Il Darwinismo neurale è una teoria globale del funzionamento cerebrale, al cui interno emerge la possibilità di correlare l’attività psichica e i processi fisiologici propri del cervello, ampliando l’indagine sino alla mente e alla coscienza.

La teoria viene esposta nel 1987 da Gerald Edelman all'interno del volume Neural Darwinism e concepita entro il paradigma selezionista attraverso un approccio interdisciplinare, che spazia dalla biologia dello sviluppo e dell’evoluzione, alla psicologia ed etologia.

L’ipotesi che il funzionamento neurale possa essere compreso sulla base della teoria della selezione di Darwin viene proposta da Edelman a seguito delle sue ricerche nel campo dell’immunologia, per cui vinse il premio Nobel nel 1972. Sistema immunitario e sistema nervoso sembrano seguire i medesimi principi del selezionismo che Darwin rinviene nell’evoluzione delle specie. Si possono generalmente osservare: un meccanismo che produce variabilità, un meccanismo che permette lo scambio bidirezionale tra ambiente e popolazione e una serie di processi di amplificazione differenziale.

Per comprendere come sia possibile la corrispondenza tra input ambientale e output comportamentale, il sistema nervoso viene presentato sia come prodotto della selezione naturale sia come sistema a sua volta selettivo in grado di svilupparsi con assoluta variabilità e di evolversi in modo altrettanto peculiare durante l’arco dell’esistenza.

Per Edelman, il modello istruzionista, secondo cui il cervello (cervello-calcolatore) possiede un programma di regole utilizzate nella categorizzazione del mondo, risulta inadeguato di fronte all'imprevedibilità e agli elementi di novità costitutivi della realtà in cui l’individuo vive. Il modello selezionista, al contrario, prevede un mondo “senza etichette”: le categorie che l’uomo sviluppa per suddividerlo non sono e non possono essere date in maniera deterministica e aprioristica.

Sebbene il cervello sia il risultato di un lungo processo evolutivo e del dispiegarsi del genoma, non è da essi totalmente determinato: il sistema nervoso presenta un alto grado di variabilità osservabile sia tra individui diversi, sia nello stesso individuo in tempi diversi.L’ambiguità dell’ambiente e l’enorme variabilità individuale vengono spiegate in termini di variazione e selezione somatica. Ne risulta un sistema nervoso vincolato in parte dal processo evolutivo di larga scala (motivo per cui tutti gli appartenenti alla stessa specie mostrano caratteristiche anatomiche simili), ma al tempo stesso estremamente capace di modificarsi all'interno di questi vincoli, per adattarsi alle richieste esterne.

La teoria della selezione dei gruppi neuronali (TSGN), nucleo del Darwinismo neurale, propone tre meccanismi responsabili del comportamento adattivo del sistema nervoso:

Selezione durante lo sviluppo

Selezione durante l’esperienza

Rientro

Durante la fase di sviluppo dell’embrione vanno delineandosi le strutture neuroanatomiche che costituiranno l’encefalo, l’eccesso di neuroni presenti nella fase iniziale viene ridotto attraverso la competizione topobiologica. La regolazione epigenetica interviene nel processo su vari livelli di organizzazione, ad esempio attraverso divisione cellulare, migrazione, crescita e movimento degli assoni, sinaptogenesi, morte cellulare. Si definiscono infine dei repertori primari, ovvero popolazioni di neuroni localizzati in aree specifiche del cervello.

L’esperienza che si fa dell’ambiente esterno va a incidere attraverso fenomeni di natura chimica sulla rete neuronale che si è formata, indebolendo o rinforzando particolari circuiti. I circuiti rinforzati costituiscono i repertori secondari e si organizzano in mappe specializzate nel rispondere a particolari stimoli (es. orientamento di una barra, colore, movimento...).

Durante la fase di rientro le varie mappe locali comunicano vicendevolmente (comunicazione in parallelo) permettendo la sintesi dei vari stimoli disgiunti e ottenendo un’esperienza unitaria.

Dopo aver individuato i tre principi fondamentali della teoria, Edelman nota come la capacità di categorizzare sia implicita nel sistema nervoso stesso; in particolare viene esaminata la categorizzazione percettiva, ovvero la capacità di discriminare selettivamente un oggetto o un evento da altri per scopi adattativi. Secondo il neuroscienziato, essa è possibile solo attraverso un campionamento delle singole caratteristiche dell’oggetto, considerate separatamente.

Gli stimoli esterni, provenienti dall'ambiente, vengono rappresentati sulle pareti della lamina corticale, nelle aree riceventi primarie (es. quella della vista e dell’udito). In questo modo le proprietà fisiche multidimensionali dello stimolo vengono tradotte in proprietà neuronali, formando mappe cerebrali sulla lamina bidimensionale della corteccia, capaci di comunicare tra loro attraverso segnalazioni rientranti. La struttura neuronale minima capace di effettuare la categorizzazione percettiva è composta da una coppia di classificazione: sono necessarie almeno due mappe distinte e indipendenti, i cui gruppi neuronali sono collegati da connessioni rientranti. Incontri ripetuti con un determinato stimolo contribuiscono al rafforzamento delle sinapsi tra le mappe, ovvero delle connessioni tra certe combinazioni attive di neuroni appartenenti a regioni cerebrali distinte e che ricevano segnali autonomamente.

La connessione rientrante tra le numerose mappe locali (motorie e sensoriali) e aree del cervello non organizzate in mappe (ippocampo, gangli basali, cervelletto) forma una struttura dinamica, che varia nel tempo e a seconda del comportamento, chiamata mappa globale; essa è in grado di collegare gli eventi selettivi delle mappe locali con il comportamento motorio: l’attività senso-motoria sulla mappa globale, seleziona i gruppi di neuroni che forniscono l’output o il comportamento adatto in relazione a un certo stimolo.

La categorizzazione percettiva avviene perciò attraverso la selezione di gruppi neuronali e appare come il prodotto dell’interazione rientrante tra le mappe locali (sensoriali e motorie) che interagiscono con ippocampo, gangli basali e cervelletto, creando il mappaggio globale.

Dal legame tra la mappa globale e alcuni sistemi di valore, come i sistemi edonici del reward, selezionati per via evolutiva e presenti in strutture cerebrali appartenenti al diencefalo (parti dell'ipotalamo), al sistema limbico (alcuni nuclei della base come il globo pallido, nucleo accumbens), e ad aree mesencefaliche (area tegmentale ventrale) derivano, secondo Edelman, alcune forme di apprendimento: il comportamento porta a modifiche sinaptiche nelle mappe globali tali da soddisfare quei valori e in grado di mantenere le condizioni favorevoli alla vita, rispettando i bisogni omeostatici e appetitivi.

Il darwinismo neurale fornisce anche un’interpretazione relativa alla coscienza, funzione superiore del cervello. Essa è un processo e non una sostanza, è mutevole, individuale e selettiva nel tempo: emerge dall'interazione tra le regioni cerebrali che si occupano della categorizzazione percettiva e quelle della memoria. Edelman critica aspramente le teorie trascendentali e metafisiche, le teorie basate sul funzionalismo meccanico che sostengono uno stretto legame tra mente e software di un computer.

Pur rifiutando apertamente i programmi proposti dall'intelligenza artificiale, in quanto un computer non può rispecchiare la complessità e l’unicità del cervello umano, secondo Edelman è importante lavorare su artefatti che simulano la coscienza umana: sono Brain-based devices (Darwin VII, Darwin VIII, Darwin X), le cui scelte non sono programmate ma selezionate attraverso l’addestramento, progettati su base selettiva e non attraverso istruzioni.

Nonostante gli elementi critici, la teoria del darwinismo neurale rappresenta una svolta clamorosa nella comprensione del funzionamento del cervello, della formazione della coscienza e dell’interpretazione di fenomeni superiori dell’attività del sistema nervoso, coniugando processi fisiologici e psicologici, unificando in sé concetti dell’evoluzionismo e delle neuroscienze per una comprensione della coscienza biologicamente fondata.

I tre principi della TSGN La TSGN (teoria della selezione dei gruppi neuronali) impiega tre concetti fondamentali per spiegare il complesso fenomeno della coscienza.

I tre principi, così sono chiamati da Edelman, si basano su processi selettivi. L’unità su cui agisce la selezione è il gruppo neuronico, un insieme di cellule strettamente connesse.

Primo principio: selezione nella fase di sviluppo

I processi di sviluppo portano, in un certo individuo, alla formazione delle caratteristiche neuroanatomiche della sua specie. Le ramificazioni più sottili dell’anatomia, però, sono estremamente variabili: le cellule si connettono o si separano tra loro grazie a particolari proteine dette morforegolatrici specificate da insiemi di geni in certe zone dell’embrione. Grazie a questo, alla morte selettiva delle cellule e all'accoppiamento delle connessioni dei dendriti, la selezione in fase di sviluppo porta alla formazione del repertorio primario. La selezione è un processo epigenetico. Il patrimonio genetico fornisce solamente dei vincoli al processo e non una serie di istruzioni precise, per questo motivo due individui con lo stesso patrimonio genetico molto probabilmente non formeranno lo stesso repertorio primario.

Secondo principio: La selezione esperienziale

La selezione esperienziale non comporta mutamenti anatomici ma, sotto la guida delle esperienze di comportamento, rafforza e indebolisce popolazioni di neuroni. I circuiti attivi, con sinapsi rinforzate, costituiscono il repertorio secondario. È un processo che riesce a spiegare la memoria e altre funzioni della mente. I meccanismi che portano alla formazione del repertorio primario e del repertorio secondario si possono anche intrecciare sia in fase di sviluppo, sia in un cervello già sviluppato.

Terzo principio: Il rientro

Il rientro spiega come le aree cerebrali, emerse nel corso dell’evoluzione in una data specie, si coordinano tra loro per far nascere nuove funzioni, come la categorizzazione. I repertori primari e secondari formano mappe collegate da connessioni parallele e bidirezionali. In una determinata mappa vengono selezionati alcuni gruppi di neuroni contemporaneamente ad altri gruppi di una diversa mappa. Grazie alla segnalazione rientrante e il rafforzamento delle interconnessioni fra mappe, si ottiene il coordinamento di questi eventi di selezione. Il terzo principio riesce a spiegare il comportamento e come avvenga la connessione tra psicologia e fisiologia senza il bisogno di postulare l'esistenza di un supervisore superiore dei processi. Una teoria istruzionistica, invece, è costretta a compiere questa operazione.

Mappe locali e mappe globali I concetti di mappa locale e mappa globale, introdotti da Edelman all'interno della sua teoria del darwinismo neurale, ebbero da subito una notevole fortuna, tanto da rendere gli studi sulla struttura, gli sviluppi e l’evoluzione delle mappe uno degli oggetti di ricerca più attivi all'interno della neurobiologia. Attraverso questi concetti, infatti, la teoria di Edelman è in grado di affrontare aspetti etologici e comportamentali adattivi della categorizzazione percettiva negli animali.

Una mappa locale consiste in una struttura topologica ordinata, e nell'attività di gruppi di neuroni e di tratti di fibre ad esso collegati, attivi nel cervello di un organismo. Nel tentativo di definire una mappa locale è bene tenere presente che lo stesso Edelman sostiene che la definizione di mappa rimane volutamente molto flessibile, data la vastissima variabilità di fondo presente anche in specie dotate di pochi neuroni.