La scoperta del sistema specchio dalle scimmie all’uomo

I Neuroni a specchio sono quei neuroni motori che si attivano involontariamente quando un individuo esegue un’azione finalizzata e quando lo stesso individuo osserva la stessa azione finalizzata compiuta da un altro soggetto. Sono stati studiati ed osservati direttamente nella specie umana, nei primati, e negli uccelli. Questi prendono il nome dal fatto che tali neuroni “rispecchiano” la stessa azione, eseguita da se stessi o da altri individui. Scoperti a cavallo tra gli anni ottanta e novanta da un gruppo di ricercatori dell’Università di Parma, i neuroni a specchio hanno suscitato grande interesse nella comunità scientifica, e il cosiddetto “sistema specchio” è stato chiamato in causa per spiegare funzioni cognitive complesse come l’acquisizione del linguaggio, la teoria della mente o l’empatia.

Nella scimmia questi neuroni sono stati localizzati nella circonvoluzione frontale inferiore e nel lobo parietale inferiore. I neuroni a specchio sono attivi quando le scimmie compiono determinate azioni, ma si attivano anche quando queste vedono compiere da altri le medesime azioni. Grazie all’ausilio di risonanza magnetica funzionale, la stimolazione magnetica transcranica e l’elettroencefalografia, si è dimostrato che nel cervello umano esiste una sincronia fra azione e osservazione. Attraverso studi di risonanza magnetica si è visto che i neuroni attivati dall’esecutore durante l’azione sono attivati anche nell’osservatore della stessa azione. Altri studi sugli esseri umani non hanno solo confermato le attività neuronali sulla base di studi di neuroimmagine, ma hanno anche dimostrato che tali neuroni sono attivati anche nei portatori di amputazioni o plegie degli arti, nel caso di movimenti degli arti, nonché in soggetti ipovedenti o ciechi: ad esempio basta il rumore di un foglio di carta stropicciato per l’attivazione, nell’individuo cieco, degli stessi neuroni attivati in chi esegue l’azione dello stropicciare il foglio.
Questi neuroni sono stati individuati nei primati, in alcuni uccelli e nell’essere umano. Nell’uomo, oltre ad essere localizzati in aree motorie e premotorie, si trovano anche nell’area di Broca e nella corteccia parietale inferiore. I dubbi sollevati sulla presenza e le proprietà dei neuroni a specchio nell’uomo, soprattutto da parte di alcuni studiosi che l’hanno definita “la scoperta più sopravvalutata dalla psicologia”, sono stati definitivamente dipanati grazie agli studi effettuati da un’equipe di ricercatori dell’UCLA (Università della California e Los Angeles) alla fine degli anni Duemila. Infatti, prima di allora, era stato possibile studiare i neuroni a specchio nell’uomo unicamente per mezzo di tecniche di neuroimmagine ed elettrofisiologiche, mentre Marco Iacoboni e colleghi dell’UCLA sono riusciti a verificare e analizzare le loro proprietà e funzioni tramite aghi di profondità inseriti nel cervello umano come era stato fatto con le scimmie. La funzione del sistema specchio è soggetto di molte ipotesi teoriche. Questi neuroni possono essere molto importanti per comprendere azioni di altre persone e quindi mediante imitazione facilitarne l’apprendimento.

LA SCOPERTA DEI NEURONI A SPECCHIO
Tra gli anni ‘80 e ‘90 un gruppo di ricercatori dell’Università di Parma coordinato da Giacomo Rizzolati iniziò a dedicarsi allo studio della corteccia premotoria. Collocando degli elettrodi nella corteccia frontale inferiore di un macaco per studiare i neuroni specializzati nel controllo dei movimenti della mano, come il raccogliere o il maneggiare oggetti.
Nel corso di ogni esperimento era monitorato il comportamento dei singoli neuroni nel cervello della scimmia mentre le si concedeva di accedere a pezzetti di cibo, in modo da misurare la risposta neuronale a specifici movimenti.
Come molte altre scoperte scientifiche, anche quella dei neuroni specchio fu casuale: mentre uno sperimentatore prendeva una banana in un cesto di frutta, alcuni neuroni della scimmia che osservava la scena reagirono. Questo era accaduto nonostante la scimmia non si era mossa. Come era possibile?
Fino ad allora si pensava che quei neuroni si attivassero solo per funzioni motorie. Da allora questo lavoro è stato pubblicato, con l’aggiornamento sulla scoperta di neuroni specchio localizzati in entrambe le regioni parietali frontali inferiori del cervello e confermato.
Nel 1995, Luciano Fadiga, Leonardo Fogassi, Giovanni Pavesi e Giacomo Rizzolatti dimostrarono l’esistenza nell’uomo di un sistema simile a quello trovato nella scimmia. Utilizzando la stimolazione magnetica transcranica scoprirono infatti che nell’uomo l’attività della corteccia motoria è accompagnata e semplificata dall’osservazione di azioni e movimenti altrui. Più recentemente, altre prove ottenute tramite fMRI, TMS, EEG e test comportamentali hanno confermato che nel cervello umano esistono sistemi simili e molto sviluppati. Sono state riconosciute con precisione le regioni che rispondono all’azione/osservazione. Data l’analogia genetica fra primati (compreso l’uomo), non è sorprendente che in essi queste regioni cerebrali siano strettamente analoghe. In realtà vi sono importanti evidenze di comuni origini evolutive per ipotizzare che tali somiglianze siano riconducibili, in termini biologici, ad una vera e propria “omologia”. Da una ricerca svedese emerge che i software delle fRMI sovrastimano la rappresentazione di attività cerebrale; pertanto l’eventuale conferma che nel cervello umano esistano sistemi simili andrebbe presa con cautela.

I NEURONI A SPECCHIO NELLE SCIMMIE
Il macaco è stato il primo animale in cui i neuroni specchio furono individuati. In questa scimmia i neuroni specchio vennero localizzati nella circonvoluzione frontale inferiore (chiamata regione F5) e nel lobo parietale inferiore. Gli studi hanno provato che i neuroni specchio fanno da tramite per la comprensione del comportamento altrui.
Ad esempio, un neurone specchio che si attiva quando la scimmia strappa un pezzo di carta si attiva anche quando la stessa scimmia vede un’altra (o un altro primate) fare lo stesso gesto o anche se sente soltanto il rumore della carta strappata, senza guardare necessariamente il gesto. Queste proprietà hanno indotto i ricercatori a pensare che i neuroni specchio codifichino concetti astratti per azioni del tipo suddetto (“strappare carta”) sia quando l’azione è compiuta direttamente, sia quando giunge l’informazione che l’azione è compiuta da altri.
La funzione dei neuroni specchio nei macachi non è chiara, dato che gli individui adulti non sembrano in grado di imparare per imitazione. Esperimenti piu’ recenti mostrano che cuccioli di macaco possono solo durante una finestra temporale limitata imitare i movimenti facciali degli uomini e solo da neonati. Non si è ancora a conoscenza se i neuroni specchio siano collegati a tipi di comportamento “fine” come questo. È sicuro però che nelle scimmie adulte i neuroni specchio permettono loro di capire ciò che un’altra scimmia sta facendo, di riconoscerne l’azione specifica.
Il tentativo di estendere l’ipotesi che l’imitazione dei neonati di macaco sia presente fin dalla nascita anche negli uomini in quanto sarebbe presente questo sistema specchio anche negli uomini è dimostrato dagli studi pionieristici di Meltzoff e Moore, e da numerosi scienziati. Tuttavia uno studio recente ha criticato queste conclusioni, nel maggio 2016, da Janine Oostenbroek e collaboratori, rilevando che in uno studio fatto su 106 neonati, in 4 tempi diversi: 1, 3, 6, 9, settimane di vita, l’imitazione di alcune espressioni del volto umano da parte dei neonati risulta essere casuale, sebbene l’imitazione della lingua sembra essere effettivamente presente, come una reanalisi dello stesso lavoro da parte di Meltzoff e collaboratori ha dimostrato.

IL SISTEMA SPECCHIO NELL’UOMO
Lo studio dei neuroni specchio è più articolata nell’uomo rispetto alle scimmie. Mentre in queste si possono osservare i singoli neuroni, nell’uomo si possono osservare le attivazioni solo attraverso variazioni nel flusso sanguigno dovute ad esse.
I primi studi con esseri umani, condotti con immagini di azioni (afferrare, ecc.) prodotte graficamente al computer, diedero scarsi risultati.
La ripetizione degli stessi esperimenti con azioni eseguite e osservate fra persone in carne e ossa diede invece risultati più concreti. Affinando le tecniche di indagine e di brain imaging (fMRI) è stata eseguita una localizzazione precisa dei neuroni specchio umani. Le aree contemporaneamente attive durante l’osservazione degli atti altrui sono risultate:

1. La porzione rostrale anteriore del lobo parietale inferiore;
2. Il settore inferiore del giro pre-centrale;
3. Il settore posteriore del giro frontale inferiore;
4. In alcuni esperimenti si osservano attività anche in un’area anteriore del giro frontale inferiore;
5. Nel solco temporale superiore;
6. Nella corteccia pre-motoria dorsale. Questo per quanto riguarda l’azione e l’osservazione di movimenti fondamentali, ancora slegati da comportamenti emotivi.

Esperimenti condotti da Giovanni Buccino e altri nel 2001 dimostrano che nell’uomo l’attivazione dell’area Broca e di altre aree in presenza di azioni complesse (afferrare per mangiare, dare un calcio a un pallone, prendere oggetti per ordinarli) è senz’altro collegata al linguaggio in un sistema di “risonanza” più complesso di quello della scimmia.
La differenza sostanziale è che il sistema umano dei neuroni specchio codifica atti motori transitivi e intransitivi. Nell’uomo, infatti, non è necessaria una effettiva interazione con gli oggetti: i suoi neuroni-specchio si attivano anche quando l’azione è semplicemente mimata. Anche se il loro ruolo primario rimane quello di comprendere le azioni altrui, il contesto umano è più complesso. Recenti evidenze elettrofisiologiche dirette (registrazioni delle scariche neuronali tramite microelettrodi) hanno mostrato la presenza del sistema specchio nell’uomo in sede parietale e frontale. Nello stesso studio è stata anche trovata la presenza di neuroni specchio in aree non motorie quali l’ippocampo e la corteccia temporale.