compito del sistema viscerale.
Sia somatico che viscerale hanno due componenti: una componente afferente o esterna (porta impulsi dai visceri a specifiche aree del sistema nervoso centrale) e una componente efferente o di ritorno (porta impulsi da specifiche aree del sistema nervoso centrale ai visceri, generalmente che terminano in una ghiandola o in un muscolo). La componente efferente (o motoria) del sistema nervoso viscerale è comunemente chiamata sistema nervoso autonomo. Questo, a sua volta, si divide in sistema nervoso simpatico e sistema nervoso parasimpatico, che si distinguono sia per criteri morfologici che fisiologici. Ai fini di questo articolo è sufficiente sottolineare che il simpatico e il parasimpatico in generale esercitano effetti antagonisti sugli organi che innervano (quando il simpatico stimola, il parasimpatico inibisce).
Coda
Per concludere, diamo un'occhiata a un esempio molto familiare di come il sistema nervoso controlla il nostro corpo. Considera cosa succede nei cosiddetti riflessi spinali (involontari).,
Un'azione o una reazione si dice volontaria quando abbiamo un significativo grado di controllo cosciente su di essa. Si scopre che molte delle nostre reazioni, soprattutto in situazioni pericolose, sono involontarie. In una reazione involontaria inizialmente non siamo consapevoli di ciò che viene elaborato, il che significa che non scegliamo deliberatamente questa o quella risposta. Questo è ciò che accade, ad esempio, nei cosiddetti riflessi di astinenza. Fermati e pensa: cosa succede quando inavvertitamente infili il dito su un ago o sbatti il piede contro l'angolo del letto? Presumo che la tua risposta non sia molto diversa dalla mia: reagiamo immediatamente, senza pensare.
In breve, ciò che accade è più o meno questo: il segnale proveniente dall'esterno viene trasmesso al cervello attraverso una via di input dal sistema nervoso, passando attraverso il midollo spinale. La reazione immediata (togliere il dito dall'ago o il piede dall'ostacolo) è determinata da circuiti nervosi che agiscono a livello del midollo spinale stesso, da dove un segnale di risposta viene trasmesso attraverso una via di uscita al gruppo muscolare appropriato.
In casi come questo, iniziamo solo a essere consapevoli di ciò che è accaduto (l’incidente, la ferita, ecc.) – inclusa la nostra stessa reazione (i movimenti muscolari che hanno portato la mano o il piede ad allontanarsi dalla fonte del dolore) – un pochi secondi dopo la fine dell'episodio. Poiché la reazione non è decisa a livello di coscienza, si dice che sia una reazione involontaria.
Gran parte di ciò che accade nel nostro corpo è involontario. Alla fine, quindi, non illuderti: chi controlla il tuo corpo (intendo: la fisiologia interna e parte del comportamento esterno) non sei tu (intendo: non è il tuo sé autocosciente), ma piuttosto il tuo sé cervello (intendo: il tuo sistema nervoso).
*Felipe APL Costa è un biologo e scrittore. Autore, tra gli altri libri di Che cos'è il darwinismo.
Riferimenti
Bonner, J.T. 1983 [1980]. L'evoluzione della cultura negli animali. RJ, Zahar.
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Herculano-Houzel, S & Lent, R. 2005. Frazionatore isotropico: un metodo semplice e rapido per la quantificazione del numero totale di cellule e neuroni nel cervello. Journal of Neuroscience 25: 2518-21.
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Schmidt-Nielsen, K. 2002 [1997]. Fisiologia animale, 5a ed. SP, Santos.
Shultz, S & Dunbar, R. 2010. L'encefalizzazione non è un fenomeno macroevolutivo universale nei mammiferi ma è associata alla socialità. Atti della National Academy of Sciences 107: 21582-6.
Standing, S, ed. 2010 [2008]. Anatomia di Gray, 40a ed. RJ, Elsevier.
Tortora, GJ & more 2. 2005 [2004]. microbiologia, 8a ed. P. Alegre, Artmed.
Voet, D & Voet, JG. 2006 [2004]. biochimica, 3a ed. P. Alegre, Artmed.
note:
[1] Per una discussione approfondita si veda Schmidt-Nielsen (2002). Questo articolo corrisponde alla terza e ultima parte di una trilogia intitolata Nervi, cervello e comportamento (per consultare le Parti I e II, cfr. qui e qui).
[2] Oltre ai cosiddetti ormoni endocrini (le cui molecole agiranno su cellule distanti), se ne riconoscono altri due tipi, gli ormoni paracrini (agiscono solo in prossimità della cellula che li rilascia) e gli ormoni h. autocrini (agiscono sulla cellula che li ha secreti). In termini strettamente chimici, gli ormoni animali sono generalmente molecole peptidiche (ad esempio, glucagone e insulina) o steroidi (ad esempio, testosterone ed estrogeni) – per dettagli ed esempi, vedere Schmidt-Nielsen (2002) e Voet & Voet (2006).
[3] Per un esame dettagliato della struttura e del funzionamento del sistema nervoso, i lettori brasiliani hanno a disposizione alcuni manuali. Ad esempio: (i) anatomia umana – Standring (2010) o, per un'introduzione più semplice, Dangelo & Fattini (2007); (ii) anatomia comparata – Hickman et al. (2004) e Hildebrand & Goslow (2006); e (iii) neurofisiologia – Cingolani & Houssay (2004), Guyton & Hall (2006) e Lent (2008).
[4] Il phylum Chordata è comunemente diviso (ad esempio, Hickman et al. 2004; Hildebrand & Goslow 2006) in tre sottophyla: Urochordata (Gr., oura, coda + L., corda, stringa + ata, caratterizzato da), ospita le ascidie (tunicati); Cefalocordati (gr., Cefale, testa + L., corda, corda), ospita l'anfiosso; e vertebrati (L. vertebrato, con vertebre), riunisce un'ampia varietà di "pesci", oltre ad anfibi, rettili, uccelli e mammiferi. Si dice che le ascidie e gli anfiossi siano acraniati (leggi: privi di cranio), mentre si dice che gli altri cordati siano craniati. Il cranio è una scatola ossea o cartilaginea che ospita il cervello. È consuetudine dividere il cranio in due porzioni, il neurocranio e il viscerocranio. Il primo, posteriore e superiore, ospita il cervello; il secondo, anteriore e inferiore, è relativo a due sistemi principali, quello respiratorio e quello digestivo. Nel caso dell'essere umano, nello specifico, ecco il commento di Dangelo & Fattini (2007, p. 399): “Il viscerocranio è comunemente noto come volto. Alla nascita il neurocranio è molto più grande del viscerocranio, poiché il primo è legato alla crescita del cervello, degli occhi e degli organi dell'udito e dell'equilibrio e questi sono già ben sviluppati al momento della nascita. Tuttavia, lo sviluppo del viscerocranio è legato alla comparsa dei denti e dei seni mascellari. Quindi, finché ciò non accade, l'altezza del viso è piccola. Anche negli adulti la sproporzione tra neurocranio e viscerocranio continua, ma è minore di quella che si verifica alla nascita e nell’infanzia”.
[5] Estendendosi attraverso l'interno del canale spinale centrale, dalla base del cranio fino approssimativamente alla seconda costola lombare, il midollo spinale è circondato da tre strati di membrane. Queste sono chiamate meningi spinali. Sono (dall'esterno verso l'interno): dura, aracnoide e pia madre (Dangelo & Fattini 2). Le infezioni delle meningi, denominate collettivamente meningite, possono essere causate da diversi agenti patogeni (ad es. Virus e batteri). Sebbene relativamente episodica e localizzata, la meningite può avere conseguenze molto gravi, soprattutto nel caso di quelle di origine batterica (ad esempio, meningite meningococcica e pneumococcica) – per i dettagli, vedere Tortora et al. (2007).
[6] Ricercatori brasiliani (Herculano-Houzel & Lent 2005) hanno rivelato che il numero di cellule che compongono il cervello umano è inferiore ai 100 miliardi menzionati in precedenza. Per un censimento dei diversi tipi di cellule presenti nel nostro corpo, vedere Hatton et al. (2023).
[7] Secondo le parole di Dangelo & Fattini (2007, p. 88): “La corteccia cerebrale è lo strato di materia grigia che ricopre gli emisferi cerebrali […]; corrisponde al 40% del peso del cervello.” Hatton et al. (2023) è stata la fonte dei numeri citati.
[8] Tra i mammiferi, in particolare, esiste una correlazione ancora più significativa tra le dimensioni del cervello e il grado di socializzazione – vedere, ad esempio, Shultz & Dunbar (2010); in porto., Bonner (1983).
[9] L'agenesia del corpo calloso (CCA) è una malattia cerebrale congenita caratterizzata dall'assenza totale o parziale del corpo calloso. È una condizione relativamente rara, il che aiuta a spiegare perché non tutti i pediatri sono in grado di offrire una diagnosi corretta. In casi come questo, la famiglia deve consultare un neurologo pediatrico.
[10] La specializzazione topografica allude al fatto che diverse parti del cervello sono responsabili di funzioni specifiche. Per una mappa della corteccia cerebrale, vedere, ad esempio, Standring (2010); per i dettagli funzionali, Guyton & Hall (2006).
[11] Dei 12 nervi cranici (I-XII), due sono forse i più familiari al lettore: il trigemino (V) e il vago (X). Il trigemino rimane sensibile alla maggior parte della mucosa del viso e della bocca; il vago innerva tutti i visceri toracici e quasi tutti gli addominali – per quanto riguarda i nervi cranici vedi Dangelo & Fattini (2007); per maggiori dettagli, Standring (2010).
[12] Per i dettagli, vedere, ad esempio, Guyton & Hall (2006).
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