Non si può manovrare una marionetta con un solo spago.


(Frank Herbert)

Il nostro sistema nervoso centrale è il miglior marionettista mai esistito.

L’abilità del SNC di riuscire ad organizzare e attuare i nostri movimenti, dal più banale al più complesso, occupa tutt’oggi una rilevante priorità di ricerca nell’ambito delle neuroscienze.

Che si voglia impugnare una forchetta per arrotolare dei deliziosi spaghetti alla carbonara, oppure colpire un pallone in rovesciata per segnare un gol alla Cristiano Ronaldo, ci si prefigge un obiettivo motorio raggiungibile solo grazie all’attuazione di una serie di movimenti volontari.

Se avete letto l’articolo che riguarda l’elaborazione delle informazioni sensoriali, avrete compreso un’altra straordinaria capacità del nostro SNC:

quella di creare rappresentazioni del corpo e dell’ambiente in cui ci muoviamo, mettendole in continua relazione tra di loro, al fine di interagire tramite il movimento.

Ripropongo l’immagine che raffigura sia l’homunculus sensitivo (sinistra), che è la rappresentazione della suddivisione anatomica presente nell’area somestesica primaria, in base all’attività recettoriale delle varie porzioni del nostro corpo;

sia l’homunculus motorio (destra), o meglio la rappresentazione anatomica presente nell’area motoria primaria, secondo la propensione all’azione fine delle varie porzioni del nostro corpo preposte al movimento.

Vediamola così: tanto più una parte del nostro corpo è collegata ad un numero elevato di spaghi, tanto più il nostro marionettista sarà in grado di muoverla più finemente.

Ciò non vuol dire che i nostri arti inferiori non contribuiscano ai movimenti quotidiani tanto quanto lo facciano le nostre mani,

tuttavia, quest’ultime sono in grado di risolvere problemi motori con molteplici soluzioni: basti pensare a quante modalità esistono per impugnare uno stesso oggetto e a tutte le espressioni di forza adeguate ad una impugnatura, oppure a quanti micromovimenti devono effettuare i nostri occhi per relazionarci adeguatamente al mondo esterno (movimenti saccadici).

Il nostro SNC dedica la stragrande maggioranza della sua attività per guidare le nostre interazioni con l’ambiente esterno trasformando tutte le nostre intenzioni in azioni.

È per questo che vaste aree della corteccia cerebrale sono dotate di circuiti neurali che ci permettono di interagire e adattarci alle condizioni ambientali più disparate in modo efficace ed efficiente.

Perché?

Perché il nostro sistema motorio riesce a generare programmi motori, sia quando ha il tempo necessario di effettuare un’elaborazione sensoriale del mondo esterno, sia quando non ha la possibilità di farlo, quindi, riusciremo a capire se abbiamo raggiunto l’obiettivo motorio solo dopo che l’azione si è svolta.

Avete presente quando siete dovuti andare al centro assistenza per fare riparare lo schermo del vostro telefono dopo che vi è caduto e per un soffio non siete riusciti ad afferrarlo in tempo?

Lo schermo rotto rappresenta il feedback del vostro movimento volontario di afferrare il vostro cellulare, al fine di salvarlo senza esserci riusciti, per la mancanza di tempo nell’elaborare tutte le informazioni sensoriali necessarie a produrre l’esatto movimento con lo scopo di raggiungere il vostro obiettivo motorio: non spendere 200€ per la riparazione.

Ma fortunatamente:

  1. Anche quando non si ha il tempo per svolgere una completa elaborazione delle informazioni sensoriali, a volte, è possibile raggiungere gli obiettivi motori e quindi salvare il nostro telefono riuscendo ad afferrarlo.
  2. Possiamo svolgere movimenti volontari in situazioni prevedibili che ci permettono di elaborare le informazioni ambientali portando a termine con certezza il nostro obiettivo motorio (rispondere ad un nostro amico che ci sta chiamando al cellulare).

Poniamo un accento alla genesi dei movimenti volontari che attuiamo grazie all’elaborazione delle informazioni sensoriali.

Torniamo al ruolo della percezione: grazie alla sua attività viene generata una rappresentazione sensoriale del mondo esterno e del nostro corpo (considerate che le mappe spaziali di ciascun’area corticale, non sono mappe in senso convenzionale che rappresentano fedelmente lo spazio circostante, bensì esse sono dinamiche e possono espandersi a seconda dei requisiti motori necessario per interagire con oggetti immobili o in movimento).

La rappresentazione creata dall’attività percettiva passa nelle mani dei processi cognitivi che usano questa replica interna del mondo per definire una linea d’azione.

La rappresentazione del movimento è una serie di trasformazioni sensori-motorie organizzata in sistemi di coordinate diversi, che passano da una descrizione generale della forma del movimento per poi realizzare una forma sempre più dettagliata e particolareggiata, fino ad arrivare a definire le modalità di intervento dei vari muscoli.

Ogni popolazione di neuroni codifica le caratteristiche e i parametri del movimento che si intende eseguire, in un sistema di coordinate particolare che gestiscono variabili come la direzione del movimento nello spazio o le caratteristiche delle contrazioni muscolari e delle forze sviluppate.

Infine, il piano motorio selezionato viene ritrasmesso ai sistemi devoluti all’esecuzione delle azioni per la sua messa in opera.

Quindi il sistema motorio opera in almeno due fasi:

  1. La pianificazione che richiede che venga presa una decisione su quale azione o serie di azioni devono essere eseguite per mettere in atto un’intenzione
  2. L’esecuzione che si occupa dei diversi aspetti del movimento nel corso del suo svolgimento

Per raggiungere e impugnare una buonissima fetta di torta al cioccolato, il sistema motorio deve risolvere 2 problemi basilari.

  1.  Localizzare la fetta di torta nello spazio e trasformare le informazioni sulla sua sede in un movimento di raggiungimento del braccio che porti la mano fino al dolce.
  2. Analizzare le proprietà fisiche della torta, quali le sue dimensioni e la sua forma per poi trasformarle in informazioni utile per attuare una presa efficace.

Oltre a queste informazioni, il sistema motorio necessita di informazioni sullo stato in cui si trova in quel momento il braccio, la posizione della mano rispetto alla fetta di torta, ma anche sulla postura dell’intero corpo in quel momento.

Le varie operazioni cerebrali che sono necessarie per pianificare e guidare il movimento del braccio vengono eseguite, almeno in parte, da popolazioni di neuroni, interconnessi fra loro, della corteccia motrice primaria, della corteccia premotoria e della corteccia parietale.

(È importante sottolineare che a contribuire ai processi del sistema motorio vi sono anche il cervelletto e i nuclei della base).

Torniamo all’analogia del SNC nel ruolo del marionettista.

Consideriamo che ad ogni piccolo movimento del marionettista sulla croce di legno, e quindi sui fili, codifica ogni movimento dei segmenti della marionetta che sta guidando.

I comandi che invece codificano i nostri movimenti prendono il nome di programmi motori.

Nel caso dei programmi motori è fondamentale sottolineare che, a prescindere dell’elaborazione delle informazioni sensoriali, una volta attivato produce il movimento dopo una rappresentazione astratta del movimento stesso (come nel caso di cercare di prendere in pochissimo tempo il nostro telefono per evitare di farlo cadere).

Una volta che il programma è stato avviato, il quadro d’azione è eseguito anche se l’informazione ambientale indica che è stato commesso un errore nella selezione,

tuttavia, con un’analisi del feedback prodotto, e quindi tramite l’elaborazione delle informazioni sensoriali durante l’esecuzione del programma, diviene possibile produrre innumerevoli correzioni degli errori nell’esecuzione, le quali assicurano che l’obiettivo motorio prefissato venga raggiunto.

Devi sapere che il nostro SNC archivia dentro di sé una vastissima gamma di programmi motori da trasmettere ogni qual volta dobbiamo produrre un movimento per finalizzare un obiettivo motorio.

A questo punto ti starai chiedendo:

  1. Ma come è possibile immagazzinare tutte queste chiavette USB contenenti i programmi motori necessari ad eseguire la grande vastità di movimenti che attuiamo tutti i giorni, dato che la nostra memoria è limitata?
  2. Mi è capitato spesso di eseguire un movimento che mai prima avevo svolto. Il SNC da dove ha pescato la chiavetta USB contenente quel programma motorio, se mai prima mi è capitato di trovarmi in quella situazione?

Per rispondere a queste domande la ricerca ha definito l’utilizzo da parte del nostro SNC di programmi motori generalizzati.

Il concetto di programma motorio generalizzato chiarisce l’abilità del SNC di conservare in memoria un programma motorio che gestisca una particolare classe di azioni al posto di tradurre ogni singolo movimento.

Un particolare movimento, in una particolare situazione verrà gestito da un programma motorio generalizzato a cui saranno modificati determinati parametri.

Quindi è la scelta dei differenti parametri che definirà il risultato di ogni movimento e, ogni movimento, differirà da un suo simile solo secondo alcune caratteristiche.

La ricerca, esaminando delle classi di movimento, ha notato che diversi aspetti di ogni azione possiede aspetti facilmente modificabili, mentre altri aspetti rimangono quasi completamente invariati da movimento a movimento.

Come il marionettista fornisce degli impulsi ai fili per muovere la marionetta, così

il programma motorio fornisce impulsi dell’attività dei motoneurone che innervano i muscoli.

Il programma motorio generalizzato controlla il movimento tramite il controllo degli impulsi o picchi di forza distribuiti nel corso del tempo ai muscoli appropriati.

Gli impulsi gestiti da ogni programma motorio generalizzato definiscono la sua natura, sono come la sua carta d’identità che gli consente di essere catalogato nell’archivio del SNC.

Le proprietà che definiscono ogni pacchetto di impulsi sono:

  1. Ordine degli eventi
    Scommetto che sia capitato anche a te di cercare di afferrare un oggetto con le dita dei piedi come a mimare la presa della mano.
    In questo caso l’ordine degli impulsi mandati dal SNC sono i medesimi per raggiungere lo stesso obiettivo motorio con parti del corpo differenti.
  • Timing relativo
    A rimanere invariata è anche la struttura temporale delle contrazioni, che viene chiamata timing relativo.
    Molti atti (da non considerare come azioni motorie complesse) che differiscono in termini di durata del movimento, non differiscono in termini di durata delle contrazioni di ogni muscolo in relazione al tempo del movimento complessivo.
  • Forza relativa
    La forza relativa spiega come in base al movimento che necessitiamo attuare in una determinata situazione, le forze prodotte da due qualsiasi muscoli, rimane proporzionalmente costante da movimento a movimento.

Ogni movimento che esprimiamo sono la punta dell’iceberg dell’attività dei programmi motori e della modificazione dei loro parametri che insieme alle proprietà degli ordini degli eventi, timing relativo e forza relativa, aiutano sia l’immagazzinamento in memoria, garantirci la possibilità di effettuare movimenti totalmente nuovi.

I parametri modificabili sono:

  • La selezione dei muscoli coinvolti
  • La durata complessiva
    Che regola la velocità di esecuzione di un movimento.
  • La forza complessiva
    Che modula la quantità di forza erogata dai muscoli partecipanti al movimento, e quindi quanto forte devono contrarsi nel momento in cui vengono selezionati dal programma motorio.