Il cervello umano pesa mediamente poco meno di 1.500 grammi e si stima sia costituito da circa 100 miliardi di cellule nervose primarie (neuroni) e probabilmente altrettante cellule di supporto (cellule gliali). Un tipico neurone è costituito da un corpo cellulare e da numerosi prolungamenti, i più brevi dei quali (dendriti) ricevono le connessioni ed i segnali da altri neuroni ed il più lungo dei quali (assone) forma a sua volta connessioni con altri neuroni. 

Fig. 1: Neuroni nell'ippocampo.  (Credit: "Slice of life" Project)

Un tipico neurone riceve da diverse centinaia ad alcune decine di migliaia di connessioni (sinapsi) e ne forma a sua volta in numero variabile.

Fig. 2: Impulso elettrico nella neuro trasmissione. (Credit: Eric H. Chudler - "Neuroscience for kids") Queste connessioni determinano la formazione di complessi circuiti nervosi attraverso i quali viaggia l'informazione. L'informazione nervosa è costituita primariamente da segnali elettrici (il più veloce dei quali è il potenziale d'azione; Fig 2) che non sono tuttavia normalmente in grado di diffondere da un neurone all'altro poiché a livello delle sinapsi non esiste una continuità fisica fra le cellule nervose connesse.

Fig. 3: Un esempio di connessione fra due neuroni. (Credit: Eric H. Chudler - "Neuroscience for kids")

Fig. 4: Passaggio verso la membrana presinaptica di vescicole (punti rossi) contenenti neurotrasmettitori. (Credit: Eric H. Chudler - "Neuroscience for kids")

A questo livello quindi il segnale elettrico si trasforma nel rilascio di un segnale chimico (neurotrasmettitore) che determina sul neurone successivo l'insorgenza di un nuovo segnale elettrico (Fig. 4)

Mentre oggi conosciamo con notevole dettaglio gli aspetti cellulari e molecolari dell'attività nervosa, sappiamo molto meno di come i circuiti nervosi lavorano per attuare complesse funzioni cerebrali. Tuttavia, le tecniche non invasive di visualizzazione dell'attività cerebrale (risonanza magnetica nucleare, tomografia ad emissione positronica ed altre) stanno rapidamente progredendo e daranno sicuramente risultati di estrema importanza, non solo per lo studio delle patologie cerebrali ma anche per comprendere il funzionamento dei circuiti nervosi. La Fig. 5 mostra come con queste tecniche sia possibile "vedere" quali aree della corteccia cerebrale sono attive (quelle colorate in rosso) quando un soggetto guarda una figura.

Fig. 5: Immagine 3-D di Risonanza Magnetica (MRI) del cervello di un uomo. La corteccia visiva primaria è attiva mentre il soggetto guarda una figura. (Credit: J.Cohen, University of Pittsburgh and Carnegie Mellon University e N.Goddard, Pittsburgh Supercomputing Center - "Watching the brain in action")