Lo sviluppo del cervello progredisce attraverso una serie di fasi che iniziano con la neurogenesi e progrediscono verso la migrazione neurale, la maturazione, la sinaptogenesi, la potatura e la formazione della mielina. Vengono identificati otto principi di base della plasticità cerebrale.  Prove che lo sviluppo e la funzione del cervello sono influenzati da diversi eventi ambientali come stimoli sensoriali, farmaci psicoattivi, ormoni gonadici, relazioni genitore-figlio, relazioni tra pari, stress precoce, flora intestinale e dieta.

Proponiamo che lo sviluppo del cervello umano si basi su due diverse categorie di plasticità per l'immagazzinamento di informazioni originarie dell'ambiente. Il primo di questi è probabilmente alla base di molti fenomeni del periodo sensibile o critico. Questo processo, che noi denominiamo "in attesa di esperienza", è progettato per utilizzare il tipo di informazione ambientale che è onnipresente ed è stata così per gran parte della storia evolutiva della specie. Poiché l'ambiente normale fornisce in modo affidabile a tutti i membri delle specie determinate esperienze, non è possibile vedere diversità, molte specie di mammiferi si sono evolute con meccanismi neurali tali da trarre vantaggio da tali esperienze per modellare lo sviluppo di sistemi sensoriali e motori. Una componente importante dei processi neurali alla base della memorizzazione delle informazioni "in attesa di esperienza" può essere la generazione intrinsecamente governata di un eccesso di connessioni sinaptiche tra neuroni, con input esperienziali che successivamente determinano quali di loro sopravvivono.
Il secondo tipo di plasticità, che chiamiamo "dipendente dall'esperienza", è coinvolto nella memorizzazione di informazioni che sono uniche per l'individuo. Nei mammiferi in particolare si sono evoluti sistemi nervosi che possono trarre vantaggio da tali informazioni, come fonti di cibo e rifugio, e la sopravvivenza individuale dipende da loro in larga misura. Poiché tale esperienza differirà sia in tempo sia in caratteristiche tra gli individui, il sistema nervoso deve essere pronto a incorporare l'informazione quando diventa disponibile. Un aspetto importante del meccanismo sottostante la memorizzazione di informazioni dipendente dall'esperienza sembra essere la generazione di nuove connessioni sinaptiche in risposta al verificarsi di un evento da ricordare.

Un punto chiave è che sebbene la potatura sinaptica sia una caratteristica importante dello sviluppo del cervello, il cervello continua a formare sinapsi per tutta la vita e infatti queste sinapsi sono necessarie per i processi di apprendimento e memoria. Greenough, Black e Wallace (1987) hanno sostenuto che esiste una differenza fondamentale tra i processi che regolano la formazione delle sinapsi nelle prime fasi dello sviluppo cerebrale e quelli durante lo sviluppo cerebrale successivo e nell'età adulta. In particolare, sostengono che le prime sinapsi che si formano sono esperienze "in attesa", che agiscono per potarle o sfoltirle. Chiamano queste sinapsi "in attesa di esperienza" e notano che si trovano diffusamente in tutto il cervello. Al contrario, la successiva formazione di sinapsi è più focale e localizzata nelle regioni coinvolte nell'elaborazione di esperienze specifiche. Etichettano queste sinapsi come "dipendenti dall'esperienza". Un aspetto curioso degli effetti dipendenti dall'esperienza delle sinapsi è che non solo esperienze specifiche portano alla formazione selettiva di sinapsi, ma anche alla perdita sinaptica selettiva. Pertanto, le esperienze stanno cambiando le reti neurali aggiungendo e tagliando sinapsi.

La formazione di sinapsi nella corteccia cerebrale umana rappresenta una sfida formidabile, con un totale di oltre 100.000 trilioni (1014). Questo numero enorme non potrebbe essere determinato da un programma genetico, ma piuttosto solo i contorni generali delle connessioni neurali nel cervello saranno predeterminati geneticamente. La vasta gamma di sinapsi è quindi guidata in posizione da una varietà di segnali ambientali. [...] Lo stadio finale dello sviluppo del cervello è lo sviluppo gliale per formare la mielina. La nascita di astrociti e oligodendrociti inizia dopo che la maggior parte della neurogenesi è completa e continua per tutta la vita. Sebbene gli assoni del SNC possano funzionare prima della mielinizzazione, la normale funzione dell'adulto viene raggiunta solo dopo che la mielinizzazione è completa, ovvero dopo i 18 anni di età in regioni come la corteccia prefrontale, parietale posteriore e temporale anteriore.

Durante l'infanzia il cervello umano è in qualche modo plastico. Questo è il periodo della nostra vita in cui ci adattiamo a stimoli ambientali di ogni tipo: acquisiamo la nostra lingua madre, assorbiamo le norme culturali e incorporiamo la visione del mondo locale. Una volta raggiunta la pubertà, la nostra capacità di adattamento diminuisce notevolmente e quando raggiungiamo l'età adulta la maggior parte del nostro cablaggio è completa. Diventiamo molto meno capaci di gestire nuovi input sensoriali; invece cerchiamo di mappare tali input a modelli già noti. Il nostro cervello-puzzle può accettare solo pezzi aggiuntivi che hanno la forma giusta per adattarsi ai modelli esistenti; non possiamo far fronte a pezzi che non corrispondono alle forme a cui ci siamo adattati. In altre parole, non percepiamo necessariamente cosa c'è là fuori nel mondo reale; percepiamo invece ciò che ci aspettiamo che ci sia. Questo è il motivo per cui le credenze e i pregiudizi persistono di fronte a prove evidenti del contrario: il nostro cervello semplicemente riordina le informazioni per renderle conformi ai modelli esistenti e scarta completamente le informazioni dove non è possibile.

Le cellule piramidali dell'ippocampo svolgono un ruolo essenziale nel condizionamento classico del battito di ciglia, che è un modello standard per lo studio dell'apprendimento associativo. Gli studi che coinvolgono il condizionamento del battito di ciglia ritardato hanno rivelato che le cellule piramidali formano un paradigma predittivo della sequenza tempo-ampiezza della risposta comportamentale appresa. Una delle principali funzioni dell'ippocampo è la formazione della mappa cognitiva, che è un tipo di rappresentazione mentale correlata all'acquisizione, codifica, memorizzazione, richiamo e decodifica di informazioni su posizioni relative all'interno di un ambiente specifico. Le cellule di posizione, un tipo di cellula piramidale, sono principalmente coinvolte nella navigazione spaziale mediata dall'ippocampo. Queste cellule si attivano quando un animale entra in un luogo particolare del suo ambiente (campo luogo); tuttavia, queste cellule rimangono mute quando un animale si muove al di fuori del campo del luogo. L'ippocampo svolge un ruolo vitale nel comportamento flessibile e finalizzato. È necessaria un'attività ippocampale intatta per formare e ricostruire la memoria relazionale (necessaria per ricordare associazioni arbitrarie tra oggetti o eventi) associata alla cognizione flessibile e al comportamento sociale. Molti studi hanno rivelato che qualsiasi danno all'ippocampo può compromettere l'uso flessibile delle informazioni e produrre comportamenti disadattivi.

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Pagina aggiornata il 12 luglio 2022