Una serie di immagini in bianco e nero sono distribuite lungo lo schermo e ognuna di loro mostra una parte del mio cervello. Le diverse tonalità di grigio sembrano familiari a chiunque abbia esperienza di una scansione cerebrale, ma in realtà queste immagini sono diverse. Andrew Frew, neuroscienziato dell’Università della California di Los Angeles, utilizza un cursore per selezionare un piccolo quadrato. Si possono allora riconoscere sottili filamenti simili a spaghetti, che rappresentano le migliaia di fibre neurali che lo attraversano. Qualche click del cursore e Frew definisce nei dettagli il tratto di fibre sullo schermo, evidenziando dapprima il mio nervo ottico, poi le fibre che attraversano la zona cerebrale cruciale per il linguaggio e infine il fascio di nervi sensori e motori che arrivano alla base del cervello.
Frew mi sta offrendo una ricognizione accurata della mia materia bianca, vale a dire il tessuto che unisce i neuroni, o cellule nervose, che costituiscono la materia grigia. Qualche particolarità dei contorti collegamenti neurali che fanno viaggiare l’informazione tra i neuroni – forse il loro spessore o la loro abbondanza o i loro specifici percorsi da una parte all’altra del cervello – potrebbe spiegare, almeno in parte, le variazioni dell’intelligenza umana.
Gli scienziati sono andati alla ricerca per oltre due secoli dell’origine dell’intelligenza, cioè della capacità cognitiva generale spesso quantificata sotto l’espressione di quoziente intellettivo (QI). Con l’avvento di tecnologie come la MRI (imaging a risonanza magnetica), i ricercatori si sono concentrati principalmente sulla materia grigia e sono riusciti a localizzare le diverse parti del cervello che sembrano giocare un ruolo importante. Non si è però andati oltre questi limiti e rimangono ancora molte questioni aperte. Solo negli ultimi anni, grazie agli sviluppi più recenti della MRI nello studio della materia bianca cerebrale, è cominciata a emergere una comprensione più approfondita. «Gli scienziati si sono ora rivolti allo studio particolareggiato delle connessioni tra le diverse aree cerebrali», afferma Sherif Karama, psichiatra e neuroscienziato del Montreal Neurological Institute della McGill University. Le loro scoperte iniziali hanno portato Karama e i suoi colleghi a ritenere che i collegamenti neurali e le modalità di passaggio dell’informazione attraverso il cervello siano di importanza fondamentale per il QI.
Fino a poco tempo fa, solo pochi scienziati avevano studiato come la struttura cerebrale fosse correlata al QI, in parte perché l’idea di una base genetica e biologica dell’intelligenza è sempre stata oggetto di controversie. Poiché persone di diversi gruppi etnici ottengono spesso punteggi differenti nei test d’intelligenza, questi studi potrebbero suscitare accuse di razzismo, e i critici temono abusi potenziali come pratiche discriminatorie in campo educativo e lavorativo. In ogni caso, le nuove tecniche di imaging hanno aperto la strada a studi prima impossibili e i gruppi di ricerca che si interessano a questo problema crescono di giorno in giorno. Gran parte di loro sta concentrando la propria attenzione sulla materia bianca.
La speranza è che la scoperta delle aree e dei circuiti cerebrali coinvolti nell’intelligenza fornisca nuovi sbocchi alla ricerca sulle malattie neurologiche e psichiatriche che compromettono la conoscenza, come la schizofrenia e il morbo di Alzheimer. «Per comprendere il declino cognitivo, è necessario capire come si manifesta e si organizza la conoscenza nel cervello», sostiene Rex Jung, neuro-scienziata della Mind Research Network, a Albuquerque, in New Mexico. La ricerca potrebbe anche contribuire a chiarire le dinamiche di alcuni disturbi dell’apprendimento quali la dislessia e l’ADHD (di-sturbo da deficit d’attenzione e iperattività), consentendo terapie più avanzate. Altre potenziali applicazioni non sono, però, condivise da tutti. Alcuni scienziati prevedono che le scansioni cerebrali saranno utilizzate per calcolare il QI. Sandra F. Witelson, neuroscienziata della Michael G. DeGroote School of Medicine alla McMaster University, in Ontario, dice: «Non è poi così azzardato sostenere che in futuro le scansioni cerebrali faranno parte di una serie di strumenti per indicare il potenziale sviluppo delle capacità di una persona».

Intelligenza e dimensione del cervello
Il neuroscienziato Paul Thompson è uno dei ricercatori che ha studiato la struttura cerebrale e il QI, anche se ciò non rientrava nei suoi progetti iniziali al laboratorio dell’UCLA: si occupava allora dei cambiamenti del cervello che caratterizzano la schizofrenia e il morbo di Alzheimer. Poiché seri deficit cognitivi accompagnano entrambe le malattie, Thompson e i suoi collaboratori analizzarono le funzioni cognitive dei loro soggetti. Quando iniziarono a esaminare più accuratamente le variabili correlate alla struttura cerebrale, si resero conto che l’intelligenza appariva tra le più significative. «Il QI si presentava come il fattore chiave nel determinare le caratteristiche del cervello», spiega Thompson.
Gli scienziati che studiano l’intelligenza la definiscono normalmente in termini comparativi, come una capacità cognitiva generale rispetto a una mediocre. Un «fattore di intelligenza generale» quantificabile, conosciuto come g, si può ricavare statisticamente dai punteggi ottenuti in una serie di test d’intelligenza. Alcune persone mostrano un talento particolare in alcune aree, ma in genere chi ottiene un buon punteggio in un test tende ad avere risultati positivi anche negli altri test, dimostrando un g più alto.
I ricercatori non hanno ancora trovato una semplice spiegazione neurale per il fattore g. Nel 2001, Thompson ha mostrato che è correlato con il volume della corteccia frontale, un risultato in linea con un buon numero di studi che hanno collegato l’intelligenza alle dimensioni del cervello. Ma la grandezza rappresenta un tipo di misurazione grezza: anche se è vero che in media i cervelli più grandi sembrano più intelligenti, non è chiaro se ciò accade perché possiedono più cellule nervose, più connessioni tra le cellule o più fibre che trasportano i segnali neurali. Ognuno di questi fattori può tradursi in un cervello più grande o in una corteccia più spessa, ma niente di tutto ciò è necessario per parlare di grandi intelligenze. Gli studi sul cervello di Albert Einstein, per esempio, hanno mostrato delle dimensioni normali o persino inferiori in una determinata area (era assente una piega del lobo parietale inferiore, che si trova dietro la corteccia frontale; alcuni ritengono che questa caratteristica abbia consentito ai neuroni di quella regione di comunicare più efficacemente).
Con lo sviluppo dell’imaging cerebrale gli scienziati hanno migliorato la conoscenza di sezioni del cervello coinvolte in compiti specifici, tra cui l’elaborazione sensoriale, la memoria, l’attenzione e il processo decisionale. I diversi studi hanno collegato le aree all’intelligenza, senza arrivare però a una conclusione definitiva sulle presunte basi anatomiche.
Che implicazioni comporta, però, stabilire che l’intelligenza non è legata a una singola area cerebrale né al volume totale del cervello, ma alla rete attraverso cui l’informazione viene trasmessa e integrata? Nel 2007, Jung e Richard Haier, ora professore emerito di psicologia all’Università della California di Irvine, hanno presentato la prima teoria generale derivata dalle neuro immagini relative alla nascita dell’intelligenza nel cervello. Raccogliendo i dati di 37 pubblicazioni che hanno adottato l’imaging per studiare l’intelligenza, i due scienziati hanno definito una mappa delle aree cerebrali che sono state individuate con esattezza in almeno un terzo delle ricerche per fornire una descrizione della rete di regioni che attraversano i lobi frontali e parietali.
La rete consiste di circa 10 nodi, o raggruppamenti di cellule, che sono stati collegati a una serie di funzioni cognitive, tra cui l’attenzione, la memoria attiva e il riconoscimento di volti. Applicando le teorie esistenti sui flussi di informazione nel cervello, Jung e Haier hanno ipotizzato che i segnali neurali si spostino dai nodi nella parte posteriore del cervello, dove i dati sensoriali vengono raccolti e sintetizzati, verso i lobi centrali, che sono responsabili dei processi di pianificazione e presa di decisioni. Le connessioni tra questi nodi, spiegano Jung e Haier, sono critiche quanto i nodi stessi. «Se i nodi di una rete non comunicano in modo efficace ed efficiente, allora la rete non funzionerà bene», chiarisce Jung.
La teoria era provocatoria, ma i dati utilizzati per svilupparla soffrivano di una seria limitazione: si riferivano quasi esclusivamente alla materia grigia. Per quanto riguardava la materia bianca, Jung e Haier hanno dedotto i suoi percorsi dalla disposizione dei nodi chiave e dalle mappe esistenti di anatomia neurale. Non hanno osservato direttamente la materia bianca, soprattutto perché non disponevano della tecnologia adeguata.

L’importanza delle connessioni neurali
Per volume la materia grigia costituisce all’incirca la metà del cervello umano. L’altra metà è materia bianca, vale a dire proiezioni neurali simili a filamenti avvolte in un materiale grasso chiamato mielina; una proporzione così alta di materia bianca appartiene solo al genere umano. Quando «è avvenuta l’evoluzione dai vermi agli umani», dice George Bartzokis, professore di psichiatria alla UCLA, la quantità di cellule non neurali nel cervello è aumentata 50 volte di più del numero dei neuroni. «La mia ipotesi», aggiunge Bartzokis, «è sempre stata che la capacità cognitiva nell’uomo non è data in realtà dalla quantità di neuroni, che può variare moltissimo tra le persone, ma dalla qualità delle nostre connessioni».
Grazie al loro strato di isolamento, che previene la dispersione di impulsi elettrici, le fibre nervose mielinate possono spedire segnali 100 volte più rapidamente di quelle non mielinate. La mielina permette anche di inviare più informazioni per secondo riducendo il tempo di attesa tra i segnali. Il risultato è che i neuroni sono in grado di elaborare 3.000 volte più informazione di ogni altro sistema possibile. Questa capacità, sostiene Bartzokis, è fondamentale per la lingua parlata e il linguaggio di elaborazione.
La MRI che in genere viene utilizzata nelle scansioni mediche non mostra i dettagli più sottili della materia bianca cerebrale. Ma, grazie a una tecnica chiamata DTI (diffusion tensor imaging, imaging del tensore di diffusione), che usa il magnete dello scanner per seguire i movimenti delle molecole d’acqua nel cervello, gli scienziati hanno ideato nuovi sistemi per tracciare una mappa accurata delle connessioni neurali. Mentre scorre liberamente nella maggior parte dei tessuti cerebrali, l’acqua si muove come una corrente attraverso un cavo lungo le fibre neurali isolate.
Quasi tutte le scansioni DTI suddividono l’immagine MRI in minuscole aree e misurano la diffusione delle molecole d’acqua attraverso queste aree in più direzioni (da 6 a 12), sufficienti a rivelare la presenza di fasci compatti di fibre neurali. Tuttavia le zone dove i filamenti si sovrappongono appaiono sfocate. Le ultime variazioni introdotte nella DTI permettono di misurare la diffusione da 50 fino a 500 direzioni. Gli algoritmi computerizzati sintetizzano questi dati in un’immagine tridimensionale che mostra i percorsi più probabili delle fibre nervose in ogni area e poi riuniscono tutta l’informazione per creare una mappa delle connessioni.
La forza del segnale di diffusione – fino a dove rivela una chiara direzione – è usata per calcolare quanto sono organizzate le fibre della materia bianca. Un segnale di diffusione più potente potrebbe indicare più fibre o una mielina più spessa; gli scienziati ancora non ne sono sicuri. Comunque i metodi più avanzati di imaging della diffusione hanno rivelato una decisa correlazione tra la forza di questo segnale – che i ricercatori definiscono l’«integrità» della materia bianca – e le prestazioni ai test standard per il QI. «La DTI appare come una delle più sensibili forme di misurazione MRI per le funzioni cognitive», afferma Vincent Schmithorst, neuroscienziato del Cincinnati Children’s Hospital.
Thompson definisce le sue mappe della diffusione come «immagini della velocità mentale». Le ricerche precedenti hanno ripetutamente collegato il QI alla velocità di elaborazione, e altri studi indicano che la velocità di elaborazione è a sua volta strettamente correlata alla qualità della materia bianca. Ciò significa che l’intelligenza è determinata dalla velocità di funzionamento del cervello? Se così fosse, svelando i meccanismi della velocità di elaborazione nel cervello si scoprirebbero i segreti dell’intelligenza?
In realtà, la velocità non sembra credibile come unico fattore determinante del QI. «Uno degli elementi più importanti per il QI è la funzione del lobo frontale, che è coinvolto nella pianificazione, nel processo decisionale e nella valutazione delle risposte adeguate agli stimoli ambientali», spiega Thompson. «Non credo che queste capacità facciano assegnamento unicamente sulla velocità mentale».
Alcune delle teorie più recenti sull’intelligenza sostengono che l’elemento cruciale potrebbe essere l’efficienza organizzativa della circolazione dell’informazione più che la velocità. In uno studio condotto da Martijn P. van den Heuvel, neuroscienziato alla Scuola di Medicina dell’Università di Utrecht, in Olanda, i ricercatori hanno definito l’efficienza come il numero di collegamenti necessari per passare da un nodo all’altro, sia in aree cerebrali specifiche sia nel cervello intero. Così come un volo diretto da Parigi a Chicago viene considerato superiore a un volo con uno scalo a Londra, un collegamento diretto tra due parti del cervello offre dei vantaggi rispetto a un percorso indiretto.
Van den Heuvel e i suoi colleghi hanno scoperto che le persone con quozienti d’intelligenza di 120 o più possiedono reti cerebrali più efficienti. «La nostra ipotesi è che il QI mostra come il cervello umano integra diversi tipi di informazioni, come riesce a trasmetterle con facilità da una regione cerebrale all’altra», spiega van den Heuvel. «Questi schemi di attività sono decisamente influenzati dalle strutture della materia bianca, da come sono disposte le connessioni cerebrali».
Richard Haier e i suoi collaboratori stanno ora lavorando a un nuovo metodo per misurare il flusso informativo nel cervello, utilizzando la magnetoencefalografia o MEG. Questa tecnica di imaging misura le fluttuazioni magnetiche intorno ai neuroni quando si attivano, permettendo agli scienziati di seguire al millisecondo le sequenza dei segnali neurali nel cervello mentre le persone svolgono compiti diversi, come premere un pulsante in risposta a una luce. I ricercatori sperano di capire in cosa il flusso di questi segnali differisca dall’intelligenza: se le persone più intelligenti seguono la stessa sequenza, ma più rapidamente, o se i loro cervelli saltino qualche passaggio del circuito. «Se aggiungiamo il calcolo dei tempi di nodi e reti», sostiene Jung, «stiamo realmente parlando di come il cervello funziona in tempo reale».

QI sempre più su
Se la materia bianca gioca un ruolo chiave nell’intelligenza, è possibile migliorare questa ultima? Ci sono modi per diventare più intelligenti o per aiutare persone affette da disturbi neurologici o psicologici che coinvolgono le capacità cognitive?
È probabile che la qualità della materia bianca sia in parte geneticamente determinata e quindi difficile da cambiare. Le dimensioni del corpo calloso, il complesso fascio di fibre nervose di materia bianca che collega i due emisferi cerebrali, sono genetiche al 95 per cento. Circa l’85 per cento delle variazioni della materia bianca nei lobi parietali, che sono coinvolti nelle capacità logiche e spazio-visive, si possono ricondurre alla genetica, secondo Thompson. Ma solo il 45 per cento delle variazioni nei lobi temporali, che giocano un ruolo centrale nell’apprendimento e nella memoria, sembrano ereditate.
Thompson sta ora cercando di identificare i geni che sono collegati alla qualità della materia bianca. Il candidato più probabile appare al momento un gene di una proteina chiamata BDNF, che promuove la crescita cellulare. Le persone con una variazione hanno fibre più organizzate, spiega Thompson.
Tuttavia anche i fattori ambientali esercitano la loro influenza. I roditori allevati in un ambiente stimolante possiedono più materia bianca. I ricercatori sostengono che la manifesta differenza di QI tra chi è allattato al seno e chi non lo è può essere legata al fatto che il latte del seno contiene gli omega 3, un tipo di acidi grassi coinvolti nella produzione di mielina; di conseguenza, alcuni alimenti per bambini ora includono questi composti.
Coloro che hanno passato questo stadio della vita diversi anni fa non debbono tuttavia perdere la speranza. Anche se il cervello adulto non è malleabile come un cervello giovane e appare meno influenzabile dai fattori ambientali, ci sono numerose prove della sua considerevole plasticità.
Gli scienziati non hanno ancora studiato la materia bianca al punto da sapere come intervenire per migliorarla direttamente, specialmente nelle persone in buona salute. Ma è stato dimostrato che l’esercizio, la dieta e l’attività mentale favoriscono la salute cerebrale e diminuiscono il rischio di demenza, una malattia collegata al danneggiamento della materia bianca. Altre ricerche hanno evidenziato che qualche mese di training di una nuova abilità può sviluppare alcune parti del cervello, incluse aree della corteccia frontale coinvolte nella pianificazione motoria e aree dei lobi temporali che integrano l’informazione visiva, uditiva, tattile e fisiologica interna. Studi simili sui modi per intervenire sulla qualità della materia bianca, migliorandola, sono in corso.
Anche se la vista delle immagini della mia materia bianca era senza alcun dubbio ipnotizzante, non si poteva dire che fosse altrettanto illuminante. Le scansioni non mi offrivano alcuna indicazione sulla efficienza o sulla flessibilità dei miei processi mentali. Inoltre, mi dissero i ricercatori, neanche il più illustre esperto di neuroanatomia sarebbe stato in grado di dedurre qualcosa sulle mie capacità cognitive guardando le scansioni del mio cervello.
Una comprensione più avanzata del ruolo della materia bianca nell’intelligenza fornirà agli scienziati un quadro più completo di come l’anatomia cerebrale influenzi la conoscenza. Ciò potrebbe aiutare a spiegare in che modo cervelli con differenti strutture producano lo stesso QI o se particolari configurazioni – la materia bianca più spessa in una area, un blocco grande di materia grigia in un’altra area – siano collegate a specifici punti deboli cognitivi o a eccellenze. «Una delle scoperte più importanti dell’ultimo decennio di studi sull’intelligenza è che il cervello può generare lo stesso QI in più modi», dice Haier. L’intelligenza è caratterizzata da «differenze individuali nell’apprendimento, nella memoria e nell’attenzione e nelle loro possibili integrazioni». Haier prevede che in futuro le scansioni cerebrali potranno fornire agli insegnanti indizi sulle debolezze e sui punti di forza cognitivi dei singoli studenti, permettendo loro di preparare lezioni personalizzate. È vero che le stesse informazioni si potrebbero ricavare da test cognitivi su larga scala, ma gli alti costi e la durata ne rendono raro l’impiego. Una scansione cerebrale di 15 minuti, invece, sarebbe di facile gestione.
Anche se non è ancora possibile valutare il QI di una persona solo con una scansione cerebrale, alcuni scienziati sostengono che questo obiettivo non è lontano nel tempo. «Per esempio», spiega Haier, «si sa che la quantità complessiva di materia grigia in diverse aree ha una buona correlazione con il QI e questa correlazione è ancora più precisa se vi aggiungiamo ulteriori informazioni ottenute con la scansione, quali la quantità di materia bianca in altre aree o il numero di attivazioni in determinate aree quando si risolve un problema. Non sappiamo quali combinazioni di parametri cerebrali siano predittivi del QI psicometrico o di altri fattori dell’intelligenza o delle abilità mentali, ma siamo in grado di scoprirlo. Se saranno disponibili i finanziamenti per effettuare la scansione di campioni estesi con tecniche multiple ed esaminare la popolazione con una serie di misure psicometriche, questa scoperta sarà solo una questione di tempo.
Si tratterà di un apporto fondamentale per i medici che seguono i pazienti malati di Alzheimer o altri che soffrono di disturbi che provocano danni cognitivi. Tuttavia, alcuni esperti temono che si affermi la convinzione che le capacità personali siano completamente predeterminate. Gli scienziati impegnati nel settore ritengono che l’utilizzo della scansione cerebrale per quantificare l’intelligenza non sia in realtà differente dalla somministrazione di test standardizzati come il SAT (Scholastic Aptitude Test, test attitudinale obbligatorio per l’ammissione ai college degli Stati Uniti). Ma, poiché una scansione cerebrale misura una caratteristica fisica, è probabile che susciti più preoccupazioni rispetto agli attuali test. «La valutazione del QI di qualcuno attraverso una scansione cerebrale, anche se non ha un livello di predittività superiore al punteggio del SAT, dà l’impressione che il futuro del soggetto sia già determinato», spiega Karama.
In realtà, non è assolutamente chiaro se le scansioni cerebrali saranno in grado di predire la funzione cognitiva individuale – o il successo scolastico, nella vita o nel lavoro – con più efficacia dei punteggi del SAT.
Il loro valore dipenderà da come verranno utilizzate. Probabilmente, come con il SAT, si attiveranno corsi di formazione per aiutare le persone a migliorare i loro punteggi, sfruttando appieno la rete di connessioni del loro cervello. Come dice Frew dell’UCLA: «Il problema non è lo strumento, ma come lo si usa».