Come abbiamo imparato ad anticipare: il ruolo cruciale del cervelletto nel predire il mondo

Nel 2018, la rivista Springer Nature ha pubblicato un caso clinico molto curioso : una donna di 43 anni è stata colpita da un ictus a causa di un anormale groviglio di vasi sanguigni nel cervello. Per salvarla, i medici hanno eseguito un'embolizzazione, una procedura che blocca i vasi sanguigni difettosi per impedire ulteriori emorragie.

Ma dopo l'intervento qualcosa cambiò. La donna cominciò ad avvertire strani sintomi: perse la coordinazione, aveva difficoltà a concentrarsi e a trovare le parole, si comportava in modo inappropriato (come ridere ai funerali o alle riunioni di lavoro) e divenne impulsiva, aggressiva e irritabile. Iniziò addirittura ad avere allucinazioni, come vedere fenicotteri che correvano intorno alla sua casa.

Suo marito sosteneva che tutto questo era una novità. Prima dell'embolizzazione, era un avvocato di successo, senza precedenti psichiatrici. Sappiamo, grazie a casi celebri come quello di Phineas Gage (l'operaio sopravvissuto a una sbarra di ferro conficcata nel lobo frontale), che la personalità dipende dal cervello. Ma ecco un dettaglio interessante: il danno non era nella corteccia cerebrale, bensì nel cervelletto.

Si scopre che questo "cavolfiore", nascosto sotto i lobi occipitali, è stato storicamente sottovalutato perché si riteneva che controllasse solo la coordinazione dei movimenti. Tuttavia, vi sono sempre più prove che suggeriscono un ruolo molto più ampio. Negli ultimi anni abbiamo addirittura visto titoli che presentavano il cervelletto come il nuovo trofeo che ci rende umani , distogliendo così l'attenzione dal lobo frontale.

Ma per capire perché il cervelletto è così importante, dobbiamo tornare alle sue origini. Nacque da strutture più primitive chiamate, in modo piuttosto ingegnoso, "strutture simili al cervelletto". Queste strutture sono ancora presenti in alcuni pesci primitivi, come gli squali, le razze e i pesci elettrici.

La loro funzione è fondamentale: aiutano a distinguere gli stimoli sensoriali esterni da quelli interni. Ad esempio, gli squali cacciano rilevando i campi elettrici delle loro prede, ma c'è un problema: anche loro producono campi elettrici che possono interferire con quei segnali.

Secondo uno studio pubblicato su Behavioral Neuroscience nel 2019, le strutture simili al cervelletto risolvono questo dilemma con un meccanismo geniale: un filtro adattivo. Questo sistema utilizza una copia dei comandi motori interni per prevedere e annullare le informazioni sensoriali autogenerate. Vale a dire che filtrano il rumore interno e lasciano solo le informazioni esterne rilevanti.

Il cervelletto si è evoluto dalla duplicazione di queste strutture, consentendo alla sua capacità predittiva di estendersi a nuove funzioni, come un migliore coordinamento dei movimenti. Infatti, il suo sviluppo è strettamente legato alla comparsa delle mascelle e delle pinne pari nei vertebrati, il che suggerisce che la sua evoluzione sia stata guidata dalla necessità di un maggiore controllo motorio e sensoriale.

Man mano che i vertebrati svilupparono sistemi nervosi più complessi e capacità cognitive più avanzate, anche le loro nuove funzioni furono coadiuvate dal cervelletto. Secondo una revisione pubblicata su Cerebellum nel 2015, il suo ruolo è quello di rilevare schemi ripetitivi, creando "modelli interni" che gli consentono di predire il futuro e anticipare cosa accadrà dopo.

Ad esempio, quando ascoltiamo una canzone che ci è familiare, riusciamo senza sforzo ad anticipare le note o il testo successivi. Ciò accade perché il cervelletto ha identificato la sequenza e costruito un modello del suo suono. Se la melodia cambia inaspettatamente, modifica la sua previsione senza che noi ce ne accorgiamo.

La sua importanza si riflette anche nella sua anatomia. Sebbene il cervelletto umano rappresenti solo il 10% del volume del cervello, ospita l'80% dei suoi neuroni. Nel corso dell'evoluzione dei mammiferi, la sua crescita è avvenuta in proporzione al resto del cervello, ma nelle scimmie, e soprattutto negli esseri umani, la sua espansione è stata enorme. Nella nostra specie è più grande del 31% rispetto al previsto.

È interessante notare che la maggior parte delle sue proiezioni sono collegate ad aree della corteccia cerebrale coinvolte in compiti cognitivi. Un articolo pubblicato sulla rivista Frontiers in Cellular Neuroscience nel 2018 suggerisce che il cervelletto sia stato fondamentale per l'evoluzione delle qualità che hanno dato origine agli esseri umani, come l'uso di strumenti, il linguaggio e la cultura.

Milioni di anni fa, i primi esseri umani iniziarono a realizzare strumenti di pietra, come asce e coltelli. Questo compito richiedeva una buona coordinazione motoria e la capacità di prevedere come si sarebbe rotta la pietra quando sarebbe stata colpita. Grazie alla sua capacità di rilevare sequenze e prevederne gli esiti, il cervelletto ha permesso nel tempo di perfezionare questa tecnica.

Inoltre, ricerche più recenti hanno evidenziato il suo ruolo nell'intelligenza sociale, soprattutto nelle fasi più avanzate della teoria della mente. Immagina che qualcuno nasconda un giocattolo in un cassetto e poi esca dalla stanza. Mentre lui è via, puoi spostare il giocattolo in un altro posto. Quando quella persona tornerà, dove cercherà il giocattolo? Se rispondi "nel cassetto", capisci che la persona ha una "falsa convinzione". Questo tipo di ragionamento, fondamentale per l'interazione sociale, dipende da una regione specifica del cervelletto, denominata Crus I e II.

Tuttavia, non siamo gli unici ad avere un cervelletto straordinario. Nei delfini, questa struttura è inoltre eccezionalmente grande rispetto alle dimensioni totali del loro cervello, a causa della loro necessità di elaborare informazioni sensoriali complesse, in particolare quelle uditive. In particolare, risalta una regione chiamata parafloccolo, che nei delfini è enorme. La loro funzione è quella di integrare le informazioni sonore e trasformarle in risposte motorie precise, un meccanismo chiave per l'ecolocalizzazione, che consente loro di "vedere" attraverso i suoni.

Un altro mammifero che si distingue per il suo grande cervelletto è l'elefante . Questi animali hanno il cervelletto più grande in rapporto alle dimensioni del cervello tra tutti i mammiferi finora studiati. Rappresenta circa il 18,6% della loro massa cerebrale, quasi il doppio di quella degli esseri umani, il che suggerisce che svolge un ruolo cruciale nelle loro vite.

Sappiamo che il cervelletto è essenziale per il controllo motorio fine e negli elefanti questo è particolarmente importante a causa della complessità della loro proboscide. Questo organo versatile e ultra sensibile consente loro di nutrirsi, bere, comunicare e manipolare oggetti con sorprendente precisione. Anche gli elefanti utilizzano gli infrasuoni per comunicare a lunghe distanze e anche il loro cervelletto potrebbe svolgere un ruolo chiave in questo.

Se il cervelletto ci ha reso umani, ha anche trasformato gli elefanti in elefanti e i delfini in delfini. E se oggi possiamo conversare, scolpire e viaggiare nello spazio, è perché milioni di anni fa i primi vertebrati impararono a predire il futuro.