Una nuova geografia del cervello

Capitolo 8
Jogging neuronale

Mens sana in corpore sano.
Giovenale

L’uomo è fatto per muoversi, esplorare, scoprire e imparare. I cambiamenti nel suo ambiente modificano la sua memoria, la fluidità del ragionamento e l’adattabilità allo stress. Tutto ciò è stato dimostrato grazie a numerose osservazioni condotte sui roditori, sui quali si possono più agevolmente sperimentare gli effetti della corsa e dell’esplorazione spaziale sul funzionamento cerebrale. Non dimentichiamo che l’80% del patrimonio genetico del topo è identico a quello dell’uomo. Come percepiscono i neuroni l’attività fisica? E come reagiscono?

Muscoli e cervello, fatti gli uni per l’altro
Numerosi studi hanno dimostrato l’effetto positivo di un’attività fisica regolare sulla salute in generale e su quella cerebrale in particolare. I segnali chimici liberati dai muscoli, infatti, sono in grado di stimolare la creazione di nuovi neuroni e di preservare le nostre funzioni cognitive. Tali segnali agiscono su geni che controllano lo stato delle connessioni nervose, la loro riparazione o la loro stimolazione. Si tratta di geni che si sono specializzati nel corso dell’evoluzione umana per consentire un dialogo speciale tra i muscoli e il cervello. Uno dei problemi della società moderna è la sedentarietà, specialmente sul lavoro, mentre l’attività fisica protegge le nostre funzioni cognitive. In effetti, i nostri geni si sono adattati allo stile di vita degli ominidi che, per decine di migliaia di generazioni, si sono dovuti spostare quotidianamente per nutrirsi e sfuggire ai predatori: da qui deriva la capacità dei muscoli di liberare segnali in grado di stimolare l’attenzione e la memoria e di facilitare la reazione rapida all’ambiente, consentendoci dunque di sopravvivere.
Nell’uomo, l’aumento di volume del cervello si è accompagnato al miglioramento della vista, della memoria e delle capacità di orientamento spaziale. Con lo sviluppo di nuove abilità fisiche grazie alla possibilità di camminare e correre, il patrimonio genetico umano si è adattato alla conquista di nuovi territori. Tale progresso si è concretizzato in un maggiore sviluppo delle facoltà cognitive, che a loro volta dipendono da un aumento del numero di neuroni, ma anche da una maggiore capacità di riparazione dei neuroni e delle loro connessioni. L’effetto benefico dell’esercizio muscolare si riflette sull’umore, la memoria, le facoltà cognitive e sul senso di benessere. Nonostante la complessità di tali meccanismi, è ormai chiaro che l’esercizio fisico stimola la memoria attivando l’eccitabilità delle cellule dell’ippocampo.
A tale scopo, alcuni organi hanno inventato, speciali fattori di crescita delle cellule nervose: le neurotrofine. Diversi tipi di cellule, come quelle dell’ippocampo, del cervelletto e del lobo frontale, producono, ad esempio, il fattore di crescita chiamato BDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor). Molte osservazioni condotte sui roditori così come la misurazione di questo fattore di crescita nel sangue di soggetti umani indicano che la sua liberazione nel cervello viene stimolata dall’esercizio fisico, il che agevola la neurogenesi nell’ippocampo attivando la sopravvivenza dei neuroni appena formati e favorendo così la plasticità, l’efficacia e la connettività delle sinapsi, che rappresentano le connessioni tra i neuroni. Il BDNF regola anche il consumo energetico e il peso grazie alla sua azione sull’ipotalamo, una specie di centralina di comando del cervello. Il dosaggio di tale neurotrofina nel sangue diminuisce in caso di diabete, di obesità e nei pazienti depressi o affetti da Alzheimer.

Come proteggere e allenare il cervello
Perché proteggere il cervello? Per rallentarne l’invecchiamento o per evitare di perdere la testa? La salute del cervello è in pericolo quando gli altri organi soffrono. Il diabete e il sovrappeso, ad esempio, attivano la liberazione di segnali chimici che scatenano un’infiammazione delle cellule cerebrali e accelerano il declino delle loro funzioni. Allo stesso modo, vasi sanguigni in cattivo stato o l’ipertensione arteriosa possono scatenare un’emorragia in grado di distruggere i neuroni. La salute del nostro cervello dipende dunque dal mantenimento di un buono stato di salute di tutto il corpo.
Stimolare il cervello significa anche aumentarne le prestazioni. In effetti, diversi studi effettuati con MRI sui roditori e sull’uomo indicano che il cervello, se sollecitato, acquisisce nuovi neuroni e nuove connessioni. La stimolazione delle facoltà mentali, il cui funzionamento normalmente è intaccato dopo i 70 anni, permette di ridurne il declino progressivo. Analogamente, durante l’infanzia, un ambiente ricco, interessante e favorevole all’apprendimento è garanzia di uno sviluppo armonioso dei circuiti neuronali. Negli adulti, un esercizio fisico regolare mantiene una neurogenesi efficace, limitando gli effetti deleteri dell’invecchiamento. La perdita di neuroni o di connessioni è maggiore in coloro che conducono una vita sedentaria ed è la causa di una diminuzione delle facoltà cognitive rispetto a chi pratica almeno un’ora di esercizio al giorno.
Il cervello si riorganizza continuamente in funzione dell’ambiente per adottare il comportamento di volta in volta più adatto: è ciò che i biologi chiamano neuroplasticità. Capire come il cervello si adatta e sviluppa nuove connessioni per far fronte a situazioni nuove è essenziale per la medicina, soprattutto per riacquisire le funzionalità motorie e cognitive in seguito a una malattia o a un incidente che le hanno danneggiate, ma anche per lottare contro il declino cognitivo legato all’invecchiamento. La conoscenza dei meccanismi della neuroplasticità può guidare le strategie di apprendimento nel corso di tutta la vita.
Per attività fisica si intende un qualsiasi movimento che comporti una spesa energetica. Come fanno i neurobiologi a misurarne i benefìci sul cervello? Conosciamo la sensazione di euforia e benessere che ci pervade dopo un esercizio di resistenza come una corsa a ritmo sostenuto di mezz’ora o più. Gli effetti su scala neuronale sono più facili da osservare nel caso di un ratto che corre su un tapis roulant: si può rilevare un aumento nella densità dei piccoli vasi sanguigni che favoriscono l’apporto di ossigeno ai neuroni. Dopo una corsa a ritmo sostenuto si nota un incremento nella produzione di BDNF, in special modo nell’ippocampo, e migliori risultati nei test che misurano la memoria spaziale. E nell’uomo cosa succede? Alcuni studi post mortem indicano che, alla fine della loro vita, i soggetti che praticavano un’attività fisica regolare presentano una maggiore densità di piccoli vasi sanguigni e di connessioni nel cervello. Inoltre, l’imaging mediante MRI mostra un aumento dello spessore della corteccia frontale e del volume dell’ippocampo, e un’accelerazione del flusso sanguigno nel lobo frontale. Tutte queste osservazioni non dicono però quale parte del cervello riusciremo a potenziare con l’esercizio fisico. È probabile che quest’ultimo funzioni un po’ come la fase di riscaldamento di uno sportivo: oltre ad attivare la circolazione, che a sua volta stimola la liberazione di ossigeno e facilita l’attivazione delle reti neuronali, i muscoli in movimento rafforzano la produzione dei fattori che attivano la crescita di nuovi vasi sanguigni e favoriscono la sopravvivenza dei neuroni.
Molti studi epidemiologici su grande scala condotti su bambini tra i 10 e i 14 anni indicano che l’apprendimento linguistico e il punteggio ottenuto nei test di intelligenza sono migliori se i soggetti praticano regolarmente uno sport. In modo analogo, un’attività sportiva sostenuta e regolare praticata tra i 15 e i 25 anni è correlata a una maggiore resistenza del cervello al declino legato all’età: queste persone hanno una riserva cognitiva più sviluppata. Altri studi mostrano una velocità di ragionamento più elevata nei settantenni che hanno praticato regolarmente uno sport durante l’adolescenza. Gran parte di questi effetti è verosimilmente legata all’attivazione di diversi tipi di recettori per il glutammato, una delle chiavi chimiche che stimolano il nostro cervello.
Al di là degli effetti diretti sulla funzionalità delle facoltà mentali, l’esercizio assiduo è in grado di regolare il nostro adattamento allo stress. Camminare rapidamente per 30 minuti ogni giorno o, meglio ancora, correre attiva la liberazione degli ormoni dello stress: la noradrenalina e il cortisolo. Muoversi provoca uno stress fisico e il cervello impara a liberare la quantità corretta di ormoni dello stress aumentando la propria resistenza alle altre forme di stress, come quello psicologico o quello provocato da un’affaticamento prolungato. L’esercizio rafforza anche la capacità di rilassamento e favorisce, grazie alla calma e alla distensione procurate, la liberazione di neuromodulatori come la serotonina, che a sua volta regola la liberazione di dopamina e noradrenalina e, anche in questo caso, rinforza la capacità di reagire allo stress.