La struttura e l’equilibrio chimico del cervello rappresentano le fondamenta dei collegamenti neurali attraverso i quali l’uomo riesce a pensare, imparare, ricordare e rispondere al mondo che lo circonda. Comprendere come queste due componenti si intersecano e cooperano è fondamentale per ottenere una visione completa di questi meccanismi, specialmente quando si affrontano fattori esterni come il caldo estremo. Studi recenti mostrano come il caldo estremo influenza le funzioni biologiche, sia dal punto di vista della salute fisica che da quello più sottile della salute mentale.
La sede dei circuiti neurali: il cervello
Il cervello (Figura 1) è l’organo principale del sistema nervoso umano, parte del sistema nervoso centrale, insieme al midollo spinale. Il telencefalo, la porzione più estesa del cervello, è macroscopicamente suddiviso in “compartimenti”, sfruttandone la geometria caratterizzata da solchi e circonvoluzioni. La prima differenziazione è quella tra emisfero sinistro e destro, quasi simmetrici e delimitati dalla fessura longitudinale, che percorre il cervello lungo il piano sagittale in direzione antero-posteriore. Ogni emisfero è a sua volta ripartito in lobi, aree che identificano specifiche funzioni cognitive:
- Lobo frontale: funzioni esecutive e controllo del movimento, partecipa ai processi di apprendimento e memoria.
- Lobo parietale: percezione degli stimoli esterni (calore, pressione, tatto e dolore), comprensione del linguaggio scritto e parlato, capacità visuo-spaziali e matematiche.
- Lobo temporale: sede dell’area acustica, percezione visiva e memoria.
- Lobo occipitale: elaborazione delle informazioni visive come attività principale, comprensione di quelle relative all’equilibrio e alla postura.
Le diverse strutture e aree lavorano in cooperazione tra loro, al fine di garantire il corretto funzionamento di tutti i processi cerebrali.
Al di sotto del lobo temporale risiede l’amigdala, parte del sistema limbico, ritenuta il centro di integrazione di processi neurologici superiori come le emozioni e la memoria emozionale. Quando valuta uno stimolo come pericoloso, reagisce inviando segnali di emergenza a tutte le aree principali del cervello; stimola quindi il rilascio degli ormoni che innescano la reazione di attacco o fuga, mobilita i centri del movimento, attiva il sistema cardiovascolare, i muscoli e l’intestino.
Gli indicatori dell’equilibrio mentale: il ruolo della biochimica
Il cervello è un intricato sistema biochimico in cui i neurotrasmettitori si occupano della trasmissione dei segnali tra i neuroni, nonché della regolazione di diverse funzioni cognitive ed emotive. Queste sostanze sono coinvolte in una vasta gamma di processi cerebrali, tra cui l’apprendimento, la memoria, l’attenzione, l’umore, il sonno e le emozioni.
Tra i neurotrasmettitori maggiormente coinvolti nel controllo delle emozioni e delle funzioni cerebrali troviamo:
- Serotonina: associata alla regolazione dell’umore. Livelli adeguati sono importanti per l’equilibrio emotivo, mentre bassi livelli di serotonina possono essere correlati a stati di ansia e depressione.
- Dopamina: svolge un ruolo cruciale nel sistema di ricompensa ed è coinvolta nella regolazione delle emozioni, della motivazione e del piacere. Livelli eccessivamente alti o bassi possono essere collegati a disturbi dell’umore e dell’attenzione.
- Noradrenalina (Norepinefrina): influenza la risposta allo stress e l’attivazione del sistema nervoso simpatico, che prepara il corpo alla lotta o alla fuga. Contribuisce anche al livello di attenzione e concentrazione.
- Acido gamma-aminobutirrico (GABA): il principale neurotrasmettitore inibitorio del cervello, aiuta a ridurre l’attività neuronale. Un adeguato equilibrio di GABA è essenziale per controllare l’ansia e promuovere la calma e il rilassamento.
L’effetto di eventi meteorologici estremi
Recentemente una metanalisi della situazione relativa agli stati UK, ha messo in luce la relazione esistente tra gli eventi climatici estremi – sempre più frequenti – e l’aumento di disordini legati alla salute mentale come l’alterazione del ciclo del sonno, il disturbo post-traumatico da stress, l’ansia o la depressione. In questo studio, i ricercatori dell’Università di York e del Centro per la Salute Mentale di Londra, descrivono come i fenomeni catastrofici – quali alluvioni o uragani – minano il senso di sicurezza delle persone e insinuano il timore per la propria quotidianità. Mancanza di sonno e serenità diventano quindi fattori scatenanti di irritabilità, isolamento e sbalzi di umore.
Il fattore caldo non è però da trascurare: il cambiamento climatico che si sta rendendo evidente negli ultimi anni non riguarda solamente venti feroci, incendi e grandine, ma anche le cosiddette ondate di calore (heatwaves in inglese) che mettono a dura prova la capacità dell’uomo e della natura di adattarsi.
Studi empirici associano sempre più spesso le elevate temperature ambientali con incrementi nel tasso di criminalità e violenza, anche autoinflitta, e una riduzione della funzionalità cognitiva.
Evidenze scientifiche infatti dimostrano che l’esposizione a calore estremo può portare a sfinimento sia fisico che psicologico.
“The Association of Ambient Temperature and Violent Crime”, Nature.com
Cause biologiche degli squilibri mentali
Il sistema serotoninergico, responsabile della regolazione del comportamento violento e depressivo, è compromesso dalle ondate di calore. Fattore critico risultano proprio i picchi di temperatura, che non consentono il fenomeno di acclimatazione. Infatti, la produzione di serotonina diminuisce quando la temperatura cresce, ma questa si ristabilisce se l’ambiente circostante non ha fluttuazioni particolarmente gravose per il corpo. (Figura 2).
Allo stesso tempo, alte temperature in combinazione con un elevato livello di umidità mettono sotto pressione il sistema neuroendocrino: da una parte il caldo stimola l’attività del glutammato, neurotrasmettitore che esercita una potente azione eccitante sui circuiti cerebrali, dall’altra viene ridotta quella del GABA, il mediatore chimico che ci rende tranquilli e rilassati.
I circuiti neurali “si surriscaldano”
Anche l’attività cognitiva è negativamente influenzata dal caldo estremo. Infatti l’ipertermia, ovvero l’aumento anomalo della temperatura corporea, determina l’alterazione dei pattern di connettività funzionale.
Lavorare in un ambiente molto caldo non fa solo aumentare la temperatura della pelle e del cervello molto rapidamente, ma incide sul livello di vigilanza e sulla memoria, sia a breve termine che di lavoro, implicando un’attività anormale nel lobo frontale.
In uno studio del 2001 si può leggere di come un ambiente a 42°C determina, rispetto ad un ambiente a 19°C, una crescita dell’indice α/β – inteso come il rapporto tra le due bande EEG – indicativo dell’arousal mentale, o “stato di attivazione”. Infatti, le onde β sono più prominenti quando una persona è cosciente e impegnata in attività mentali, come il pensiero logico, la concentrazione, la risoluzione di problemi e il movimento volontario. Al contrario, in stati di rilassamento o sonnolenza, queste diminuiscono in intensità, a favore delle onde α – persona cosciente, ma rilassata.
Uno più recente del 2018, i ricercatori dell’Harvard School of Public Health hanno confrontato le prestazioni cognitive di un gruppo di studenti durante un’ondata di calore, dei quali solo alcuni avevano accesso ai locali condizionati. Nei 12 giorni sono state analizzate la velocità di elaborazione, l’attenzione, la memoria di lavoro e la capacità di addizione/sottrazione dei giovani. Gli studenti senza aria condizionata mostravano una significativa diminuzione delle performance nei test cognitivi. In particolare, gli studenti sottoposti a condizioni meno favorevoli mostravano un tempo di reazione superiore del 13% e una capacità di addizione/sottrazione inferiore del 13%.
Conclusioni e sviluppi futuri
Questi risultati evidenziano l’importanza di un ambiente termico controllato necessario al funzionamento completo di un essere umano sotto tutti i punti di vista, sia fisiologici che psicologici e sociali.
Studi futuri sono necessari per comprendere la durata degli effetti qui evidenziati e determinarne le più estese implicazioni. A rischio infatti potrebbero essere l’ambito educativo, la produttività economica e la sicurezza dei luoghi di lavoro.
Fonti e approfondimenti
- Plos Medicine – Reduced cognitive function during a heat wave among residents of non-air-conditioned buildings
- Springer Link – Brain activity and fatigue during prolonged exercise in the heat
- La finestra sulla mente – credits for the cover picture of the news on this page
- National Library of Medicine – Effect of Extreme Weather Events on Mental Health: A Narrative Synthesis and Meta-Analysis for the UK
- Corriere.it – Ecco come il caldo record incide sulla salute mentale e può rendere piu aggressivi
