Come il cervello costruisce il linguaggio: Broca, Wernicke e oltre

Nel pomeriggio del 18 aprile 1861, nelle sale della Société d'Anthropologie in rue de l'École de Médecine a Parigi, un chirurgo trentaseienne di nome Paul Broca aprì un cranio umano davanti ai colleghi e ne estrasse un cervello. L'uomo a cui era appartenuto, Louis Victor Leborgne, era morto undici giorni prima all'Hôpital Bicêtre dopo ventun anni trascorsi tra quelle mura. Per gran parte di quel tempo era stato in grado di comprendere tutto ciò che gli veniva detto, eppure riusciva a produrre una sola sillaba, tan, ripetuta per qualsiasi pensiero volesse esprimere, accompagnata di tanto in tanto da una manciata di imprecazioni quando si sentiva frustrato. Il personale dell'ospedale lo chiamava semplicemente Tan.

Broca girò il cervello perché il pubblico potesse vedere il danno: una zona ammorbidita e in disfacimento nel lobo frontale sinistro, appena dietro la tempia. L'intervento fu breve, e il reperto sarebbe finito col tempo conservato nel Musée Dupuytren, dove si trova ancora oggi. Ma l'affermazione che Broca avanzò quel giorno si rivelò di enorme portata. Egli sostenne che la facoltà della parola articolata non è distribuita uniformemente nella mente, ma risiede in una regione specifica di un emisfero specifico, e con quel solo caso nacque la moderna scienza che mappa le funzioni mentali sul tessuto cerebrale.

Come fa un organo di poco più di un chilo a costruire qualcosa di intricato come il linguaggio, e come ci permise una manciata di pazienti con lesioni cerebrali di tracciarne la mappa? La risposta corre dalla lezione di Broca attraverso un giovane medico tedesco, un lungo cavo ricurvo di fibre nervose, e infine fino a un modello che ha messo silenziosamente in pensione l'immagine da manuale che a quasi tutti noi è stata insegnata.

Il paziente che sapeva dire una sola parola

Il caso di Leborgne fissò lo schema di tutto ciò che seguì. Era stato ricoverato a Bicêtre da giovane e aveva perso gradualmente la capacità di parlare, mantenendo però la comprensione e l'acume; riusciva a seguire le conversazioni, a gesticolare in modo significativo e a indicare i numeri con le dita, avendo perduto soltanto il meccanismo per produrre le parole. Quando Broca esaminò il suo cervello dopo la morte, la lesione si trovava nel lobo frontale inferiore sinistro, nella regione che oggi chiamiamo area di Broca, identificata in termini moderni con le aree di Brodmann 44 e 45.

Broca pubblicò il caso quello stesso anno in un articolo intitolato Remarques sur le siège de la faculté du langage articulé, "Osservazioni sulla sede della facoltà del linguaggio articolato". La sua conseguenza fu radicale: se un piccolo e ben definito punto di danno poteva distruggere selettivamente la capacità di parlare lasciando intatta la comprensione, allora le facoltà mentali dovevano avere indirizzi precisi nel cervello. Questa idea, chiamata localizzazione cerebrale, divenne uno dei programmi organizzatori della neuroscienza dell'Ottocento, e Leborgne, l'uomo che sapeva dire solo tan, ne divenne il caso fondante.

Che cosa si sente quando l'area di Broca si guasta

La sindrome che porta il nome di Broca ha una firma clinica riconoscibile. Nell'afasia di Broca l'eloquio è non fluente, faticoso e quello che i clinici definiscono telegrafico. I pazienti producono parole di contenuto, i sostantivi e i verbi che portano significato, ma tralasciano la piccola macchina grammaticale che sta in mezzo: articoli, preposizioni, desinenze verbali e le altre parole funzione e i morfemi che cuciono insieme una frase. Interrogato sul tempo, un paziente potrebbe pronunciare a fatica "freddo... pioggia... camminare... no", pur comprendendo chiaramente molto più di quanto riesca a esprimere, e spesso acutamente consapevole della difficoltà con cui le parole arrivano.

La comprensione nell'afasia di Broca è relativamente conservata nella conversazione ordinaria, ed è ciò che rese tanto sorprendente il caso di Leborgne, ma la conservazione non è totale. Quando una frase dipende dalla grammatica anziché dal buon senso per capire chi ha fatto cosa a chi, la comprensione può venire meno. Si consideri una frase sintatticamente reversibile come "il bambino è stato spinto dalla bambina". L'una o l'altra parte potrebbe plausibilmente aver dato la spinta, quindi non ci si può affidare alla conoscenza del mondo; bisogna analizzare la grammatica, ed è esattamente l'operazione con cui i pazienti di Broca faticano. La lesione canonica si colloca nel giro frontale inferiore sinistro, nelle aree 44 e 45, e si estende spesso all'insula vicina e alla sostanza bianca sottostante.

Un secondo uomo, una seconda regione, una perdita diversa

Tredici anni dopo la lezione di Broca, un medico ventiseienne dell'Allerheiligen-Hospital di Breslavia pubblicò una snella monografia che completava l'altra metà del quadro. Si chiamava Carl Wernicke, e l'opera del 1874, Der aphasische Symptomencomplex, descriveva pazienti il cui deficit era quasi l'immagine speculare di quello di Leborgne.

Questi pazienti parlavano fluentemente, con melodia e articolazione normali, ma il loro eloquio era semanticamente vuoto, un flusso scorrevole di parole modellate grammaticalmente che non componevano un significato, spesso costellato di parole sbagliate o inventate. Peggio ancora, la loro comprensione era profondamente compromessa; non riuscivano a capire in modo affidabile ciò che veniva loro detto. Il danno non si trovava nel lobo frontale ma verso la parte posteriore del cervello, nella porzione posteriore del giro temporale superiore sinistro, la regione oggi chiamata area di Wernicke e identificata con l'area di Brodmann 22.

Il cervello offriva dunque due distinte regioni del linguaggio nell'emisfero sinistro, ciascuna con la propria modalità di guasto. L'area di Broca, nel giro frontale inferiore sinistro alle aree 44 e 45, governava la produzione della parola articolata; un danno lì lasciava il paziente affaticato e agrammatico ma capace di comprendere. L'area di Wernicke, nel giro temporale superiore sinistro posteriore all'area 22, governava la comprensione; un danno lì lasciava il paziente fluente ma vuoto e incapace di capire.

Il cavo tra le due e la sindrome che nessuno aveva visto

La monografia di Wernicke fece qualcosa di più raro che descrivere una malattia nota: predisse una malattia non ancora catalogata. Se una regione per produrre la parola e una per comprenderla si trovano alle estremità opposte della rete, ragionò, allora deve correre una connessione tra di esse, e il danno alla sola connessione dovrebbe produrre un terzo disturbo distinto.

Quella connessione è un tratto di sostanza bianca a lungo raggio chiamato fascicolo arcuato, un fascio di fibre nervose che si inarca attorno alla scissura di Silvio, il profondo solco che separa il lobo temporale dalle regioni soprastanti, per collegare il territorio posteriore di Wernicke con quello frontale di Broca. Recidi il cavo risparmiando entrambe le regioni, sosteneva Wernicke, e otterrai un paziente capace sia di produrre un eloquio fluente sia di comprenderlo, eppure incapace di ripetere accuratamente una frase, perché la ripetizione richiede che il suono udito nella parte posteriore del cervello venga trasmesso in avanti fino alla macchina della parola. Questa è l'afasia di conduzione, e la sua triade caratteristica è eloquio fluente, comprensione conservata e ripetizione selettivamente compromessa.

La previsione resse, anche se la storia completa richiese un secolo per essere ricomposta. Nel 1965 il neurologo americano Norman Geschwind riprese e sistematizzò l'idea delle sindromi da disconnessione in una coppia di influenti articoli sulla rivista Brain, sostenendo che molti deficit neurologici nascono non da un danno a un centro ma da connessioni recise tra i centri. Nel 2005 Marco Catani e colleghi usarono l'imaging del tensore di diffusione, una tecnica di risonanza magnetica che traccia la diffusione dell'acqua lungo le fibre nervose, per mappare per la prima volta il fascicolo arcuato in cervelli umani vivi. Il cavo che Wernicke aveva soltanto dedotto poteva ora essere fotografato.

Quattro sindromi lette a partire da tre domande

All'inizio del Novecento il quadro al letto del paziente si era cristallizzato in quattro sindromi afasiche classiche, e un clinico può distinguerle tra loro ponendo soltanto tre domande. L'eloquio del paziente è fluente o faticoso? La comprensione è intatta o compromessa? La ripetizione è conservata o spezzata? Ogni combinazione di risposte rimanda a una lesione diversa all'interno della rete del linguaggio perisilviana sinistra, la fascia di corteccia che circonda la scissura di Silvio.

L'afasia di Broca dà un eloquio non fluente con comprensione relativamente conservata e ripetizione compromessa, e indica la lesione frontale. L'afasia di Wernicke dà un eloquio fluente ma vuoto con comprensione compromessa, e indica la lesione temporale posteriore. L'afasia di conduzione dà un eloquio fluente e una buona comprensione ma una ripetizione spezzata, e indica il fascicolo arcuato che le collega. E l'afasia globale, la più grave, abbatte insieme fluenza, comprensione e ripetizione, riflettendo un danno diffuso su tutta la rete. È una logica diagnostica pulita che gli studenti di medicina imparano ancora oggi.

Perché l'immagine a due scatole doveva maturare

Per gran parte del Novecento, lo schema standard dei manuali mostrava esattamente due scatole, Broca e Wernicke, unite da una freccia che rappresentava il fascicolo arcuato. È un bel modello, e come molti bei modelli è troppo semplice. La revisione moderna più influente arrivò nel 2007, quando Gregory Hickok e David Poeppel pubblicarono il loro modello a doppio flusso su Nature Reviews Neuroscience, prendendo deliberatamente in prestito un quadro che aveva già rimodellato la scienza della visione.

I ricercatori della visione avevano da tempo diviso il sistema visivo in un flusso dorsale che corre verso l'alto in direzione del lobo parietale, dedicato a dove sono le cose e a come agire su di esse, e un flusso ventrale che corre verso il basso in direzione del lobo temporale, dedicato a che cosa sono le cose. Hickok e Poeppel proposero una scissione analoga per il linguaggio. Un flusso dorsale mappa il suono sull'articolazione, prendendo la parola udita e traducendola nei comandi motori per produrla, il che sostiene sia il parlare sia la ripetizione; questo flusso è fortemente lateralizzato all'emisfero sinistro. Un flusso ventrale mappa il suono sul significato, sostenendo la comprensione, e fatto cruciale questo flusso è bilaterale, attingendo a entrambi gli emisferi anziché al solo sinistro.

Quell'unico cambiamento, fare della comprensione un affare a due lati, risolve un enigma ostinato. I pazienti con un danno consistente all'emisfero sinistro conservano spesso più comprensione di quanta ne preveda il modello classico, e la spiegazione a doppio flusso chiarisce il perché: l'emisfero destro si fa carico di parte del lavoro per il significato. Il modello accomoda anche le sindromi più antiche, poiché il flusso dorsale lateralizzato a sinistra è essenzialmente la via Broca-arcuato-ripetizione sotto un nuovo nome. Broca e Wernicke non avevano torto; erano una prima approssimazione che le prove successive hanno affinato.

Non un indirizzo unico, ma una rete distribuita

La correzione più profonda che apporta l'immagine moderna riguarda una lettura errata che perseguita il campo dal 1861. È allettante concludere da Broca e Wernicke che il linguaggio abiti in un indirizzo fisso, che ci siano una stanza della parola e una stanza della comprensione e poco altro. La letteratura contemporanea di neuroimaging mostra qualcosa di assai più diffuso: una rete perisilviana sinistra distribuita, con un sostegno bilaterale alla comprensione sul lato ventrale, diversi tratti di sostanza bianca oltre il fascicolo arcuato, e contributi significativi dal cervelletto, dai gangli della base e dalle controparti delle regioni classiche nell'emisfero destro. Il modello a due scatole è uno schizzo utile, non una fotografia.

Questa visione distribuita riformula anche una delle domande più antiche sul linguaggio: che cosa, semmai, rende unica la versione umana? Gli studi sul linguaggio dei segni negli scimpanzé della fine del Novecento, dal lavoro di Allen e Beatrix Gardner con la scimpanzé Washoe all'Università del Nevada a partire dal 1966 fino al progetto di Herbert Terrace con Nim Chimpsky alla Columbia negli anni Settanta, spinsero con forza sul confine tra linguaggio umano e comunicazione animale. Le scimmie chiaramente imparavano i segni e li usavano per chiedere ed etichettare, eppure se mai costruissero frasi davvero strutturate e aperte all'infinito restò controverso, e lo stesso Terrace arrivò a dubitarne. In un articolo del 2002 su Science, assai citato, Marc Hauser, Noam Chomsky e W. Tecumseh Fitch proposero che il miglior candidato per l'ingrediente distintivo dell'essere umano sia la ricorsività, la capacità di incassare strutture dentro altre strutture senza limite, così che una frase possa contenere una frase che ne contiene un'altra. La proposta resta attivamente dibattuta più che risolta.

Punti chiave

La neuroscienza del linguaggio fu fondata sul danno, non sul progetto: la presentazione di Leborgne fatta da Paul Broca nel 1861, il paziente che sapeva dire solo tan, localizzò la parola articolata nel giro frontale inferiore sinistro (aree di Brodmann 44 e 45), dove le lesioni producono un eloquio faticoso e agrammatico con comprensione relativamente risparmiata, mentre la monografia di Carl Wernicke del 1874 localizzò la comprensione nel giro temporale superiore sinistro posteriore (area 22), dove le lesioni producono un eloquio fluente ma vuoto con comprensione compromessa, e predisse inoltre che recidere il fascicolo arcuato che collega le due regioni avrebbe causato l'afasia di conduzione, con eloquio fluente e buona comprensione ma ripetizione spezzata, una previsione che Norman Geschwind riprese nel 1965 e che il team di Marco Catani confermò nel 2005 con l'imaging del tratto in cervelli vivi; queste quattro sindromi classiche (di Broca, di Wernicke, di conduzione e globale) si possono distinguere al letto del paziente con appena tre domande su fluenza, comprensione e ripetizione, eppure l'ordinato schema a due scatole fu superato nel 2007 dal modello a doppio flusso di Hickok e Poeppel, che dipinge il linguaggio come un flusso dorsale lateralizzato a sinistra che mappa il suono sull'articolazione e un flusso ventrale bilaterale che mappa il suono sul significato, parte di una rete davvero distribuita che si estende su entrambi gli emisferi più il cervelletto e i gangli della base, lasciandoci una verità più umile e più ricca: il linguaggio non ha un indirizzo unico nel cervello, e ciò che più nettamente lo distingue dalla comunicazione animale, forse la ricorsività, è ancora una domanda aperta.