Sviluppo del cervello: la “centrale infrastrutturale” sopra le nostre teste

Prodotto da: Science Popularization China

Autore: Wang Fei (dottorato in neuroscienze)

Produttore: China Science Expo

Dal 2000, il 16 settembre di ogni anno è stato designato come "Giornata cinese della salute del cervello". Con l'aumento della consapevolezza della salute da parte delle persone, la salute del cervello ha gradualmente attirato l'attenzione di tutti. Tuttavia, molti di noi non comprendono realmente questo organo centrale e abbiamo molte domande sullo sviluppo e sul funzionamento del cervello.

Cervello: conosci davvero questo organo del tuo corpo?

Perché c'è una differenza così grande nel QI tra le persone? Einstein, che ha il cervello più intelligente, ha davvero un cervello in più rispetto alla media delle persone?

Albert Einstein

(Fonte foto: Veer Gallery)

In realtà, dal punto di vista anatomico, non ci sono molte differenze tra i cervelli delle diverse persone. Il funzionamento del cervello è regolato in modo così fine e così limitato che qualsiasi differenza relativamente grande sarebbe fatale. Le differenze tra ciascuno di noi sono dovute principalmente ai diversi ritmi di sviluppo del cervello.

Il cervello di alcune persone cresce più velocemente e queste possono essere dei bambini prodigio fin da piccole; mentre il cervello di alcune persone cresce più lentamente e potrebbero sempre reagire lentamente.

Ma che siano intelligenti o stupidi, lo sviluppo del loro cervello è un processo lungo e complesso, più complesso e sofisticato di qualsiasi processo industriale nella società umana odierna.

In realtà, il nostro cervello è anche una "centrale infrastrutturale". Si può dire che la sua velocità di sviluppo sia la più rapida tra i tessuti del corpo umano . Ora parlerò delle quattro caratteristiche dello sviluppo del cervello. Dopo aver ascoltato queste quattro caratteristiche, valutiamo se il nostro cervello può aggiudicarsi il titolo di “potenza delle infrastrutture”.

Sviluppo lungo: tempo complessivo lungo, molti progetti

Innanzitutto, la prima caratteristica dello sviluppo del cervello è che richiede molto tempo . Si prega di notare che lungo non significa lento, significa che il tempo complessivo è lungo e ci sono molti progetti da realizzare.

A differenza di altri animali, il cervello umano necessita di quasi un decennio di sviluppo e apprendimento prima di poter diventare un cervello indipendente. Rispetto ai cerbiatti che sanno correre appena nati, o agli uccelli che sanno cantare appena nati, noi umani siamo davvero troppo "tardivi".

Sviluppo del cervello fetale

(Fonte foto: Veer Gallery)

Sappiamo tutti che il cervello umano è un organo multifunzionale che non solo raccoglie informazioni, ma controlla anche il movimento. Non è necessario solo sviluppare il linguaggio, ma anche allenare il pensiero.

Prendendo ad esempio il processo di apprendimento di una lingua, possiamo percepire il lungo processo di sviluppo del cervello.

I bambini cominciano a balbettare a due mesi di età, ma questo è solo l'inizio. Il cervello inizia a comandare ai muscoli di emettere suoni. Negli anni di apprendimento a venire, gli esseri umani dovranno ancora ricordare molti nomi e conoscerne la pronuncia. Ma non basta “buttare giù parole”. Se una persona vuole esprimere le proprie idee in modo accurato, deve accumulare molta esperienza e riassumere molta esperienza. Se si vuole imparare a leggere e a comunicare idee agli altri, decenni di istruzione dalla scuola primaria alla scuola media non saranno sufficienti.

Durante questo lungo e complesso processo di sviluppo del cervello, sia i geni che l'ambiente influenzano in ogni momento la formazione di ogni singolo cervello.

Modello di struttura tridimensionale del DNA

(Fonte foto: Veer Gallery)

Dalla gravidanza alla nascita, e poi dopo più di dieci anni di sviluppo, l'ambiente esterno sperimentato da ogni persona varia notevolmente. Anche gli stimoli esterni ricevuti dal cervello in ogni fase sono diversi, il che determina le differenze nei nostri cervelli.

Scala di sviluppo: un grande progetto in un piccolo cervello

In secondo luogo, la portata dello sviluppo cerebrale è enorme. Il motivo per cui il processo di sviluppo del cervello umano è così lungo è che si tratta di un progetto di grandi dimensioni. Questo progetto è ancora più ambizioso della costruzione di una portaerei o dell'atterraggio di un uomo sulla Luna.

Sebbene questo processo sia limitato alle nostre piccole teste, finora nessun Paese è stato in grado di simulare anche solo l'uno per cento di questo progetto. Questo progetto riguarda sia la differenziazione che la migrazione cellulare, non solo la combinazione di diverse strutture ma anche il controllo di informazioni complesse.

In parole povere, lo sviluppo del cervello è come un'arte tradizionale nordica: soffiare sulle figure di zucchero.

Figure di zucchero che soffiano

(Fonte foto: Veer Gallery)

Lo strato cellulare sul lato dorsale della superficie superiore dell'embrione si sviluppa in una specie di pancake, chiamata piastra neurale . Quattordici giorni dopo la nascita, la piastra neurale si ripiega gradualmente nel tubo neurale . Entro il 25° giorno, il tubo neurale assomiglia a un omino di zucchero gonfio, con tre sfere gonfie che in seguito si svilupperanno rispettivamente nel proencefalo, nel mesencefalo e nel rombencefalo .

Con queste strutture di base, non resta che perfezionarle. Un paio di piccole sporgenze vennero asportate dalla protuberanza sulla parte anteriore, che in seguito si trasformarono in occhi. Il lungo e sottile tubo posteriore si sviluppa gradualmente nel midollo spinale. Il cervello e il midollo spinale costituiscono il sistema nervoso centrale, mentre il sistema nervoso periferico è costituito dalle fibre nervose che si diramano dal cervello e dal midollo spinale e controllano il movimento degli arti e degli organi interni. Il cervello invia centinaia di fibre nervose agli arti, che stabiliscono connessioni con muscoli e recettori.

Sviluppo embrionale

(Fonte foto: Veer Gallery)

Fino al giorno della nascita del feto, il cervello continua a cambiare. La crescita del cervello raggiunge la metà di quella di un adulto a sei mesi, raggiunge il 60% a un anno, il 75% a due anni e mezzo, il 90% a sei anni e non è la stessa di quella di un adulto fino all'età di dieci anni .

Da una cellula uovo fecondata ai 14 miliardi di cellule del cervello adulto. Questo progetto è come chiedere a tutte le persone sulla Terra di costruire una nuova città su Marte. Non solo tutti avranno una casa in cui vivere, ma ci saranno anche i mezzi di trasporto, i materiali, ecc. Infatti, lo sviluppo del cervello è molto più complicato della costruzione di una nuova città.

Crescita spettacolare: un balzo da uno a dieci miliardi

Ancora una volta, un'altra caratteristica dello sviluppo cellulare nel cervello è che è rapido e repentino. Perché il lavoro principale di questo enorme progetto è stato completato in appena poche centinaia di giorni .

Nessun altro organo del corpo umano si sviluppa in modo così spettacolare come il cervello. Nei dieci mesi che vanno dalla fecondazione alla nascita, il numero di neuroni aumenta da "uno" a quasi "dieci miliardi" .

E non si tratta solo di un cambiamento numerico; Questi neuroni devono anche essere collegati tra loro per costruire una rete di informazioni complessa. Questa rete è ancora più complessa dell'attuale Internet. Immaginate che la rete neurale del cervello sia come se ognuno di noi tenesse in mano centinaia di telefoni cellulari per comunicare con chiunque sulla Terra. Che spettacolo!

Neuroni

(Fonte foto: Veer Gallery)

Diamo un'occhiata a un altro set di dati, che potrebbe essere più intuitivo.

Ogni secondo nel cervello fetale compaiono più di 4.000 cellule nervose e ogni secondo si formano 30.000 connessioni sinaptiche in un centimetro quadrato. Questa velocità non è raggiungibile da nessuna delle attuali trasmissioni Internet.

Infatti, lo possiamo vedere anche osservando la crescita di un bambino. Nel giro di pochi anni passa dal non sapere nulla del mondo al sapere tutto, come un "piccolo adulto". Molto più veloce dei robot che abbiamo oggi!

L'immissione di informazioni, la creazione di intelligenza, il continuo aggiornamento della struttura e la creazione di varie funzioni complesse del cervello possono essere descritti come "progressi a passi da gigante".

Rete neurale nel cervello umano

(Fonte foto: Veer Gallery)

Esiste anche un periodo critico per lo sviluppo del cervello. Durante questo periodo il cervello si sviluppa rapidamente e impara tutto più velocemente. Se perdiamo questo periodo critico, avremo bisogno di sforzi molto maggiori per imparare la stessa cosa e acquisire la stessa funzione.

Durante il periodo critico, nel cervello si verificano enormi cambiamenti: le spine dendritiche delle cellule nervose vengono potate e il loro numero passa da un costante aumento a una diminuzione. Il numero di cellule nel cervello non continua ad aumentare. Alcune cellule muoiono attivamente durante lo sviluppo. Questo processo è chiamato morte cellulare programmata .

Evolutivamente complesso: forte plasticità che si aggiorna costantemente

Infine, diamo un'occhiata a un'altra caratteristica dello sviluppo delle funzioni cerebrali: la complessità.

Non stupitevi di quanto siano sofisticati gli orologi svizzeri: contengono migliaia di componenti racchiusi in uno spazio minuscolo. Non lasciarti impressionare troppo dalla complessità del motore di un'auto sportiva; non è altro che un grosso sasso in confronto alla complessità e alla sofisticatezza del cervello.

Si può dire che il cervello umano è la macchina più complessa del mondo. Perfino il cervello di una piccola mosca potrebbe non essere all'altezza dei nostri attuali computer giganti.

Abbiamo appena detto che in un cervello maturo ci sono circa 14 miliardi di cellule nervose e che ogni cellula nervosa ha centinaia di sinapsi, e queste cellule comunicano con altre cellule attraverso le sinapsi.

Per completare un'azione semplice, spesso sono necessarie decine di cellule. Le cellule nervose possono trasmettere informazioni attraverso segnali elettrici o segnali chimici . Decine di cellule formano un circuito chiamato circuito neurale .

Circuiti neuronali connessi

(Fonte dell'immagine: Science)

Nel cervello umano ci sono molti più circuiti neurali rispetto ai circuiti di un computer e ogni circuito può cambiare in base ai cambiamenti dell'ambiente. Da questa prospettiva, il nostro cervello è come la rete stradale di una città, fitta e intersecata.

Ciò che è ancora più difficile da immaginare è che il cervello cambi dall'infanzia all'età adulta. Questo fenomeno per cui il cervello cambia in base ai cambiamenti dell'ambiente esterno è chiamato plasticità cerebrale.

In altre parole, il cervello è come la plastica: viene plasmato dall'ambiente e cambia costantemente la sua struttura e funzione per portare a termine compiti diversi.

Ecco perché il cervello è più complesso di qualsiasi macchina odierna: una volta creata una macchina artificiale, è difficile modificarla e può solo mantenere le sue funzioni originali. Il nostro cervello è in continuo cambiamento, la sua struttura cambia e le sue funzioni vengono aggiornate.

Conclusione

Quando comprenderemo lo sviluppo del cervello, potremo ammirare il suo delicato processo. Un cervello completamente sviluppato è come un bel pezzo di porcellana cotta che non ci consente di apportare alcuna modifica.

Si può anche dire che il cervello di ognuno di noi è una sorta di Internet. Ogni giorno vengono scambiate innumerevoli informazioni tra i neuroni, formando la struttura di rete più complessa del mondo. Un simile capolavoro non può essere paragonato a nessun prodotto creato dall'uomo. Il lungo, enorme, intenso e complesso processo di costruzione è sufficiente a renderlo un "paese dalle infrastrutture potenti".