Cervelletto: 69 miliardi di neuroni in un decimo del cervello (e non serve solo all'equilibrio)

Se chiediamo a chiunque di indicare la parte più importante del cervello, la risposta sarà sempre la stessa: la corteccia cerebrale. Quel rivestimento ondulato di materia grigia che riveste l'encefalo, con i suoi solchi e le sue circonvoluzioni, è il volto pubblico delle neuroscienze: lì abita il pensiero, lì processiamo le percezioni, lì decidiamo. Tutto vero. Ma c'è un dato che, da quando l'anatomista brasiliana Suzana Herculano-Houzel l'ha pubblicato nel 2009, ha capovolto la gerarchia: l'80% di tutti i neuroni del nostro cervello non sta nella corteccia. Sta nel cervelletto.

Il piccolo cervello che pesa 150 grammi

Il cervelletto (in latino "piccolo cervello") è quella struttura a forma di cavolfiore appoggiata sul tronco encefalico, dietro al bulbo, sotto i lobi occipitali. Pesa fra 130 e 160 grammi nell'adulto, contro i 1.300-1.500 dell'intero encefalo: occupa circa il 10% del volume cerebrale. Per decenni, gli atlanti di anatomia ne hanno trattato l'argomento in un capitoletto modesto, presentandolo come il "centro dell'equilibrio" e poco più. Una specie di assistente motorio.

Nel 2009 la neuroanatomista Suzana Herculano-Houzel, oggi alla Vanderbilt University, pubblicò sui Frontiers in Human Neuroscience un articolo destinato a rovesciare il quadro. Aveva sviluppato una tecnica chiamata isotropic fractionator: il tessuto cerebrale viene sciolto in detergente fino a separare i singoli nuclei, che poi vengono marcati con anticorpi specifici per neuroni e contati al microscopio per estrapolazione. Per la prima volta, era possibile dare un numero esatto: il cervello umano contiene in media 86 miliardi di neuroni. Di questi, 69 miliardi stanno nel cervelletto, e 16 miliardi nella corteccia cerebrale. Il resto è distribuito nel tronco encefalico e nelle altre strutture.

In altre parole: il cervelletto è composto da neuroni come una metropoli di pendolari, con la cellula granulare — un neurone minuscolo, con quattro corti dendriti — che da sola conta per circa il 50% di tutto il sistema nervoso centrale. La corteccia, dove pensiamo di vivere, è in confronto un quartiere quasi vuoto.

Un'architettura quasi cristallina

Il cervelletto è, insieme alla retina, la struttura più geometrica del cervello dei vertebrati. La sua corteccia è organizzata in tre strati ripetuti milioni di volte come piastrelle di un mosaico: lo strato molecolare, lo strato delle cellule del Purkinje e lo strato granulare. Le cellule del Purkinje, gigantesche neuroni con un'arborizzazione dendritica spettacolare, sono il punto di convergenza di tutta l'attività cerebellare: ognuna di esse riceve fino a 200.000 sinapsi dalle fibre parallele, formando una delle reti più densamente connesse di tutto il sistema nervoso. La regolarità è tale che il manuale di Eric Kandel definisce l'architettura cerebellare "quasi cristallina, fatta per processare in parallelo enormi flussi di informazione sensori-motoria".

La conseguenza funzionale è importante: il cervelletto non "genera" comportamenti, li calibra. Confronta in tempo reale il movimento atteso (suggerito dalla corteccia motoria) con il movimento effettivamente eseguito (ricevuto dai recettori muscolari e dall'orecchio interno) e calcola la differenza. Quando vi sembra che le vostre mani sappiano da sole come reggere un caffè senza versarlo, è il cervelletto che sta lavorando.

Il cervelletto cognitivo: linguaggio, emozioni, attenzione

Per oltre un secolo il cervelletto è stato considerato un puro modulo motorio. Solo dagli anni '90 si è capito che è coinvolto in funzioni molto più alte. Il neurologo americano Jeremy Schmahmann del Massachusetts General Hospital ha descritto nel 1998 una sindrome clinica chiamata Cerebellar Cognitive Affective Syndrome (CCAS): pazienti con danni al cervelletto posteriore mostravano deficit non motori ma cognitivi: planning compromesso, memoria di lavoro ridotta, fluenza verbale rallentata, e anche disturbi della regolazione emotiva. Lo studio originale, pubblicato su Brain, è oggi citato oltre 3.000 volte e ha aperto un campo di ricerca completamente nuovo.

Le tecniche di imaging funzionale degli anni 2010 hanno confermato il quadro: il cervelletto si attiva durante test di linguaggio, problem-solving aritmetico, riconoscimento delle emozioni altrui e memoria autobiografica. Una review pubblicata nel 2020 sulla rivista Neuropsychology Review stima che almeno il 30% del cervelletto sia dedicato a funzioni non motorie. Le aree posteriori (Crus I e Crus II), in particolare, dialogano con le cortecce prefrontali e parietali attraverso il talamo, e contribuiscono a quello che Schmahmann chiama il dysmetria of thought: quando il cervelletto è danneggiato, anche il pensiero perde la sua precisione.

Perché impariamo ad andare in bicicletta una volta sola

La proprietà più affascinante del cervelletto è la sua capacità di apprendimento procedurale a lungo termine. I circuiti delle fibre parallele e delle cellule del Purkinje implementano una forma di plasticità sinaptica a lungo termine chiamata depressione a lungo termine cerebellare (LTD), scoperta dal premio Nobel Masao Ito negli anni '70. È il meccanismo con cui le sequenze motorie complesse, una volta imparate, diventano "automatiche" e non richiedono più attenzione cosciente: pedalare, sciare, suonare un accordo. Una volta che il cervelletto le ha imparate, le ricorda per sempre. È il motivo per cui, a vent'anni di distanza, sappiamo ancora andare in bicicletta.

Per gli ingegneri di robotica, il cervelletto è diventato un modello: gli algoritmi di internal model learning, che permettono ai robot di calibrare i propri movimenti contro il feedback sensoriale, sono direttamente ispirati alla sua architettura. Per i neuropsichiatri è una zona di indagine emergente in patologie come autismo, schizofrenia e depressione, in cui ricerche degli ultimi cinque anni hanno trovato anomalie strutturali cerebellari mai notate prima. Per noi tutti, infine, è il piccolo cervello discreto sul retro del cranio che ci permette, ogni giorno, di camminare, parlare e pensare senza dover pensare al pensare. Un decimo di volume, otto decimi dei neuroni: la matematica più sproporzionata dell'anatomia umana.