Paul MacLean formulò la teoria dei tre cervelli sulla base dell’origine filogenetica del sistema nervoso dei mammiferi.

Come una matrioska, nel modello di MacLean, il cervello dei rettili viene inglobato da quello dei mammiferi primitivi che a sua volta viene incluso nel cervello dei mammiferi più evoluti come l’uomo. Esiste un consenso unanime tra i neuroscienziati nel considerare l’evoluzione darwiniana come una chiave di lettura fondamentale per capire le funzioni nervose.

Il riferimento all’evoluzione per una teoria sul cervello resta, quindi, ancora valido, ma lo schema proposto da MacLean appare troppo semplicistico per spiegare la complessità del sistema nervoso e dei processi della selezione naturale.

MacLean riteneva che le tre parti si fossero evolute mantenendo una certa indipendenza funzionale: il cervello del rettile sarebbe responsabile dei comportamenti automatici più primordiali, quello dei mammiferi primitivi sarebbe associato alle emozioni, mentre quello dei mammiferi più evoluti alla sfera cognitiva (per una trattazione completa della teoria vedi: MacLean P.D., The triune brain in evolution, Kluwer Academic/Plenum Publishers, 1990).

La teoria di MacLean è stata criticata sia per la difficoltà a riassumere in sole tre componenti la varietà delle funzioni nervose, sia perché il modello trascura i processi d’integrazione che l’evoluzione ha messo in atto.

Una parte delle critiche rivolte alla teoria dei tre cervelli riguarda l’organizzazione del cervello dei mammiferi primitivi.

MacLean denominò questa porzione con il termine di sistema limbico per indicare l’insieme di strutture che, lavorando come un sistema unitario, producono le diverse categorie di emozioni. In contrasto a questa presunta conformità funzionale, alcune strutture del sistema limbico svolgono compiti più vicini alla sfera cognitiva che a quella emotiva come nel caso dell’ippocampo che è coinvolto nei processi di memoria e attenzione. Inoltre, all’interno del sistema limbico, diverse aree elaborano categorie di emozioni senza un’apparente dipendenza da un processo unitario.

L’amigdala, per esempio, è responsabile delle emozioni associate alla paura, mentre l’insula risponde in maniera autonoma ai segnali che generano il senso di disgusto (per una visione critica sul sistema limbico vedi: LeDoux J.E., Il Cervello Emotivo, B.C.Dalai Editore, 2003).

Anche per il corpo striato, incluso nel cervello del rettile, emergono contraddizioni simili. Questa struttura, infatti, codifica automatismi motori molto primitivi ma anche segnali relativi alla sfera motivazionale ed emotiva. MacLean ha trascurato i circuiti dei riflessi innati come il riflesso da stiramento e quello flessorio, ancora più primitivi del cervello del rettile. Questi circuiti, spesso formati da pochi neuroni, garantiscono quei comportamenti motori di reazione e di difesa già presenti in organismi invertebrati come le lumache ed i lombrichi.

Si potrebbe dire, quindi, che l’evoluzione abbia lavorato su diversi fronti e, se li vogliamo contare, i “cervelli” che sono stati assemblati potrebbero essere ben oltre il numero previsto da MacLean.

A prescindere dal numero, non è sempre facile risalire alle strutture nervose primitive osservando il cervello dei mammiferi evoluti.

La selezione naturale, infatti, non agisce per semplice sovrapposizione ma rimodella i circuiti più primitivi in maniera da adattarli alle nuove condizioni ambientali. In questo modo i confini tra le parti diventano sempre più sfumati e le funzioni originarie si modificano seguendo percorsi ramificati e imprevedibili.

È il caso, per esempio, del cervelletto che nei pesci è responsabile del mantenimento dell’equilibrio del corpo, mentre nei mammiferi si trasforma in un sofisticato sistema di controllo dei movimenti degli arti.

Nell’uomo, il cervelletto ha un ruolo importante nella generazione del ritmo, nella discriminazione tattile e nella modulazione di diversi aspetti cognitivi del linguaggio. Niente male per un organo che doveva semplicemente tenere in linea la spina dorsale dei pesci.

Un altro esempio che illustra in maniera chiara la natura sfumata dei confini tra le strutture nervose e il loro potenziale cambiamento durante l’evoluzione, può essere il caso dei neuroni specchio. L’attività di queste cellule è associata ai movimenti del proprio corpo ma anche ai movimenti del corpo degli altri.

Tralasciando l’ipotetico coinvolgimento dei neuroni specchio in processi cognitivi come l’empatia, è già sorprendete che strutture destinate a controllare i propri movimenti, siano in grado di elaborare anche rappresentazioni percettivo-sensoriali la cui origine si trova fuori dal corpo.
Da questi esempi si evince come sia difficile classificare una struttura nervosa come primitiva o evoluta in maniera esclusiva.

Sarebbe difficile collocare il corpo striato, l’ippocampo, il cervelletto o i neuroni specchio in uno dei tre cervelli del modello di MacLean.

Sarebbe altrettanto difficile classificare comportamenti tipicamente umani come il piacere per la musica o per la buona cucina esclusivamente nel cervello del mammifero evoluto, avendo questi comportamenti profondi legami con funzioni adattative molto più primitive. Bisognerebbe aumentare il numero di “cervelli” o trovare un’altra teoria.

Per capire il funzionamento del cervello umano non basta riconoscere che il rettile e il mammifero primitivo (ma anche il lombrico e il pesce) possano coesistere in un unico sistema.

È necessario considerare anche le modalità selezionate dall’evoluzione per integrare le componenti primitive e trasformarle in elementi adatti a nuovi contesti.

La teoria dei tre cervelli fornisce solo uno schema filogenetico del cervello umano senza suggerire alcuna idea sulle forze selettive e sui processi d’integrazione tra le diverse componenti. Sarebbe come pensare che un muro possa stare in piedi solo perche i mattoni sono poggiati l’uno sull’altro senza considerare il ruolo del materiale che li tiene insieme.

Il modo in cui le parti si connettono può determinare la direzione del percorso evolutivo che, come lo stesso Darwin suggerì, non procede in maniera lineare ma tende a ramificarsi: a volte il percorso diverge ed altre volte converge raggiungendo soluzioni simili attraverso vie diverse (per una visione critica sulle relazioni tra evoluzione e teoria dei tre cervelli vedi: Patton P., Un mondo, molte menti, in Mente&Cervello, giugno 2009, p. 94)

I processi d’integrazione diventano più rilevanti nel caso di funzioni superiori tipiche del cervello umano come la coscienza di se, il linguaggio verbale, la creatività ecc. Queste funzioni emergono dall’interazione di aree cerebrali anche molto distanti tra loro, i cui confini morfologici restano sempre molto sfumati.

In un elegante esperimento, il gruppo di Giulio Tononi (Breakdown of Cortical Effective Connectivity During Sleep, in Science, v. 309, p. 2228, 2005) ha dimostrato che, passando dal sonno alla veglia, la superficie corticale attivata da un stimolo magnetico, aumenta progressivamente. La consapevolezza che abbiamo di noi stessi e del mondo esterno, quindi, è in stretta relazione con la possibilità di connettere più regioni della corteccia cerebrale.

Una dimostrazione particolarmente interessante dell’importanza delle connessioni neuronali, è riportata in un articolo di Thomas R. Insel, Circuiti cerebrali difettosi, in Le Scienze, giugno 2010, p. 46. L’autore illustra diversi esempi di malattie mentali per spiegare che le cause non sono da ricercare nelle disfunzioni a carico di singole strutture nervose ma nelle interruzioni delle reti che connettono le strutture.

Questi ed altri dati sperimentali rafforzano l’idea che una teoria sul cervello non può prescindere dalle relazioni funzionali tra le parti.

Nonostante i limiti del suo modello, si deve riconoscere a MacLean il merito di essere stato uno dei primi a tentare di concentrare in un'unica teoria gli aspetti filogenetici, fisiologici e comportamentali della funzione cerebrale (per una visione a supporto di MacLean vedi: a cura di: G.A. Cory e R. Gardner, The Evolutionary Neuroethology of Paul Maclean, Greenwood Press, 2002).

Il suo modello di cervello, però, non ha riempito un vuoto teorico che ancora esiste ed è sempre più necessario colmare. La formulazione di una teoria generale che includa la filogenesi ed i processi d’integrazione dell’informazione nervosa, sarebbe di grande utilità per guidare la sperimentazione e l’interpretazione dei risultati.

Un’importante opportunità per affrontare questa sfida viene offerta ai neuroscienziati dai nuovi mezzi di studio. Le tecniche di neuroimaging e stimolazione cerebrale, l’ingegneria genetica, i moderni approcci computazionali, permettono di collegare, come non era mai successo prima, i dettagli cellulari e molecolari della funzione neuronale ai comportamenti e alle funzioni superiori del sistema nervoso.