Come impara il cervello: cosa succede quando impariamo e come sostenere questi processi

Articolo a cura di Fabio Sinibaldi e Sara Achilli

Adulti o bambini ci riguarda tutti, ogni giorno. La procedura per usare il nuovo cellulare, imparare una lingua straniera, abilità matematiche, i movimenti di uno sport, sono tutte forme di apprendimento.

Ma che cosa vuol dire, in pratica, apprendere o imparare?

Dal punto di vista del cambiamento, dell’evoluzione e della motivazione potremmo dire molte cose, nei precedenti articoli in parte lo abbiamo fatto e, nei prossimi articoli, torneremo a farlo, sempre da nuove prospettive.

In questo articolo vogliamo concentrarci su quanto succede a livello interno, come si scrivono i ricordi, che cosa cambia nel nostro organismo quando impariamo qualcosa.

Non si tratta solo di togliersi una curiosità sul lato “hardware” dell’apprendimento, ma di comprendere – e quindi poter gestire attivamente – le basi che sostengono e favoriscono l’acquisizione di nuove conoscenze e competenze, dalla geometria allo sport, dai concetti astratti alle abilità pratiche e relazionali.

reti neurali connettomaQuestione di “reti”

Ogni forma di apprendimento, in qualsiasi età e per qualsiasi ambito, si basa sulle reti neurali del nostro sistema nervoso e sulla loro plasticità.

In passato ci si concentrava sui messaggi tra singoli neuroni e, al massimo, erano state individuate aree della memoria a breve e a lungo termine.

Con le nuove modalità di indagine tutto è cambiato. Oggi si è visto che le modificazioni riguardano ampi network cerebrali e diversi sistemi in azione congiunta, che possono essere capiti solo da una prospettiva sistemica e multi-dimensionale.

Infatti, per comprendere i processi di apprendimento e per cercare di sostenerli quotidianamente o in casi di particolare difficoltà, è necessario tenere in considerazione due fattori:

  1. Che il cervello umano si distingue per network di attivazione complessi che vanno ben oltre la distinzione per aree funzionali che si usava fino a qualche hanno fa. Oggi si è passati ad una modelizzazione per vie di attivazione (connettoma) e reti e centrali di attivazione (hub). 
  2. Il secondo aspetto da tenere in considerazione è che in tutto il sistema nervoso è presente un elevato livello di integrazione multisensoriale.

Questi due fattori rendono bene conto del fatto che l’apprendimento avviene solo quando si attivano diverse abilità in differenti circuiti cerebrali e il loro collegamento viene rinforzato attraverso la plasticità neurale (si creano o modificano le reti neuronali).

apprendimento cambiamento cellulareCome funziona la plasticità neurale

La plasticità neurale è un fenomeno complesso e può avvenire in tanti modi e a differenti livelli: a livello di citoscheletro, dendriti, segnalazione elettrica, canali ionici della membrana, attraverso la microglia che ogni notte modella e pota le sinapsi per ottimizzarle e altro ancora.

I canali del calcio rappresentano uno dei principali sistemi, perché possono agire anche a livello di espressione genica. 

Il neurone ha due recettori interessanti in questo processo: uno si chiama AMPA e l’altro MNDA.
Quando sentiamo o leggiamo contenuti noiosi – o che già conosciamo – attiviamo solo il recettore AMPA. In questo caso l’informazione entra nella rete ma non la modifica, si tratta di una risposta rapida e a breve termine.

Quando, invece, riceviamo uno stimolo molto interessante o che non conosciamo e riteniamo utile, per riuscire a cambiare l’architettura cerebrale si attivano anche i recettori MNDA. Semplificando possiamo dire che viene tolto il magnesio dal canale MNDA, cosa che permette di fare entrare il calcio nella cellula. Questo calcio va ad attivare i geni che attivano la produzione di nuove connessioni.

cibo per apprendimentoAi nostri scopi non interessa approfondire i dettagli di questi meccanismi, ma prendere consapevolezza che sono in gioco calcio, magnesio e glutammato, tutte sostante il cui equilibrio è strettamente influenzato dall’alimentazione e dallo stile di vita. Carenze o eccessi di queste sostanze portano inesorabilmente a una malfunzionamento dei processi di apprendimento.

Il neurone, comunque, non fa tutto da solo. Per poter imparare ha bisogno, tra l’altro, anche dell’astrocita, dell’oligodentrocita che mantiene le guaine mieliniche in condizioni ottimali e del lavoro della microglia per evitare i processi infiammatori.


membrana cellulareDa tutte queste informazioni deriva l’importanza di avere il sistema nervoso e le sue strutture microbiologiche in condizioni ottimali: permeabilità di membrana, idratazione, equilibrio biochimico interno ed esterno, nutrizione adeguata. Si tratta di fattori influenzati direttamente dall’alimentazione (in particolare acidi grassi, colesterolo, glutammato, micronutrienti) e dai circuiti dello stress. Infatti anche cortisolo e adrenalina giocano un ruolo fondamentale nei processi di apprendimento. Se sono in eccesso o troppo ridotti non è possibile attivare correttamente in meccanismi alla base dell’apprendimento. Anche l’infiammazione a livello immunitario gioca un ruolo importante, dal momento che, a livello cellulare, prevede meccanismi di segnalazione che coinvolgono in modo importante sempre il calcio.

Le condizioni di efficacia

Affinché i processi sopra descritti possano avvenire e modificare la struttura neurale non basta un evento qualsiasi, ma si devono presentare alcune specifiche condizioni.

Vediamo di seguito tre principali categorie.

1. ESPERIENZE RILEVANTI E MULTI-SENSORIALI

La prima condizione è che il cervello ritenga necessario adattarsi e che si viva un’esperienza che faccia emergere questa necessità per un tempo significativo (da minuti ad ore, non servono necessariamente mesi ed anni).

esperienza multisensorialeEsperienza e percezione sensoriale sono strettamente legate. Dobbiamo infatti ricordarci che il nostro sistema nervoso si è evoluto per adattarci all’ambiente esterno, quindi ne deve raccogliere più informazioni possibile. Il nostro sistema nervoso è multi-sensoriale, cioè raccoglie i dati dagli organi di senso e i circuiti percettivi dei diversi sensi sono tra loro collegati. Anche questo ha uno scopo evoluzionistico: più fonti di informazioni permettono migliori valutazioni e previsioni, anche se i segnali non sono chiari o ci sono interferenze.

Vediamo un esempio significativo di plasticità neurale sensoriale ed esperienze significative.

donna-bendataTutti sappiamo che le persone private di un senso, come la vista o l’udito, ne rafforzano altri. In pochi sanno che basta essere privati della vista per due ore per assistere a una riorganizzazione del sistema nervoso: i centri visivi vengono usati per mandare una quantità extra di segnali legati al tatto.

La creazione di esperienze multi-sensoriali di apprendimento per un tempo significativo è fondamentale per favorire un apprendimento rapido e duraturo.

Questo aspetto è fondamentale tanto per i bambini a scuola (difficoltà di apprendimento) tanto quanto per gli adulti alle prese con i cambiamenti richiesti dalla vita moderna.

2. ATTIVAZIONE MULTI-DIMENSIONALE

La seconda condizione che favorisce plasticità neurale – e quindi apprendimento – è che le diverse aree coinvolte si attivino in modo intenso contemporaneamente, in rapida successione o in cicli alternati.

apprendimento multi-dimensionaleCi sono sfumature tra i diversi tipi di apprendimento e questi sotto-tipi, ad esempio tra l’apprendimento di un movimento e quello di un concetto. Tuttavia, in buona sintesi, è sufficiente comprendere che l’apprendimento è sostenuto da esperienze che presentino modalità di attivazione multi-dimensionale e intense.

Di contro, una stimolazione assente o non fisiologica impedisce l’apprendimento.

lavoro caldoAd esempio un ambiente troppo caldo o troppo freddo impegna il nostro organismo a riportare l’omeostasi nel nostro corpo, la temperatura corporea al livelli ottimali. In questo modo vengono spese le energie che potevano essere invece usate per l’elaborazione dell’informazione. Allo stesso modo ambienti chiusi e poveri di ossigeno non favoriscono l’apprendimento.

Per questo sarà importante creare modalità di apprendimento che attivino diverse forme di pensiero (logico, visivo, seriale, deduttivo, ecc.), diverse modalità operative (scrivere, disegnare, usare solo simboli, ecc.), differenti livelli di attivazione fisica (seduti o in piedi, con movimenti di muscoli piccoli o grandi, movimenti simmetrici e asimmetrici, ecc.), diversi stati fisiologici (immobili, in movimento, di corsa, con diversi tipi di tono muscolare e respirazione, ecc.). Di contro, va evitata qualsiasi forma che allontani dal benessere e dalla fisiologia.

3. COINVOLGIMENTO EMOTIVO E RELAZIONALE

La terza riguarda la componente emotiva. Come abbiamo già visto gli ormoni coinvolti nella risposta dello stress possono alterare i processi alla base della plasticità neurale.

In modo opposto l’umorismo e il divertimento provocano una cascata di endorfine e dopamina, così come il contatto fisico, la fiducia, il senso di accettazione e di inclusione sviluppano ossitocina,  tutte sostante con azione di contrasto rispetto agli ormoni dello stress e con grande beneficio rispetto ai processi di apprendimento.students-teacher-laughing

Cambiando prospettiva è importante considerare che emozioni e relazioni sono legate anche nella direzione opposta con l’apprendimento: infatti non solo esse influenzano in nostro modo di imparare e ricordare, ma il loro funzionamento è influenzato dai ricordi.

Le risposte emotive, ad esempio si compongono di una serie di risposte innate che interagiscono con i nostri ricordi, condizionamenti e le aspettative create sulla base delle esperienze pregresse. Lo stesso discorso vale per le capacità di leggere le emozioni altrui, ma anche le loro intenzioni, gli stili comportamentali e le modalità di legarsi affettivamente.

Questo significa che per cambiare modo in cui si reagisce sotto stress, la paura di essere abbandonati o la tendenza a fidarsi o meno – giusto per citare alcuni casi – è fondamentale favorire nuovi processi di apprendimento e la plasticità neurale che li sostiene.



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