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Introduzione
L’Architettura del Neurone
Nascita
Migrazione
Differenziazione
Morte
Speranza Attraverso la Ricerca
Introduzione
Fino a poco tempo fa, la maggior parte dei neuroscienziati pensiero siamo nati con tutti i neuroni stessimo andando mai avere. Come bambini potremmo produrre alcuni nuovi neuroni per aiutare a costruire i percorsi-chiamati circuiti neurali-che agiscono come autostrade dell’informazione tra diverse aree del cervello. Ma gli scienziati credevano che una volta che un circuito neurale era a posto, l’aggiunta di nuovi neuroni avrebbe interrotto il flusso di informazioni e disabilitare il sistema di comunicazione del cervello.
Nel 1962, lo scienziato Joseph Altman sfidò questa credenza quando vide prove di neurogenesi (la nascita dei neuroni) in una regione del cervello di ratto adulto chiamata ippocampo. In seguito riferì che i neuroni appena nati migrarono dal loro luogo di nascita nell’ippocampo ad altre parti del cervello. Nel 1979, un altro scienziato, Michael Kaplan, confermò le scoperte di Altman nel cervello del ratto e nel 1983 trovò cellule precursori neurali nel proencefalo di una scimmia adulta.
Queste scoperte sulla neurogenesi nel cervello adulto sono state sorprendenti per altri ricercatori che non pensavano che potessero essere vere negli esseri umani. Ma nei primi anni 1980, uno scienziato cercando di capire come gli uccelli imparano a cantare ha suggerito che i neuroscienziati guardano di nuovo la neurogenesi nel cervello adulto e cominciano a vedere come potrebbe avere senso. In una serie di esperimenti, Fernando Nottebohm e il suo team di ricerca hanno dimostrato che il numero di neuroni nei forebrain dei canarini maschi aumentava drammaticamente durante la stagione degli amori. Questo era lo stesso tempo in cui gli uccelli dovevano imparare nuove canzoni per attirare le femmine.
Perché questi cervelli di uccelli hanno aggiunto neuroni in un momento così critico nell’apprendimento? Nottebohm credeva che fosse perché i neuroni freschi aiutavano a memorizzare nuovi modelli di canzoni all’interno dei circuiti neurali del proencefalo, l’area del cervello che controlla comportamenti complessi. Questi nuovi neuroni hanno reso possibile l’apprendimento. Se gli uccelli fatto nuovi neuroni per aiutarli a ricordare e imparare, Nottebohm pensato che il cervello dei mammiferi potrebbe troppo.
Altri scienziati credevano che questi risultati non potessero applicarsi ai mammiferi, ma Elizabeth Gould in seguito trovò prove di neuroni neonati in un’area distinta del cervello nelle scimmie, e Fred Gage e Peter Eriksson mostrarono che il cervello umano adulto produceva nuovi neuroni in un’area simile.
Per alcuni neuroscienziati, la neurogenesi nel cervello adulto è ancora una teoria non provata. Ma altri pensano che le prove offrano possibilità intriganti sul ruolo dei neuroni generati dagli adulti nell’apprendimento e nella memoria.
L’Architettura del Neurone
Il sistema nervoso centrale (che comprende il cervello e il midollo spinale) è costituito da due tipi di cellule: i neuroni (1) e glia (4) & (6). Glia superano i neuroni in alcune parti del cervello, ma i neuroni sono i giocatori chiave nel cervello.
I neuroni sono messaggeri di informazioni. Usano impulsi elettrici e segnali chimici per trasmettere informazioni tra diverse aree del cervello e tra il cervello e il resto del sistema nervoso. Tutto ciò che pensiamo, sentiamo e facciamo sarebbe impossibile senza il lavoro dei neuroni e delle loro cellule di supporto, le cellule gliali chiamate astrociti (4) e oligodendrociti (6).
I neuroni hanno tre parti fondamentali: un corpo cellulare e due estensioni chiamate assone (5) e dendrite (3). All’interno del corpo cellulare c’è un nucleo (2), che controlla le attività della cellula e contiene il materiale genetico della cellula. L’assone sembra una lunga coda e trasmette messaggi dalla cella. I dendriti sembrano i rami di un albero e ricevono messaggi per la cella. I neuroni comunicano tra loro inviando sostanze chimiche, chiamate neurotrasmettitori, attraverso un piccolo spazio, chiamato sinapsi, tra gli assoni e i dendriti dei neuroni adiacenti.
Esistono tre classi di neuroni:
- I neuroni sensoriali trasportano informazioni dagli organi di senso (come gli occhi e le orecchie) al cervello.
- I motoneuroni controllano l’attività muscolare volontaria come parlare e trasportano messaggi dalle cellule nervose del cervello ai muscoli.
- Tutti gli altri neuroni sono chiamati interneuroni.
Gli scienziati pensano che i neuroni siano il tipo più vario di cellula del corpo. All’interno di queste tre classi di neuroni ci sono centinaia di tipi diversi, ognuno con specifiche capacità di portare messaggi.
Come questi neuroni comunicano tra loro facendo connessioni è ciò che rende ognuno di noi unico nel modo in cui pensiamo, sentiamo e agiamo.
Nascita
La misura in cui nuovi neuroni vengono generati nel cervello è un argomento controverso tra i neuroscienziati. Sebbene la maggior parte dei neuroni sia già presente nel nostro cervello quando nasciamo, ci sono prove a sostegno del fatto che la neurogenesi (la parola scientifica per la nascita dei neuroni) è un processo permanente.
I neuroni nascono in aree del cervello ricche di concentrazioni di cellule precursori neurali (chiamate anche cellule staminali neurali). Queste cellule hanno il potenziale per generare la maggior parte, se non tutti, dei diversi tipi di neuroni e glia presenti nel cervello.
I neuroscienziati hanno osservato come si comportano le cellule precursori neurali in laboratorio. Anche se questo potrebbe non essere esattamente il modo in cui queste cellule si comportano quando sono nel cervello, ci dà informazioni su come potrebbero comportarsi quando sono nell’ambiente del cervello.
La scienza delle cellule staminali è ancora molto nuovo, e potrebbe cambiare con ulteriori scoperte, ma i ricercatori hanno imparato abbastanza per essere in grado di descrivere come le cellule staminali neurali generano le altre cellule del cervello. Lo chiamano lignaggio di una cellula staminale ed è simile in linea di principio a un albero genealogico.
Le cellule staminali neurali aumentano dividendosi in due e producendo due nuove cellule staminali, o due cellule progenitrici precoci, o una di ciascuna.
Quando una cellula staminale si divide per produrre un’altra cellula staminale, si dice che si auto-rinnovi. Questa nuova cellula ha il potenziale per produrre più cellule staminali.
Quando una cellula staminale si divide per produrre una cellula progenitrice precoce, si dice che si differenzia. Differenziazione significa che la nuova cellula è più specializzata in forma e funzione. Una cellula progenitrice precoce non ha il potenziale di una cellula staminale per produrre molti tipi diversi di cellule. Può solo creare cellule nel suo particolare lignaggio.
Le cellule progenitrici precoci possono auto-rinnovarsi o andare in uno dei due modi. Un tipo darà origine agli astrociti. L’altro tipo alla fine produrrà neuroni o oligodendrociti.
Migrazione
Una volta che un neurone è nato deve viaggiare verso il luogo nel cervello dove farà il suo lavoro.
Come fa un neurone a sapere dove andare? Cosa lo aiuta ad arrivarci?
Gli scienziati hanno visto che i neuroni usano almeno due metodi diversi per viaggiare:
- Alcuni neuroni migrano seguendo le lunghe fibre delle cellule chiamate glia radiale. Queste fibre si estendono dagli strati interni agli strati esterni del cervello. I neuroni scivolano lungo le fibre fino a raggiungere la loro destinazione.
- I neuroni viaggiano anche usando segnali chimici. Gli scienziati hanno trovato molecole speciali sulla superficie dei neuroni molecules molecole di adesione molecules che si legano con molecole simili su cellule gliali vicine o assoni nervosi. Questi segnali chimici guidano il neurone alla sua posizione finale.
Non tutti i neuroni hanno successo nel loro viaggio. Gli scienziati pensano che solo un terzo raggiunga la loro destinazione. Alcune cellule muoiono durante il processo di sviluppo neuronale.
Alcuni neuroni sopravvivono al viaggio, ma finiscono dove non dovrebbero essere. Mutazioni nei geni che controllano la migrazione creano aree di neuroni fuori luogo o stranamente formati che possono causare disturbi come l’epilessia infantile. Alcuni ricercatori sospettano che la schizofrenia e il disturbo dell’apprendimento dislessia siano in parte il risultato di neuroni fuorviati.
Differenziazione
Una volta che un neurone raggiunge la sua destinazione, deve stabilirsi per lavorare. Questa fase finale di differenziazione è la parte meno ben compresa della neurogenesi.
I neuroni sono responsabili del trasporto e dell’assorbimento dei neurotrasmettitori – sostanze chimiche che trasmettono informazioni tra le cellule cerebrali.
A seconda della sua posizione, un neurone può eseguire il lavoro di un neurone sensoriale, un motoneurone o un interneurone, inviando e ricevendo neurotrasmettitori specifici.
Nel cervello in via di sviluppo, un neurone dipende da segnali molecolari provenienti da altre cellule, come gli astrociti, per determinare la sua forma e posizione, il tipo di trasmettitore che produce e a quali altri neuroni si collegherà. Queste cellule appena nate stabiliscono circuiti neurali – o percorsi informativi che collegano neurone a neurone-che saranno in vigore per tutta l’età adulta.
Ma nel cervello adulto, i circuiti neurali sono già sviluppati e i neuroni devono trovare un modo per adattarsi. Come un nuovo neurone si deposita in, inizia a guardare come le cellule circostanti. Sviluppa un assone e dendriti e inizia a comunicare con i suoi vicini.
Morte
Sebbene i neuroni siano le cellule viventi più lunghe del corpo, un gran numero di loro muore durante la migrazione e la differenziazione.
La vita di alcuni neuroni può prendere giri anormali. Alcune malattie del cervello sono il risultato delle morti innaturali dei neuroni.
– Nella malattia di Parkinson, i neuroni che producono il neurotrasmettitore dopamina muoiono nei gangli della base, un’area del cervello che controlla i movimenti del corpo. Ciò causa difficoltà a iniziare il movimento.
– Nella malattia di Huntington, una mutazione genetica causa una sovraproduzione di un neurotrasmettitore chiamato glutammato, che uccide i neuroni nei gangli della base. Di conseguenza, le persone si torcono e si contorcono in modo incontrollabile.
– Nella malattia di Alzheimer, proteine insolite si accumulano dentro e intorno ai neuroni nella neocorteccia e nell’ippocampo, parti del cervello che controllano la memoria. Quando questi neuroni muoiono, le persone perdono la loro capacità di ricordare e la loro capacità di svolgere le attività quotidiane. Il danno fisico al cervello e ad altre parti del sistema nervoso centrale può anche uccidere o disabilitare i neuroni.
– I colpi al cervello, o il danno causato da un ictus, possono uccidere i neuroni a titolo definitivo o lentamente affamarli dell’ossigeno e dei nutrienti di cui hanno bisogno per sopravvivere.
– La lesione del midollo spinale può interrompere la comunicazione tra il cervello e i muscoli quando i neuroni perdono la loro connessione con gli assoni situati al di sotto del sito di lesione. Questi neuroni possono ancora vivere, ma perdono la loro capacità di comunicare.
Speranza Attraverso la ricerca
Gli scienziati sperano che comprendendo di più sulla vita e la morte dei neuroni possono sviluppare nuovi trattamenti, e forse anche cure, per le malattie del cervello e disturbi che colpiscono la vita di milioni di americani.
La ricerca più recente suggerisce che le cellule staminali neurali possono generare molti, se non tutti, dei diversi tipi di neuroni presenti nel cervello e nel sistema nervoso. Imparare a manipolare queste cellule staminali in laboratorio in specifici tipi di neuroni potrebbe produrre una nuova fornitura di cellule cerebrali per sostituire quelli che sono morti o stati danneggiati.
Le terapie potrebbero anche essere create per sfruttare i fattori di crescita e altri meccanismi di segnalazione all’interno del cervello che dicono alle cellule precursori di creare nuovi neuroni. Ciò renderebbe possibile riparare, rimodellare e rinnovare il cervello dall’interno.
Per informazioni su altri disturbi neurologici o programmi di ricerca finanziati dall’Istituto Nazionale dei Disordini Neurologici e Stroke, contattare l’Istituto del Cervello di Risorse e Informazioni di Rete (CERVELLO) a:
CERVELLO
P. O. Box 5801
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(800) 352-9424
www.ninds.nih.gov
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Ufficio Comunicazione e Pubbliche di Collegamento
Istituto Nazionale dei Disordini Neurologici e Stroke
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