La plasticità cerebrale Alle radici del cambiamento Valentina Moro – Barbara Filippi
SEID
Valentina Moro ha curato le parti 1.2., 2., 3.1., 3.2.1. e 4.3.; Barbara Filippi è autrice dei paragrafi 1.1., 1.3., 3.2., 4.1., 4.2. e ha curato l’Appendice.
© Copyright SEID Editori 2010 Via Antonio Giacomini, 26 – 50132 Firenze e-mail: info@seideditori.it Tutti i diritti sono riservati. È vietato riprodurre, archiviare in un sistema di riproduzione o trasmettere in qualsiasi forma o qualsiasi mezzo, elettronico, meccanico, per fotocopia, registrazione o altro, qualsiasi parte di questa pubblicazione senza l’autorizzazione scritta dell’editore. È obbligatoria la citazione della fonte. In copertina:
Gustav Klimt, Le tre età della vita, 1905 Galleria Nazionale d’Arte Moderna (Roma).
Impaginazione: gabrielecrobeddu.com Stampa: Free Books s.r.l. - Città di Castello (Pg) Prima edizione digitale 2013 Isbn 9788889473429
A Guido Sala, che ha saputo Vivere fino all’ultimo istante... e che mi manca molto... V.M.
dedicato a chi della Vita cerca di cogliere la Luce B.F.
IndIce
PReSeNTAZiONe
1
iNTROdUZiONe
3
1.
LO SViLUPPO deL SiSTeMA NeRVOSO CeNTRALe 1.1. La prospettiva evoluzionista 1.2. La prospettiva biologica 1.2.1. La nascita e lo sviluppo dei neuroni 1.2.2. Nascita di nuovi neuroni durante la vita 1.2.3. Lo sviluppo della corteccia cerebrale 1.3. La prospettiva educativa 1.3.1. i neuromiti 1.3.2. Neuroscienze ed educazione
7 7 12 12 15 17 21 21 23
2.
MeCCANiSMi BiOLOGiCi deLLA PLASTiCiTà 2.1. Gli esordi: Cajal, Sherrington, Hebb, eccles 2.2. La plasticità neuronale 2.2.1. La plasticità nel sistema nervoso degli invertebrati: l’ aplysia californica 2.2.2. il potenziamento a lungo termine (LTP) e la depressione a lungo termine (LTd) 2.2.3. Le Neurotrofine: NGF (nerve growth factor) e BdNF (brain derived neurotrophic factor) 2.2.4. La plasticità sinaptica nei vertebrati: l’ambiente arricchito e la deprivazione sensoriale
27 28 31
V
31 35 38 39
LA PLASTiCiTà CeReBRALe – Alle radici del cambiamento
2.3. La plasticità delle mappe corticali 2.3.1. L’organizzazione topografica della corteccia cerebrale 2.3.2. La natura dinamica delle mappe corticali: deprivazione e apprendimento di abilità
46 46
3.
Le eVideNZe SPeRiMeNTALi SULL’UOMO 3.1. La deprivazione sensoriale e la riorganizzazione funzionale 3.1.1. dolore e riorganizzazione corticale 3.2. La plasticità e l’acquisizione di abilità 3.2.1. Quando la plasticità disturba…
53 53 60 65 73
4.
PLASTiCiTà e RiedUCAZiONe: iNTeRVeNTi FONdATi SUi dATi SPeRiMeNTALi 4.1. età evolutiva 4.1.1. Plasticità e rieducazione nella dislessia 4.1.2. Plasticità e rieducazione nelle paralisi cerebrali infantili (PCi) 4.2. età adulta 4.2.1. Plasticità e rieducazione in presenza di lesioni cerebrovascolari 4.2.2. Plasticità e rieducazione dopo trauma cranio-encefalico (TBi) 4.3. età senile 4.3.1. L’invecchiamento cerebrale 4.3.2. Plasticità e malattie degenerative 4.3.2.1. La malattia di Alzheimer 4.3.2.2. il morbo di Parkinson
48
77 78 78 86 92 93 102 108 108 112 112 119
APPeNdiCe: TeCNiCHe di iNdAGiNe NeUROFiSiOLOGiCA e ViSUALiZZAZiONe CeReBRALe A-1 Tecniche di indagine neurofisiologica A-2 Tecniche di visualizzazione strutturale A-3 Tecniche di visualizzazione funzionale
127 128 129 131
POST-SCRiPTUM
133
GLOSSARiO
135
eLeNCO deLLe SiGLe
141
BiBLiOGRAFiA
143
Vi
PReSenTAZIOne
esplorare i fenomeni e i meccanismi della plasticità cerebrale è di fondamentale importanza per le neuroscienze di base e cliniche. Grazie a questo tipo di ricerca è stato possibile raggiungere traguardi che sembravano futuribili solo un paio di decenni fa. La transizione dal concetto che la neuroplasticità fosse prerogativa dello sviluppo del cervello all’evidenza che il cambiamento neurale è possibile anche in età adulta, ha aperto nuove prospettive non solo per la comprensione del funzionamento e del malfunzionamento cerebrale, ma anche per la possibilità di guidare appropriatamente il recupero delle funzioni perdute. Le nuove acquisizioni nel campo della plasticità cerebrale, da un lato, rendono il ricercatore e il clinico consapevoli della difficoltà di ripristinare o vicariare funzioni cerebrali alterate, ma dall’altro fanno immaginare come possibile, in un futuro non troppo lontano, il trattamento anche riabilitativo di patologie per le quali oggi non sembra esserci alcun rimedio. in quest’ottica il libro di Filippi e Moro giunge particolarmente benvenuto, specie ai lettori di lingua italiana. Non esiste infatti, al meglio della mia conoscenza, un volume in italiano completamente dedicato all’argomento e volto a mettere in evidenza la relazione tra ricerca di base e ricerca traslazionale. Nei primi due capitoli le autrici descrivono i fondamenti dello sviluppo cerebrale e gli studi di base che hanno cambiato sia sul piano teorico che applicativo i concetti fondativi alla base della ricerca nel campo. il terzo capitolo è dedicato alle recenti ricerche che hanno mostrato come, accanto ad una plasti1
LA PLASTiCiTà CeReBRALe – Alle radici del cambiamento
cità “buona”, esista una plasticità maladattativa di cui tenere conto nella ricerca e soprattutto nella pratica riabilitativa. Alla parte applicativa è interamente dedicato l’ultimo capitolo, che ha il grandissimo merito di mettere in evidenza l’importanza di utilizzare i principi derivati dalla ricerca di base per la messa a punto di programmi riabilitativi. infine, aspetto particolarmente originale del volume, senza dubbio legato alla specifica esperienza delle autrici, è l’enfasi sulle implicazioni educative degli studi neuropsicobiologici sulla plasticità. in linea con consolidate tendenze in ambito internazionale, il volume fa intravedere uno scenario nel quale la stessa pedagogia verrà chiamata a tener conto dei risultati della ricerca neurobiologica nel campo della plasticità. Nonostante la rigorosa impostazione metodologica, che potrebbe rendere il volume usufruibile anche da operatori specializzati, la scorrevolezza della trattazione lo rende particolarmente adatto a studenti e professionisti che per la prima volta si accostano a questi temi. Salvatore Maria Aglioti Università di Roma “La Sapienza” Roma, Aprile 2009
2
InTROdUZIOne
L’idea che il sistema nervoso umano sia dotato di plasticità, sia cioè malleabile, plasmabile e soggetto a continuo cambiamento, appare allo stesso tempo un concetto banale e rivoluzionario. Sembra banale, perché è sotto gli occhi di tutti l’infinita capacità di apprendimento e adattamento dell’uomo, unica specie animale davvero in grado di sopravvivere nei diversi contesti ambientali, adeguando da un lato le proprie abitudini di vita e modificando, contemporaneamente, il contesto stesso, al fine di trovare un equilibrio funzionale tra individuo e ambiente. Appare, d’altra parte, un’idea rivoluzionaria, se si ripercorre brevemente la storia della ricerca neurobiologica rendendosi conto di come, già fino appena a vent’anni fa, la convinzione dominante sosteneva che solo il cervello del bambino fosse dotato di capacità di cambiamento, mentre, una volta diventato adulto, il sistema nervoso umano era destinato al processo di perdita di funzionalità ed efficienza. Le ricadute di questa concezione statica o decrementale delle potenzialità umane sono evidenti: il tempo per imparare si conclude nei primi venti anni di vita, ciò che non si impara da piccoli non si recupera più , le esperienze delle prime fasi di sviluppo segneranno irrimediabilmente tutto il futuro dell’individuo, senza possibilità di essere integrate, arricchite e modificate con altre, successive. Nel caso, poi, di una lesione al sistema nervoso, questa prospettiva toglie ogni possibilità di recupero, di riparazione o di adattamento di sistemi rimasti integri, in grado di ridurre i deficit funzionali dello sfortunato paziente. il bambino nato con una paralisi cerebrale infantile può forse sperare in un rimodellamento dei 3
LA PLASTiCiTà CeReBRALe – Alle radici del cambiamento
circuiti nervosi che gli permetta di apprendere alcune abilità, ma l’adulto segnato da un’emorragia o un’ischemia cerebrale, non ha possibilità di recupero e non può che cercare vie di compenso alle capacità perdute. Oggi si sa che le cose non sono esattamente così e che un certo grado di modificabilità rimane possibile nel nostro sistema nervoso in tutte le età della vita. È vero che le evidenze sulla possibile generazione di nuove cellule neuronali in età adulta sono ancora limitate, ma è ormai dimostrato che il sistema di connessioni tra i neuroni, le cosiddette reti neuronali, sono in continuo cambiamento. Quanta parte di queste modificazioni è geneticamente predeterminata e quanta invece condizionata dalle stimolazioni e dalle richieste poste dal contesto ambientale? Nel capitolo introduttivo al testo, viene trattato il tema della plasticità cerebrale a partire da tre diversi punti di vista, quello dell’evoluzione della specie, quello più strettamente biologico e infine quello più prettamente educativo. L’analisi dei processi di base della plasticità nella vita fetale e nella prima infanzia mostra effettivamente una forte componente genetica, che tuttavia la prospettiva evoluzionista e quella educativa dimostrano fortemente integrata con elementi dipendenti dall’ambiente. L’individuo non è solo figlio del suo patrimonio genetico, ma frutto dell’interazione della sua biologia con il mondo. Gli effetti che le stimolazioni ambientali hanno nell’indurre cambiamenti nell’organizzazione del sistema nervoso sono argomento del secondo capitolo dove, dopo una breve panoramica relativa ai primi studi sul neurone, vengono introdotte le principali scoperte scientifiche relative ai meccanismi neurofisiologici dell’apprendimento. Può sembrare sconcertante, ma ogni volta che impariamo qualcosa di nuovo, che si tratti di un’abilità manuale, del significato di una parola, di un difficile concetto matematico o filosofico, noi modifichiamo la nostra biologia e, in particolare, il sistema di connessioni reciproche tra cellule nervose. Lo stesso, d’altra parte, avviene nel caso della riduzione di attività in specifici circuiti neurali: la deprivazione sensoriale secondaria a una lesione nervosa o all’amputazione di un arto, ad esempio, comporta una riduzione delle dimensioni delle mappe corticali preposte alla percezione degli stimoli venuti meno, a vantaggio delle aree funzionanti. Un nutrito gruppo di evidenze cliniche e sperimentali riguardanti le ricerche sull’uomo è illustrato nel terzo capitolo, dove si tratta anche un aspetto della malleabilità del cervello a volte trascurato, e cioè quello relativo ai possibili effetti negativi e disadattativi della plasticità. Una consistente parte del lavoro è, infine, dedicata alle possibilità offerte alla pratica educativa e rieducativa dalle scoperte sulla plasticità cerebrale. Vengono qui riportati dati sperimentali sugli effetti nello sviluppo del sistema nervoso della patologia insorta nelle prime fasi di vita, per esempio la paralisi cerebrale infantile, ma anche di alcuni interventi educativi, la cui efficacia nell’orientare i processi biologici riparativi è stata dimostrata con tecniche di neuroimmagine e neurofisiologiche. 4
introduzione
Risultati interessanti provengono anche dalla ricerca sull’adulto e l’anziano, che dimostrano come sia nel fisiologico processo di invecchiamento che in corso di patologie, come il danno vascolare o il deterioramento mentale, le conoscenze sui meccanismi biologici della plasticità forniscano una prospettiva del tutto nuova di intervento educativo e rieducativo. Non tutto è possibile perché esiste una plasticità cerebrale. Tuttavia, l’idea che il cervello sia modificabile e sensibile alle stimolazioni ambientali in tutte le fasi della vita rappresenta una grande opportunità e allo stesso tempo un’enorme responsabilità per coloro che sono impegnati in interventi educativi, di formazione in età adulta e di recupero dopo lesione che devono diventare sempre più consapevoli del fatto che ciò che propongono o che non propongono ai loro utenti è più ricco di conseguenze di quanto apparentemente possa apparire.
5