Il segreto dell'acciaio

[IronPaolo]

Le neuroscienze hanno avuto un impulso notevole a partire dagli anni ’80 quando è stato possibile osservare meglio il comportamento del cervello. Nel mondo scientifico circa 30 anni di ricerca è un tempo relativamente breve.

Per esperienza, il “ricercatore” non è, statisticamente, una persona reattiva. Ok, lo scienziato pazzo ha sempre delle grandiose idee innovative e rivoluzionarie. Il problema è che lo sono solo le sue mentre quelle di un altro scienziato pazzo sono sempre idiozie. E’ l’animo umano…

Questo fa si che siano necessari anni prima che i cambiamenti siano assimilati in ambito scientifico, da cui deriva che un trentennio non sia poi un tempo lunghissimo.

Quando mi sono laureato andavano di moda le reti neurali, proprio perché l’elettronica del tempo iniziava a presentare circuiti integrati flessibili e programmabili e i PC iniziavano ad avere potenze di calcolo accessibili a costi ragionevoli per una università. Ho simulato la mia bella rete neurale su una workstation Sun di potenza immensa rispetto al mio 486DX2 a 66Mhz.

Il problema è che gli ingegneri si perdevano nei dettagli matematici e tecnici del singolo neurone e delle singole connessioni non vedendo il quadro generale. La nebbia permette di vedere i particolari piccoli ma vicini e offusca strutture gigantesche ma lontane. Sarebbe bastato poco per ottenere il risultato di questo scritto: non voglio dire che sia intelligente, solo che a parità di idiozie avrei potuto scriverle 15 anni fa.

Ritrovo questa problematica in moltissimi testi di apprendimento motorio che ho letto: si “apprende” per ripetizione, esistono delle “curve di apprendimento”, esistono dei modelli che funzionano. Sono modelli plausibili, efficaci, intuitivi e ragionevoli. Però… perché funzionano? Il problema, secondo me, è che come la Teoria della Supercompensazione, sono dei modelli semplificati della realtà, vista a livelli macroscopici.

Nascondere i dettagli è necessario e non voglio essere il solito ipercritico. Vi prego, però, di “studiare” un po’ quello che scriverò perché dalle cose che ho letto è possibile derivare, come faremo nei prossimi pezzi, un modello di allenamento coerente che spiega TUTTO. Stavolta non voglio essere presuntuoso e vi dirò che credo molto in quello che scriverò: vi prego di farmi avere tutte le vostre critiche.

Stroke!

Una piccola arteriola che nutre il cervello si ostruisce per un accumulo di grasso, per un embolo o per qualsiasi altro fottuto motivo che il Destino ha deciso in quel dato momento, un’area del cervello soffoca perché non riceve ossigeno, muore nel giro di qualche minuto. E’ l’ictus cerebrale, il colpo, the stroke, che arriva e devasta come nessun Mike Tyson riuscirebbe a fare. L’ictus dura pochi secondi, il suo effetto per sempre.



Dopo, cosa accade? Poiché tutti noi siamo venuti a contatto per via indiretta con questo terribile evento, è facile mettere insieme delle frasi sentite:

• “A seconda dell’area colpita potrà riprendersi o meno”
• “La lesione è molto estesa, non tornerà come prima”.
• “Non parlava/non muoveva un braccio, dopo la riabilitazione è tornato quasi come prima”.

In particolare, nell’ultima frase è contenuto ciò che ci serve: cosa accade durante la riabilitazione? Nei programmi stile Quark sentirete quest’altra frase: “altre aree del cervello prendono il posto di quella che non c’è più”.


L’avete sentita, dai! L’avete sentita ma, come me, non ci avete mai ragionato sopra. Bene: rewind veloce… ecco… ora bullet time please… cosa è il bullet time? Ma chi assumono in regia? Manda piano la scena come in Matrix quando Trinity prende a calci i poliziotti, ma che devo fare tutto io?

Nella foto precedente l’effetto di un ictus: l’area nera a destra che non è presente a sinistra è l’effetto del colpo, una necrosi dei tessuti (per correttezza, ho preso un’immagine a caso con Google, il naso dovrebbe essere sopra e la nuca sotto… altrimenti facciamo come gli archeologi che avevano messo la testa del dinosauro al posto del culo e poi avevano dedotto interessanti peculiarità della spina dorsale ah ah ah)

Ipotizzo che l’ictus abbia colpito la zona della mano sinistra, a sinistra l’ictus sull’homunculus di Penfield e a destra l’effetto della morte dell’area interessata: vengono a mancare i neuroni che controllano la mano che rimane inerte perché per quanto lo sfortunato soggetto possa sforzarsi, per quanto i muscoli siano intatti, per quanto i nervi che arrivano alla mano siano ingegri, mancano proprio gli organi che “ordinano” alle dita di muoversi.

A questo punto, che succede? Riorganizziamo le due ultime frasi: il soggetto fa della fisioterapia e un’altra area del cervello impara ad usare le dita e la mano può recuperare tutta o parte della sua funzionalità.
In altre parole, succede questo:

La mano dopo la riabilitazione torna a posto non perché l’area di partenza guarisce, ma perché altre zone imparano ad usare la mano!

Sull’homunculus ho uno spostamento delle zone che è registrabile e verificabile. Studi di questo tipo sono stati fatti e tutti confermano questo spostamento di aree: studi sugli amputati o sui ciechi evidenziano una riorganizzazione della corteccia cerebrale.

Imparare

La prima considerazione, copernicana per la sua portata, è che il cervello non è statico: l’homunculus non è fisso ma può variare! I neuroni persi non si recuperano, ma gli altri possono cambiare la loro configurazione per fare altre cose.

Del resto, la macchina adattativa più potente dell’Universo lotta contro la Morte mettendo in atto tutte le strategie possibili: se è capace ad imparare, costringerà le parti rimanenti ad imparare ciò che si è forzatamente perso! A seguito di un ictus il cervello attua immediatamente tutta una serie strategie per recuperare la funzionalità perduta, ma conosciamo benissimo i miracoli di una corretta riabilitazione.

La seconda considerazione deriva dalla fusione di questo concetto con la definizione di apprendimento: “l’apprendimento è definito come il cambiamento relativamente permanente come risultato della pratica” In questa definizione è assente il motivo per cui avviene un cambiamento con la pratica, perché manca il link fra il mondo della Psicologia e il mondo della Neurofisiologia.

Ora, non è che questo link lo farò io, ben altri ci stanno pensando. Solamente, per quasi un secolo è mancato e solo nell’ultimo trentennio la Scienza sta costruendo questo ponte.

La riabilitazione è un processo di apprendimento, perché re-insegna tramite la pratica funzionalità altrimenti perse. La riabilitazione causa una riorganizzazione delle aree cerebrali, pertanto la riabilitazione è un processo di apprendimento che porta ad una riorganizzazione delle aree cerebrali o, se volete, l’apprendimento è una riorganizzazione delle aree cerebrali!

In questo disegno due delle strategie di riorganizzazione che più mi hanno impressionato: l’axon sprouting e la crescita dendritica. Il primo nome è in inglese perché sprout significa germogliare e la traduzione in italiano non mi veniva bene.

In pratica, i neuroni possono far crescere il proprio assone e le proprie terminazioni: in questo modo è possibile raggiungere altri neuroni! Dall’altro lato, i neuroni possono far crescere i loro dendriti, le zone su cui possono agire le terminazioni nervose di altri neuroni!

Ok, gli assoni germogliano, i dendriti crescono e nuove terminazioni toccano nuovi dendriti. Perché tutto questo abbia un senso è necessario che sia possibile creare nuove giunzioni: questo fenomeno si chiama sinaptogenesi ed è ciò che regolarmente accade quando impariamo qualcosa.

Il risultato finale, per me sconcertante, è che il cervello cambia la sua configurazione a seguito degli stimoli esterni: è quanto di meno statico esista. La riorganizzazione a seguito di un ictus è l’espressione massima di questo fenomeno, ma semplicemente vengono esasperate strategie normalmente utilizzate per… imparare qualsiasi cosa.

Axon sprouting, crescita dendritica e sinaptogenesi sono esempi di plasticità strutturale del cervello: il network neurale cambia forma, si rimodella come la plastilina, il Pongo o il Didò. Esiste, ed è ugualmente fondamentale, anche una plasticità funzionale.

[IronPaolo]

Sappiamo che un neurone emette il suo +2… ehm, scusate… +1 sull’assone se la somma degli altri +1 in ingresso è superiore ad una certa soglia: questa soglia, chiamata potenziale di membrana, può variare: ciò significa che il neurone emetterà il suo +1 più frequentemente (in questo caso) o meno.

L’impulso in ingresso sulla sinapsi che stimola il rilascio di neurotrasmettitori causa la produzione di un impulso elettrochimico dentro il nucleo del neurone ricevente. Variazioni chimiche sulla sinapsi provocano variazioni dell’impulso ricevuto e pertanto una diversa elaborazione: questo adattamento è la variazione del potenziale eccitatorio post-sinaptico.

Un’altra strategia è la variazione del firing rate, cioè della frequenza con cui il +1 in uscita viene emesso a parità di impulsi in ingresso.

Infine, poi basta e non vi tedio più, più neuroni possono sincronizzare il loro +1 in uscita per creare un +1one collettivo.

La plasticità funzionale è caratteristica della memoria a breve termine, quella strutturale della memoria a lungo termine (non prendete questa frase come biblicamente immutabile): la prima infatti è una variazione della chimica dei neuroni, la seconda coinvolge la produzione di nuovi “pezzi” di neurone perciò una massiccia… sintesi proteica!

Un breve accenno su cui torneremo in dettaglio nel prossimo articolo: tutta questa roba di plasticità strutturale non è simile a sincronizzazione, reclutamento, coordinazione… “inizialmente i miglioramenti di forza sono dovuti ad un miglioramento della coordinazione motoria”… interessante, vero? Partiamo dai muscoli e tocchiamo un po’ il cervello come se il cervello usasse i muscoli differentemente dal resto di se stesso… ci torneremo, ci torneremo.

Fondamentale: la plasticità strutturale e funzionale è propria dell’intero sistema nervoso, anche del midollo osseo. Studi raccapriccianti su pazienti che hanno subito la rottura del midollo mostrano chiaramente che questo ri reorganizza anche sotto la lesione: il Sistema Nervoso lotta con tutte le sue forze e non molla mai, nemmeno in situazioni estreme.

Un esempio, non fissatevi

A questo punto dovrebbe essere più chiaro cosa significa “imparare”, per illustrare il concetto faccio un esempio. UN-ESEMPIO: una semplificazione immensa come voler fotografare un buco nero nel cielo notturno con il cellulare. Il suo scopo è fornire un modello mentale per apprendere i concetti nuovi.

A sinistra un cervello rappresentato dall’ippocampo e dalla corteccia cerebrale, in basso un po’ di neuroni relativi alle due aree. Nella corteccia cerebrale abbiamo la memoria a lungo termine derivante dai ricordi appresi, cioè imparati in passato. Per quello che abbiamo appena visto, la memoria non può che essere data da una ben precisa configurazione neurale: neuroni connessi in un certo modo, con una ben precisa chimica interna.

Uno stimolo esterno arriva tramite i nervi sull’ippocampo, provocando l’eccitazione o l’inibizione dei neuroni che lo ricevono. Questi neuroni sono connessi ad altri neuroni, pertanto li stimoleranno o li inibiranno e così via in cascata.

A seconda dello stimolo e di cosa c’è nell’ippocampo cominceranno a delinearsi delle tracce neurali.

Sappiamo che l’ippocampo ha la funzione di “insegnante” per la corteccia, pertanto anche se lo stimolo in ingresso non c’è, come a destra, invierà segnali dell’esperienza alla corteccia stessa. Analogamente, sulla base della configurazione dei neuroni presenti si formeranno delle tracce neurali che andranno a modificare la vecchia.

La riorganizzazione del cervello non è immediata ed è un bene altrimenti qualsiasi esperienza altererebbe pesantemente la memoria, anche eventi o sensazioni che non si proveranno mai più: perché le tracce neurali si stabilizzino, perché la chimica delle sinapsi e dei neuroni cambi, perché gli assoni e i dendriti crescano e si connettano è necessario che lo stimolo agisca più volte. In questo modo i cambiamenti diventano permanenti.

Notate come nel disegno in basso a destra la traccia neurale della memoria a lungo termine della corteccia sia cambiata, integrando parte della nuova dovuta alle nuove esperienze.

L’apprendimento porta pertanto al cambiamento del Sistema Nervoso e questo avviene sempre.

L’allenamento

Cosa propone il terapista per recuperare le funzionalità perdute? Un apprendimento motorio, qualcosa di simile ad un allenamento. Perciò l’allenamento è un processo di apprendimento motorio che porta ad una riorganizzazione del cervello.

L’allenamento porta alla creazione di tracce neurali sul vostro sistema nervoso, dal midollo fino alla corteccia. Queste tracce sono ciò che vi permette, una volta richiamate, di compiere i movimenti che ci interessano.

In ogni istante della traiettoria di uno degli aggeggi che ci piace gli input sensori stimolano percorsi neurali che portano segnali ai muscoli perché si contraggano. Ogni output produce dei nuovi input e ogni input scatena una nuova traccia!

L’apprendimento di un movimento è pertanto la creazione delle “giuste” tracce nel vostro Sistema Nervoso, e questo è ciò che fa un buon allenamento.

Il segreto dell’acciaio.

Eccolo, il segreto dell’acciaio: quando vi allenate alterate il vostro sistema nervoso, lo fate cambiare. Il sistema nervoso è allenabile.

“Eh si ma si sapeva…”. No, non si sapeva. Mi sconvolge questo fatto! Non si sapeva perché non viene data la giusta importanza a questo aspetto che è sempre marginale e vi farò anche vedere che è così.

Noi studiamo i muscoli e da questi risaliamo alla placca motrice e ai motoneuroni. Ma… ci fermiamo lì. Questo è il problema. La polarizzazione della conoscenza rispetto a ciò che ci interessa, senza spaziare in altri campi. E’ chiaro che anche il SNC viene ad essere toccato, ma non capiamo la portata di questo cambiamento.

Cosa ***** può fare un muscolo se non alterare il quantitativo delle sue fibre, dei suoi capillari o dei suoi liquidi? Niente, un ***** d’altro. Il SNC riconnette intere sue aree, varia la potenza dei messaggi in trasmissione e ricezione, li coordina sempre meglio.

Per capire come allenarci dobbiamo capire quali sono i modi migliori per apprendere le cose, dobbiamo rivolgerci a studi che riguardano pianisti, violinisti, scacchisti, ciechi, amputati, gente che recupera da danni cerebrali. Perché sono questi i casi che mettono sotto stress il nostro cervello e sono questi che ci forniscono informazioni utili.

Pensiamo troppo a come cambiano i nostri muscoli, alla massa, all’ipertrofia: una sinapsi è capace di cambiare il suo potenziale eccitatorio nel giro di qualche minuto con effetti evidenti, un muscolo reagisce con una risposta ipertrofica evidente in qualche mese. Il cervello è capace di cambiamenti strutturali che altri organi non hanno assolutamente e non può che essere così dato che è ciò che contiene la nostra coscienza e il nostro impulso alla sopravvivenza in qualsiasi ambiente.

Sottoutilizziamo il più potente mezzo di miglioramento che abbiamo, persi dietro a particolari irrilevanti. Possiamo imparare a parlare, a camminare nuovamente dopo un ictus, possibile che non si riesca a fare uno squat sotto il parallelo? No ragazzi, è assolutamente impossibile.

Nel prossimo articolo delle inaspettate conseguenze di tutto questo. Tanto per dire, è così importante l’assetto ormonale per i risultati al passare del tempo? E’ così importante lo schema di allenamento? E’ vero che i primi risultati sono dovuti a modificazioni neurali e quelli successivi solo ad una risposta ipertrofica? I risultati di certi campioni sono solo dovuti alle doti o c’è dell’altro?

Intanto, fatemi sapere.

[marcoevfurn]

Quoto in toto il commento finale! Seguo con interesse questa serie di articolo, visto che è anche il campo che più mi interessa nell'ambito lavorativo e anche per quanto riguarda l'allenamento!