domenica 16 marzo 2014

Il cervello in poche parole - Appunti dal BrainForum 2014

di Riccardo Carrara

Continua il BrainForum e continua il diario che è iniziato ieri su questo blog. Oggi gli appunti della mattinata di domenica 16 marzo dalla Sala Grande, dove si è svolta la prima parte di "IL CERVELLO IN POCHE PAROLE". Una rapida carrellata di alcune delle tematiche più attuali delle neuroscienze. 
Nei prossimi giorni verranno pubblicati gli appunti degli altri incontri.

Brain Modeling
Michele Migliore (Istituto Biofisica CNR, Palermo) - Protesi cerebrali: un futuro immaginabile.
In un futuro non troppo lontano sarà possibile sostituire i circuiti cerebrali naturali con quelli artificiali, grazie a sistemi che possano codificare, memorizzare e rielaborare quelli stessi meccanismi che trasformano gli input sensoriali in segnale neuronale. Oggi, ci troviamo davanti molte limitazioni tecniche e tecnologiche, ma lo studio di alcuni modelli potrebbe permettere di arrivare presto ad un risultato concreto.
Per esempio, il bulbo olfattivo è una struttura molto semplice tra gli organi recettivi, composta da "soli" 5mila neuroni principali, possiede una caratteristica che lo differenzia da tutti gli altri. Il bulbo olfattivo non passa dal talamo e quindi le sue informazioni non vengo smistate e bypassate da questa struttura. Questo spiega perché lo stimolo olfattivo non può essere messo in secondo piano e il fatto che la rievocazione emotiva di un odore o profumo sia incredibilmente potente.
Vengono mostrate le simulazioni e i modelli 3D di un bulbo olfattivo, o meglio di una parte (quella dorsale) visto che mappare e riprodurre la struttura del bulbo è estremamente complesso e ci vorrà ancora un po’ di tempo. La simulazione mostra la mappa di attivazione dei glomeruli del bulbo in risposta a diversi tipi di odori, quindi si possono classificare le diverse mappe ognuna corrispondente ad un determinato tipo di odore. Bisogna poi procedere alla ricostruzione 3D delle singole mitral cells che grazie ad un algoritmo si possono riprodurre velocemente in maniera illimitata e molto simili a quelle del bulbo olfattivo reale. È comunque un lavoro molto difficile e servono dei grandi calcoli matematici, basti pensare che per ogni cellula (mitral cell) sono necessarie qualche migliaio di funzioni differenziali.
Sviluppare un modello completo 3D di una struttura cerebrale, come può essere quello del bulbo olfattivo, può portare alla realizzazione futura di un sistema computazione in grado di sostituire direttamente il sistema reale (danneggiato o mancante) e può portarci a capire perché ci piacciono alcuni odori e altri meno e come li percepiamo effettivamente.

Longevità
Claudio Franceschi (Università di Bologna) - Le capacità cognitive degli ultracentenari

Presenta alcuni studi su soggetti 147 centenari (sono circa 15mila in Italia) e su 83 semisupercentenari (ossia con età superiore a 105 anni). 
Il primo punto che viene chiarito è molto confortante: è sufficente avere un genitore longevo (possibilmente centenario) per avere un buon stato di saluto. Questo significa che figli di genitori longevi (in realtà ne basta uno longevo, perché non si è vista una grossa differenza nei casi dove entrambi i genitori sono longevi) godono di uno stato di salute globalmente migliore rispetto a quelli di figli di genitori non longevi.
In generale, poi, le donne vivono di più, ma gli uomini anziani solitamente stanno meglio.
Lo stato funzionale e cognitivo dei soggetti in analisi è stato misurato tramite il test MMSE (Mini Mental State Examination) e l'ADL (attività vita quotidiana). Per quanto riguarda le performance cognitive, c'è un peggioramenti significativo nei semisupercentenari (105+) rispetto ai centenari. Nei 105+ i soggetti con uno stato cognitivo integro sono solo il 10,8% e anche i soggetti con un lieve deterioramento cognitivo sono inferiori rispetto ai centenari, ma la grande differenza tra i due gruppi è data dall'incapacità di rispondere alle domande del test (quasi il 50% dei 105+ non riescono a rispondere, mentre solo un 23 % dei centenari è incapace di dare risposte al MMSE). Lo stesso divario si registra per quanto riguarda lo stato funzionale, perché nel gruppo 105+ aumentano i soggetti severamente disabili. 
Nei centenario il dominio cognitivo più compromesso sembra essere la memoria ritardata, ovvero la ripetizione delle 3 parole dopo qualche minuto dalla loro registrazione (prova del test MMSE). Nei 105+, invece, sono l'attenzione, il calcolo e la capacità linguistica, le funzioni più compromesse.
Per quanto riguarda la salute percepita, la situazione cambia incredibilmente. Se si considera l'attitudine verso la vita e la depressione non sembrano esserci differenze significative tra il gruppo dei centenari e quello dei 105+, sottolineando che la maggior parte degli individui ha una percezione della propria saluta tra il molto buono e il normale e l'atteggiamento verso la vita è prevalentemente ottimista. Come se il corpo-mente, si adattasse alle perdite subite nel corso degli anni in una sorta di adattamento per farci sentire meglio di come stiamo realmente. 
Infine, sono stati ricordati gli studi immunologici fatti su questi soggetti e si è visto che lo stato immunologico correla con la mortalità. Allo stesso modo anche lo stato di salute e lo stato cognitivo correlano con la mortalità, ma quando vengono presi in analisi insieme, questi fattori non correlano tra loro. Sembra quasi che nell'età avanzata i pezzi di cui siamo fatti (gli organi) non siano più strettamente in relazione tra loro, come se internamente fossimo "sfaldati".

Epigenetica
Valerio Orlando (Fondazione S. Lucia, Roma) - La cultura si può trasmettere per epigenetica?

L'epigenetica sta arrivando anche nelle neuroscienze. È lo studio dei cambiamenti ereditabili di espressione dei geni non riconducibili a differenze nel DNA (dal greco "sopra" i geni). Termine coniato da Conrad Waddington nel 1942, ha preso sempre più piede nel tentativo di spiegare la biodiversità in assenza di differenze nel DNA
Risulta difficile e complicato parlare di cultura e di epigentica e probabilmente la cultura non può essere trasmessa con l'epigenetica, ma già Aristotele parlava di "epigenesi", quando intuì che lo sviluppo dell'embrione è un processo progressivo di differenziazione. Nel XVII secolo questo concetto venne fortemente negato dalle teorie preformistiche che sostenevano che lo sviluppo avviene solo per accrescimento.
Alcuni esperimenti sulla dieta, l'alimentazione e i cibi grassi hanno messo in evidenza la correlazione tra epigenetica e memoria: l'influenza in particolari condizioni alimentari e comportamentali nella vita perinatale si riflettono nell'adulto, come per esempio nel caso della malnutrizioni nelle donne incinta, durante la carestia in Olanda tra il novembre 1944 e il maggio 1945, portò ad un effetto sullo sviluppo delle successive generazioni (figli di madri malnutrite nella fase medio-terminale della gravidanza sono risultati gravemente sottopeso e sono rimasti sottopeso nonostante l'abbondanza di cibo, inoltre, tali effetti erano ereditati da figli e nipoti). Altri casi di non-correlazione tra identità fenotipica e presunti tratti genetici possono essere rintracciati in violenza sessuale o abbandono di minori, nella schizofrenia nei gemelli omozigotici, nella sindrome di Rett e nei ritardi mentali e, infine, vengono sottolineati gli effetti epigentici su tratti comportamentali acquisiti in base a condizioni di stress emotivo nel periodo perinatale.
L'epigenetica è anche correlata alla percezione del tempo: memoria cellulare, ritmi circadiani e metabolismo. Interessante è vedere come cambiamenti della dieta e dei ritmi della dieta di un individuo, portano nel tempo ad un cambiamento dell'attività dei geni. Cambiamento che può essere, fortunatamente, riportato alla condizione originale, agendo su alcuni fattori che influenzano l'attività e l'espressioni degli stessi geni. 
Il futuro terapeutico del trattamento di malattie neurologiche, neuromuscolari e dei tumosi si concentra nell'annullamento della memoria epigenetica per poter riprogrammare le cellule somatiche e rigenerare i tessuti danneggiati. 
La cultura stessa può essere allora trasmessa con l'epigenetica? Certamente no, almeno come elemento statico, ovvero indipendente dall'esperienza biologica che resta sempre unica e garante dell'evoluzione, ma se consideriamo l'epigenoma come la "struttura linguistica del genoma": il significato dell'informazione genetica si ritrova solo comprendendo il "discorso o la forma" in cui essi si assemblano, e ciò in base all'esperienza biologica ovvero "culturale" che viene riferita al naturale evolversi della complessità.

Percezione
Maria Concetta Morrone (Università di Pisa) - Gli orologi del cervello

Abbiamo un chiaro senso del tempo. I nostro cervello è in grado di registrare e percepire suoni che vanno dal microsecondo (per localizzare le voci) a tempi molto più lunghi (circa 1012 secondi) ed è e circa il secondo il tempo su cui il nostro cervello è impostato per stimare il tempo cosciente.
Il tempo percepibile è quindi adattabile. Percepire è infatti un’operazione ingannevole e quelle che fino a qualche anno fa erano ritenute dimensioni indipendenti, quali il tempo e lo spazio, sono oggi strettamente legate dal nostro cervello. La collocazione temporale è strettamente correlata a ciò che vediamo e quindi alla localizzazione spaziale. Sappiamo dove sono i circuiti per la percezione visuale e anche quelli per la percezione temporale (TMS) e sappiamo che le rappresentazione cerebrali si adattano al contesto esterno e viceversa, influenzando il nostro percepire il tempo. Quando il nostro occhio vede qualcosa ed è fisso su un punto di un’immagine o di un panorama e poi decidiamo di concentrarci su un altro oggetto o spazio dell’immagine stessa, non percepiamo uno stacco, ma abbiamo la percezione della fluidità. Il nostro cervello riesce a darci la sensazione di una simultaneità degli eventi, cosa che si verifica anche quando sentiamo due suoni (uno vicino e uno più lontano) e li percepiamo con una certa simultaneità.
Il cervello, potremo dire, anticipa ciò che non andremo a fare, creando una fusione tra la dimensione temporale e quella spaziale e dandoci una rappresentazione stabile del mondo esterno. Una rappresentazione che il cervello stesso costruisce di volta in volta, ad una velocità e con una precisione affascinante.

Neuroeconomia
Matteo Motterlini (Università San Raffaele, Milano) – Un’economia a misura d’uomo: conoscere il cervello per uscire dalla crisi

Certamente, una delle relazioni più attuali e a cui si sono rivolte le maggiori speranze, visti i tempi di crisi che l’Italia e il Mondo sta passando. 
Si inizia citando quattro grandi personaggi dei nostri tempi, tra cui il papa emerito Benedetto XVI che ha affermato “Affidatevi a Do e non a maghi o economisti” quasi a voler paragonare chi fa economia a ciarlatani o impostori. Un richiamo forte e un monito per tutti gli economisti a fare dell’economia una vera scienza e non un qualcosa su cui speculare. L’economia oggi non gode di certo di una buona reputazione: lo stesso Jean-Claude Trichet, ex presidente della Banca centrale europea ha affermato: “in qualità di responsabile delle politiche economiche nel momento di crisi mi sono trovato del tutto abbandonato dagli strumenti tradizionali. L’economia dovrebbe guardare alle nuove discipline, dovrebbe guardare alla biologia e alla psicologia”. 
In questo contesto prende piede la neuroeconomia cognitiva che mette al centro l’agente vero dell’economia, ossia l’uomo e il suo cervello. La neuroeconomia studia infatti i correlati neurlogici delle nostre decisioni, studia cosa accade nel nostro cervello quando prendiamo delle decisioni economiche nella vita di tutti i giorni.
La neuroeconomia ci mostra che l’elemento irrazionale è fondamentale. Siamo tutti i giorni vittime di trappole mentale e la nostra irrazionalità è oggi studiabile razionalmente. Pochissime sono le scelte economiche che prendiamo con la parte deliberata e razionale del nostro cervello. La neuroeconomia ci rivela che esiste una “logica della nostra stupidità”, che la nostra irrazionalità non si scatena per caso, ma è il prodotto di meccanismi automatici del nostro cervello, che possiamo e dobbiamo iniziare a conoscere.
Per esempio, viene ricordata l’avversione alla perdita: il dolore inflitto da una perdita è circa il doppio rispetto la gioia di un guadagno della stessa dimensione.
Esiste l’economista perfetto? Sembrerebbe di sì, ma sono pochissimi, per ora solo due soggetti identificati. Sono persone che hanno una lesione selettiva e focale all’amigdala, sede della memoria emotiva, che riescono ad agire sempre in modo razionale.
Persone con l’amigdala più grande, dall’altro canto, sono più avversi alla perdite.
Possiamo prevedere le scelte economiche di un soggetto? Possiamo sapere se farà un investimento rischioso o se andrà sul sicuro? Sì, tutto dipende da quali aree del cervello si attivano. Se si attiva l’insula allora la persona sarà più prudente e eviterà il rischio, se invece si attiva il sistema della ricompensa (NAcc) si avrà la scelta contraria e quindi si andrà verso il rischio. La relazione tra rischio/rendimento sembra essere una relazione riducibile a insula/sistema della ricompensa.
Il meccanismo del rimpianto sarebbe poi alla base del sistema delle bolle sui mercati. Studiando i correlati neurali del rimpianto si può arrivare a capire i meccanismi sociali delle bolle e dell’intera economia.
Concludendo, la neuroeconomica consentirà di trovare politiche pubbliche più efficaci per un mondo migliore e a misura d’uomo.

Invecchiamento
Alessandro Cellerino (Scuola Normale Superiore, Pisa) – Si può allungare la vita del cervello?

L’invecchiamento si può rallentare. Nuovi studi e scoperte stanno rivelando l’elisir di giovinezza. Confrontando il volto delle persone si è visto che persone che sembrano più giovani, vivono più a lungo.
Viene fatta tutta una carrellata su diverse specie animali molto longeve: l’Hydra viridissima, la planaria Schmidtea mediterranea, l’Artica islandica che vive più di 500 anni, il Proteus anguinus che arriva a 100 anni, la Chelonoidis nigra, meglio conosciuta come tartaruga delle Galapagos che vive tranquillamente 150-200 anni… Queste specie ci possono dire molto sulla longevità, ma possiamo imparare tanto anche da quelle specie che vivono pochissimo e che in quel poco tempo invecchiano. In queste ultime specie possiamo osservare l’invecchiamento in un lasso di tempo molto breve, quindi fare prove e raccogliere dati molto rapidamente.
Il Nothobranchius furzeri, conosciuto anche come Killi turchese, è un piccolo pesciolino della regione dello Zimbawe che abita solitamente le paludi sagionali e che vive perciò solamente nei periodo monsonici quando queste paludi sono piene d’acqua. Proprio per questo la sua vita media è davvero breve, stiamo parlando di circa 6 mesi. Lo sviluppo di questo pesce è anch’esso rapido: in circa 3 settimana da un girino abbiamo un pesce adulto in grado di riprodursi.
Gli studi con questo pesce sono stati fatti sottoponendolo a dosi bassisime di roterone, un insetticida e acaricida, molto tossico anche per il Nothobranchius. Lo studio rivela che, per il fenomeno conosciuto di ormesi, a basse dosi la sostanza tossica non risulta letale, ma aiuta l’organismo a rafforzarsi.
È questa la prova che stress di bassa intensità possono generare una maggiore aspettativa di vita. Probabilmente, nel futuro non invecchieremo applicando il motto latino di Paracelso “Dosis sola facit, ut venenum non fit dosit facit velenum”.

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