Phineas Gage: l'uomo che perse il lobo frontale

Era poco dopo le quattro e mezza del pomeriggio del 13 settembre 1848, su un pendio di micascisto vicino a Cavendish, nel Vermont, dove la Rutland and Burlington Railroad stava aprendo una nuova linea attraverso la roccia. Il capomastro della squadra di brillamento era un venticinquenne di nome Phineas Gage, secondo tutte le testimonianze capace e benvoluto, e stava preparando una carica in un foro appena trivellato. Versò la polvere e, per comprimerla, usò una barra costipatrice di sua progettazione, un'asta rastremata lunga circa 1,1 metri, larga 3,2 centimetri nel suo punto più ampio e del peso di circa sei chili. Chinandosi sul foro, lasciò che il ferro raschiasse la roccia. Scoccò una scintilla, la polvere esplose in anticipo e l'asta schizzò verso l'alto come un giavellotto.

Il ferro entrò sotto lo zigomo sinistro di Gage, passò dietro l'occhio sinistro, attraversò la parte anteriore del cervello e fuoriuscì dalla sommità del cranio prima di atterrare nella terra a una venticinquina di metri di distanza. Secondo ogni ragionevole aspettativa avrebbe dovuto essere morto prima di toccare il suolo. Invece, nel giro di pochi minuti era cosciente, parlava e chiese ai suoi uomini di andare a chiamare un medico. Nel giro di poche settimane la ferita stava, contro ogni previsione, guarendo, e Gage avrebbe vissuto ancora dodici anni. Nello spazio di una frazione di secondo, i lobi frontali umani erano diventati leggibili per la scienza.

Questo articolo parla di ciò che quell'incidente rivelò e, cosa altrettanto importante, di ciò che non rivelò. La tentazione, con Gage, è raccontare una favola ordinata: un brav'uomo trasformato in mostro da un buco nella testa. La verità è più accorta e più interessante, e apre a una domanda centrale delle neuroscienze moderne, ovvero che cosa faccia realmente la parte anteriore del cervello e come abbiamo imparato a misurarla.

Un capomastro delle ferrovie e un giavellotto da sei chili

I fatti materiali dell'incidente di Cavendish sono documentati in modo insolitamente accurato per l'epoca, in parte perché il caso era così spettacolare che i medici si sentirono in dovere di registrarlo. Il suo medico curante, John Martyn Harlow, lo assistette per il resto della vita di Gage e ci ha lasciato la testimonianza coeva più attendibile. Il ferro entrò in basso sul lato sinistro del volto e uscì in alto attraverso l'osso frontale, il che significa che il suo percorso lo portò ad attraversare la parte anteriore del cervello su entrambi i lati, con la distruzione più grave a sinistra.

Ciò che rende la sopravvivenza tanto sorprendente non è soltanto che Gage abbia superato il trauma, ma che abbia conservato la parola, la memoria, la capacità di camminare e di lavorare con le mani e il riconoscimento delle persone intorno a lui. Nessuna delle facoltà che di solito consideriamo come ciò che rende una persona funzionale andò perduta. Sapeva ancora fare aritmetica, ricordare il proprio passato e sostenere una conversazione. Il danno era concentrato in una parte del cervello il cui compito, come si scoprì, è più difficile da vedere e da testare rispetto al linguaggio, al movimento o alla sensibilità.

Per molto tempo il caso poggiò quasi interamente sui resoconti scritti di Harlow e sul cranio conservato di Gage, che alla fine giunse al Warren Anatomical Museum di Harvard. Il cranio, con il suo foro d'uscita frastagliato e il ferro esposto accanto, divenne uno degli oggetti più celebri della storia della medicina. Ma un cranio non è un cervello, e per quasi un secolo e mezzo nessuno poté dire con precisione quali strutture il ferro avesse effettivamente distrutto.

Ricostruire il percorso del ferro

Le cose cambiarono nel 1994. Un'équipe guidata da Hanna Damasio, che lavorava con Thomas Grabowski, Randall Frank, Albert Galaburda e Antonio Damasio, prese misurazioni accurate del cranio conservato di Gage, lo modellò in tre dimensioni e ricostruì la traiettoria più probabile della barra costipatrice attraverso il cervello che un tempo lo aveva riempito. Pubblicarono il risultato sulla rivista Science, e rimane un lavoro fondamentale perché trasformò un aneddoto vivido in qualcosa che si avvicina a una prova anatomica.

La ricostruzione concentrò il danno nella corteccia prefrontale ventromediale, la regione situata nella parte bassa e centrale della porzione anteriore del cervello, bilaterale ma più compromessa a sinistra. Questo è importante perché la corteccia prefrontale ventromediale era ormai stata indipendentemente implicata, attraverso altri pazienti e altri metodi, nel comportamento sociale, nella regolazione emotiva e nel processo decisionale. Il caso di Gage, più di un secolo dopo i fatti, divenne la prova fondante, basata su una lesione, dell'idea che la corteccia prefrontale governi la personalità, la condotta sociale e quell'insieme di capacità che i neuroscienziati raggruppano sotto il nome di funzioni esecutive.

Vale la pena soffermarsi su ciò che un risultato del genere può e non può stabilire. Una singola lesione in una singola persona, ricostruita a partire da un cranio anziché ripresa in un cervello vivo, è indicativa più che conclusiva, e l'équipe di Damasio fu prudente al riguardo. Il valore della ricostruzione sta nel fatto che indirizzò i ricercatori successivi verso la zona giusta e si inseriva in uno schema già emergente da casi più puliti e più moderni. Gage non dimostrò la teoria dei lobi frontali. La inaugurò.

Che cosa fa realmente la parte anteriore del cervello

Che cosa sono allora le funzioni esecutive, ciò che il ferro danneggiò? Non si tratta di una singola operazione, ma di una famiglia di operazioni correlate, coordinate dalla corteccia prefrontale. In un'influente rassegna del 2013 sull'Annual Review of Psychology, la psicologa dello sviluppo Adele Diamond organizzò il campo intorno a quattro capacità fondamentali, ciascuna con un ancoraggio anatomico primario nella parte anteriore del cervello e ciascuna misurabile, almeno in parte, attraverso un compito di laboratorio dedicato.

La prima è la memoria di lavoro, la capacità di trattenere informazioni nella mente e di manipolarle, il blocco per appunti mentale che usi per tenere a mente un numero di telefono mentre allunghi la mano verso una penna. La seconda è il controllo inibitorio, la capacità di sopprimere una risposta automatica o allettante a favore di una più appropriata, ciò che ti permette di non sparare a voce alta la prima cosa che ti viene in mente. La terza è la flessibilità cognitiva, la capacità di passare da una regola, una prospettiva o una strategia all'altra al mutare delle circostanze. La quarta è la pianificazione, la mobilitazione di queste abilità verso un obiettivo futuro. La lettura, il lavoro, l'amicizia e l'autocontrollo attingono tutti a questo meccanismo silenzioso, ed è proprio per questo che la sua perdita è così difficile da notare a un esame superficiale e così devastante per una vita sul lungo periodo.

Due regioni all'interno della corteccia prefrontale svolgono gran parte di questo lavoro, e cooperano. La corteccia prefrontale dorsolaterale, corrispondente alle aree di Brodmann 9 e 46, è la sede canonica della memoria di lavoro e della pianificazione. Il suo ruolo fu dimostrato quasi cellula per cellula negli esperimenti di Patricia Goldman-Rakic sui compiti a risposta differita, in cui singoli neuroni continuavano a scaricare durante i secondi in cui un animale doveva tenere a mente una posizione memorizzata. La corteccia cingolata anteriore, corrispondente alle aree di Brodmann 24 e 32, agisce invece come monitor del conflitto, un ruolo formalizzato in un articolo del 2001 sulla Psychological Review da Matthew Botvinick e colleghi. La divisione del lavoro è netta: la corteccia cingolata anteriore rileva quando due risposte sono in competizione e recluta la corteccia prefrontale dorsolaterale per risolvere il conflitto a favore di quella giusta.

I test che colgono la corteccia prefrontale all'opera

Poiché le funzioni esecutive sono invisibili all'osservazione ordinaria, le neuroscienze hanno costruito compiti ingegnosi per farle manifestare. Il più famoso è il compito di interferenza colore-parola ideato da J. Ridley Stroop nel 1935. Ti vengono mostrate parole che indicano colori stampate in inchiostro colorato e ti viene chiesto di nominare il colore dell'inchiostro anziché leggere la parola. Nelle prove congruenti questo è banale, ma nelle prove incongruenti, dove la parola ROSSO è stampata in inchiostro blu, la tua abitudine automatica di leggere entra in collisione con il compito che ti è stato assegnato, e rallenti in modo misurabile, di solito da cento a duecento millisecondi. Quel piccolo ritardo è il costo del controllo esecutivo, il tempo che impiega la corteccia cingolata anteriore a segnalare il conflitto e la corteccia prefrontale dorsolaterale a scavalcare il riflesso di lettura.

Una seconda sonda classica è il Wisconsin Card Sorting Test, introdotto da Grant e Berg nel 1948 e perfezionato da Heaton negli anni Settanta e Ottanta. I partecipanti ordinano delle carte secondo una regola che non viene mai loro rivelata, ad esempio per colore, per forma o per numero, apprendendola solo dal riscontro dopo ogni carta. Una volta che hanno ordinato correttamente dieci volte di fila, la regola cambia senza preavviso. I partecipanti sani notano il cambiamento e si adattano. I pazienti con danno al lobo frontale mostrano un fallimento caratteristico chiamato perseverazione, continuando a ordinare secondo la vecchia regola anche mentre il riscontro dice loro, ancora e ancora, che ora sbagliano. Il test rende visibile l'inflessibilità cognitiva, ed è diventato una delle firme cliniche standard della lesione prefrontale.

Dietro questi compiti si cela una teoria più ampia su quando il cervello mette in moto il proprio meccanismo esecutivo. Il neuropsicologo Tim Shallice, basandosi su un lavoro svolto con Donald Norman nel 1986 e sviluppando pienamente l'idea nel suo libro del 1988 From Neuropsychology to Mental Structure, tracciò una distinzione tra due sistemi. Il comportamento di routine, ben appreso, funziona attraverso quello che chiamò contention scheduling, un processo automatico di selezione dell'azione che non necessita di supervisione, il pilota automatico che ti riporta a casa lungo un percorso familiare. Le situazioni nuove, in cui devi pianificare, risolvere un problema o correggere un errore, chiamano invece in causa il sistema attentivo supervisore, il sovrintendente esecutivo alloggiato nella corteccia prefrontale. Il ferro di Gage, in quest'ottica, danneggiò non le routine ma il supervisore.

Il mito dell'uomo che divenne un mostro

È qui che la versione accurata della storia diverge nettamente da quella popolare. L'immagine che la maggior parte delle persone conserva di Phineas Gage è quella di un uomo perbene trasformato dalla sua lesione in un bruto irreversibile, volgare, inaffidabile, uno psicopatico da manuale creato in un istante. Quell'immagine esagera, e in alcuni punti semplicemente distorce, ciò che Harlow effettivamente riportò. Non c'è dubbio che Gage sia cambiato; la celebre frase di Harlow secondo cui i suoi amici lo trovavano "non più Gage" riflette un'alterazione reale e significativa del temperamento e della condotta sociale. Ma cambiamento non è la stessa cosa di rovina.

Negli anni successivi all'incidente Gage lavorò, e non solo in mansioni semplici. Dal 1852 al 1859 ebbe un impiego come conducente di diligenza in Cile, un'occupazione impegnativa che gli richiedeva di gestire i cavalli, rispettare gli orari, occuparsi dei passeggeri e del denaro e collaborare con altri lungo percorsi lunghi, nulla di cui sia capace un uomo incapace di pianificare o di autoregolarsi. Lo storico Malcolm Macmillan, nel suo libro del 2000 An Odd Kind of Fame, ricostruì come il caso fosse stato costantemente esagerato nell'arco di un secolo e mezzo, spesso da autori che non avevano mai letto Harlow. Macmillan raccolse anche indizi sparsi secondo cui Gage potrebbe aver recuperato col tempo una parte della funzione sociale, il che si accorderebbe con ciò che oggi sappiamo sulla capacità del cervello di adattarsi dopo una lesione.

La rettifica è importante per due ragioni. La prima è l'onestà intellettuale: una persona reale merita di essere ricordata per ciò che fu, non come comoda favola ammonitrice. La seconda è l'accuratezza scientifica: una storia che afferma che i lobi frontali ospitano una sede fissa del carattere morale, distrutta all'istante e per sempre, sbaglia le neuroscienze. La corteccia prefrontale sostiene capacità che possono essere compromesse in gradi diversi, che interagiscono con il resto della vita e delle abitudini di una persona e che a volte possono recuperare in parte. La vera storia di Gage, quella confusa, con la diligenza, insegna più di quanto il mito abbia mai fatto.

Punti chiave

L'incidente di Cavendish del 13 settembre 1848, in cui una barra costipatrice di 1,1 metri attraversò il cranio di Phineas Gage e la parte anteriore del suo cervello, aprì lo studio scientifico dei lobi frontali mostrando che una persona poteva perdere questa regione e conservare la parola, la memoria e il movimento pur cambiando in modi più sottili; Hanna Damasio e colleghi, nella loro ricostruzione del 1994 su Science, localizzarono il danno nella corteccia prefrontale ventromediale, facendo di Gage il caso lesionale fondante dell'idea che la corteccia prefrontale governi la personalità, la condotta sociale e le funzioni esecutive, una famiglia di operazioni (memoria di lavoro, controllo inibitorio, flessibilità cognitiva e pianificazione) ancorata principalmente alla corteccia prefrontale dorsolaterale per la memoria di lavoro e la pianificazione e alla corteccia cingolata anteriore per il monitoraggio del conflitto, con le due che cooperano in modo che la cingolata rilevi le risposte in competizione e recluti la corteccia dorsolaterale per risolverle; queste capacità sono rese visibili da compiti come il test di interferenza colore-parola di Stroop del 1935 e il Wisconsin Card Sorting Test del 1948, e organizzate teoricamente dalla distinzione di Shallice tra il contention scheduling di routine e il sistema attentivo supervisore prefrontale; e infine, l'immagine popolare di Gage come psicopatico istantaneo e irreversibile esagera il resoconto di Harlow, dato che Gage lavorò come conducente di diligenza in Cile dal 1852 al 1859 e il caso, come documenta An Odd Kind of Fame di Macmillan, è stato mitizzato ben oltre le prove.