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KEYNOTE ESSAY 02/01

CERVELLO, IMMAGINI E IMMAGINAZIONE.                      Ci si rese ben presto conto che alcune funzioni fon-
LE BASI CEREBRALI DELLA                                  damentali venivano meno in pazienti che aveva-
RAPPRESENTAZIONE CONCETTUALE                             no subìto lesioni dei lobi frontali, come quella di
                                                         Gage, che producono un’insolita gamma di cam-
Pietro Pietrini                                          biamenti emotivi, cognitivi, comportamentali.
Scuola IMT Alti Studi Lucca                              Con l’avvento delle moderne metodologie di
pietro.pietrini@imtlucca.it                              esplorazione morfologica e funzionale in vivo
                                                         del cervello, quali la tomografia ad emissione di
Keywords                                                 positroni (PET), la risonanza magnetica struttu-
immaginare l’anatomia del cervello; sopramoda-           rale (MRI) e la risonanza magnetica funzionale
lità; imagery visiva; rappresentazione concettua-        (fMRI), è diventato possibile studiare la fine ar-
le; aggressività                                         chitettura anatomica e funzionale che sottende
                                                         le più svariate attività cognitive, incluse funzioni
L’interesse per la morfologia del cervello è antico e    mentali complesse ed elusive come l’esperienza
parimenti è l’interesse per come, da queste struttu-     emotiva, il controllo del comportamento, il pen-
re, possa sorgere quella che è la nostra vita coscien-   siero astratto, il giudizio morale, la capacità di
te, la nostra attività mentale, le funzioni cognitive.   pianificazione, di programmazione, la distinzio-
Nel 1543 il fondatore dell’anatomia moderna, An-         ne tra il bene e il male, il rispetto delle norme e
drea Vesalio, nel famoso testo De Humani corporis        delle convenzioni sociali (Koechlin et al., 2000;
Fabrica, scriveva: “Non nego che i ventricoli elabo-     Nichelli et al., 1994; Pietrini, 2003; Raichle, 1994).
rino lo spirito animale, ma sostengo che questo          Nel loro insieme, i risultati della ricerca neuro-
non spiega nulla sulla sede cerebrale delle facoltà      scientifica dimostrano come queste sofisticate
più elevate dello spirito. (...) Non sono in grado di    funzioni mentali siano riconducibili all’attività di
comprendere come il cervello possa esercitare le         precise strutture cerebrali localizzate soprattutto
sue funzioni”.                                           nel lobo frontale, non a caso la porzione del cer-
Fino all’avvento delle moderne metodologie di            vello che nell’uomo si è sviluppata più delle altre
esplorazione morfologica e funzionale del si-            regioni della corteccia rispetto a ciò che è accadu-
stema nervoso centrale nella metà degli anni             to negli altri animali. Confrontando lo sviluppo
Ottanta del secolo scorso, gli studi sul cervello si     e l’organizzazione della corteccia cerebrale nel
concentravano sull’osservazione di individui che         cervello umano e nel cervello di animali a noi fi-
avevano subìto lesioni. Le prime descrizioni di          logeneticamente vicini (come le scimmie) notia-
gravi turbe della personalità e del comportamen-         mo appunto come la corteccia prefrontale si sia
to a seguito di un trauma del cervello risalgono         sviluppata molto di più nel cervello umano. Dun-
a tempi lontani, basti pensare al famoso caso di         que, se vogliamo studiare le basi cerebrali di certe
Phineas Gage descritto dal medico John Martin            funzioni, come il pensiero astratto, il giudizio mo-
Harlow nel 1848 (Harlow, 1848). Gage, che ricopri-       rale, la rappresentazione concettuale del mondo
va il ruolo di capo cantiere nella costruzione della     esterno e così via, si comprende come il migliore,
linea ferroviaria nella Contea di Windsor nello          se non unico, modello animale da prendere in
Stato del Vermont, una mattina rimase vittima di         esame sia l’essere umano.
un incidente sul lavoro nel quale, a seguito dell’in-    In greco antico il verbo sapere oἶδα (pron. oida)
nesco accidentale di una carica di esplosivo, venne      era il perfetto di un verbo indicante il vedere (cf.
colpito da una spranga di ferro che penetrò nella        ὁράω, pron. orao) e stava a significare “ho visto e
guancia sinistra, trapassò il cranio fuoriuscendo        quindi so”. Come a dire che la conoscenza non po-
dalla sommità frontale e cadde infine ad alcune          teva prescindere dall’esperienza visiva. Tutt’oggi
decine di metri di distanza. Il caso è rimasto nella     la rilevanza della vista è indicata dall’uso frequen-
storia delle neuroscienze, della neurologia e della      te che facciamo di termini che si basano su verbi
psichiatria non tanto perché Gage riuscì miraco-         visivi: “Can you see my point?”, “I see what you mean”,
losamente a salvarsi, ma perché il suo carattere,        “Vedere la vita in rosa”, “Stravedere per qualcuno”,
la sua personalità cambiarono radicalmente, tan-         “Arrivederci”, e così via.
to che i conoscenti conclusero che “Phineas was no       Da un punto di vista neurofisiologico la rilevan-
longer himself”.                                         za della vista è in accordo con il riscontro che la
                                                                IMGJOURNAL issue 01 october 2019 MANIFESTO

corteccia cerebrale dedicata alle funzioni visive         distinguere un oggetto da un volto e diverse ca-
rappresenta quasi un terzo dell’intera superficie         tegorie di oggetti tra di loro, è un argomento che
della corteccia cerebrale.                                affascina da sempre il mondo delle neuroscienze,
Queste prime considerazioni fanno sorgere spon-           della psicologia e delle scienze cognitive.
tanea una serie di domande, non solo da un punto          Per comprendere i correlati neurali che rendono
di vista neuroscientifico. In che modo le persone         possibile il riconoscimento di diverse categorie
con cecità congenita possono rappresentarsi un            di oggetti, in uno studio pubblicato nel 2001 (Ha-
mondo che non hanno mai visto? In che modo                xby et al., 2001) abbiamo utilizzato la risonanza
queste persone usano strutture cerebrali deputa-          magnetica a tre Tesla per esaminare l’attività ce-
te alla visione in assenza della vista? E ancora, in      rebrale in risposta al riconoscimento visivo di og-
che misura è davvero necessaria la vista affinché         getti di categorie diverse (facce, animali, utensili
il cervello possa sviluppare la sua meravigliosa          costruiti dall’uomo, sedie, luoghi e oggetti di uso
architettura morfologica e funzionale? Infine,            comune). I risultati dimostrano che la risposta
cosa possiamo imparare, studiando il cervello di          cerebrale alle diverse categorie di oggetti è di-
individui ciechi, circa il modo in cui il cervello si     stribuita nell’intera corteccia ventro-temporale
sviluppa e funziona in condizioni fisiologiche?           in maniera in gran parte sovrapposta per tutte le
Grazie alle moderne metodologie di esplorazione           categorie esaminate. Il pattern di risposta cere-
in vivo del funzionamento del cervello possiamo           brale, tuttavia, appare essere altamente specifico
cercare la risposta a queste domande. In partico-         per ciascuna delle categorie esaminate, tanto da
lare, attraverso la risonanza magnetica funzio-           poter consentire di predire con grande accuratez-
nale (fMRI), una tecnica di imagining biomedico           za cosa il soggetto stia guardando. Esiste, in altre
non invasivo, possiamo osservare il cervello in           parole, una fortissima correlazione nella risposta
attività e ottenere una mappa delle aree cerebrali        all’interno della stessa categoria: la risposta che
funzionalmente eloquenti.                                 il cervello fornisce quando guardiamo un volto è
Con esperimenti di risonanza magnetica funzio-            significativamente correlata all’interno della ca-
nale si è arrivati a delineare la topografia funzio-      tegoria facce, ma non è correlata con la risposta
nale delle vie visive nell’essere umano. Una volta        ottenuta con l’attività cerebrale in riferimento ad
che lo stimolo arriva alla corteccia visiva primaria,     altre categorie. Possiamo dunque parlare dell’esi-
viene scisso in due parti: una parte va verso la via      stenza di una specificità categoriale.
ventrale, o via del che cosa (what pathway), dove         Questo studio del 2001 ha portato all’elaborazio-
riconosciamo il mondo esterno, l’altra va verso           ne di un nuovo modello, chiamato Object Form To-
la via dorsale o via del dove (where pathway) che         pography: la corteccia cerebrale ventro-temporale
è quella invece che ci permette di collocare gli          risponde non in maniera tutto-nulla a determina-
oggetti nello spazio (Haxby et al., 1994). Di con-        te categorie di oggetti, ma è in grado di produr-
seguenza, se ci vogliamo muovere nel mondo che            re un’infinita serie di pattern specifici di risposta
ci circonda, queste due aree del cervello devono          neuronale. Tanto specifici da essere predittivi di
necessariamente dialogare intensamente tra loro           ciò che l’individuo sta guardando, come si è det-
in modo da essere in grado di riconoscere gli og-         to sopra. Questo è stato il primo studio di Brain
getti che ci circondano e collocarli nello spazio.        Reading, inteso come la possibilità di decodifica-
In alcune malattie, come ad esempio il morbo di           re un segnale nervoso in maniera così specifica
Alzheimer, ancor prima che si abbiano alterazioni         da ricondurlo ad una specifica attività mentale.
focali, cioè di parti della corteccia, ciò che si perde   A questo punto sorge spontanea una domanda in
è proprio la capacità di dialogo tra le diverse aree      termini di rappresentazione concettuale: questa
della corteccia cerebrale. Vi è quella che tecnica-       organizzazione funzionale della corteccia è solo
mente si definisce un’alterazione di connettività         visiva o rappresenta una più astratta rappresen-
funzionale (Grady et al., 2001; Pietrini et al., 1993;    tazione del mondo esterno? Per verificare questa
Pietrini et al, 2009a).                                   ipotesi, abbiamo condotto una serie di studi di ri-
Il fatto che una piccola parte della corteccia cere-      sonanza magnetica funzionale, nel corso dei qua-
brale, la cosiddetta corteccia ventro-temporale,          li a soggetti bendati veniva chiesto di riconoscere
cioè la parte ventrale del lobo temporale, ci per-        oggetti di categorie diverse, questa volta però per
metta di riconoscere tutto ciò che ci circonda, di        via tattile e non visiva. L’individuo doveva perce-
                                    www.img-network.it

pire gli oggetti con le proprie mani, toccando ad       relativi a ciò che ci circonda? Per trovare una ri-
esempio dei calchi di facce umane o altri tipi di       sposta a questo quesito abbiamo condotto uno
oggetti, quali scarpe e bottiglie. Ciò che è emerso     studio in collaborazione con i neurolinguisti
da questo tipo di esperimenti di esplorazione tat-      dell’Università di Pisa in cui veniva chiesto a in-
tile è che si ha una forte attivazione non solo della   dividui vedenti e ad individui ciechi dalla nascita
corteccia somato-sensoriale, ma anche della cor-        di descrivere le caratteristiche di oggetti diversi.
teccia visiva ventro-temporale, così come accade        Sono stati utilizzati oggetti che appartenevano
nel caso di riconoscimento visivo. Se sovrapponia-      a diverse categorie: mammiferi, uccelli, frutta e
mo e confrontiamo le parti che si attivano duran-       vegetali, strumenti, veicoli, luoghi naturali e luo-
te il riconoscimento visivo e quelle che rispondo-      ghi artificiali. Attraverso una descrizione verbale
no durante il riconoscimento tattile, ci rendiamo       si possono ricostruire delle mappe, che vengono
conto che vi sono aree della corteccia visiva ven-      chiamate behavioural representational similarity
tro-temporale che sono attivate in entrambi i casi.     maps, cioè delle mappe di rappresentazione con-
Diversi studi dimostrano come non ci sia grande         cettuale che raggruppano gli oggetti tra di loro
differenza per il cervello tra il vedere una cosa re-   utilizzando un property-generation task.
almente o immaginare di vederla (Pearson et al.,        L’esperimento prevedeva che i soggetti vedenti
2015). Ne consegue che, se tocchiamo un oggetto e       leggessero il nome dell’oggetto di riferimento
lo esploriamo tattilmente, immediatamente evo-          (Verbal Visual Form) o vedessero proiettata l’im-
chiamo l’immagine visiva dell’oggetto che stiamo        magine (Pictorial Visual Form), oppure ancora
toccando, un processo che si chiama imagery visiva      ascoltassero il nome dell’oggetto di riferimento
(Cattaneo et al., 2008). Come possiamo dunque           (Verbal Auditory Form). In un lasso di tempo di set-
escludere che questa attivazione nella corteccia        te secondi, i soggetti vedenti dovevano descrivere
ventro-temporale durante esplorazione tattile           a voce ciò che vedevano o ascoltavano (es. ananas:
non sia frutto semplicemente di imagery visiva?         è un frutto, è dolce,… gatto: è un mammifero, mia-
Per rispondere a questa domanda abbiamo chie-           gola, ha la coda… bar: è un luogo dove si sta insie-
sto a persone con cecità congenita, che non han-        me, servono caffè, e così via). Nei soggetti ciechi
no mai visto il mondo che le circonda e che quindi      dalla nascita veniva utilizzata ovviamente solo la
non hanno una rappresentazione concettuale che          modalità acustica con l’ascolto del nome dell’og-
deriva da un’esperienza visiva, di riconoscere gli      getto di riferimento.
oggetti attraverso l’esplorazione tattile. Come         Attraverso questi esperimenti è emerso il legame
si può vedere nella Figura 2, la corteccia visiva di    tra la rappresentazione spaziale delle diverse ca-
questi soggetti viene attivata nello stesso modo        tegorie di oggetti, ottenuta con la verbalizzazio-
–e con la stessa specificità categoriale– che si ha     ne delle categorie, e quella che è la possibilità di
nel vedente quando vede o tocca lo stesso oggetto.      ricostruire le mappe concettuali di questi oggetti
Poiché il cieco congenito non ha alcuna esperien-       basate sui pattern di attivazione cerebrale.
za visiva e pertanto non ha alcuna imagery di origi-    Se noi passiamo dall’analisi della sola corteccia
ne visiva, possiamo ragionevolmente ritenere che        visiva primaria a quella di tutto il cervello, pos-
l’attivazione corticale ventro-temporale durante        siamo vedere come aumenta la correlazione e
il riconoscimento tattile di diverse categorie di       migliora moltissimo la segregazione tra i diversi
oggetti non possa essere attribuita meramente a         oggetti fino ad arrivare ad avere una classificazio-
fenomeni di imagery visiva (Pietrini et al., 2004).     ne molto precisa di tutte le categorie di oggetti
Dunque l’organizzazione morfo-funzionale della          separate tra di loro, nel momento in cui vengono
corteccia ventro-temporale prescinde dall’espe-         utilizzate nell’analisi tutte le aree che collabora-
rienza visiva, proprietà che abbiamo definito           no e cooperano a questa classificazione. Questo
sopramodalità. Sopramodalità è la capacità di           dimostra che la rappresentazione concettuale
processare informazioni percettive indipenden-          di un oggetto di una determinata categoria nel
temente da una specifica modalità sensoriale            cervello umano è sostenuta da una rappresen-
(Pietrini et al., 2009b; Ricciardi et al., 2014).       tazione corticale distribuita che è modalità indi-
Passiamo quindi dalla percezione a quella che pos-      pendente e che non differisce significativamente
siamochiamareunarappresentazioneconcettuale.            tra coloro che hanno avuto un’esperienza visiva
Come vengono codificati nel cervello concetti           e coloro che non l’hanno avuta, quindi prescinde
                                                               IMGJOURNAL issue 01 october 2019 MANIFESTO

dall’esperienza visiva e dalla modalità sensoriale         al., 2000). I risultati dello studio hanno mostrato
utilizzata per acquisire l’informazione (Handjaras         come, nel momento in cui l’individuo immagina
et al, 2016, 2017).                                        di diventare aggressivo, la sua corteccia prefron-
La sussistenza di una natura più astratta dell’or-         tale venga funzionalmente inibita, in una sorta
ganizzazione corticale funzionale dimostra come            di shutdown funzionale, venga cioè deattivata ri-
il cervello sia programmato per potersi sviluppare         spetto a condizioni emotivamente neutre. Questa
in maniera indipendente dell’esperienza visiva.            deattivazione, inoltre, era molto più significativa
Quello che non sappiamo ancora è quanto esso               nelle femmine che nei maschi, verosimilmente
sia geneticamente programmato e quanto dipen-              perché immaginare violenza fisica è un atto an-
da invece da stimoli provenienti dall’ambiente,            cora più innaturale per una femmina di quanto
per quanto sia altamente probabile che il cervello         lo sia per un maschio, in accordo con il riscontro
abbia comunque bisogno di una qualche espe-                che i punteggi della scala che misura l’attitudine
rienza sensoriale.                                         alla violenza è significativamente maggiore nei
Questa organizzazione può consentire ad indivi-            maschi rispetto alle femmine. Questi dati fun-
dui che sono ciechi dalla nascita di acquisire cono-       zionali in vivo, in accordo con le evidenze della
scenza, di crearsi rappresentazioni mentali, di ap-        letteratura clinica, dimostrano l’importanza della
prendere dagli altri e di interagire effettivamente        corteccia prefrontale nella modulazione del com-
con un mondo esterno che pure non hanno mai                portamento aggressivo e, più in generale, del com-
visto (Ricciardi e Pietrini, 2011). Il cervello è quindi   portamento sociale e del controllo degli impulsi.
capace di sviluppare la sua architettura anatomica         La definizione di una neuroanatomia funziona-
e funzionale indipendentemente dall’esperien-              le che sottende il controllo del comportamento
za visiva, il che può rappresentare un indubbio            apre la prospettiva allo studio delle basi cerebrali
vantaggio anche da un punto di vista evolutivo.            del comportamento criminale. Quanto davvero il
Dopo aver affrontato il tema della percezione,             criminale è tale per libera scelta o è così perché
passando per la rappresentazione concettuale,              non può essere diverso, la questione che è ben
possiamo ora parlare di Immaginazione.                     riassunta nel gioco di parole “Bad or Mad” della
Utilizzando le recenti metodologie di esplorazio-          letteratura anglosassone? Oltre cento anni fa lo
ne morfologica e funzionale del sistema nervoso            psichiatra inglese Henry Maudsley (1835-1918)
centrale, possiamo chiedere che cosa succede nel           parlando degli psicopatici criminali scriveva: “Così
nostro cervello quando prendiamo una decisione,            come ci sono persone che non possono distingue-
quando interagiamo con gli altri, quando rispon-           re certi colori avendo quella che è chiamata la
diamo al mondo esterno. O quando diventiamo                cecità per i colori ed altre che, non avendo alcun
aggressivi, ad esempio. Da un punto di vista neu-          orecchio per la musica, non possono distinguere
robiologico e evolutivo, l’aggressività è la messa         un tono musicale dall’altro, così ve ne sono alcu-
in atto di una risposta comportamentale volta ad           ne che sono congenitamente prive di qualsivoglia
avvantaggiare l’individuo.                                 senso morale”.
Alcuni anni fa abbiamo esaminato che cosa suc-             Questa è un’affermazione fatta ben prima dell’av-
cede nel cervello di giovani sani, che non hanno           vento di qualsiasi metodologia di indagine scien-
disturbi del comportamento o storia di violenza,           tifica del sistema nervoso centrale. Se oggi, con le
quando viene chiesto loro di immaginare di tro-            moderne tecniche che abbiamo a disposizione,
varsi in una situazione dove devono esprimere              mettiamo a confronto soggetti sani, senza psico-
aggressività. Individui sani, sottoposti ad esame          patia con soggetti criminali psicopatici ci rendia-
di Tomografia ad emissione di Positroni (PET) con          mo conto di una cosa interessante, ovvero della
acqua marcata per misurare variazioni di flusso            presenza di una differenza anatomica cerebrale
ematico cerebrale1, dovevano immaginare di tro-            selettiva tra i due gruppi di soggetti. Vi è infatti
varsi un ambiente confinato (un ascensore) con la          una riduzione dei neuroni che non riguarda tut-
propria madre, insieme a due estranei. Ad un cer-          to il cervello, ma è concentrata nella corteccia
to punto, uno dei due estranei assaliva la madre           prefrontale, deputata appunto al controllo del
del soggetto, in scenari diversi. I soggetti doveva-       comportamento aggressivo e in alcune aree del
no reagire, pensando di attaccare questa persona,          sistema limbico, importante per la regolazione
picchiarla fino addirittura ad ucciderla (Pietrini et      emotivo-affettiva (Ermer et al., 2012). Questa
                                     www.img-network.it

differenza rimane statisticamente significativa
anche quando siano stati presi in considerazione
tutti i possibili fattori di confondimento, quali il
livello di istruzione, la storia psichiatrica, i traumi
cranici, l’abuso di alcool e droghe e così via.
I criminali psicopatici, dunque, hanno una cortec-
cia prefrontale significativamente meno spessa,
meno popolata da cellule nervose (oltre il 20% di
neuroni in meno) rispetto ai soggetti di controllo
e con un’alterata connessione funzionale (Ermer
et al., 2012; Anderson & Kiehl, 2012; Ly et al.,
2012). Questa osservazione non ci dice se questi
individui sono così perché sono criminali o sono
criminali perché sono così, ci troviamo in altre
parole di fronte al famoso dilemma uovo-gallina.
Per capire cosa è causa e cosa è effetto sono neces-
sari studi longitudinali su ampi gruppi di soggetti
seguiti fin dalle fasi della prima adolescenza, me-
glio ancora se in unione a studi dei fattori genetici
che modulano la vulnerabilità all’ambiente in età
infantile e il rischio di sviluppo di comportamento
antisociale da adulti (Byrd & Manuck, 2014; Caspi
et al., 2002; Iofrida et al., 2014; Pietrini & Rota,
2013; Rota et al., 2014).
Come abbiamo visto, il lungo cammino nella
Imagining Brain Anatomy cominciato moltissimi
anni fa con gli studi anatomici in cui l’Italia è stata
all’avanguardia è poi proseguito con la possibilità
di studiare la neuroanatomia in vivo ad alta riso-
luzione ed è arrivato fino a sovrapporre struttura
e funzione. È oggi possibile esaminare il cervello
in azione mentre percepiamo una figura, la rap-
presentiamo concettualmente, pianifichiamo
una strategia, decidiamo tra il bene e il male. Un
viaggio affascinante all’interno del cervello alla
ricerca della mente, nella speranza che tutti nu-
triamo, di riuscire a prendere in mano il bandolo
della matassa quale ancora rimane la complessi-
tà dei nostri fenomeni cerebrali (Pietrini, 2003).

Note
1 Il flusso ematico cerebrale è un indicatore di at-
tività cerebrale: esso aumenta laddove aumenta
l’attività cerebrale e diminuisce laddove diminu-
isce l’attività cerebrale.

                                                          IMGJOURNAL issue 01 october 2019 MANIFESTO