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La plasticità è estesa ad intere aree corticali e si fonda sul fatto che la “mappatura” di alcune aree non è stabile ma in continua modificazione. Già dalla metà dell’800 si evidenziò che le cortecce cerebrali motorie e sensoriali sono divise in aree somatotopiche, ognuna delle quali corrisponde ad una precisa parte del corpo. I primi studi sull’organizzazione della corteccia cerebrale umana risalgono a Jackson (1870), il quale ipotizzò che le funzioni motorie potessero essere localizzate in particolari regioni della corteccia cerebrale, ma solo in seguito si arrivò, attraverso studi su altri vertebrati, a definire il giro pre-centrale, ossia l’area posta anteriormente al solco centrale o di Rolando, detta corteccia motoria primaria.

Successivamente, Penfield (1940) ricostruì la mappa della corteccia motoria primaria, “l’homunculus motorio”, e la mappa della corteccia somatosensoriale primaria, “l’homunculus somatosensoriale”. Come è noto, le diverse parti del corpo sono rappresentate con estensioni che non ne rispettano le proporzioni: nell’homunculus motorio, la grandezza delle singole parti è in relazione alla quantità e precisione di movimento che esse compiono, mentre nell’homunculus somatosensoriale, l'estensione dipende dalla capacità di discriminazione dello stimolo.

Le prime ricerche sulla plasticità delle mappe corticali sono state eseguite da Merzenich (1984) su primati ai quali veniva sezionato il nervo mediano della mano, eliminando così l’input sensoriale della zona ventrale delle dita. In poche ore la corteccia restata senza informazioni sensoriali  mostrava aree che si attivavano per input provenienti dalla parte dorsale delle dita e dopo poche settimane solo una minima parte della corteccia restava silente, dimostrando così  non solo che  la corteccia circostante alla zona deafferentata si era impadronita di quell’area, ma che si era anche riorganizzata (Moro, 2010 , p. 49).

Un altro importante esperimento condotto sulle scimmie, che ha dimostrato la plasticità corticale negli adulti è stato  condotto da Pons, et al., (1991) attraverso la disconnessione dai relativi centri nervosi di ampie zone della periferia somatosensoriale, precisamente dalla seconda vertebra cervicale (C2) alla quarta toracica (T4), coinvolgendo quindi la zona dell’arto superiore e della mano. Dopo  dodici anni è emerso che  l’area della corteccia deafferentata  non solo non era silente, ma rispondeva alle stimolazioni di zone cutanee lontane nel corpo, ma localizzate vicine topograficamente  (Aglioti e Corvino, 1998).

Sono stati compiuti studi sulla corteccia primaria visiva ed uditiva ed è stato dimostrato che, anche in questo caso, la zona corticale deprivata si riorganizza e risponde a stimoli provenienti dalle zone corticali adiacenti. Si suppone che esistano due meccanismi per la riorganizzazione delle mappe corticali: lo smascheramento di sinapsi latenti, pre-esistenti ma spente; lo sprouting, cioè la crescita di assoni e dendriti in un neurone non completamente danneggiato con la formazione di nuove connessioni sinaptiche (Moro, 2005, p.32).

Attraverso tecniche non invasive di visualizzazione cerebrale, è stato possibile indagare come la ripetizione dello stesso movimento o l’apprendimento di un’abilità possa produrre delle modificazioni nell’organizzazione corticale anche nell'uomo. Uno dei primi studi effettuati per monitorare quali modificazioni corticali fossero avvenute in presenza di stimolazione continua, fu svolto da Elbert e coll. (1995)  su un gruppo di musicisti di strumenti a corda per verificare se il ripetersi degli stimoli afferenti, provenienti dalle dita che suonavano, provocasse cambiamenti di plasticità corticale.

I violinisti usavano il secondo, il terzo, il quarto ed il quinto dito della mano sinistra in modo uguale per pizzicare le corde, mentre il pollice era appoggiato dietro e scivolava sul retro del ponticello.  La mano destra partecipava al movimento globale, tenendo l’archetto, ma non utilizzava tutte le dita allo stesso modo. Attraverso un’indagine effettuata con Risonanza Magnetica Funzionale (fMRI) e Tomografia ad Emissione di Positroni (PET)  si è osservato che l’area corticale di attivazione delle dita della mano sinistra, escluso il pollice,  è più ampia nei musicisti rispetto al gruppo di controllo  e che il suo sviluppo è anche in relazione con l’età d’inizio della pratica musicale: tanto prima i soggetti hanno iniziato a suonare, tanto più evidente è l’estensione corticale delle mappe.

Lo stesso gruppo di ricerca (Elbert e coll. 1995) ha studiato un gruppo di musicisti con orecchio assoluto (in grado, cioè di riconoscere le note prodotte da uno strumento, individuandone la tonalità), un gruppo di musicisti che non avevano orecchio assoluto ed un gruppo di controllo formato da soggetti non musicisti. Ne è risultato  che la stessa espansione corticale che avveniva nella corteccia visiva si sviluppa anche a livello della corteccia uditiva primaria, ossia, chi è  abituato ed ha attitudine ad ascoltare tonalità musicali, presenta uno sviluppo rappresentazionale specifico per i toni musicali nella corteccia uditiva.

Un'altra interessante ricerca condotta da Sadato et al. (1996), ha indagato i meccanismi di plasticità corticale in individui ciechi mentre leggevano in braille, per discriminare le eventuali differenze nell’attivazione della corteccia visiva primaria e per determinare se questa ricevesse input dal sistema somatosensoriale durante un compito di discriminazione tattile. Il confronto è stato effettuato tra soggetti normovedenti e soggetti rimasti ciechi in gioventù. Si è riscontrato che nei soggetti normovedenti si attivano le sole aree somatosensoriali, mentre nel gruppo di non vedenti si attivano le aree somatosensoriali ed anche la corteccia visiva primaria e secondaria. Secondo gli autori, questo è un meccanismo di plasticità cross-modale, ossia, una parte della regione corticale deputata originariamente ad altra modalità sensoriale è in grado di ricevere informazioni da un’altra e farle proprie.

Un altro esempio di espansione delle mappe corticali è stato fornito da Sterr et al. (1998), che ha verificato la possibilità che l’uso prolungato e ripetuto di alcune dita possa portare ad una progressiva fusione nella rappresentazione corticale delle dita usate. A questo scopo, sono stati testati individui ciechi che leggevano il braille utilizzando tre dita, altri che ne utilizzavano uno solo, e soggetti normovedenti che non conoscevano il braille. Il risultato è stato che chi usava tre dita mostrava una disorganizzazione della rappresentazione dei segmenti corrispondenti alla mappa dell’homuncolus nella corteccia somatosensoriale primaria e risultava non essere in grado di  localizzare le stimolazioni tattili sulle singole dita, mentre quelli che utilizzavano un solo dito non mostravano differenze rispetto ai normovedenti.

In questo ambito, i racconti dei pazienti amputati sono particolarmente sorprendenti. Essi sostengono di percepire esattamente uno stimolo anche nella parte corporea amputata. Inoltre, se toccati sulla guancia, sostengono di sentire stimolato un preciso dito della mano, e, spostando leggermente il tocco sulla guancia ne risulta modificata anche la posizione riferita o il dito percepito. È questa la sensazione dell’arto fantasma, per la quale il paziente riferisce sensazioni, spesso dolorose, alla parte corporea perduta. Ramachandran (2000) eseguì uno studio su tre soggetti, dei quali due con amputazione al braccio ed uno al dito, per capire se ci potesse essere una riorganizzazione delle mappe nella corteccia somatosensoriale primaria. I soggetti con amputazione al braccio percepivano le stimolazioni effettuate sul viso direttamente sulla mano mancante, tanto che si poteva tranquillamente disegnare la stessa sul viso, unendo i punti indicati dal paziente. Questo perché l’area somatotopica della mano è rappresentata in corteccia vicina al viso, da un lato, e alle parti più prossimali dall’arto superiore, dall’altro. Dal fatto che tale riorganizzazione avvenisse già a poche settimane dall’amputazione, si è dedotto che questo processo potesse verificarsi grazie allo smascheramento di sinapsi silenti, ovvero di sinapsi precedentemente non attive, piuttosto che a processi sprouting, perchè la generazione di nuovi dendriti richiede un tempo maggiore.

Aglioti, et al. (1994) hanno effettuato  ulteriori studi per verificare se, anche in seguito ad amputazione di altre parti del corpo, si verificasse il fenomeno di plasticità descritto sopra. Essi dimostrarono che, in conseguenza di amputazione di un arto inferiore, i pazienti riferivano sensazioni fantasma durante i rapporti sessuali e durante la defecazione. Questo perché le zone genitali, il retto e l’ano sono rappresentate nella corteccia medialmente rispetto all’arto inferiore. In questi studi è stata presa in considerazione anche la corteccia parietale posteriore, che è risultata attiva alla comparsa della percezione dell’arto fantasma e svolgendo un ruolo cruciale nella rappresentazione corporea e nei disturbi dello schema corporeo, come l’anosognosia per emiplegia, l’arto soprannumerario e la perdita del senso di appartenenza dell’arto.