Sviluppo cerebrale

 

Un embrione umano di 15 giorni di vita (foto qui sotto) è una piccola massa di cellule di meno di mezzo millimetro di lunghezza: in questo stadio si verificano i primi passi nella costruzione del sistema nervoso. Inizia infatti la "neurulazione", la fase embrionale in cui si forma un solco che porterà alla formazione di un tubo di cellule da cui si formeranno encefalo e midollo spinale.

 

Un embrione di quattro settimane è lungo 5-7 millimetri ma possiamo già individuare la testa e gli arti. L'embrione conserva ancora un abbozzo della coda (che negli altri mammiferi continuerà ad esistere) e delle branchie, appena al di sotto della testa. In questa fase (qui sotto) il suo cervello sta iniziando la sua crescita.

 

 

L'immagine qui sotto è importante: in un embrione di 7 settimane di vita, lungo appena 13-18 millimetri, il sistema nervoso sta iniziando a funzionare. I suoi neuroni, seppure poco sviluppati, mostrano un'attività elettrica che è possibile registrare, anche se non si tratta di un elettroencefalogramma "maturo".

 

L'embrione nella foto qui sotto ha 8 settimane di vita, è lungo quasi due centimetri e comincia a muoversi: i suoi sono movimenti riflessi, dipendono in gran parte dall'azione del midollo spinale. I suoi movimenti, però, servono per rafforzare quei circuiti nervosi da cui dipenderanno, in futuro, i movimenti volontari che originano dalla corteccia motoria. L'embrione sta "facendo esercizio" di motricità, fa le sue prime esperienze che iniziano a costruire memorie motorie.

 

In un feto di sei mesi di vita il cervello ha ormai una forma ben definita: mancano ancora di quei solchi che definiscono lobi e circonvoluzioni cerebrali. In questa fase (foto qui sotto) il numero di neuroni di cui dispone il cervello è simile a quello di un bambino, anche se essi non sono ancora connessi tra di loro e le sinapsi sono ancora scarse.

 

L'aspetto degli emisferi cerebrali cambia nel corso dello sviluppo: man mano che il cervello cresce, si delineano solchi e scissure che delimitano i lobi, le aree e le circonvoluzioni cerebrali. A 24 settimane compare il solco (evidenziato in rosso) che divide il lobo temporale da quello frontale, a 32 settimane il solco (in blu) che separa, l'area motoria, nella corteccia frontale, dall'area sensoriale.

 

Lo sviluppo del cervello comporta un crescente aumento dei collegamenti tra neuroni tramite fibre nervose rivestite di "mielina", una sostanza che assicura il loro isolamento e  una conduzione ottimale. Nella corteccia cerebrale di un bambino e di un ragazzo molte aree vanno ancora incontro a trasformazioni: le cellule nervose vengono "diluite" in un crescente ammasso di fibre che assicurano collegamenti sempre più ricchi. Per questo motivo i neuroni sembrano meno numerosi di quelli di un bambino piccolo ma sono soltanto meno addensati. Nella parte bassa della figura qui sotto si nota che le fibre nervose che formano il corpo calloso (connessione tra i due emisferi, in nero) aumentano nel corso dell'infanzia. I due emisferi sono completamente connessi soltanto intorno ai 15-16 anni.

 

Le trasformazioni che si verificano nel cervello nel corso dei primi due anni di vita sono enormi: le cellule nervose fabbricano una ingente quantità di sinapsi, i minuscoli bottoni attraverso cui i neuroni entrano in contatto tra di loro. Ad un anno di vita, la produzione di sinapsi è circa il 150% di quella che si verifica nel cervello di un adulto. Le trame nervose cambiano perciò forma e consistenza, come indica la figura qui sotto in cui si vedono i neuroni della corteccia cerebrale a 3, 15 e 24 mesi di vita.

 

La forma delle cellule nervose cambia forma col tempo, queste cellule di Purkinje, nel cervelletto, sono drasticamente diverse all'inizio della vita fetale ( 13 settimane, prima immagine in alto a sinistra) e nascita (ultima foto a destra della seconda fila). A 11 mesi dopo la nascita le cellule sono abbastanza simili a quelle di un adulto (immagini grandi, fila inferiore). Lo sviluppo della grande chioma di dendriti permette alle cellule si captare una maggior quantità di informazione. Le cellule del cervelletto sono coinvolte nella motricità e nelle memorie motorie.

 

Lo sviluppo dei neuroni, dei circuiti nervosi e del comportamento dipende sia da un programma genetico che da fattori ambientali: se l'ambiente è stimolante, lo sviluppo delle trame nervose è maggiore, i neuroni formano più sinapsi, alcune funzioni cognitive, come apprendimento e memoria, migliorano. Quello illustrato qui sotto è un classico esperimento condotto da Mark Rosenzweig e dai suoi collaboratori in cui sono stati paragonati gli effetti di un ambiente "sociale" (prima gabbia a sinistra), di un ambiente "impoverito" (seconda gabbia a destra) e di un ambiente arricchito (gabbia al centro) sullo sviluppo del cervello animale. In quest'ultimo ambiente gli animali ricevevano numerose stimolazioni di tipo motorio e sensoriale.

 

Negli animali allevati in un ambiente arricchito si verifica una maggiore crescita dei dendriti "apicali" dei neuroni, quelli più sottili attraverso cui vengono formate sinapsi tra neuroni. Mentre il "tronco" e i rami più grossi (dendriti basali) di un neurone restano simili nei diversi ambienti, i dendriti "apicali" cambiano di numero a seconda dell'ambiente di vita. I risultati di questo esperimento valgono anche per i bambini: se sono allevati in un ambiente stimolante, le connessioni del loro cervello sono più ricche e così le loro capacità cognitive.