Il fenomeno della lateralizzazione si riferisce alla diversa competenza funzionale della parte destra e sinistra dell'encefalo, la cui manifestazione più ovvia, nella specie umana, riguarda l'uso asimmetrico delle mani, con dominanza, nella maggioranza della popolazione, della mano destra. Per molto tempo si è creduto che il diverso ruolo dei due emisferi cerebrali, destro e sinistro, nei processi mentali fosse un'esclusiva della nostra specie, a causa del fatto che la sua primissima manifestazione osservata è stata quella associata al linguaggio: nella gran maggioranza delle persone, le lesioni di certe aree dell'emisfero sinistro producono afasia, ovvero deficit nella comprensione e produzione linguistica, mentre le lesioni delle aree corrispondenti nell'emisfero destro non producono disturbi di tipo linguistico. L'associazione tra lateralità e linguaggio ha fatto sì che si pensasse che l'una non potesse esistere senza l'altro. Ma, in realtà, la lateralizzazione cerebrale è comparsa molto prima del linguaggio. In questi ultimi anni se ne sono trovate manifestazioni sorprendenti in organismi filogeneticamente disparati (per rassegne recenti in inglese vedi Rogers e Andrew, 2002; Vallortigara e Rogers, 2005; e, a un livello più divulgativo e in italiano, vedi Vallortigara, 2000; 2005).

Bisogna considerare, ovviamente, che l'uso asimmetrico degli arti non è l'unica possibile manifestazione comportamentale dell'asimmetria del cervello. Vi sono animali, come i pesci, in cui gli “arti”, nel senso in cui sono presenti in altri vertebrati, non ci sono, oppure animali, come gli anfibi, in cui essi sono presenti solo nello stadio adulto e, a parte la locomozione, sono usati in un modo molto limitato. Tuttavia negli animali con gli occhi collocati lateralmente sul capo (nei quali le vie di collegamento al cervello sono pressoché completamente incrociate) sono state osservate recentemente un gran numero di asimmetrie funzionali: ad esempio, l'occhio destro (emisfero sinistro) pare specializzato nella rilevazione delle prede, mentre il sinistro manifesta risposte più pronte ai predatori e agli stimoli sociali (per una rassegna completa e recente si veda Vallortigara e Rogers, 2005). Negli uccelli l'asimmetria di funzioni tra l'emisfero destro e sinistro è nota da tempo e si manifesta in modo molto spiccato; negli ultimi anni, poi, è stata raccolta molta documentazione sulle asimmetrie cerebrali, sia strutturali che funzionali, dei mammiferi non-umani. Tra i casi meglio documentati, sia negli uccelli che nei mammiferi, vi sono le evidenze sulla superiorità dell'emisfero destro nell'elaborazione delle mappe spaziali dell'ambiente e nel riconoscimento di facce e stimoli sociali familiari (rassegna in Andrew e Rogers, 2002).

Per discutere i vantaggi (e gli svantaggi) funzionali associati al possesso della lateralizzazione è importante tenere a mente la distinzione tra asimmetrie individuali e asimmetrie di popolazione. Le prime si riferiscono al caso in cui gli individui nella popolazione sono lateralizzati, ma la distribuzione delle asimmetrie nella popolazione è casuale (cioè metà degli individui sono asimmetrici verso destra e metà verso sinistra). Le seconde si riferiscono invece al caso in cui più del 50% degli individui della popolazione manifesta asimmetria nella stessa direzione. Per esempio, nel caso dell'uso asimmetrico della mani, circa il 90% degli individui della nostra specie preferisce usare l'arto destro.

Il punto di vista tradizionale sulle asimmetrie nell'uso degli arti prevedeva una differenza tra la specie umana e le altre specie animali proprio nei riguardi del tipo di asimmetria. Gli animali, si pensava, manifestano sì asimmetrie, ma solo di tipo individuale e non vi sarebbe nulla di simile alla dominanza manuale umana, che è invece un'asimmetria di popolazione. Questo punto di vista è stato messo in dubbio da numerose ricerche recenti che hanno documentato asimmetrie di popolazione nell'uso degli arti in una varietà di specie di vertebrati, dai rospi agli scimpanzé. In molti casi la variazione rispetto al 50% pare essere inferiore a quella osservata nell'asimmetria manuale umana (attorno al 70%), ma in altri casi è del tutto simile o addirittura superiore (è il caso dell'uso preferenziale della zampa sinistra nei pappagalli, con funzione di sostegno mentre “manipolano” il cibo con il becco – questa asimmetria di popolazione si manifesta con percentuali tra il 90 e il 100%).

Perché gli animali hanno cervelli asimmetrici? Questa domanda sottende due problemi distinti. Un problema concerne i vantaggi che sono conferiti al funzionamento del cervello dall'essere asimmetrico. Probabilmente vi sono numerosi vantaggi. Ad esempio, si risparmia materiale (neuroni) facendo sì che le due metà del cervello svolgano funzioni diverse, senza ridondanti duplicazioni di funzioni. Poi, soprattutto negli animali con gli occhi posizionati lateralmente, che vedono porzioni differenti del campo visivo scarsamente integrate tra loro, diventa essenziale che una metà del cervello svolga funzioni di controllo e di decisione sull'azione (altrimenti l'animale si troverebbe “bloccato” nell'incertezza tra opzioni diverse come il famoso Asino di Buridano). Inoltre, molti compiti cognitivi richiedono di essere svolti da meccanismi differenti, a causa di certe incompatibilità intrinseche al funzionamento di differenti modalità di elaborazione delle informazioni, ma in modo simultaneo. La lateralizzazione funzionale parrebbe essere una buona strategia per realizzare simultaneamente e parallelamente computazioni distinte nei due emisferi cerebrali (vedi ad esempio Rogers et al., 2004).

Oggi sappiamo che le asimmetrie "pagano", nel senso che gli individui asimmetrici mostrano dei chiari e misurabili vantaggi in talune prestazioni comportamentali. Per dirne solo uno, si è visto che la famosa "pesca delle termiti" è svolta con maggiore efficienza dagli scimpanzé che presentano una marcata preferenza nell'uso di una zampa rispetto a quelli che usano indifferentemente la zampa destra o sinistra.

Tutto ciò rappresenta però solo metà della storia. Apparentemente il possesso di un cervello asimmetrico può migliorare le prestazioni dell'animale indipendentemente dalla direzione dell'asimmetria. Ma se è così perché la maggior parte degli animali all'interno di una popolazione dovrebbe mostrare asimmetrie nella stessa direzione?

Come abbiamo già avuto occasione di dire, le asimmetrie di cui stiamo parlando sono asimmetrie "direzionali", nel senso che più del 50% degli individui mostra asimmetria nella stessa direzione. Consideriamo l'uso della mano destra nella nostra specie. Questa si osserva in più del 90% della popolazione umana. Assumiamo che vi siano dei vantaggi legati alla differente funzionalità delle due mani (e dei due emisferi). Questi vantaggi sono relativi all'asimmetria in sé, non alla sua direzione. Potremmo avere il 50% degli individui che favorisce l'uso della mano destra e il 50% quello della mano sinistra. Sarebbero tutti avvantaggiati dal fatto d'essere asimmetrici, pur senza mostrare asimmetria direzionale (cioè nella stessa direzione). Perché si è verificato allora che le asimmetrie sono (in molte specie, perlomeno) di tipo direzionale piuttosto che individuale? Si potrebbe immaginare che ciò sia il sottoprodotto accidentale di una determinazione di tipo genetico, in cui l'asimmetria è specificata fin dall'inizio con una particolare direzione. Gli individui erediterebbero quindi il fatto di essere asimmetrici assieme a una ben specificata direzione di asimmetria. È possibile che in qualche modo le cose stiano davvero così, ma ciò solleva un nuovo ordine di problemi.

Come abbiamo accennato, negli animali con gli occhi posti lateralmente sul capo le asimmetrie cerebrali possono manifestarsi con l'uso preferenziale di un occhio. Ora il fatto di avere un occhio (e quindi una parte di campo visivo) che è più bravo (o meno bravo) dell'altro nell'esecuzione di certi compiti può implicare grossi svantaggi. Certo non sembra molto sensato che l'individuazione di un predatore debba essere più o meno efficiente a seconda che il predatore compaia sul lato destro o sinistro del corpo! Considerando poi le risposte motorie anziché quelle percettive, gli svantaggi associati al possesso di asimmetrie direzionali divengono ancora più marcati. Se, per esempio, la gran parte dei pesci di una certa specie tende a scappare verso sinistra quando avvista un predatore, il fattore di prevedibilità associato ad una tale asimmetria può essere sfruttato dal predatore. Se ciascun pesce di quella specie fosse invece asimmetrico solo a livello individuale (ma non a livello di popolazione) il predatore non avrebbe modo di prevedere quando un particolare individuo fuggirà a destra oppure a sinistra.

Se allineare le asimmetrie nei diversi individui determina tali evidenti svantaggi, per quale ragione allora la selezione naturale ha prodotto le asimmetrie direzionali? Non era meglio limitarsi a costruire organismi con cervelli individualmente asimmetrici, cioè con una direzione equiprobabile delle asimmetrie, 50% a destra e 50% a sinistra? Attualmente vi sono due teorie che cercano di spiegare questo enigma. La prima è basata, semplificando un po', sull'idea che, almeno nella nostra specie, vi sia un gene che specifica una direzione di asimmetria (la destra per la mano e l'emisfero sinistro per il linguaggio) e un gene che determina la sola presenza dell'asimmetria senza specificazione della sua direzione. Lo svantaggio associato alla presenza del gene per l'asimmetria direzionale non ha prodotto la sua eliminazione perché, si suppone, gli individui eterozigoti avrebbero un qualche genere di non meglio specificato vantaggio rispetto agli omozigoti (vedi McManus, 2002 per una descrizione di questa teoria).

Una seconda, diversa ipotesi è stata formulata più recentemente ed è basata sulla teoria matematica dei giochi e il concetto di “strategia evolutivamente stabile” (vedi Ghirlanda e Vallortigara, 2004 per la formulazione matematica della teoria e Vallortigara e Rogers, 2005 per una sua descrizione divulgativa). Secondo quest'ipotesi una soluzione plausibile dell'enigma emergerebbe quando si considera il fatto che molti organismi posseggono una vita di relazione, cioè interagiscono gli uni con gli altri. Accade allora che in molte situazioni ciò che è meglio fare per un individuo (asimmetrico) dipende da ciò che fanno gli altri individui (pure loro asimmetrici) del suo gruppo. Per esempio, è vero che pesci che scappassero sempre a sinistra mostrerebbero un comportamento prevedibile che potrebbe essere sfruttato dai predatori, ma è anche vero che molte specie di pesci nuotano in banchi. Ci sono vantaggi a stare in un banco e le dimensioni del banco sono calibrate in relazione a questi vantaggi. Nel banco è importante che il comportamento degli individui sia coordinato: per un pesce asimmetrico all'interno del banco è cruciale l'allineamento della sua asimmetria con quella degli altri membri del gruppo. Se tutti i suoi compagni girano a sinistra quando vedono un predatore mentre lui gira a destra, si troverà ad essere un pesce isolato, alla mercé del predatore.

Insomma, le asimmetrie direzionali potrebbero avere vantaggi specifici (che ne compenserebbero gli svantaggi) quando si passa a considerare il comportamento degli individui in relazione a quello degli altri individui. Una previsione facile che si può ricavare da quest'ipotesi è che, a parità di altre condizioni, le asimmetrie di tipo individuale dovrebbero essere presenti nelle specie più solitarie, mentre quelle di tipo direzionale nelle specie gregarie. Ovviamente il problema è che questa è un'ipotesi concernente un evento storico-evolutivo: gli animali che vivono oggi sulla Terra hanno presumibilmente ereditato le loro asimmetrie da antenati sui quali spesso poco possiamo dire circa le loro interazioni. Potrebbe darsi che specie che oggi appaiono essere solitarie abbiano avuto nel loro passato evolutivo una maggiore vita sociale, per cui potrebbero semplicemente aver ritenuto le loro asimmetrie di popolazione dai loro antenati anche senza essere “sociali” oggidì. Un buon banco di prova della teoria è stato fornito dal fenomeno dello schooling (il formare banchi o “scuole”) nei pesci. Questo comportamento non sembra essere cambiato molto nella storia evolutiva dei pesci teleostei. Il confronto tra specie sociali (cioè che formano banchi) e specie solitarie (in cui gli individui non si aggregano) ha mostrato in maniera molto chiara che le prime tendono a essere lateralizzate a livello di popolazione, mentre le seconde a livello individuale (cfr Vallortigara e Bisazza, 2002); esattamente come previsto dalla teoria.

S. Ghirlanda, G. Vallortigara, The evolution of brain lateralization: A game theoretical analysis of population structure, Proceedings of the Royal Society B 2004, n. 271, pp. 853-857.

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L. J. Rogers, R. J. Andrew, Comparative vertebrate lateralization. Cambridge University Press, Cambridge, U.K.. 2002

L. J. Rogers, P. Zucca, G. Vallortigara, Advantages of having a lateralized brain, Proceedings of the Royal Society B, Biology Letters 2004, n. 271, pp. 420- 422.

G. Vallortigara, (2000). Altre menti. Lo studio comparato della cognizione animale, Il Mulino, Bologna, p. 473.

G. Vallortigara, Cervello di gallina. Visite (guidate) tra etologia e neuroscienze, Bollati-Boringhieri, Torino 2005, pp. 158.

G. Vallortigara, A. Bisazza, How ancient is brain lateralization? in Comparative Vertebrate Lateralization (R.J. Andrew and L.J. Rogers, eds.), Cambridge: Cambridge University Press 2002, pp. 9-69.

G. Vallortigara, L. J. Rogers, Survival with an asymmetrical brain: Advantages and disadvantages of cerebral lateralization. Behavioral and Brain Sciences, 28 2005, pp. 102-178.