Funzioni divise per gli emisferi cerebrali

Funzioni divise per gli emisferi cerebrali

Nell'agosto del 1967, proprio sulle  pagine di «Scientific American», scrivevo di alcuni nuovi rivolu­zionari studi sul funzionamento del cer­vello. Tre pazienti, per sfuggire a gravis­sime forme di epilessia resistenti a qua­lunque terapia, si erano sottoposti a in­terventi chirurgici che prevedevano la resezione del corpo calloso, l'autostrada neuronale che connette le due metà del cervello. Lavorando su questi pazienti, i miei colleghi Roger W. Sperry, Joseph E. Bogen, P. J. Vogel e io potemmo con­statare che cosa avveniva quando gli emisferi destro e sinistro non erano più in condizione di comunicare.

Fu subito chiaro che l'informazione visiva non passava più da un lato all'al­tro. Se si proiettava un'immagine alla parte destra del campo visivo, vale a dire all'emisfero sinistro, dove viene elabora­ta l'informazione, i pazienti erano in gra­do di descrivere ciò che vedevano. Ma quando la stessa immagine veniva pre­sentata al campo visivo sinistro, i pa­zienti dicevano di non essere in grado di vedere alcunché. Se chiedevamo loro di indicare un oggetto simile a quello che veniva proiettato in quel momento, lo potevano fare con facilità. Il cervello de­stro vedeva l'immagine e poteva suscita­re una risposta non verbale, ma non era in grado di parlare di ciò che vedeva.

Lo stesso tipo di scoperta si ripropose per sensazioni tattili, olfattive e uditive. Inoltre, ogni metà del cervello poteva controllare i muscoli superiori di entram­be le braccia, ma i muscoli che presiedo­no ai movimenti delle mani e delle dita potevano essere orchestrati solo dall'e­misfero controlaterale. In altre parole, l'emisfero destro poteva controllare solo la mano sinistra, e l'emisfero sinistro so­lo la mano destra.

In definitiva, abbiamo scoperto che i due emisferi controllano aspetti assai differenti del pensiero e dell'azione. Ogni metà ha la propria specializzazio­ne, e pertanto presenta limiti e vantaggi. Il cervello sinistro è predominante per il linguaggio e il discorso. Quello destro eccelle nei compiti di tipo visivo-moto­rio. La terminologia che si riferisce a queste scoperte è diventata parte inte­grante della nostra cultura: molti sono gli scrittori che vantano le capacità del pro­prio emisfero sinistro, mentre chi pratica le arti visuali sa di essere dotato di un buon cervello destro.

Nei decenni successivi, la ricerca sul cervello diviso ha continuato a chiarire molti settori delle neuroscienze. Non so­lo abbiamo compreso in misura maggio­re in che modo differiscano i due emisfe­ri, ma siamo stati anche in grado di capi­re come essi riescano a comunicare an­che dopo essere stati separati. Gli studi sul cervello diviso hanno fatto luce sul linguaggio, sui meccanismi della perce­zione e dell'attenzione e sull'organizza­zione del cervello, come pure sul sito po­tenziale dei falsi ricordi. Ma la cosa più interessante è stato il loro contributo al­la comprensione della coscienza e dell'evoluzione.

I primi studi sul cervello diviso solle­vavano molte questioni interessanti, tra cui quelle relative al fatto che le metà di­stinte potessero ancora «parlarsi», e quelle sul ruolo che tale comunicazione poteva avere nel pensiero e nell'azione. Vi sono numerosi ponti neuronali, le commissure, che uniscono gli emisferi. Di queste, la più cospicua è appunto il corpo calloso, il ponte che viene «fatto saltare» chirurgicamente per risolvere casi di epilessia ribelli a ogni trattamen­to. Ma che cosa si può dire delle molte altre commissure più piccole?

I ponti residui

Studiando il sistema dell'attenzione, i ricercatori sono riusciti ad affrontare il problema. L'attenzione coinvolge molte strutture a livello sia corticale sia subcor­ticale, vale a dire anche la parte più anti­ca e primitiva del nostro cervello. Negli anni ottanta, Jeffrey D. Holtzman del Cornell University Medical College, scoprì che ogni emisfero è in grado di di­rigere attenzione spaziale non solo alla propria sfera sensoriale, ma anche, in certa misura, alla sfera sensoriale dell'emisfero opposto non più connesso. Ciò suggerisce che il sistema dell'atten­zione sia comune a entrambi gli emisferi - almeno per quanto attiene all'informa­zione spaziale - e possa ancora operare tramite qualche connessione interemisfe­rica residua.

Il lavoro di Holtzman era di particola­re interesse perché sollevava la possibi­lità che esistessero «risorse» limite per l'attenzione. Egli ipotizzò che il lavoro su un compito di un certo tipo richiamas­se certe risorse del cervello; all'aumenta­re dell'impegnatività del compito sareb­be aumentato anche il numero di risorse, fino a dover chiamare in aiuto la subcor­teccia o 1'altro emisfero. Nel 1982 Holtzman aprì ancora ulteriori prospetti­ve scoprendo che, di fatto, più intensa­mente doveva lavorare una metà di un cervello diviso, più difficile diveniva per l'altra metà svolgere simultaneamente un altro compito.

Recenti ricerche di Steve J. Luck dell'Università dello Iowa, Steven A. Hillyard e colleghi dell'Università della California a San Diego e Ronald Mangun dell'Università della California a Davis mostrano che anche un altro aspetto dell' attenzione viene preservato nel cervello diviso. Esaminando che co­sa accade quando una persona sonda un campo visivo in cerca di uno schema o di un oggetto, hanno riscontrato che in alcuni di questi compiti i pazienti con cervello diviso hanno prestazioni miglio­ri rispetto ai soggetti normali. Il cervello intatto sembra inibire i meccanismi di ri­cerca che ogni emisfero naturalmente possiede.

L'emisfero sinistro, in particolare, è in grado di esercitare un potente controllo su compiti di questo tipo. Alan King­stone, dell'Università dell'Alberta, ha scoperto che l'emisfero sinistro è «abile» in quanto a strategie di ricerca, mentre quello destro non lo è. In test nei quali una persona può dedurre come cercare efficacemente l'eccezione in una schiera di oggetti simili, il sinistro fa meglio del destro. Quindi sembra che 1'emisfero si­nistro, più competente, sia in grado di «sequestrare» il sistema dell'attenzione. Per quanto questo e altri studi indicas­sero la permanenza di comunicazioni tra gli emisferi separati, altri legami intere­misferici apparenti si rivelarono illusori. Un esperimento che condussi con Kingstone quasi ci portò su una falsa strada. A un paziente mostrammo breve­mente due parole e quindi gli chiedem­mo di disegnare oggetti corrispondenti. La parola «bow» (arco) fu presentata a un emisfero, e «arrow» (freccia) all'al­tro. Con nostra sorpresa, il nostro pa­ziente disegnò un arco con una freccia! Sembrava che avesse integrato interna­mente 1'informazione in un emisfero che, a sua volta, doveva aver diretto la ri­sposta in forma grafica.

Ci sbagliavamo. Alla fine capimmo che, di fatto, 1'integrazione aveva avuto luogo sulla carta e non nel cervello. Un emisfero aveva disegnato il suo oggetto (1'arco); successivamente 1'altro emisfe­ro aveva assunto il controllo della mano facendole sovrapporre all'arco già dise­gnato l'oggetto corrispondente al nuovo stimolo (la freccia). L'immagine sem­brava solamente coordinata. Scoprimmo questa chimera sottoponendo al paziente coppie di parole meno strettamente asso­ciabili, come «sky» (cielo) e «scraper» (raschietto). Il soggetto non disegnava un grattacielo (skyscraper), bensì il cielo al di sopra di un raschietto.

I limiti dell'estrapolazione

Oltre ad aiutare i neuroscienziati a de­terminare quali sistemi siano ancora fun­zionanti e quali siano compromessi in seguito alla resezione del corpo calloso gli studi sulla comunicazione fra emisfe­ri hanno condotto a un'importante sco­perta sui limiti degli studi condotti su soggetti non umani. L'uomo spesso si affida allo studio degli animali per rag­giungere una migliore comprensione di se stesso. Da molti anni, i neuroscienzia­ti esaminano cervelli di scimmie e di al­tri animali per esplorare il funzionamen­to del cervello umano. Si riteneva comu­nemente - sulla scorta di Charles Darwin - che i cervelli dei nostri parenti più prossimi avessero organizzazione e fun­zioni in larga misura simili, se non iden­tiche, alle nostre.

La ricerca sul cervello diviso ha dimo­strato che questo assunto può essere fuorviante. Per quanto alcune strutture e funzioni siano molto simili, le differenze abbondano. La commissura anteriore ne è un esempio lampante. Questa piccola struttura si trova alquanto al di sotto del corpo calloso. Se essa viene lasciata in­tatta in scimmie altrimenti sottoposte a resezione interemisferica, gli animali conservano la capacità di trasferire infor­mazione visiva da un emisfero all'altro. I pazienti umani, invece, a parità di condi­zioni, non trasferiscono alcuna informa­zione visiva. Dunque una stessa struttura può svolgere funzioni diverse in diffe­renti specie; ciò esemplifica i limiti delle estrapolazioni da una specie all'altra. Perfino le estrapolazioni da una perso­na all'altra possono celare trappole. Una delle nostre prime sorprendenti scoperte fu che il cervello sinistro poteva libera­mente elaborare il linguaggio e parlare della propria esperienza. Sebbene quello destro non fosse altrettanto libero, ci ac­corgemmo nondimeno che era in grado di elaborare il linguaggio in certa misu­ra. Tra 1'altro, 1'emisfero destro poteva associare parole e immagini, sillabare parole e costruire rime, categorizzare og­getti. Per quanto non avessimo mai ri­scontrato una capacità minimamente raf­finata di sintassi in quella metà di cervel­lo, eravamo portati a ritenere che 1'esten­sione della sua conoscenza lessicale fos­se sorprendente.

Col tempo si è chiarito che i nostri tre primi casi erano inusuali. Gli emisferi destri della maggior parte delle persone non sono in grado di gestire neppure le forme più rudimentali di linguaggio, contrariamente a quanto osservato all'i­nizio. La scoperta collima con altri dati neurologici, ottenuti da vittime di ictus cerebrali. Un danno all'emisfero sinistro è di gran lunga più devastante per la fun­zione del linguaggio di quanto non lo sia un danno analogo all'emisfero destro. Nondimeno, da un individuo all'altro esiste una notevole variabilità nella pla­sticità. Un paziente, che chiameremo J. W., sviluppò la capacità di parlare «con 1'emisfero destro» a distanza di 13 anni dall'intervento chirurgico. J. W. può ora parlare di informazioni indifferentemente presentate all'emisfero sinistro o destro. Kathleen B. Baynes, dell'Università della California a Davis, riferisce di un altro caso singolare. Una paziente man­cina parlò col cervello sinistro dopo l'in­tervento di resezione, fatto di per sé non troppo sorprendente. Ma la paziente po­teva scrivere solo con l'emisfero destro quello non parlante. Questa dissociazio­ne conferma l'idea che la capacità di scrivere non debba essere necessaria­mente associata alla capacità di rappre­sentazione fonologica. In altri termini, la scrittura sembra riguardare un sistema differente, un'invenzione della specie u­mana. Essa può andare per proprio conto e non fa necessariamente parte del siste­ma del linguaggio parlato.

Moduli cerebrali

Nonostante miriadi di eccezioni, la ri­cerca suI cervello diviso ha rivelato un enorme grado di lateralizzazione, vale a dire di specializzazione, in ognuno degli emisferi. A mano a mano che i ricercato­ri si sforzavano di comprendere in che modo il cervello riesca a espletare le sue funzioni e quale sia la sua organizzazio­ne, la lateralizzazione rivelata dagli studi sul cervello diviso ha portato a elaborare quello che è noto come modello modula­re. La ricerca in scienza cognitiva, in in­telligenza artificiale, in psicologia evolu­tiva e nelle neuroscienze ha diretto 1'at­tenzione verso 1'idea che cervello e men­te siano costituiti di unità discrete, o mo­duli, incaricate di funzioni specifiche. Secondo questa teoria, il cervello non è un dispositivo per la risoluzione di pro­blemi, ogni parte del quale sarebbe capa­ce di ogni funzione; piuttosto, è una col­lezione di dispositivi che collaborano a soddisfare le necessità di elaborazione delle informazioni.

Nell'ambito di quel sistema modulare, 1'emisfero sinistro si è dimostrato del tutto dominante per le maggiori attività cognitive, come la risoluzione di problemi. La resezione dei collegamenti intere­misferici non sembra avere effetti su queste funzioni. È come se 1'emisfero si­nistro non avesse bisogno delle grandi capacità computazionali dell'altra metà del cervello per svolgere: attività di alto livello. L'emisfero destro, dal canto suo, è fortemente carente nella risoluzione di problemi di una certa difficoltà.

Joseph E. LeDoux, della New York University e io abbiamo scoperto que­sta qualità del cervello sinistro quasi 20 anni fa. Ci siamo posti una semplice do­manda: come risponde 1'emisfero sini­stro a comportamenti prodotti da un emisfero destro silente? A ogni emisfe­ro fu presentata un'immagine inclusa in una di altre quattro immagini poste di fronte al paziente con cervello diviso. Gli emisferi destro e sinistro permette­vano di scegliere facilmente 1'immagi­ne corretta. La mano sinistra indicava 1'immagine scelta dall'emisfero destro e viceversa.

Abbiamo quindi chiesto all'emisfero sinistro - il solo in grado di parlare - perché la mano sinistra stesse indicando un certo oggetto. Esso non lo sapeva, pér­ché la decisione di indicare 1'immagine era stata presa dall' emisfero destro. Comunque, con la velocità del lampo, 1'emisfero sinistro costruì una spiega­zione. Abbiamo denominato questo ta­lento creativo e narrativo «meccanismo di interpretazione».

Questa affascinante capacità è stata studiata recentemente per determinare l'influenza di questo «emisfero sinistro interprete» sulla memoria. Elizabeth A. Phelps della Yale University, Janet Met­calfe della Columbia University e Mar­garet Funnell, ricercatore al Daurtmouth College, hanno scoperto che i due emi­sferi elaborano in modi diversi i nuovi dati. Di fronte a nuove informazioni, le persone ricordano normalmente molto della loro esperienza. Quando vengono interrogate, affermano spesso di ricorda­re cose che in realtà non facevano parte dell'esperienza. Se i pazienti con cervel­lo diviso vengono sottoposti a prove di questo genere, 1'emisfero sinistro genera molte false ricostruzioni. Ma 1'emisfero destro non lo fa; esso fornisce infatti re­soconti molto più veridici.

La scoperta potrebbe aiutare i ricerca­tori a determinare dove e come si svilup­pino i falsi ricordi. Numerose sono le opinioni riguardo al momento in cui, du­rante il ciclo di elaborazione dell'infor­mazione, queste memorie prenderebbero forma. Alcuni ipotizzano che esse si svi­luppino all'inizio del ciclo, e che i ricordi erronei siano effettivamente codificati al tempo dell'evento riferito. Altri riten­gono che le false memorie riflettano un errore di ricostruzione dell'esperienza trascorsa: in altre parole, che le persone sviluppino uno schema su quanto acca­duto e retrospettivamente adattino a quello schema eventi non veri, ma non­dimeno consistenti con esso.

L'emisfero sinistro ha dimostrato di avere certe caratteristiche che danno credito a questa seconda ipotesi. Per pri­ma cosa, lo sviluppo di schemi simili è esattamente 1'attività in cui l'interprete costituito dall’emisfero sinistro eccelle. In secondo luogo, la Funnell ha scoperto che 1'emisfero sinistro ha la capacità di determinare la fonte di un ricordo, sulla base del contesto degli eventi circostan­ti. Il suo lavoro ha indicato che 1'emisfe­ro sinistro colloca attivamente le proprie esperienze in un contesto più ampio, mentre 1'emisfero destro assiste sempli­cemente agli aspetti percettivi dello sti­molo. Infine, Michael B. Miller, dotto­rando al Dartmouth Callege, ha dimo­strato che le regioni prefrontali sinistre di soggetti normali si attivano mentre vengono rievocati falsi ricordi.

Queste scoperte suggeriscono con­cordemente che il meccanismo inter­pretativo dell'emisfero sinistro sia sem­pre al lavoro, cercando il significato de­gli eventi. Esso è perennemente in cerca di un ordine e di una ragione, anche quando ordine e ragione non vi sono, e ciò lo espone di continuo a errori. L'emisfero sinistro tende a generalizza­re eccessivamente, costruendo spesso un passato fittizio in opposizione al passato reale.

La prospettiva evolutiva

George L. Wolford, del Dartmouth College, ha portato ulteriori dati a soste­gno di queste ipotesi sull'attività deI cer­vello sinistro. In un semplice test in cui si deve indovinare se un segnale lumino­so apparirà nella parte alta o bassa dello schermo di un calcolatore, le persone danno prova di inventiva. Lo sperimen­tatore regola lo stimolo in modo che la luce appaia in alto l'80 per cento delle volte, ma in sequenza casuale. Mentre diviene presto evidente che la parte alta della schermo sarà illuminata più spesso, i soggetti invariabilmente tentano di comprendere quale sia 1'intera sequenza, e sono profondamente convinti di poter­vi riuscire. Ma adottando questa strate­gia, danno la risposta corretta solo nell’8 per cento dei casi, mentre premendo sempre il pulsante corrispondente alla luce in alto, la percentuale di risposte corrette sarebbe dell' 80 per cento.

I ratti e altri animali, dal canto loro, sono più inclini a massimizzare, e premono solo il pulsante alto. L'emisfero destro si comporta nello stesso modo: non cerca di interpretare 1'esperienza e di trovarvi un significato più ' profondo. Esso continua a vivere nel sottile istante del presente, e pertanto dà la risposta corretta nell' 80 per cento dei casi. L'emisfero sinistro, se richiesto di spie­gare perché stia tentando di determinare l'intera sequenza, «se ne viene fuori» sempre con una teoria, non importa quanto stravagante.

Il fenomeno della narrazione è ben spiegato dalla teoria evolutiva. Il cervel­lo umano, come ogni cervello, è una col­lezione di adattamenti neurologici stabi­liti nel corso dell'evoluzione naturale. Ognuno di questi adattamenti ha la sua propria rappresentazione, vale a dire, può essere lateralizzato a specifiche re­gioni o reti del cervello. In tutta il regno animale, comunque, le capacità general­mente non sono lateralizzate: esse tendo­no infatti a risiedere in entrambi gli emi­sferi in grado pressoché equivalente. E per quanta le scimmie mostrino alcuni segni di specializzazione laterale, essi sono rari e poco univoci.

Per questa ragione, è sempre sembra­to che la lateralizzazione riscontrabile nel cervello umano fosse un'aggiunta evolutiva. Siamo recentemente incap­pati in una sorprendente dissociazione emisferica che mette in discussione questa prospettiva. Questa esperienza ci ha costretti a ipotizzare che alcuni feno­meni lateralizzati possano sorgere da un emisfero che sta perdendo capacità, e non acquisendone.

In quella che deve essere stata una fe­roce competizione per lo spazio cortica­le, il cervello dei primati in via di evolu­zione si sarebbe trovata nella necessità di guadagnare nuove facoltà senza per­dere quelle vecchie. La lateralizzazione potrebbe essere stata la via di uscita. Paul M. Corballis e Robert Fendrich del Dartmouth College, Robert M. Shapley della Now Yark University e io abbiamo studiato in molti pazienti con cervello diviso la percezione dei «con­torni illusori». Un lavoro precedente a­veva suggerito che la percezione visiva dei ben noti contorni illusori di Gaetano Kanizsa dell'Università di Trieste fosse una specialità dell'emisfero destro. I no­stri esperimenti hanno rivelato una situa­zione differente.

Abbiamo scoperto che entrambi gli emisferi potevano percepire contorni il­lusori, ma che 1'emisfero destro era in grado di afferrare certi raggruppamenti percettivi che sfuggivano al sinistro. Pertanto, mentre entrambi gli emisferi in un soggetto con cervello diviso possono giudicare se i rettangoli illusori siano «grassi» o «magri» quando le figure non hanno contorno, solo quello destro è in grado di dare un giudizio una volta trac­ciate le linee. Questa situazione è det­ta versione amodale del test. Ciò che è particolarmente interessante, come ha mostrato lo stesso Kanizsa, è che il topo può eseguire la versione amodale.

Che un umile sorcio possa riconoscere raggruppamenti percettivi, mentre 1'emi­sfero sinistro di un umano non lo possa fare, fa pensare che una capacità sia stata persa. Potrebbe essere che l'emergenza di una capacità umana, come il linguag­gio - o un meccanismo interpretativo ­abbia spiazzato questa capacità percetti­va dal nastro emisfero sinistro? Noi pen­siamo di sì, e questa nostra opinione apre una prospettiva del tutto nuova sulle ori­gini della specializzazione laterale.

Le nostre uniche capacità mentali po­trebbero ben essere prodotte da minute e circoscritte reti neuronali; e tuttavia il nostro cervello altamente modularizzato genera in ognuno di noi la sensazione di integrazione e unità. Come può accade­re, dal momento che siamo una collezio­ne di moduli specializzati?

La risposta può essere questa: 1'emi­sfero sinistro cerca spiegazioni del per­ché gli eventi si verifichino. Il vantag­gio di un tale sistema è ovvio. Andando oltre la semplice osservazione dei fatti e domandando perché si siano verifica­ti, un cervello può affrontare meglio gli stessi eventi, qualora dovessero riproporsi.

Riconoscere i punti di forza e di debo­lezza di ogni emisfero ci ha indotti a riflettere sulle basi della mente. Dopo anni di affascinante ricerca sul cervello divi­so, è evidente come 1'inventivo cervello sinistro, incline all'interpretazione, abbia un'esperienza cosciente assai diversa dal veridico e «letterale» emisfero destro. Per quanto entrambi gli emisferi possano essere visti come coscienti, la coscienza del cervello sinistro sorpassa di gran lun­ga quella del cervello destro. E ciò solle­va un'altra serie di questioni che basterà a tenerci occupati per altri 30 anni.