Quanti neuroni controllano il comportamento

I neuroni sono cellule nervose che inviano messaggi in tutto il corpo per permetterti di fare qualsiasi cosa, dalla respirazione al parlare, mangiare, camminare e pensare. Fino a poco tempo fa, la maggior parte dei neuroscienziati (scienziati che studiano il cervello) pensava che fossimo nati con tutti i neuroni che avremmo mai avuto. Da bambini, potremmo far crescere alcuni nuovi neuroni per aiutare a costruire i percorsi, chiamati circuiti neurali, che fungono da autostrade di informazione tra diverse aree del cervello. Tuttavia, gli scienziati credevano che una volta che un circuito neurale era in atto, l'aggiunta di nuovi neuroni avrebbe cambiato il flusso di informazioni e interrotto il sistema di comunicazione del cervello

. Nel 1962, lo scienziato Joseph Altman sfidò questa convinzione quando vide prove di neurogenesi (la nascita di neuroni) in una regione del cervello di ratto adulto chiamata ippocampo. In seguito ha riferito che il neonato I neuroni hanno viaggiato 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 di ratto; E nel 1983, ha trovato tipi speciali di cellule, chiamate cellule precursori neurali, con la capacità di diventare cellule cerebrali come i neuroni, nelle scimmie adulte.

Queste scoperte sulla neurogenesi nel cervello adulto sono state sorprendenti per altri ricercatori che pensavano che non fossero vere negli esseri umani. Fortunatamente, all'inizio degli anni '80, uno scienziato che cercava di capire come gli uccelli imparano a cantare iniziò a vedere come la neurogenesi nel cervello adulto potesse avere un senso. In una serie di esperimenti, Fernando Nottebohm e il suo team di ricerca hanno dimostrato che il numero di neuroni nel proencefalo (aree che controllano comportamenti complessi) dei canarini maschi è aumentato drasticamente durante la stagione degli amori, quando gli uccelli imparano nuovi canti per attirare le femmine.

Perché questi cervelli di uccelli hanno aggiunto neuroni a Un momento così importante per l'apprendimento? Nottebohm credeva che fosse perché i neuroni neonati aiutavano a memorizzare nuovi modelli di canto all'interno dei percorsi del proencefalo. Questi nuovi neuroni hanno reso possibile l'apprendimento di nuove canzoni! Se gli uccelli creassero nuovi neuroni per aiutarli a ricordare e imparare, Nottebohm pensava che anche il cervello dei mammiferi, come gli esseri umani, potesse farlo.

Altri scienziati, come Elizabeth Gould, in seguito trovarono prove di neuroni neonati in un'area distinta del cervello nelle scimmie. E Fred Gage e Peter Eriksson hanno dimostrato che il cervello umano adulto produce nuovi neuroni in un'area simile.

Molti aspetti della neurogenesi nel cervello umano adulto non sono ancora ben compresi, incluso il modo in cui influisce sul cervello e sulle sue funzioni. Tuttavia, gli scienziati sono incuriositi dalle attuali ricerche sulla neurogenesi e sul possibile ruolo di nuovi neuroni nel cervello adulto per l'apprendimento e la memoria.

L'architettura del neurone

Il sistema nervoso centrale (che comprende il cervello e il midollo spinale) è costituito da due tipi fondamentali di cellule:

1. Neuroni, le cellule nervose che inviano e ricevono segnali
2. Glia, cellule che forniscono struttura nel cervello

In alcune parti del cervello, ci sono molte più glia che neuroni, ma i neuroni sono gli attori chiave nel cervello.

I neuroni sono messaggeri di informazioni. Utilizzano segnali elettrici e chimici per inviare informazioni tra diverse aree del cervello, nonché tra il cervello, il midollo spinale e l'intero corpo. 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 e oligodendrociti.

Un neurone ha tre parti fondamentali: un corpo cellulare, un assone e i dendriti. All'interno del corpo cellulare c'è un nucleo, che controlla le attività della cellula e contiene il materiale genetico della cellula. L'assone sembra una lunga coda e invia messaggi dalla cella. I dendriti sembrano rami di un albero e ricevono messaggi per la cellula. I neuroni comunicano tra loro inviando sostanze chimiche, chiamate neurotrasmettitori, attraverso un piccolo spazio chiamato sinapsi, tra gli assoni e i dendriti dei neuroni vicini.

Esistono tre tipi di neuroni:

i

1. neuroni  sensoriali trasportano informazioni dagli organi di senso (come gli occhi e le orecchie) al cervello.
2. I motoneuroni controllano  l'attività muscolare volontaria, come camminare e parlare, e trasportano messaggi dalle cellule nervose del cervello ai muscoli.
3. Altri neuroni, chiamati  interneuroni , creano connessioni tra neuroni sensoriali e motori.

Gli scienziati pensano che i neuroni siano i tipi più diversi di cellule del corpo. All'interno di questi tre tipi di neuroni ci sono centinaia di tipi diversi, ognuno in grado di inviare e ricevere messaggi in modi diversi.

Il modo in cui questi neuroni comunicano tra loro creando connessioni è ciò che rende ognuno di noi unico nel modo in cui pensiamo, sentiamo e agiamo.

Neurogenesi Molti

neuroscienziati non sono d'accordo su quanti e con quale frequenza vengono creati nuovi neuroni nel cervello. La maggior parte dei neuroni del cervello sono già creati quando nasciamo, ma ci sono prove a sostegno della teoria secondo cui la neurogenesi è un processo che dura tutta la vita.

I neuroni nascono in aree del cervello piene di cellule staminali neurali, o cellule precursori. Le cellule staminali hanno il potenziale per produrre la maggior parte, se non tutti, i diversi tipi di neuroni e glia presenti nel cervello.

I neuroscienziati hanno osservato come si comportano le cellule staminali neurali durante gli esperimenti in laboratorio. Anche se questo potrebbe non essere esattamente il modo in cui queste cellule agiscono quando sono nel cervello, ci fornisce informazioni su come potrebbero funzionare quando sono nel cervello dell'uomo o di altri animali.

La scienza delle cellule staminali è ancora molto nuova e potrebbe cambiare con ulteriori scoperte, ma i ricercatori hanno imparato abbastanza per essere in grado di descrivere come le cellule staminali neurali creano le altre cellule del cervello. 

Le cellule staminali neurali aumentano dividendosi in due. Quindi possono diventare due nuove cellule staminali, o due cellule progenitrici precoci (cellule madri di nuovi neuroni o glia), 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 nel modo in cui si forma e in ciò che può fare.

Le prime cellule progenitrici possono produrre altre cellule progenitrici, auto-rinnovarsi come le cellule staminali o possono cambiare in uno dei due modi. Un modo creerà nuovi astrociti. L'altro modo produrrà neuroni o oligodendrociti.

Una

volta nato, un neurone deve viaggiare verso il punto del cervello in cui svolgerà il suo lavoro.

Gli scienziati hanno visto che i neuroni usano almeno due metodi diversi per viaggiare:

1. alcuni neuroni viaggiano, o 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.
2. I neuroni viaggiano anche utilizzando segnali chimici. Gli scienziati hanno trovato molecole speciali sulla superficie dei neuroni, molecole di adesione, che si attaccano a molecole simili sulle cellule gliali vicine o sugli assoni nervosi. Questi segnali chimici guidano i neuroni verso la loro posizione finale.

Non tutti i neuroni hanno successo nel loro viaggio. Gli scienziati pensano che solo un terzo raggiunga la propria destinazione. Alcune cellule muoiono in sviluppo o durante i viaggi.

Altri neuroni sopravvivono al viaggio ma finiscono nel posto sbagliato. Cambiamenti accidentali (chiamati mutazioni) nei geni che controllano la migrazione creano aree cerebrali di neuroni mal posizionati o stranamente formati che possono causare disturbi come l'epilessia infantile. Alcuni ricercatori pensano che alcuni disturbi, come la schizofrenia e la dislessia , siano in parte il risultato di neuroni fuorviati.

Differenziazione

Una volta che un neurone raggiunge la sua destinazione, deve stabilirsi nel lavoro. C'è ancora molto che gli scienziati non capiscono su questa parte della neurogenesi, chiamata differenziazione.

I neuroni sono responsabili dell'invio e della ricezione di neurotrasmettitori, sostanze chimiche che trasportano informazioni tra le cellule cerebrali.

A seconda della sua posizione, un neurone può svolgere il lavoro di un neurone sensoriale, di un motoneurone o di un interneurone. Ognuno di questi tipi di neuroni invia e riceve specifici neurotrasmettitori.

Nel cervello in via di sviluppo, un neurone dipende dai segnali di altre cellule per determinare la sua forma e posizione, il tipo di trasmettitore che produce e gli altri neuroni a cui si collegherà. Queste cellule appena nate creano circuiti neurali, o percorsi di informazione che collegano i neuroni ad altri neuroni, che saranno in atto per tutta l'età adulta.

Ma nel cervello adulto, i circuiti neurali sono già sviluppati e i neuroni devono trovare un modo per adattarsi. Man mano che i nuovi neuroni si insediano, iniziano ad assomigliare alle cellule circostanti. Sviluppano assoni e dendriti e iniziano a comunicare con i loro vicini attraverso le sinapsi.

Morte di un neurone

Sebbene i neuroni siano le cellule viventi più longeve del corpo, un gran numero di essi muore durante la migrazione e la differenziazione. La vita di alcuni neuroni può prendere strane svolte. Alcune malattie del cervello sono il risultato della morte innaturale 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. Questo fa sì che le persone con questa malattia sperimentino tremori, si muovano più lentamente e abbiano problemi di equilibrio.
• Nella malattia di Huntington, una mutazione genetica fa sì che i neuroni creino una quantità eccessiva di un neurotrasmettitore chiamato glutammato, che uccide i neuroni nei gangli della base. Di conseguenza, le persone si contorcono e si muovono in modo incontrollabile e, nel tempo, perdono la capacità di svolgere molte attività quotidiane come camminare e mangiare. 
• Nella malattia di Alzheimer, proteine insolite si accumulano dentro e intorno ai neuroni della neocorteccia e dell'ippocampo, le parti del cervello che controllano la memoria. Quando questi neuroni muoiono, le persone perdono la capacità di ricordare e svolgere le attività quotidiane.
• I danni fisici al cervello e al midollo spinale possono anche uccidere o disabilitare i neuroni. I danni al cervello causati da scuotimenti o colpi alla testa, o a causa di un ictus, possono uccidere i neuroni immediatamente o lentamente, privandoli dell'ossigeno e dei nutrienti di cui hanno bisogno per sopravvivere.
• Una 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 sotto il sito della lesione, i neuroni possono ancora vivere, ma perdono la loro capacità di comunicare.

Gli

scienziati sperano che, comprendendo meglio la vita e la morte dei neuroni, possano sviluppare nuovi trattamenti, e forse anche cure, per le malattie e i disturbi cerebrali che influenzano la vita di milioni di persone.

Le ricerche più recenti suggeriscono che le cellule staminali neurali possono generare molti, se non tutti, i diversi tipi di neuroni presenti nel cervello e nel sistema nervoso. Imparare a manipolare queste cellule staminali nel laboratorio in specifici tipi di neuroni potrebbe produrre un nuovo apporto di cellule cerebrali per sostituire quelle che sono morte o sono state danneggiate.

Potrebbero anche essere create terapie che potrebbero rendere possibile la riparazione, il rimodellamento e il rinnovamento del cervello dall'interno.