Le connessioni cerebrali dell'intelligenza: il connettoma dei processi cognitivi

 Alessandro Rossi  Professore ordinario di Neurologia. Direttore del Dipartimento di Scienze Neurologiche e Neurosensoriali, Università di Siena.


Alessandro RossiL’intelligenza non è più problema filosofico o semantico ma è un problema scientifico. Le acquisizioni sulla neurobiologia dell’intelligenza e sui domini cognitivi che ne sono alla base, sono una conquista ma anche una sfida sia per la medicina (per una vasta gamma di malattie neurologiche degenerative) che, più in generale, per la società. Basti considerare che i miglioramenti in sanità, lo sviluppo medico ed economico assicurano una crescente aspettativa di vita, realizzando una nuova fase dell’esistenza chiamata “the golden age”. Il National Institute of Aging ha stimato che l’età dell’oro, dagli attuali 500 milioni di ultra 65enni, includerà 1 miliardo di persone nel 2030. Proteggere l’autosufficienza e il benessere di questa parte crescente di popolazione significa anche investire per capire e prevenire il deterioramento cognitivo. Sappiamo che i neuroni e loro interconnessioni non hanno una sopravvivenza programmata e che quindi il deterioramento cognitivo non è una conseguenza ineluttabile dell’invecchiamento. È stato, infatti, dimostrato sperimentalmente che il cervello dei mammiferi può mantenersi efficiente per almeno per il doppio degli anni corrispondenti alla vita media della specie.

Sebbene l’intelligenza sia stata una funzione alla perenne ricerca di una sua definizione, vi è oggi un generale consenso nel definirla come un processo che esprime la capacità generale di affrontare i problemi e di riorganizzarsi sulla base delle dinamiche tra organismo e ambiente. L’intelligenza non è solo apprendimento, ma piuttosto riflette la capacità più ampia e profonda di comprendere ciò che ci circonda, dare un valore alle cose che accadono, capire cosa fare di fronte ad una circostanza imprevista. Per fare questo occorrono strumenti (cioè funzioni o domini cognitivi) quali l’attenzione e la memoria, percezione e abilità visuomotorie capacità di ragionare, pianificare, risolvere problemi, pensare in maniera astratta, comprendere idee complesse, imparare velocemente e imparare dall’esperienza. Le attuali neurotecnologie hanno consentito di affacciarsi sulle connessioni cerebrali responsabili dei processi alla base dell’intelligenza umana.

Recenti studi sulla connettività cerebrale in adulti sani hanno dimostrato che il cervello umano risponde alle regole generali che governano i sistemi complessi organizzati in rete. Questi studi, condotti alla ricerca delle caratteristiche organizzative che possano giustificare le differenze dei livelli d’intelligenza in una popolazione di soggetti adulti, hanno correlato la connettività funzionale in una popolazione di adulti sani con le misure di intelligenza ottenute mediante applicazione di tests psicometrici. È stato dimostrato che i livelli d’intelligenza sono fortemente correlati con la capacità di trasferire informazioni tra aree cerebrali distanti tra loro (lobi prefrontali, hippocampo, polo temporale e giro postcentrale) utilizzando connessioni deboli).

Il termine debole non significa che queste strutture cerebrali comunichino debolmente ma piuttosto che comunicano in maniera “flessibile”. Le connessioni forti permettono di “tenere insieme” i sotto-sistemi dell’organizzazione ma sono le connessioni deboli a conferire flessibilità alle loro interazioni. Questo ha smentito l’ipotesi classica che “stronger is better” e che ha condizionato l’attenzione delle neuroscienze quasi esclusivamente verso le connessioni forti e stabili. In realtà, una rete di connessioni, comunque sia considerata, è fondamentalmente un insieme di legami ed è evidente che in ogni analisi di rete assumono rilevanza la forza dei legami tra gli elementi. Per chiarire quest’aspetto possiamo utilizzare l’esempio di una rete sociale. I legami forti tendono a portare a una progressiva chiusura e frammentazione della rete. Infatti, se il gruppo (una frazione di rete) è costituito dai soli legami forti, cioè da persone altamente interconnesse, l’informazione tende a diventare “ridondante”, ovvero le informazioni circolanti rischiano di essere sempre le stesse. Con l’inserimento di legami deboli (il gruppo instaura relazioni con individui esterni a esso) le informazioni cambiano, sono sempre nuove e consentono al gruppo di avere il vantaggio di maggiori notizie sul cambiamento ambientale, maggiore tasso di innovazione e maggiore possibilità di instaurare legami con soggetti sempre nuovi. Paradossalmente sono le connessioni deboli, con le loro dinamiche proprietà, a garantire stabilità e resilienza al gruppo. Il gruppo avrà infatti una maggiore capacità di resistere a perturbazioni provenienti dall’ambiente esterno o interno.

L’organizzazione dei sottosistemi cerebrali responsabili dell’intelligenza rispondono a questo principio. Ciò è vero anche per quella proprietà definita resilienza cerebrale. Uno studio condotto su 102 soggetti sani (studio di simulazione con specifici modelli matematici in grado di stimare il livello di alterazione funzionale prodotta da una lesione in funzione della specifica organizzazione funzionale rilevata con studi di risonanza magnetica avanzata in quel soggetto) ha dimostrato che gli effetti di una stessa lesione cerebrale sono significativamente inferiori nei soggetti con maggiore intelligenza e quindi con maggiori connessioni deboli, rispetto a quelli con media o bassa intelligenza. Questa relazione è presente a tutte le età, con una maggiore resilienza dei soggetti in età avanzata con un quoziente d’intelligenza più elevato. Evolutivamente è plausibile che l’intelligenza possa essere un tratto premiante connesso anche alla longevità.

Individuata la rete e i nodi (cioè le strutture e le loro interconnessioni) il passo successivo è stato quello di decodificare il “linguaggio” con il quale le strutture sopracitate comunicano. È stato dimostrato che la rete di connessioni cerebrali coinvolta nei processi cognitivi utilizza fisiologicamente un codice di frequenza di oscillazione compreso tra 30 ai 42 Hz. Questo ha aperto la possibilità di condizionare la comunicazione neuronale (cioè di trascinare: entrainment) mediante una stimolazione elettrica a 35 Hz di bassissimo voltaggio applicata attraverso lo scalpo in corrispondenza del giro frontale medio sinistro della corteccia cerebrale. Questi esperimenti hanno dimostrato un significativo incremento delle capacità logico-astrattive dei soggetti. Questo potenziamento avveniva perché lo stimolo elettrico condizionante favoriva la velocità di analisi delle informazioni fornite al soggetto. In realtà, in un contesto nel quale il rapporto tra informazioni a disposizione e numero di ipotesi da rifiutare in una stessa unità di tempo è cruciale, la velocità di analisi diventa l’elemento vincente. Il soggetto può cioè analizzare più ipotesi nella stessa unità di tempo e aumentare quindi la sua probabilità di individuare la soluzione corretta. È importante sottolineare che questo potenziamento riguardava la componente che viene definita “intelligenza fluida”, misurata utilizzando le matrici di Raven che sono lo strumento internazionalmente accettato e condiviso per la specifica analisi di questo tipo di intelligenza.

Essa, diversamente dall’intelligenza cristallizzata (legata all’esperienza e all’apprendimento), è considerata una capacità innata, legata sostanzialmente da caratteristiche ereditate geneticamente e non modificabile nell’adulto. Questi risultati non negano che essa sia una proprietà innata ma negano che essa sia immodificabile. Esiste, infatti, la possibilità di utilizzare meglio, in maniera più efficiente ed efficace, le strutture cerebrali alla base delle nostre innate capacità logico-astrattive. Possediamo quindi una “riserva cognitiva” da sfruttare per risolvere quei problemi che richiedono la capacità di andare oltre l’esperienza, utilizzando in maniera nuova ed efficiente le informazioni. Forse è anche in questo che si è giocata la partita della nostra storia evolutiva degli ultimi 4 milioni di anni e che si giocherà la partita del futuro.

L’intelligenza è una delle funzioni superiori classicamente considerata un attributo della mente Questo termine, che sfugge a ogni definizione, è tanto usato quanto vago nel suo significato. La mente è spesso identificata con tutto ciò che è spirito, spostando così il problema da una definizione vaga a una altrettanto vaga. Come ho cercato di illustrare, la ricerca attuale studia questi “attributi della mente” facendone emergere le basi funzionali e anatomiche, in maniera del tutto analoga a quanto accade per i meccanismi di programmazione e controllo dei nostri movimenti. L’utilizzo di astrazioni concettuali per categorizzare funzioni che emergono dal funzionamento del cervello rischia una loro collocazione al di fuori di esso. La mia convinzione è che tutto ciò che ci riguarda è contenuto all’interno del cervello.

 

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