Splendori e miserie del cervello 8875781656, 9788875781651 [PDF]

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Semir Zeki

Splendori e miserie del cervello L'amore, la creatività e la ricerca della felicità Traduzione di Silvio Ferraresi

EDIZIONI

Semir Zeki Splendori e miserie del cervello L'amore, la creatività e la ricerca della felidtà Progetto grafieo: studiofluo srl Impaginazione: adfarmandchicas Redazione: Maria Romanazzo Coordinamento produttivo: Enàco Casadei Semir Zeki Splendors and Miséries of the Brain Love, Creativity, and the Questfor Human Happiness

© 2009 Semir Zekl First published in 2009 by Wiley-Blackwell Ali Rights Reserved. Authorised translation from the English language edition published by Blackwell Publishing Limited. Responsibility for the accuracy of the translation rests soley with Codice Edizioni s.r.l. and is not · the responsibility ofB!ackwell Publishing Limited. No part ofthis book may be reproduced in any form without the wàtten permission of the originai copyàght Holder, Blackwell Publishing Limited.

© 2oro Codice edizioni, Toàno ISBN 978-88-7578-165-1 Tutti i diàtti sono riservati

Dante, perché Virgilio se ne vada, non pianger anco, non piangere ancora, ché pianger ti conven per altra spada. La Divina Commedia, Purgatorio, canto xxx

Indice

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xv xvII

Elenco delle figure Nota per il lettore Ringraziamenti Introduzione Parte

I.

Capitolo

L'astrazione e il cervello

1

La capacità di astrazione del cervello Capitolo

2

17

Il cervello e i suoi concetti

23

I concetti cerebrali ereditari

33

Il sistema cerebrale distribuito di acquisizione della conoscenza

41

I concetti cerebrali sintetici acquisiti

47

Il concetto sintetico del cervello e l'ideale platonico

Capitolo 3

Capitolo 4

Capitolo 5

Capitolo 6

Capitolo 7

s1 Creatività e fonti di perfezione nel cervello

Parte

11.

Concetti cerebrali e ambiguità

Capitolo 8 61

Ambiguità nel cervello e nell'arte

65

Sedi di elaborazione e sedi della percezione nel cervello

73

Dalla conoscenza non ambigua alla conoscenza ambigua

91

Livelli superiori di ambiguità

Capitolo 9

Capitolo

Capitolo

Parte ro5

10

11

III.

Concetti cerebrali inarrivabili

Introduzione Capitolo

12

ro7

Michelangelo e il «non finito»

l 17

Paul Cézanne e l'incompiuto

125

Arte incompiuta in letteratura

Capitolo 13

Capitolo 14

Parte.

IV.

Concetti di amore nel cervello

137

Racconto di Arthur Rimbaud

139

I concetti di amore nel cervello

Capitolo 15

Capitolo 16 , 145

I correlati neurali dell'amore Capitolo 17

l

59

Concetti cerebrali di unità e annullamento nell'amore Capitolo

18

167

Il sacro e il profano

181

La metamorfosi del concetto cerebrale di amore in Dante

Capitolo 19

Capitolo

20

193

Tristano e Isotta di Wagnet

205

Thomas Mann e LA morte a Venezia

Capitolo 21

Capitolo 215

227

237

22

Un'analisi neurobiologica del Disagio della civiltà di Sigmund Freud Note Indice analitico

Elenco delle figure

Figura

1.1

Figura 1.2 Figura 1.3 Figura 1.4 Figura 1.5 Figura

i.6

Figura 3.1

Figura 7.1 Figura 9.1 Figura 9.2

Figura 9.3 Figura 10.1 Figura 10.2 Figura 10.3 Figura 10.4 Figura 10.5 Figura 10.6 Figura 10.7 Figura 1i.1 Figura 11 .2 Figura 11.3 Figura 11 .4

Distribuzione dei due tipi principali di cellule - piramidali (P) e stellate (~) - negli strati della corteccia cerebrale. Uniformità strutthrale della corteccia cerebrale. Risposta di una cellula selettiva all'orientamento. Risposte di cellule selettive alla direzione. Attività cerebrale durante la visione di dipinti di categorie differenti. Attività cerebrale correlata alla visione di dipinti esteticamente belli. Localizzazione del centro del colore (v4 e v4a, che costituiscono il complesso v 4) nel cervello umano visto dal basso. I circuiti cerebrali della ricompensa sono complessi e comprendono diverse stazioni, corticali e sottocorticali. Illustrazione dell'esperimento dicoptico. Ricostruzione della distribuzione dell'attività cerebrale nei soggetti che guardano gli stimoli nell'esperimento dicoptico. Organizzazione del cervello visivo. Il triangolo di Kanizsa e l'attivazione cerebrale da parte dei contorni illusori. Il cubo di Kanizsa. Composizione, di Nathan Cohen. La figura bistabile "moglie-suocera". Il vaso di Rubin. Enigma, di Isia Leviant. L'illusione della scala. Johannes Vermeer, La ragazza con l'orecchino di perla. Michelangelo Buonarroti, Pietà Rondanini. Torso Belvedere. Anton Burdakov, Due Figure A.

Splendori e miserie del cervello

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Figura 11.5 Anton Burdakov, Due Figure B. Figura 13.1 Paul Cézanne, La route tournante, 1902-1906. Figura 13.2 Paul Cézanne, Montagna Sainte-Victoire, 1887. Figura 13.3 Paul Cézanne, Montagna Sainte-Victoire vista dai Lauves, 1904-1908. L'attività stimolata quando i soggetti vedono immagini del partner di cui sono innamorati comparata a immagini prodotte quando vedono immagini di amici. Figura 16.2 Disattivazioni corticali prodotte quando i soggetti vedono immagini dei loro innamorati. Figura 16.3 Attività cerebrale prodotta dall'amore romantico e dall'amore materno. Figura 16.4 Regioni disattivate con l'amore materno e con quello romantico. Figura 17.1 Unità nell'amore rappresentata da una scultura africana (Lobi) e da Anton Burdakov. Figura 18.1 Gian Lorenzo Bernini, L'estasi di Santa Teresa d'Avila. Tavola 1 L'esperimento Land-Mondrian. Risultati di un esperimento con le neuroimmagini che Tavola 2 illustra su sezioni orizzontali del cervello le aree attivate quando i soggetti osservano una scena astratta multicolorata e quando vedono un pattern di puntini bianchi e neri in movimento.

Figura

16.1

Nota per il lettore

Trattandosi di un libro rivolto al lettore non specialista oltre che al biologo, ho cercato di ridurre al minimo le voci bibliografiche. Nel caso dei lavori sperimentali, mi sono attenuto agli articoli importanti oppure alle reviews: nell'epoca di Internet, il lettore interessato a un aspetto piuttosto che a un altro non dovrebbe avere difficoltà a seguirne il filo nelle biblioteche elettroniche. Se un riumero sproporzionato di voci bibliografiche appartiene a me e al mio gruppo di. ricerèa, è perché vi ho maggiore confidenza e considero i problemi qui trattati , attraverso la lente delle mie ricerche.

Ringraziamenti

Ho un debito particolare verso Anton Burdakov, che ha passato al setaccio ogni pagina del manoscritto, suggerendomi spesso preziose idee illuminanti e miglioramenti alla fraseologia. E gli sono debitore per gli splendidi disegni fatti appositamente per il libro. Una meravigliosa collaborazione. Diversi sono i colleghi che vorrei ringraziare per i loro commenti su varie parti del manoscritto: Andreas Bartels, Ray Dolan, Chris e Uta Frith e Riccardo Manzotti. Ho avuto la buona sorte di trovarmi in ambienti in cui molte idee del libro hanno potuto essere discusse in maniera critica. È un piacere ringraziare i molti che, grazie loro domande acute, mi hanno stimolato a rielaborare i miei pensieri. Ognuno ha contribuito enormemente al libro. Solo gli errori rimangono nuei.

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Introduzione

Per quanto sorprendente possa sembrare, considerando di che cosa tratterà, questo non è un libro di arte, di musica e nemmeno di letteratura, ma sul cervello. Come tesi principale sosterrà che una funzione centrale e primordiale di quest'organo è la ricerca di conoscenza, che realizza formando concetti. Tale formazione, d'altra parte, non si limita alla conoscenza astratta. Anzi è un' operazione ubiquitaria che il cervello esegue di continuo fin dalla nascita, praticamente su ogni cosa in cui si imbatte. Ciò vale per semplici esperienze percettive,, come quelle ricavate vedendo una casa o un'automobile, come pure per entità più astratte, come l'amore e la bellezza. Questa capacità in apparenzà naturale e spontanea, alimentata peraltro da una macchina neurologica di complessità immensa, è uno splendido trionfo evolutivo di ingegneria neurale, che consente al cervello non solo di ricavare conoscenza ma anche di generalizzarla. Tale splendida facoltà implica sovente anche un prezzo da pagare, l'infelicità. Prezzo che, come vedremo, in quanto strettamente connesso alla creatività, può a sua volta tramutarsi in un vantaggio. Di qui il titolo del libro, che ho, tratto dal grande romanzo di Balzac Splendori e miserie delle cortigiane.

Soluzioni efficaci che ricorrono nell'evoluzione

È mia convinzione che I' evoluziqne non proceda per risoluzione di problemi, poiché sarebbe una procedura troppo dispendiosa e pericolosa, che potrebbe implicare l'estinzione di una specie. Credo piuttosto che proceda in modo da ridurre al minimo i problemi o da evitarne addirittura l'insorgenza. Un modo per garantire un simile esito è usare una soluzione che si è dimostrata vincente in altri domini, con le modificazioni eventualmente necessarie quando la si applica a un dominio nuovo. In tale ottica, la formazione dei

XVIII

Splendori e miserie del cervello

concetti è ovviamente una soluzione concepita dall'evoluzione per risolvere il problema di acquisire tutta la conoscenza di natura sensoriale. In effetti, sarebbe stato sorprendente se la strategia non fosse stata identica per tutti i sistemi sensoriali, pur con le loro differenze. E l'analisi della letteratura anatomica e fisiologica conferma che le cose sono andate proprio così. Tuttavia, è chiaro che il cervello è questo e molto altro: è coinvolto nelle funzioni cognitive superiori, ad esempio, che servono anche per fornirgli conoscenza; e si occuJ(a, fra le altre cose, di matematica, di arte, di musica e di letteratura. E pensabile che il cervello formi concetti anche in questi domini - come nel mondo sensoriale - ripetendo con le dovute modifiche una soluzione che ha svolto così bene il suo compito? O, invece, è più probabile che contribuisca con soluzioni radicalmente differenti per risolvere problemi in campi così diversi? È questa, per certi versi, la domanda che si· pone il libro. Il quale si interroga anche sulle conseguenze della soluzione adottata dal cervello per acquisire conoscenza. Nel tentativo di comprendere, gli scienziati attingono a qualsiasi evidenza disponibile; la valutano, la accettano se è rigorosa e la rifiutano in caso contrario. Formulando la teoria dell'evoluzione, Darwin non trovò una dimostrazione definitiva. Piuttosto, setacciò il mondo intero alla ricerca di ogni genere di evidenza che supportasse la sua ipotesi. Quando formulano teorie di natura psicologica, gli scienziati studiano modelli di comportamento e traggono conclusioni .sulla sua organizzazione. Grazie allo sviluppo dell'imaging cerebrale - le neuroimmagini - oggi possiamo andare un passo oltre e studiare l'organizzazione del comportamento in termini neurali, guardando direttamente dentro al cervello e studiando come reagisce in condizioni comportamentali differenti. I rapidi progressi tecnologici nelle neuroimmagini consentiranno ai neurobiologi di profanare i segreti di quest'organo e i loro influssi decisivi sugli stati emozionali e mentali. Queste tecniche permetteranno di esplorare, come mai prima, i fondamenti neurologici di stati mentali soggettivi che solo qualche decennio fa sembravano impermeabili a ogni assalto della scienza. Assemblando ogni evidenza, ci auguriamo di penetrare nei fondamenti neurali degli stati emotivi, al cui servizio la nostra specie ha raggiunto gli apici della gioia e gli abissi della disperazione, forgiando lungo il cammino opere d'arte, di letteratura e di musica, diventate un bene inestimabile per il nostro godimento e per l'arricchimento della conoscenza di noi stessi.

Introduzione

XIX

Eppure questa evidenza diretta, ottenuta osservando il cervello in attività, è insufficiente ad accrescere la nostra conoscenza in merito al suo funzionamento. Non possiamo infatti procedere in questa direzione senza ricorrere ai prodotti del cervello. È necessario da parte nostra valutarli in molti e vari domini dell'esistenza. Sotto questa luce, appare chiara un'evidenza ancora inesplorata, se non superficialmente, che non dipende dallo sviluppo di nuove tecnologie, ma è fra noi. Deriva dall'arte nell'accezione più ampia e ci accompagna da millenni. Ne fanno parte non solo la scultura e la pittura, ma anche la letteratura, la musica, la danza e molto altro ancora. Sarebbe una sorpresa se uno studio scientifico rigoroso dei successi in questi campi non ci illuminasse sull'organizzazione del cervello. Attingerò alle arti visive e alla letteratura amorosa per esplorare se possono fornire una prova che il cervello forma concetti pure in questi campi. Può sembrare strano esplorare campi tradizionalmente avulsi dai territori della scienza, ma l'arte e la letteratura non sono forse prodotti del cervello, e dunque non possono gettare una luce, per quanto fioca, sul suo funzionamento? E non è forse, il cervello, coinvolto nel sentimento dell'amore e nel godimento della bellezza? Allora, studiare queste facoltà non potrebbe dirci a sua volta qualcosa di significativo su quest'organo? Arte, amore e bellezza sono considerati in genere nozioni astratte, per quanto vi siano prove sempre più numerose che le esperienze da noi provate in questi campi hanno una correlazione diretta con l'attività di aree specializzate del cervello. Certo, ampio è il divario tra l'esperienza dell'amore e della bellezza e le semplici sensazioni, per quanto vi sussista un legame. Ricercando i principi universali che dirigono l'organizzazione e il funzionamento del cervello, sembrerebbe importante scegliere lo studio di sistemi quanto più distanti possibile, per imparare se, a dispetto del grande divario, esista un filo comune nell'organizzazione cerebrale. E se nella semplice percezione, come pure nella matematica, nell'arte, nella musica e nella letteratura, fosse usata davvero sempre la stessa strategia di fondo: la formazione dei concetti? Da questi campi emergono decise prove a sostegno. In effetti, è proprio per via di tale legame che esiste un rapporto così stretto tra la percezione comune, da un lato; e l'arte, la bellezza, l'amore e la creatività, dall'altro. È quanto proverò a dimostrare. Se mi sono concentrato sul sistema visivo più che su altri sistemi sensoriali non è perché lo conosco meglio, ma perché conosco meno gli altri. E il motivo è 'che abbiamo a disposizione molte

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Splendori e miserie del cervello

più informazioni sul sistema visivo, e che proprio quest'ultimo ci permette di ricavarne altrettante. Ragion per cui Platone e Dante - e con loro molti altri - lo consideravano il re dei sensi e per cui, molto più degli altri sensi, esso. ha catturato l'attenzione dei filosofi. Nelle mie scorrerie nei meandri dell'arte per capire il cervello, ho dovuto per forza limitarmi a pochi esempi. E quelli che ho scelto sono di natura iconica. La fama delle opere che citerò, attinte dalla cultura occidentale e da quella orientale, non si è scolorita nel tempo. Anzi, è cresciuta negli anni. Trovare posfo a teatro per l'esecuzione del Tristano e Isotta è un'impresa, anche se la peiformance è lontana da grandi metropoli come Londra, Parigi o New York. Solo sulla progressione degli accordi nel Tristano sono stati scritti più di mille tra articoli e libri. L'erudizione di Dante ci accompagna da secoli, e l'ammirazione nei suoi confronti cresce di pari passo con la disponibilità delle traduzioni. Nel mondo orientale, le leggende di Leyla e Majnun, e di Krishna e Radha continuano a ispirare e a commuovere milioni di persone. Sarebbe proibitivo per qualunque nazione, eccezion fatta per le più ricche, raccogliere i fondi per comprare una delle grandi sculture di Michelangelo, anche quelle "incompiute". Per quale ragione? A un certo livello, la risposta è semplice: possiamo affermare che la poesia di Dante è bella, come lo sono l'amore di Radha e Krishna, la musica di W agner e le sculture di Michelangelo. Ma a quel punto dovremmo escludere dall'elenco Thomas Mann: La morte a Venezia, che qui citerò, è infatti più inquietante che bello. E pure in questo stesso romanzo breve Mann dà quella che a mio avviso è la risposta corretta. Scrive infatti: Perché un magistrale prodotto dello spirito eserciti un'influenza immediata, profonda ed estesa, occorre che una segreta affinità, o addirittura una conformità, leghi il destino personale del suo autore a quello comune della generazione che lo esprime. Gli uomini non sanno perché · procurano fama a un'opera d'arte. Da quegli imperfettissimi conoscitori che sono, credono di scoprirvi chissà quali bellezze a giustificazione di tanto entusiasmo; ma il vero motivo del loro favore è un imponderabile elemento di simpatia.

Potremmo forse aggiungere l'empatia. Ma perché mai? Perché i creatori d'arte proiettano nelle loro opere - romanzi, sinfonie o dipinti - modalità di pensare e di sentire comuni a molti di noi, perché il nostro cervello, a un preciso livello fondamentale, è orga-

Introduzione

XXI

nizzato secondo linee molto simili e comuni. Ecco perché quèste opere meritano di essere studiate: per la loro luce su processi cerebrali comuni, e in particolare per la capacità del cervello di formare concetti.

Aspetti variabili e aspetti comuni nell'organizzazione e nel funzionamento del cervello

Nell'ABC della lettura Ezra Pound sottolineava l'importanza di usare il metodo scientifico, comparativo, nel valutare le opere letterarie, studiando differenti "campioni" e comparandoli fra loro. Qui, il mio intento è per certi versi simile, pur se con una finalità un po' diversa, vale a dire comparare i differenti campioni da me scelti e provare a capire che cosa li accomuna, augurandomi di dedurre qualcosa sull'organizzazione cerebrale comune a tutti. Tale impostazione forse scandalizzerà qualcuno, considerando che apprezziamo l'arte per la varietà di modi in cui diverte, scuote, commuove e inquieta individui differenti, e persino lo stesso individuo in momenti differenti. La medicina in generale e la neurobiologia in particolare non hanno fatto ancora progressi sufficienti per occuparsi delle fonti della variabilità. Il loro successo fin qui si è basato sul fatto che siamo tutti organizzati secondo un progetto comune, come i nostri cervelli. Il fatto che possiamo formulare enunciati generali sul rene, sul cuore o sullo stomaco, e sulle rispettive funzioni, è un riflesso del fatto che, in individui differenti, lorganizzazione e il funzionamento di questi organi sono pressoché identici. E poter fare affermazioni generali sull'organizzazione di parti differenti del cervello o sulle risposte delle cellule nelle aree visive o uditive del cervello è un riflesso del fatto che a questo livello piuttosto grossolano, e persino a quello più inicroscopico, un cervello è fondamentalmente identico a un altro. Una volta perfezionate le tecniche per studiare la variabilità del cervello umano, la neurobiologia affronterà questo problema con determinazione, così come oggi la medicina affronta la fonte della variabilità nel decorso del tumore in individui differenti, ad esempio. In effetti, la variabilità è di importanza cardinale in biologia; è il pane e il cornpanatico dell'evoluzione; è il materiale su cui opera la selezione. La manifestazione più eclatante di variabilità si riscontra forse nel comportamento, che è a sua volta il riflesso della variabilità del sistema nervoso. Gli individui variano di più nel

XXII

Splendori e miserie del cervello

comportamento che nella struttura e nel funzionamento dei reni, dei polmoni o del cuore, una variabilità di cui, nel tempo, stabiliremo i fattori determinanti. E non è vero, come taluni presumono, che i neurobiologi sono indifferenti alla variabil~tà e alla sua importanza. Semplicemente, gli mancano strumenti scientifici affidabili per affrontare il problema. Questa. variabilità, qualunque siano i fattori determinanti, agisce su un piano comune, che esplorerò nel libro. Fino a quando non avremo compreso in dettaglio il progetto comune, non sapremo affrontarla, poiché, per definizione, quest'ultima andrebbe alla ricerca di variazioni nel progetto comune. Eppure, è entusiasmante pensare che, da un piano comune di organizzazione e di azione, emergono così tante variazioni capaci di arricchire la nostra esperienza di vita. Perciò nel libro ho assecondato la mia curiosità sul cervello, provando a conoscerlo non solo attraverso la sua struttura e la sua funzione, come ho fatto in passato, ma considerando anche i suoi prodotti. Un gruppo anche nutrito di persone sarebbe tentato di screditare l'impresa come scienza "soft". Io chiedo a costoro di sospendere il giudizio per quando avranno considerato le argomentazioni qui · presentate.

Splendori e miserie del cervello

Parte r. L'astrazione e il cervello

Capitolo

1

La capacità di astrazione del cervello

Esistono molte funzioni che possiamo attribuire al cervello, e più nello specifico alla corteccia cerebrale, la lamina sottile contenente miliardi di cellule che avvolge gli emisferi cerebrali, tra le quali la vista, l'udito, la percezione tattile, la produzione del movimento e di un linguaggio parlato, e molte altre ancora. Ma queste diverse funzioni hanno qualcosa in comune? Esiste, cioè, una funzione generale di cui sono casi specifici? La domanda, oltre che interessante, s'impone da sé in virtù di un semplice fatto anatomico: l'architettura uniforme della corteccia cerebrale. Una sezione trasversale della corteccia cerebrale colorata con un metodo specifico che ne illustri la distribuzione delle cellule rivelerà due caratteristiche importanti: la prima è che possiamo classificare miliardi di cellule in un numero relativamente esiguo di tipi, addi-rittura in due soli tipi fondamentali: a piramide e a stella (vedi Figura 1.1). Un anatomista esperto potrebbe, a ragione, dissentire da questa classificazione un po' semplicistica. Potrebbe rimarcare che le cellule piramidali si presentano con grandezze differenti, classificabili in piccole, medie, grandi, e persino "giganti". E magari classificherebbe le cellule stellate in base ai prolungamenti con o senza spine. Anatomisti ancora più solerti scopriranno ulteriori suddivisioni, indicative di ulteriori importanti differenze funzionali che, per essere rivelate, richiedono tecniche anatomiche differenti. Tuttavia, in generale, lo studio del cervello con una tecnica concepita per evidenziare 1' anatomia delle cellule nella corteccia cerebrale nvelerà un quadro piuttosto uniforme, in cui le cellule possono essere classificate più agevolmente - come in effetti è stato fatto - in questi due tipi. La seconda caratteristica sorprendente della corteccia cerebrale è l'uniformità con cui queste cellule sono distribuite al suo interno '(vedi Figura 1.2), impilate l'una sopra l'altra, a strati. La suddivisione tradizionale prevede sei strati, dove lo strato 4 contiene le cellule stellate e quelli inferiori e superiori le cellule piramidali. Questa or-

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Splendori e miserie del cervello

1. 1 Distribuzione dei due tipi principali di cellule - piramidali (P) e stellate (s) - negli strati della corteccia cerebrale (da Stephan Walter Ranson e Sam Lillard Clark, The Anatomy of the Nervous System, ro• ed., W.B. Saunders Company, Philadelphia-London 1959; prima edizione 1920).

ganizzazione è talmente uniforme e ubiquitaria. che sono necessari anni di esperienza per scoprire la differenza nell'architettura anatomica tra una regione corticale e l'altra. E quand'anche si riuscisse nell'impresa, altri studiosi sarebbero pronti a metterla in discussione. In verità, alcune zone corticali presentano una differenza evidente, visibile a colpo d'occhio. Ad esempio, la corteccia visiva primaria, l'area VI, ha una struttura a strati particolarmente complessa, che ci consente di distinguerla facilmente dalle parti adiacenti. Anche la corteccia motoria primaria ha un'architettura peculiare, nel senso che è priva delle cellule stellate. E, tuttavia, persino queste differenze non sono tanto. deviazioni radicali dal progetto comune quanto variazioni sul tema. Molto più lampante, invece, è la generale uniformità architettonica della corteccia, una cosa sorprendente se consideriamo che campi e aree corticali differenti, i quali condividono la stessa architettura anatomica, espletano funzioni profondamente diver~e. A parte il fatto che si tratta in entrambi i casi di due sensi, è enorme la diffe~enza tra l'udito e la sensibilità generale (tatto, pressione e altro), e non stupisce che queste due facoltà siano assegnate ad aree corticali differenti. Ciò nonostante, sarebbe arduo - tranne

La capacità di astrazione del cervello

7

forse per uno specialista - scoprire la differenza nell'architettura anatomica tra le due aree corticali che presiedono a queste due funzioni. Oggi sappiamo che nella corteccia esistono molte differenti aree visive che circondano 1' area visiva primaria, e che condividono la stessa architettura, pur avendo differenti funzioni: alcune specializzate per il colore, altre per la percezione visiva del movimento, altre ancora per quella dei volti, e così vià. La diversità di funzioni espresse da aree corticali che hanno un progetto architettonico comune è sorprendente: contraddice la legge anatomica secondo la quale organi con funzioni differenti hanno strutture e architetture differenti. Se studiassimo in modo simile - ovvero colorando le cellule

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7

1.2 Unif~rmità strutturale della corteccia cerebrale. Il piano architettonico fondamentale della corteccia è molto simile in parti differenti del cervello. Qui sono illustrate tre sezioni - rispettivamente delle aree 7, 23 e 32 - in base alla classificazione dell'anatomista tedèsco Korbinian Brodmann. Le sezioni sono marcate con un metodo anatomico che ne illustra la distribuzione delle cellule (sezioni ricavate da George Paxinos, a cura di, The Human Nervous System, Academic Press, New York r990; diritti su concessione).

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Splendori e miserie del cervello

delle sezioni anatomiche - altri organi del corpo, come il cuore; il rene o il fegato, che, come sappiamo, svolgono funzioni differenti, scopriremmo differenze enormi, che persino un profano noterebbe. Si tratta di un fatto interessante, che, oltre a richiedere una spiegazione, ci offre utili indizi per riflettere sull'attività della corteccia. Possiamo affermare, in linea generale, che le cellule che si trovano in aree differenti della corteccia si differenziano in base alle diverse connessioni anatomiche, vale a dire segnali in arrivo e in uscita, per quanto altri fattori influenzino le loro specializzazioni. La corteccia . uditiva è collegata alla coclea, nell'orecchio, e quella visiva· alla retina, nell'occhio. Aree visive differenti al di fuori della corteccia visiva primaria hanno connessioni specifiche, che riflettono la loro specializzazione funzionale. Eppure questi differenti input anatomici agiscono su aree che presentano la stessa architettura: Questa intrinseca uniformità ha talvolta indotto gli studiosi del cervello a chiedersi· se esista una funzione, magari una singola funzione elementare, eseguita ripetitivamente e ovunque dalla corteccia cerebrale a prescindere dalla specializzazione di quell'area: una sorta di operazione sopramodale, che travalica cioè le singole modalità. La domanda non ha ricevuto finora una risposta esauriente. Ciò nonostante, il significato del quadro anatomico uniforme della corteccia cerebrale non risiede tanto nel fornire una spiegazione, quanto nello stimolare un'indagine su un'eventuale funzione uniforme attribuibile a ogni sua parte. È insomma un incentivo a riflettere sulla funzione generale della corteccia cerebrale.

Astrazione nella corteccia cerebrale Una strategia utile per iniziare l'indagine è studiare le risposte di singole cellule nelle differenti aree corticali e individuare quali proprietà hanno in comune. Sembrerebbe una strategia anomala, considerando che i fisiologi hanno inteso, invece, evidenziare le specificità delle risposte cellulari di aree corticali differenti, e dunque le differenze tra un'area corticale e l'altra. Ad esempio, le cellule della corteccia uditiva risponderanno a stimoli uditivi, quelle della corteccia visiva a stimoli visivi, e così via. In effetti, descrivere come le cellule di aree differenti della corteccia cerebrale producono risposte differenti è stato uno dei grandi trionfi della fisiologia. Tuttavia, rimarcando la specificità delle risposte delle cellule di differenti aree

LA capacità _di astrazione del cervello

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corticali, i fisiologi hanno trascurato un'altra caratteristica essenziale: la capacità di queste cellule specifiche - uditive, visive, somatosensoriali o di altro tipo - di astrarre. In effetti, questa capacità sembra a un tempo accompagnare e fare da corollario a ogni specificità. Perciò, potremmo definirla una proprietà comune alla stragrande maggioranza delle cellule e dunque alle aree della corteccia cerebrale, di cui queste cellule sono i mattoni. Per astrazione intendo l'accento sulla proprietà generale a spese del particolare. Il suo significato diventa più chiaro se valutiamo esempi concreti. Consideriamo la selettività all' orientamento 1 , una proprietà di molte cellule della corteccia visiva primaria e di altre aree del cervello visivo (vedi Figura I.3) 2 • Si tratta di cellule visive che rispondono a linee 'con un orientamento specifico, meno bene a

Campo-l$>-J:============-f&..~

recettivo

Campo visivo

Corpo genicolato laterale

a)

b)

1.3 Risposta di una cellula selettiva all'orientamento, studiata inserendo un elettrodo nella corteccia visiva (a) e lampeggiando sbarrette di luce con orientamento differente nel suo campo recettivo (cR), la parte del campo visivo che, stimolata, produce una scarica elettrica (risposta). La parte b) illustra che la cellula è selettiva all'orientamento, . ovvero risponde a una linea orientata obliquamente che illumina il suo campo recettivo ed è spostata nella direzione opposta, e non risponde all'orientamento ortogonale (da Semir Zeki, A Vision cif the Brain, Blackwell Science, Oxford 1993).

Splendori e miserie del cervello

IO

orientamenti diversi, e per nulla a linee orientate ortogonalmente rispetto all'orientamento preferito. In questo ambito, tali cellule sono molto specifiche per il genere di stimolo visivo a cui risponderanno, una caratteristica spesso evidenziata nella letteratura fisiologica. Per contro, quasi non si fa cenno al fatto che queste cellule astraggono la proprietà di selettività all'orientamento, ovvero che non sono interessate a quello che per loro è il giusto orientamento. Una cellula selettiva all'orientamento, che risponde solo a linee orientate verticalmente, risponderà a una matita, che sia tenuta in verticale, o a un righello oppure anche a un confine bianco/nero. E risponderà pure a una linea verde orientata verticalmente su uno sfondo rosso, o viceversa. In altre parole, la sua unica preoccupazione è che lo stimolo visivo sia orientato verticalmente, a prescindere da che cosa esso rappresenti. La cellula si è limitata ad astrarre la proprietà della verticalità, senza occuparsi dei particolari. Un altro esempio sono le cellule di un'altra area visiva, l'area v5, specializzata nella percezione visiva del movimento (Figura 1.4)3.

Campo visivo

Selettiva alla direzione

ATTIVA

I 11111111 /

,

1.4 Risposte di una cellula selettiva alla direzione nell'area v5. La cellula risponde al movimento in una certa direzione, ma non in quella opposta, la direzione nulla. In genere, queste cellule preferiscono piccole macchie a sbarre di luce orientate (da Semir Zeki, A Vision of the Brain, Blackwell Science, Oxford 1993).

La capacità di astrazione del cervello

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Buona parte delle cellule di quest'area è selettiva alla direzione: risponde al movimento di uno stimolo visivo in una sola direzione, e non in quella opposta, la direzione nulla; risponde a una macchia nera su sfondo bianco, e viceversa, o a una macchia verde su sfondo rosso, e viceversa; e così via. Pur rispondendo meglio a macchie che si muovono in una ben precisa direzione, queste cellule rispondono quasi a ogni forma, posto che si muova nella direzione preferita. In altre parole, queste cellule astraggono la direzione del movimento senza occuparsi in modo particolare di che cosa si stia .muovendo in una particolare direzione. · Questi esempi di astrazione, osservati a livello fisiologico, non sono limitati ad aree del cervello visivo. Una cellula della corteccia somatosensoriale, specializzata ad esempio nel rilevare la pressione, risponderà a qualsiasi stimolo, a condizione che quest'ultimo eserciti una pressione nella sede appropriata della superficie corporea. Una cellula che risponde a temperature elevate si disinteressa all'oggetto .che le produce, e si cura solo del fatto che c'è una temperatura elevata. Esempi simili potremmo ribadirli per la corteccia uditiva. Inoltre, gli esempi non si limitano alle aree sensoriali del cervello. Potremmo proporne altri sulle proprietà cognitive, ma in questo caso l'evidenza deriva da una strategia sperimentale un po' differente. Questi esperimenti, più che rivelare i cambiamenti nelle risposte di singole cellule alla stimolazione, misurano i cambiamenti di attività di un'intera area cerebrale quando eseguiamo un compito particolare - magari quando guardiamo quadri appartenenti a un genere particolare, a ritratti ad esempio - oppure valutiamo quale fra due stimoli è più intenso. Le aree della corteccia cerebrale attivate in modo specifico possono essere ricavate rivelando le variazioni di flusso sanguigno che le attraversano, avvalendoci di tecnologie moderne, come la risonanza magnetica funzionale (fMRI). Quando le cellule di una certa area cerebrale sono particolarmente attive, le loro richieste metaboliche aumentano, e dunque una maggiore quantità di sangue sarà incanalata verso quell'area. Pertanto queste variazioni di flusso sanguigno sono un buon indizio dell'aumento delle risposte delle cellule in tali aree. In questi esperimenti, se chiediamo ai soggetti di rilevare quale fra due stimoli ha il. valore maggiore - ad esempio, quale è più chiaro, quale più grande, quale contiene il numero maggiore, qual è la nota più alta - il risultato sarà sempre lo stesso, e prevede l'attivazione di una specifica area cerebrale localizzata nella corteccia parietale4.

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Evidentemente, la stessa area cerebrale è impegnata a valutare la grandezza, a prescindere dalla modalità in cui questa è presentata. E così un'altra area, localizzata stavolta nel lobo frontale, rileva pattern, o schemi, che cambiano irregolarmente e in modo imprevedibile nel tempo, senza essere interessata allo stimolo preciso che varia, vale a dire se il pattern irregolare riguarda lettere, numeri o colori5. Nonostante l'identità e la fisiologia generale di queste aree non siano state risolte con l'identica precisione delle aree visive, la direzione generale verso cui puntano è la stessa: le aree del cervello sono C':apaci di astrazione. In questi casi, le aree cerebrali rilevanti non sono interessate in particolare a un valore più elevato di una modalità specifica o a una particolare irregolarità temporale, ma solo a valori superiori o a pattern irregolari in generale. Un altro esempio riguarda le opere d'arte. Quando i soggetti osservano dipinti di una particolare categoria. (poniamo dei ritratti) l'aumento di attività nel cervello visivo è specifico delle stesse aree visive già attivate quando vediamo volti in generale (vedi Figura r.5) 6 . Tuttavia, l'attività è stimolata da qualsiasi ritratto, e non da un ritratto specifico. Un'area visiva differente (e adiacente) del cervello diventa attiva quando osserviamo un'altra categoria di dipinti, ad esempio i paesaggi: un'area evidentemente specializzata per registrare i luoghi7. Di nuovo, la visione di qualsiasi paesaggio attiverà l'area. A questo livello di osservazione, potremmo dire che queste aree astraggono, nel senso che non sono specifiche di un qualsiasi esempio del mondo visivo per cui sono specializzate, ma di tutti gli esempi di quella categoria.

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r.5 Attività cerebrale durante la visione di categorie differenti di quadri. Le aree in bianco evidenziano regioni di attività massima quando i soggetti vedono a) ritratti, b) paesaggi e e) nature morte (figura adattata da Hideaki Kabawata e Semir Zeki, Neural Correla/es cif Beauty, in "Journal ofNeurophysiology", 91, 2004, pp. 1699-1705).

La capacità di astrazione del cervello

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Questa capacità di astrarre sembra operare anche al livello del giudizio. Ad esempio, è stato dimostrato che il giudizio estetico di un dipinto è correlato a un aumento di attività nella corteccia orbitofrontale, un'area che fa parte del sistema cerebrale della ricompensa (vedi Figura 1.6) 8 . Ma questo aumento di attività non si osserva solo con una categoria di dipinti. I quadri paesaggistici giudicati belli aumentano l'attività in quest'area proprio come i ritratti, le nature morte oppure le opere astratte, sempre che siano giudicate belle. Il fattore comune è il giudizio di_ bellezza del dipinto. Questa capacità astrattiva è così comune che si cercano invece eccezioni, indicazioni che una particolare cellula o area cerebrale risponderanno solo a un particolare esempio di una particolare categoria di stimolo. Un'eccezione si riscontra in aree cerebrali attivate quando guardiamo l'immagine di una persona amata. In questo caso, non ogni faccia funzionerà. Deve essere proprio quella

r.6 Attività cerebrale correlata alla visione di dipinti esteticamente belli. Le aree in bianco illustrano regioni di massima attività corticale quando le persone valutano i quadri come belli (figura· adattata da Hideaki Kabawata e Semir Zeki, Neural Correlates of Beauty, in ''.Joumal ofNeurophysiology", 91, 2004, pp. 1699-1705).

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della. ·persona che ci coinvolge emotivamente9. Tuttavia, pure in questo caso, è in atto verosimilmente una capacità astrattiva: queste aree si attiveranno probabilmente a prescindere dalla visuale della persona amata, vale a dire se è frontale o laterale. Dico "probabilmente" perché l'esperimento in sé non è ancora stato svolto, e la scienza riserva un sacco di sorprese. Eppure, dalle nostre conoscenze sulla corteccia si tratterebbe di vera sorpresa se solo una particolare visuale del mondo attivasse queste aree. Come già accennato in precedenza, nel passato abbiamo tratto da questi esperimenti solo alcune conclusioni, vale a dire che specifiche aree visive elaborano tipi specifici di stimoli visivi o che la loro attività è correlata a stati mentali specifici. Galvanizzati da queste scoperte, abbiamo mancato di sottolineare che anche queste aree astraggono, che non si occupano di ritratti o di paesaggi specifici né della bellezza di un dipinto in particolare. Sorge naturalmente la questione, finora irrisolta, di come sia possibile riconoscere un volto un ritratto specifico. L'assenz.a di una risposta, pur avendo dimostrato che le facce attivano aree corticali specifiche, dimostra con eloquenza la concezione che sto presentando nel libro: queste aree corticali astraggono. Se anche ricerche future dimostreranno che alcune cellule di queste aree manifestano una risposta selettiva, ai volti in particolare, la conclusione sul loro potere di astrazione sarà difficilmente confutabile, poiché persino il riconoscimento di volti specifici implica un'astrazione: quel volto specifico dovrà essete riconosciuto a prescindere dalla distanza, dal punto di visuale oppure dalla sua espressione. Potremmo perciò affermare che ogni specificazione di funzioni di un'area corticale è accompagnata da un'astrazione. Anzi, l'astrazione è un effetto seco.µdario della specificazione. Che la capacità di astrarre sia universale nella corteccia cerebrale sarà altrettanto importante quando, più avanti, considereremo il cervello un sistema per acquisire conoscenza. Può sembrare paradossale, ma specificazione e astrazione sono i due lati della stessa medaglia quando acquisiamo una conoscenza. La quale non può essere acquisita, almeno non in modo efficiente, in assenza dell'una o dell'altra proprietà.

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Astrazione e costanza percettiva Il genere di astrazione spiegato poc'anzi non è l'unico realizzato dal cervello. Ne esiste un altro, un po' differente seppure intimamente

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legato al primo, nel senso che evidenzia a sua volta il generale a spese del particolare. Quest'ultimo genere di astrazione è il fondamento della costanza percettiva, il cui significato andrò ora a illustrare. Una casa o un volto conservano la loro identità, sia che li guardiamo di fronte o di lato, all'alba o al crepuscolo, da vicino o da lontano: possiamo definirla costanza dell'oggetto. E la costanza è una proprietà fondamentale dei sistemi percettivi. Senza di essa, il riconoscimento di un oggetto, di una superficie o di una situazione dipenderebbe da una serie di condizioni estremamente specifiche, e renderebbe il cervello ostaggio di ogni cambiamento di queste condizioni, e dunque un compito che rasenta l'impossibile. Un esempio semplice ed eccellente di costanza percettiva è la costanza cromatica, come viene ·di solito chiamata. Essa indica il fatto che il colore di una superficie cambia di poco o nulla anche quando la superficie è vista con illuminanti differenti. Una superficie verde rimarrà verde sia che la vediamo all'alba, a~ crepuscolo oppure a mezzogiorno in una giornata nuvolosa o di sole. Se misurassimo la quantità di luce rossa, verde o blu riflessa dalla foglia in queste condizioni differenti, scopriremmo notevoli variazioni. Eppure, il cervello sottrae queste variazioni e assegna un colore costante alla superficie. A dire il vero, parlare di colori costanti è un'anomalia, perché implica l'esistenza di colori variabili. La verità è che non esistono colori, bensì colori costanti. Insieme, le due forme di astrazione evidenziano che una funzione universale della corteccia cerebrale è l'astrazione, e vede coinvolte molte aree, se non tutte. Forse ci offre un indizio sull'essenziale uniformità della corteccia cerebrale riguardo all'organizzazione delle sue cellule in strati. Rimane il fatto che l'uniformità architettonica pone la domanda, e la risposta che ho dato, se anche non si rivelasse quella giusta e non fosse correlata direttamente alla domanda, sarebbe comunque interessante. In più, ci porta un passo oltre: a domandarci perché l'astrazione dovrebbe essere una funzione così importante della corteccia cerebrale. La risposta potrebbe essere affrontata meglio con la domanda: qual è la funzione del cervello in generale, e della corteccia cerebrale in particolare?

Capitolo

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Il cervello e i suoi concetti

L'acquisizione della conoscenza è una funzione principale del cervello, che quest'ultimo espleta evidentemente con grande efficienza. Un'efficienza che dipende in non scarsa misura dall'uso dei concetti, che possono essere di due tipi: ereditari o acquisiti. Si tratta dì due tipi di concetti profondamente legati, e l'uno non potrebbe esistere senza l'altro. I concetti ereditari organizzano i segnali che raggiungono il cervello in modo da instillare in essi il significato e da ricavarne dunque un senso. I concetti acquisiti sono generati dal cervello durante tutto il corso della vita, e lo rendono significativamente indipendente dal cambiamento continuo di informazione che lo raggiunge. Agevolano la percezione e il riconoscimento e ci permettono di acquisire la conoscenza di cose e situazioni. Si tratta di un ragionamento sottile, di cui già Arthur Schopenhauer era consapevole. Non già le percezioni precedono le astrazioni e i concetti, ma il contrario: formiamo i percetti a partire dalle astrazioni e dai concetti. Come egli stesso scriveva: «I concetti e le astrazioni che alla fine non ci guidano alle percezioni sono come sentieri di un bosco che finiscono senza sbocco» 1 . Se è attraverso questi due tipi di concetti che il cervello acquisisce la conoscenza del mondo, allora ne consegue naturalmente che esistono dei limiti a quella conoscenza, sottolineati da Immanuel Kant: non possiamo mai conoscere la cosa in sé (das Ding an sich), poiché la conoscenza che di essa abbiamo può avvenire solo· attraverso le operazioni della mente (cervello). Tutta la conoscenza è conoscenza del cervello. Se pure Kant parlava della mente quando scrisse «la mente non deriva le sue leggi (a priori) dalla natura, ma le prescrive a quest'ultima» 2 , avrebbe potuto tranquillamente sostituirvi la parola cervello.

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I concetti ereditari Un buon esempio di.concetto ereditario è quello che regola la generazione del colore da parte del cervello, di cui parleremo a lungo nel prossimo capitolo. Questo sistema opera entro determinati vincoli, alcuni dovuti alla struttura e alle proprietà fisiologiche dei recettori , pei: la visione dei colori. In generale, i recettori umani della retina sono sensibili alla luce di lunghezza d'onda compresa tra 400 e 700 nanometri. Sono solitamente suddivisi in tre ampie categorie, che rispondono in modo ottimale al rosso, al verde e al blu. Ciò esclude molte lunghezze d'onda che i nostri occhi non sono predisposti a registrare. Ad esempio, siamo privi dei recettori della luce ultravioletta, un tipo di luce di cui pertanto non potremo mai avere un'esperienza visiva diretta. Viceversa, le api la percepiscono e provano esperienze a noi negate. Questo vincolo limita pertanto la nostra conoscenza del mondo esterno. Poi entra in gioco il concetto cerebrale ereditario, che organizza i segnali in arrivo. Nel caso del colore, il cervello deve organizzare i segnali in modo che, per fare un esempio, una superficie verde sia percepita come verde anche quando la vediamo in condizioni in cui riflette una quantità di luce rossa maggiore di quella verde, evento tutt'altro che insolito. Le foglie, ad esempio, all'alba o al crepuscolo spesso riflettono più luce rossa che verde, ovvero prevalgono le lunghezze d'onda lunghe (rosso). Allora, se la nostra percezione di quella foglia in quanto verde dovesse cambiare a ogni variazione della composizione delle lunghezze d'onda, la foglia non sarebbe più riconoscibile e identificabile per il suo colore ma per qualche altro attributo. A quel punto il colore perderebbe il suo valore di affidabile meccanismo di segnalazione biologica. Il cervello ha risolto il problema applicando ai segnali provenienti dalla superficie verde e dagli spazi circostanti un concetto che si basa sul rapporto, costante, delle quantità di luce della medesima lunghezza d'onda, poniamo di luce a onde lunghe (rossa), riflessa dalla superficie verde e dagli spazi circostanti (vedi Capitolo 3). In questo modo, il cervello assegna un colore costante a una superficie e si emancipa in buona parte dalla quantità di luce riflessa da quella sola superficie, qualunque sia la sua lunghezza d'onda. Potreste domandarvi perché definisco tale principio organizzativo concetto cerebrale, anche se Kant lo aveva già fatto descrivendo la mente come l'applicazione di un concetto alle percezioni, intendendo che un principio è applicato ai segnali in arrivo per ricavarne

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un senso. E allora perché non lo definisco programma cerebrale o processo computazionale cerebrale, come farebbero molti? Per due ragioni. La prima è che, quando cousideriamo una sensazione come il colore, ci rendiamo conto che è generato dal cervello e nel cervello basandosi su un determinato programma, il quale dispone di determinate regole, perché - come vedremo nel prossimo capitolo - c'è un determinato concetto applicato ai segnali in entrata. Ma potremmo considerare altri concetti da applicare ai segnali in ingresso, che a loro volta potrebbero generare la visione dei colori. In effetti, un concetto o un principio differente per organizzare i segnali nel sistema cerebrale del colore potrebbe plausibilmente generare un sistema persino più efficiente. A riguardo, possiamo formulare ipotesi a non finire. Tuttavia, il cervello usa quello che si è evoluto: un sistema di rapporti. Un'altra ragione per definire concetti questi sistemi ereditari che organizzano in modo particolare i segnali emerge quando consideriamo altri sistemi, ad esempio quello che regola l'amore romantico. Come vedremo, anche quest'ultimo è regolato da un concetto ereditario, benché più complesso e persino più astratto. Si tratta del concetto, come sosterrò più avanti, dell"'unità nell'amore", che spinge i due partner di un rapporto passionale e rom~ntico a cercare l'unione reciproca, ben al di là di quella data dall'intimità sessuale, la quale rimane la più prossima a quel concetto biologicamente ereditario. La prova di questo concetto di "unità nell'amore" la ricaviamo non già. dalla letteratura scientifica, ma esaminando quella amorosa. Sembra un concetto prevalente in ogni cultura. Parlarne in termini di processo computazionale, di cui ha certamente degli elementi, significherebbe dimenticare che il concetto di unità è più astratto, persino se regola rapporti nell'amore romantico. Questo concetto ereditario ha a sua volta dei limiti, che, a' giudicare dalla letteratura amorosa, sono spesso molto gravi. Di conseguenza, quando gli amanti cercano di unirsi, affrontano un compito che ha dell'impossibile. La quasi impossibilità di raggiungere ciò che il concetto ereditario stabilisce ha perciò conseguenze interessanti, che esaminerò più avanti.

I concetti acquisiti Il problema più critico per un sistema di acquisizione della conoscenza è come acquisire la conoscenza di proprietà permanenti, es-

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senziali e non varianti di oggetti, superfici e situazioni, quando invece l'informazione che raggiunge il cervello muta continuamen. te: vediamo oggetti - come automobili o case - da differenti angolazioni e distanze, in differenti condizioni di luminosità e contesti; un'espressione di tristezza può essere attribuita a molte facce di identità differenti, ma una singola faccia può essere felice oppure ' triste. E potremmo moltiplicare all'infinito la lista di esempi. Se la mia capacità di identificare una casa in quanto casa dipende' esclusivamente da una particolare casa, allora mi troverò presto in difficoltà dinanzi a una casa differente. Un modo per superare la di.fficoltà è generare un concetto di casa. Quando il cervello acquisisce tale concetto, il punto di visuale, la forma precisa, la distanza, il contesto, le dimensioni e tutto il resto smettono di essere importanti al fine di identificarla in quanto casa. Ecco che il cervello si svincola signìfi-. cativamente da tutti questi cambiamenti. Inoltre, non sa in anticipo quale genere di esperienza sperimenterà, e si limita a modificare i suoi concetti alla luce della nuova esperienza. Perciò il concetto acquisito deve essere modificabile per tutta la vita. Naturalmente, l'uso di concetti da parte del cervello per acquisire la conoscenza del mondo ha a sua volta dei limiti. In effetti, la formazione dei concetti non è forse l'unica soluzione concepibile per acquisire una conoscenza in un mondo instabile. Potremmo immaginare un cervello organizzato con una logica differente. Ad esempio, la sua organizzazione potrebbe basarsi su una memoria prodigiosa invece che sulla formazione di concetti, e ciò gli consentirebbe di ricordare ogni singolo dettaglio incontrato. Diventerebbe perciò indipendente dalla visuale o dal contesto per identificare una casa in quanto casa. lo, come del resto ognuno di voi, non ho gli strumenti per sapere quanto sarebbe efficiente un simile cervello, ipotizzando ovviamente che sia stata· l'evoluzione a concepirlo e non i laboratori computazionali. E nessuno riuscirebbe a indovinare quale struttura avrebbe, né come potrebbe funzionare. Tuttavia, non è la soluzione adottata dall'evoluzione e dunque è fuori luogo fare congetture. È tuttavia chiaro, come mi auguro di spiegare, che la formazione dei concetti acquisiti presenta limiti rigidi, pur essendo una meraviglia di ingegneria neurale. I concetti formati sono sintetici, dipendono dall'acquisizione continua di esperienza dopo la nascita e durante tutta la vita. Tuttavia, come non mancherò di sottolineare, l'esperienza istantanea è appannaggio esclusivo di alcuni esempi

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particolari, che comun.emente non soddisfano il concetto sintetico nel cervello. Sono convinto che, se non conosceremo alcuni aspetti del sistema di acquisizione della conoscenza proprio del cervello, e dei suoi limiti, sarà difficile capire come funziona quest'organo, e così molti suoi prodotti. Ad esempio, sarebbe difficile capire l'arte e la creatività, poiché sono in sostanza collegate all'acquisizione della conoscenza, come ho sostenuto altrove3, e dunque alla macchina neurologica a monte di questa capacità. In realtà, mi spingerò oltre. Affermerò che senza conoscere la capacità di formazione dei concetti del cervello non capiremo ciò che sta alla base delle sofferenze umane (vedi Capitolo 22).

Capitolo 3

I concetti cerebrali ereditari

Caratteristiche dei concetti cerebrali ereditari Il colore e il concetto di "unità nell'amore" sono solo due esempi, seppure estremi, di concetti cerebrali ereditari. Ne esistono molti altri che organizzano i segnali in entrata del cervello per generare esperienze: nel cervello visivo ci sono concetti correlati al riconoscimento delle forme e del movimento e della profondità visivi; nel cervello uditivo, concetti ereditari che organizzano i.suoni in ritmi e in motivi musicali. E così via. Pur nella loro diversità, tutti condividono una caratteristica interessante. Per cominciare, non siamo liberi di rifiutarli, di ignorarli, né di disobbedirvi. Una persona con una vìsta normal~ e un cervello altrettanto normale non può stabilire che le operazioni cerebrali generatrici del colore non entrino in gioco, e nemmeno è libero di scegliere di non vedere i colori quando apre gli occhi, né di vedere una superficie çon qualsiasi altro colore oltre a quello che il cervello stabilisce che essa debba avere, attraverso le comparazioni eseguite da quest'organo. Quando, all'alba o al crepuscolo, spalanchiamo gli occhi e guardiamo le foglie, le vedremo verdi, quand'anche in queste condizioni riflettano una luce in cui prevale la lunghezza d'onda lunga (rossa). Non possiamo sorvolare sul principio organizzativo del cervello, che crea colori costanti, nonostante la composizione dell'energia delle lunghezze d'onda della luce riflessa dalle superfici vari ampiamente. In breve, non possiamo scegliere di vedere rossa una foglia verde che, da misurazioni oggettive, sappiamo riflettere più luce rossa. In questo caso è assente il libero arbitrio! Che non vuol dire che non siamo liberi di scegliere il colore della cravatta o del vestito. Allo stesso modo, una persona normale non sempre è libera di scegliere di non innamorarsi, o di innamorarsi e di disinnamorarsi a piacere. Né, nei momenti di amore passionale, di decidere che un'unità con la persona amata non è la cosa desiderata, anche se

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Splendori e miserie del cervello

non esprimerebbe tale desiderio a parole esplicitamente e coscientemente, così come non esprimerebbe il desiderio di ved~re un particolare colore. Di nuovo, ciò non significa sostenere che una persona non è libera di scegliere il tipo di persona che vuole amare, per quanto potremmo sostenere che, anche in questo caso, la scelta non è così ampia come potremmo immaginare o volere. Il libero arbitrio è limitato, anche in amore. Una seconda caratteristica dei concetti ereditari è che non cambiano nel tempo, sono immutabili. Il concetto (o programma) cerebrale per generare il colore, ad esempio, non cambia con il tempo, né con l'esperienza, così come non cambia il sistema cerebrale della percezione dei volti. Inoltre, il cervello possiede un sistema assai sviluppato per categorizzare gli oggetti, che gli consente di riconoscere un oggetto a prescindere dalla distanza visiva, dall'angolo di visuale o dalle condizioni di luminosità. Si tratta di un sistema stabile che, come abbiamo detto, non cambia nel tempo, né con l'esperienza, a differenza del concetto acquisito. Una terza caratteristica è l'autonomia relativa. Esistono, cioè, molti sistemi distribuiti nel cervello, ciascuno dei quali specializzato per organizzare i segnali sensoriali di un particolare attributo, e questi sistemi sono più o meno autonomi l'uno dall'altro e, pare, anche dai sistemi cognitivi superiori del cervello. È il caso della generazione del colore, che dipende da un sistema corticale specializzato indipendente dai sistemi per generare altri tipi di esperienza visiva o sensoriale di altra natura (vedi Figura 3.1). E che, come vedremo, opera in relativa autonomia dai sistemi cognitivi superiori del cervello.

3.r Localizzazione del centro del colore (v4 e v4a, che costituiscono il complesso v 4) nel cervello umano visto dal basso.

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Il colore: un esempio di concetto ereditario

Il colore, come riconobbe Arthur Schopenhauer, è un'interessante introduzione al problema generale della conoscenza - uno dei temi di questo volume - ovvero al fatto che il cervello crea, per così dire, la nostra conoscenza obbedendo a proprie regole. Nel libro La vista e i colori, il filosofo tedesco argomentò che «una conoscenza più precisa e una convinzione più salda della natura pienamente soggettiva del colore contribuiscono a comprendere più profondamente la dottrina kantiana delle forme parimenti soggettive e intellettuali di tutta la conoscenza, e risulta dunque un utilissimo corso introduttivo di filosofia» 1 , essendo il problema della conoscenza uno dei principali della filosofia. Kant scrisse con sapienza che «le percezioni senza concetti sono cieche» 2 • Voleva dire che, se i segnali in entrata non fossero organizzati da un qualche concetto, da un principio organizzativo, mai sapremmo dare un. senso a quei segnali, e dunque non vedremmo nulla. Il colore è l'esempio massimo di come il cervello costruisce un attributo visivo; è il modo più potente per dimostrare che la nostra esperienza del mondo è determinata tanto da operazioni ereditarie del cervello quanto dalla realtà fisica. Per quanto la sfumatura possa cambiare, il colore di una superficie rimane identico, a prescindere dalle condizioni di luminosità in cui lo osserviamo. La caratteristica più importante del sistema del colore sarà dunque.la capacità di attribuire un colore costante a una superficie, nonostante le fluttuazioni ad ampio spettro della composizione della lunghezza d'onda e dell'energia della luce riflessa da quella superficie. Del resto, se le cose non fossero così e se il colore éii una superficie variasse a ogni cambiamento nell'ambiente luminoso, il colore avrebbe un ben scarso significato biologico e, invece di farci acquisire conoscenze su una proprietà di oggetti e di superfici, non farebbe che confonderci. Come il cervello realizza questa straordinaria impresa di assegnare un colore costante a una superficie lo sappiamo solo per sommi capi. A lungo gli scienziati hanno provato a spiegarlo riferendosi a fattori cognitivi superiori. Il grande psicofisico tedesco Hermann von Helmholtz3 riteneva che tale percezione implicasse il giudizio e l'apprendimento. Era convinto che noi sapessimo che una foglia appare verde e che dunque trascurassimo l'illuminante (cioè la composizione di lunghezze d'onda della luce riflessa dalla foglia verde in condizioni di illuminazione differenti) avvalendoci di un processo che

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Splendori e miserie del cervello

egli definì in modo vago "inferenza inconscia". Un altro eminente psicofisico tedesco, Ewald Hering4, credeva che un'altra funzione cognitiva superiore - la memoria - svolgesse un ruolo essenziale, una concezione non poi dissimile da quella di Helmholtz. Toccò all'inventore americano Edwin Land5 promuovere una diversa visione delle cose, che mi vede d'accordo. Land ipotizzò che la capacità di assegnare un colore costante a una superficie fosse il risultato di un programma cerebrale semplice, un processo computazionale. Per usare una nostra terminologia, o quella di Kant, diremmo che la costanza dei colori è dovuta all'applicazione di un concetto, o di un principio organizzativo, cerebrale innato ai segnali visivi in arrivo. Gli aspetti generali del concetto applicato dal cervello agli input visivi per generare i colori sono facili da determinare, anche se siamo lontani dal sapere esattamente come il cervello lo implementi. Tale èoncetto si fonda su una regola d'oro della percezione: la comparazione. Il colore potrebbe essere accuratamente descritto come il risultato di una comparazione, eseguita dal cervello, della quantità di luce di lunghezze d'onda differenti riflessa da una superficie e dalle zone circostanti. Questa comparazione genera un rapporto, che non varia mai. Il concetto che il cervello applica alla generazione dei colori è dunque il concetto di applicazione di un rapporto. Un esempio semplice: immaginate una superficie verde circondata da superfici rosse, gialle e blu. Se, vedendola sotto un illuminante particolare - come la luce del giorno in una giornata nuvolosa quando prevalgono le lunghezze d'onda più corte (blu) -, la superficie verde riflette 60 unità (misurate in milliwatt) di luce verde, e le zone circostanti ne riflettono una quantità molto minore, perché minore è la loro efficienza nel riflettere la luce verde, allora si creerà un determinato rapporto tra la quantità di luce verde riflessa dalla superficie verde e quella riflessa dalle zone intorno (vedi Tavola 1). Definiremo x questo rapporto. Se la stessa scena è vista in una condizione di luce differente - creata ad esempio dalla luce al tungsteno, quando è presente una quantità maggiore di lunghezze d'onda più lunghe (sul rosso) - e la superficie verde riflette, ora, solo 30 unità di luce verde, le parti circostanti continueranno a riflettere molta meno luce poiché sono meno efficienti nel riflettere la luce verde. Anche in questo caso ci sarà un rapporto tra fa quantità di luce verde riflessa dalla superficie verde e quella riflessa dall'ambiente circostante, e quel rapporto sarà identico ai precedenti - vale a dire x - nonostante il significativo cambiamento della quantità di luce verde riflessa dalla

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superficie verde nelle due differenti condizioni. Un ragionamento simile vale per altre lunghezze d'onda. Così facendo, il cervello può imporre una costanza, e non sarà più in balia dei cambiamenti nella composizione di lunghezza d'onda dell'ambiente. E dunque potrà acquisire la conoscenza di una superficie, vale a dire la sua riflettanza di luce con lunghezze d'onda differenti, e userà un linguaggio visivo - il colore - per caratterizzare quella proprietà. La luce stessa, seppure composta da molte differenti lunghezze d'onda, è semplicemente una radiazione elettromagnetica ed è priva di colori, come ben capì Isaac Newton6 quando scrisse che «infatti, a rigor di termini, i Raggi non hanno Colore. Essi sono dotati solamente di una particolare energia e della propensione a generare una sensazione di questo o quel colore». Quella sensazione è "generata" nel cervello, e più precisamente nel centro del colore del cervello visivo, avvalendosi della comparazione di cui abbiamo appena parlato7. L'importanza di capire che il colore è una costruzione del cervello, che è un linguaggio visivo di cui esso si serve, e non una proprietà del mondo fisico, non sarà mai sottolineata a dovere. La conoscenza acquisita dal cervello riguarda proprio la riflettanza degli oggetti e delle superfici a luci di differente lunghezza d'onda. Comparandola con l'ambiente circostante, una superficie rossa rifletterà sempre la luce rossa con maggiore efficienza della luce verde o di quella blu. Perciò, ogni volta che una superficie è determinata dal cervello a riflettere più luce rossa rispetto all'ambiente, lo investirà con il linguaggio visivo per il rosso. Una superficie bianca ha, rispetto al mondo circostante, la massima efficienza nel riflettere luce di qualsiasi lunghezza d'onda. Qualsiasi superficie che sia determinata dal cervello a riflettere luce di tutte le lunghezze d'onda con più efficienza degli ambienti circostanti sarà visivamente etichettata dal cervello come bianca. Potremmo proporre altri esempi, e forse non stupisce scoprire che il cervello dispone di un centro speciale per assegnare i nomi ai colori, e che questo si trova vicino al centro del colore, nel giro fusiforme sinistro8. Un danno in questo centro rende incapaci di attribuire il nome ai colori, seppure la loro percezione rimanga intatta. Questa sindrome è definita anomia. Pertanto il ·colore è il risultato di un programma, o concetto, ereditario, sviluppato dal cervello durante l'evoluzione, applicato per dare un senso ai segnali in arrivo e dunque per acquisire la conoscenza di un particolare attributo del mondo. Se il centro cerebrale del colore v 4 è compromesso, il concetto di stabilire rapporti, de-

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Splendori e miserie del cervello

scritto sopra, non vale più e il soggetto diventa cieco per i colori ..È una delle ragioni per cui ho definito centro del colore questa par~e della corteccia. In un paziente che ha l'area v 4 danneggiata, i segnali visivi entrano ancora nell'occhio e sono trasmessi in modo normale alla corteccia cerebrale. Tuttavia, si dirigeranno verso le parti della corteccia prive del programma per stabilire i rapporti; e il paziente non sarà in grado di percepire i colori. Ciò dà sostanza alla teoria di Kant secondo la quale le percezioni senza concetti sono cieche. Cézanne aveva sostenuto che «il colore ha una logica e l'artista deve sempre obbedire a quella, e mai alla· logica del cervello». Lo scrittore e uomo politico francese André Malraux aveva ragione quando, nel suo Il museo dei musei: le voci del silenzio9, definì le riflessioni di Cézanne sul colore «cette phrase maladroite», quella frase infelice. In realtà, non esiste logica nel colore se non quella del cervello. Il suo significato è importante in questo contesto. La logica del cervello è determinata da un suo concetto ereditario. L'artista ha tutta la libertà di giustapporre i colori che vuole, e l'esperienza gli permette di stabilire che determinati colori, se giustapposti, produrranno leffetto desiderato. E potrà pure sviluppare un concetto di quali colori ricÒprire gli oggetti, ma non godrà della libertà di interferire con la logica impeccabile con cui il cervello li costruisce.

L'autonomia del sistema del colore Come sempre, gli scienziati hanno messo in luce le evidenze positive, senza approfondire quelle negative. Gli esperimenti con I' imaging cerebrale nell'uomo, pur coinvolgendo il complesso v4 nelle elaborazioni dei colori 10 , non hanno dimostrato attività legate a tale elaborazione nella corteccia frontale o in altre ~ree cerebrali che sappiamo implicate, o che tradizionalmente riteniamo tali, nei processi cognitivi superiori o nella memoria. E nemmeno un danno ai centri superiori residenti nelle aree frontali e parietali del cervello - rende incapaci di percepire i colori. È perciò possibile affermare, con le garanzie che ci ·possono dare gli attuali esperimenti, che il concetto cerebrale correlato all'organizzazione degli input visivi per: generare i colori non sia distribuito nel cervello, e nemmeno in quello visivo, ma sia localizzato nel complesso v 4. L'astrazione fa ovviamente parte di questo concetto. La "macchina" per generare i rapporti nel complesso v4 non si occupa di una superficie verde o di una rossa particolari, e applicherà

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indiscriminatamente la sua el~borazione a qualsiasi superficie. Essa si limita a correlare, mediante rapporti, la quantità di luce di differenti lunghezze d'onda riflesse da una certa superficie con la quantità di luce proveniente da superfici circostanti. Questa comparazione è l' essenza della percezione. Quando parlo di relativa autonomia, intendo veramente che l'applicazione dei programmi cerebrali ai segnali in entrata non dipende da un funzionamento normale delle altre parti del cervello e nemmeno dal resto del cervello visivo. Un paziente con un danno in altri centri visivi del cervello - ad esempio in quelli specializzati nella percezione del movimento o della forma - non risulta menomato nella visione dei colori, a meno che risulti danneggiato proprio il centro del colore II. Questa autonomia ha naturalmente dei limiti. Le vie che alimentano il centro del colore (il complesso v4) da altre aree visive come il centro di ricezione visivo primario (o v1) e l'area che lo circonda (v2) devono essere intatte e interagire con v4 attraverso connessioni reciproche (vedi Capitolo 9). In più, devono essere integri i recettori della retina, come pure il sistema generale che permette e regola 1' esperienza cosciente, quasi certamente situati nel tronco cerebrale. E tuttavia, posto che questi sistemi funzionino normalmente, il sistema del colore pare assai in.dipendente dagli eventi in altre parti del cervello. Amore e bellezza sono altri esempi di concetti cerebrali ereditari. Per quanto il senso della bellezza non sia stato approfondito neurobiologicamente, non è astruso ipotizzare all'opera un principio organizzativo analogo. In ciascuno di noi, determinati segnali sono qualificati belli dal cervello in base a un concetto cerebrale ereditario, il quale stabilisce che determinati segnali vadano organizzati in questo modo, per quanto ciò che viene così qualificato vari da individuo a individuo. Perciò il cervello non è libero di non organizzare i segnali in modo che influiscano sul suo relativo sistema di ricompensa, imperniato probabilmente in questo caso sulla corteccia orbitofrontale 12 (una regione situata alla base dei lobi frontali), sebbene ciò che esso qualifica come bello sarà determinato sia dalla biologia sia da influssi culturali,. Lo stesso discorso vale per il desiderio e per 1' amore. Il cervello deve avere la capacità di attivare il sistema del desiderio per un particolare tipo di esperienza visiva, e non per altre. Di nuovo, non ha 1' opzione di non permettere che ciò accada, anche se influssi culturali e ambientali svolgono un ruolo essenziale nello stabilire quando il sistema biologico entrerà

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in azione. Nel caso del desiderio, seppure la capacità di un cervello normale di trovare desiderabili gli individui non sia trasferibile, il genere di persona che un individuo trova desiderabile è soggetto a molti influssi postnatali, e dunque varia da individuo a individuo. A causa dell'educazione familiare e degli influssi culturali, molti di noi avranno una preferenza per un tipo particolare di persona, con una particolare statura, un certo colore di capelli, e così via. Laragione è che - posta quell'esperienza - il nostro cervello ha formato un concetto del tipo persona più desiderabile per noi. Entriamo così in una nuova categoria di concetto, il concetto acquisito.

Periodi critici per nutrire i

conce~ti

ereditari

Come ho affermato in precedenza, un concetto, o programma, cerebrale ereditario non è modificabile in seguito all'acquisizione di nuove esperienze nel corso della vita. Una possibile eccezione a questa regola è di natura molto generale, ovvero che il cervello cablato geneticamente, già pronto per acquisire esperienze alla nascita, deve comunque essere alimentato nella .fase postnatale, in particolare in un periodo critico appena dopo la nascita. Non abbiamo prove definitive su che cosa succederebbe percettivamente se un organismo dotato di una buona visione dei colori fosse deprivato selettivamente di tutti i segnali dei colori per periodi variabili dopo la nascita. Si tratterebbe, in realtà, di un esperimento assai complicato. Tuttavia, sono disponibili prove da un'altra fonte, il sistema visivo delle forme. La caratteristica sorprendente di questo sistema è la presenza di cellule selettive all'orientamento, capaci di rispondere solo a linee con un particolare orientamento (vedi Capitolo 1). Molti fisiologi considerano queste cellule i mattoni fisiolOgici della percezione delle forme, anche se finora nessuno ha dimostrato in modo convincente come possano determinare la nascita di cellule nel cervello capaci di codificare forme complesse. Esse sono presenti dalla nascita, almeno nelle scimmie 1 3. Possiamo perciò affermare che sono il risultato di un concetto organizzativo ereditario, il quale determina come i segnali correlati alla forma sono raggruppati nella corteccia, quantomeno negli stadi iniziali del sistema di elaborazione delle forme nel cervello. L'aspetto rimarchevole è che, se una scimmia neonata viene privata della visione durante un periodo critico immediatamente dopo la nascita, il principio organizzativo sembra

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atrofizzarsi. Le cellule del cervello perdono buona parte della sensibilità agli stimoli visivi e la specificità verso linee aventi il giusto orientamento 1 4, una perdita che sembra permanente e irreparabile. Infatti, concluso il periodo critico, anche dopo la restituzione della visione completa il primate non riacquista più una piena capacità visiva delle forme: il danno diventa permanente. Allora, il principio organizzativo deve essere alimentato, quantomeno durante il periodo critico. Una deprivazione per un periodo analogo nella fase adulta non produrrà effetti altrettanto gravi, sempre ammesso che ne insorgano. Possiamo dire la stessa cosa delle persone cieche dalla nascita - per una cataratta congenita, ad esempio - e che "riacquistano" la visione più tardi nella vita. Anche nel loro caso il danno sarà indelebile 1 s. Nel caso dell'amore romantico, il concetto ereditario è quello dell"'unità nell'amore", come vedremo nei prossimi capitoli. Insufficienti sono gli esempi per stabilire se la deprivazione da ogni forma di contatto umano affligga quel concetto. In realtà, lo studio della neurobiologia dell'amore è ai primi passi. Tuttavia, grazie a rivoluzionari esperimenti psicologici sul sistema dell'amore materno fra i primati, lo psicologo americano Harry Harlow ha dimostrato che deprivare l'infante del contatto con la madre - un requisito per uno sviluppo emozionale equilibrato - crea in lui danni emotivi permanenti: la scimmia rifuggirà dai contatti, diventerà introversa, si asterrà dal gioco e il suo comportamento sarà anomalo rispetto alle scimmie normali. I concetti cerebrali ereditari sono profondamente legati a quelli acquisiti, anzi li precorrono. Tuttavia, prima di esaminare questi ultimi, dovremmo considerare la distribuzione dei primi, che sono il principio organizzativo per generare l'esperienza nel cervello.

Capitolo 4

Il sistema cerebrale distribuito di acquisizione della conoscenza

Nelle pagine precedenti ho provato a sostenere la tesi che l'acquisizione di conoscenza è una funzione fondamentale del cervello, il quale la realizza in prima battuta usando un principio organizzativo tale che l'input in entrata generi un'esperienza, e, in seconda battuta, usando l'esperienza così generata per formare concetti. Poiché molte differenti aree del cervello sono coinvolte nell'organizzazione dei segnali in arrivo, ognuna in accordo con la sua specializzazione, il sistema cerebrale di acquisizione della conoscenza deve essere ampiamente distribuito nella corteccia cerebrale. Ciascuno dei sistemi ha la capacità non solo di organizzare i segnali in entrata sulla base del proprio concetto ereditario ma anche di astrarre, un passaggio critico per ricavare la conoscenza. Questa distribuzione del sistema di acquisizione della conoscenza nel cervello vale non solo per i segnali, che, come quelli visivi e uditivi, sappiamo molto differenti fra loro, ma caratterizza persino le suddivisioni entro una singola modalità sensoriale, come la visione. Possiamo illustrare tale caratteristica riferendoci a due facoltà visive relativamente semplici: il movimento visivo e il colore.

La specializzazione funzionale del cervello visivo Il cervello visivo costituisce una parte cospicua del cervello, del quale occupa quasi un quarto. Ecco perché siamo spesso definite creature visive: perché la visione risulta uno dei modi più efficienti per acquisire conoscenza. Il cervello visivo può essere suddiviso in diverse aree che circondano la corteccia visiva primaria, o area VI, un'area corticale che riceve l'input visivo predominante dalla retina. Aree visive differenti sono specializzate in attributi visivi differenti, e ne consegue quindi una specializzazione funzionale del cervello visivo 1 • Lo possiamo illustrare molto bene con i sistemi del colore e del mo-

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