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Darwinismo neurale

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Lo studio del Sistema Nervoso Centrale, ossia del cervello, ha implicazioni sia scientifiche che etiche e filosofiche e, per secoli, è stato “represso” da concezioni religiose. Inoltre, la plasticità del cervello negli animali più complessi, in particolare nei Mammiferi, è stata riconosciuta solo in tempi recenti, poiché per secoli hanno prevalso le teorie di René Descartes (Cartesio, 1644 Principia Philosophiae) che riteneva il comportamento animale solo frutto di risposte stereotipate agli stimoli ambientali in quanto gli animali non differivano dalle macchine. Ovviamente, secondo tale visione, l’Uomo era estraneo al resto dei viventi, possedendo un’autocoscienza e quindi non sottoponibile ad analisi .

Darwinismo neurale: Primi studi

Bisogna attendere gli studi di Vincenzo Malacarne che, nel 1780, partendo dall’assunto che l’apprendimento è in relazione con il cervello, compara il comportamento di coppie di animali gemelli, di cui solo uno è stato sottoposto ad addestramento, dimostrando che le circonvoluzioni cerebrali di quest’ultimo sono più sviluppate rispetto al gemello non sottoposto ad addestramento.

Il padre della moderna concezione dell’evoluzione biologica, Charles Robert Darwin, nel 1874 dimostra che il cervello del Coniglio domestico è più piccolo di quello del Coniglio selvatico e della Lepre, deducendo che gli esemplari di Specie allevati in cattività per parecchie generazioni non abbiano potuto sviluppare l’intelletto, i sensi ed i movimenti volontari.

Ovviamente stiamo discutendo di quella parte del cervello che supera il livello “rettiliano”, ossia quella che definiamo materia grigia.

A cavallo fra il XVIII ed il XIX secolo gli studi sul cervello ricevono nuovi impulsi e, grazie anche allo sviluppo di strumenti d’indagine più raffinati, nuove acquisizioni, alimentando anche la speranza di arrivare alla rigenerazione di lesioni cerebrali o comunque del tessuto nervoso. Il problema cruciale rappresentato dal fatto che non era chiaro come fosse strutturato il tessuto nervoso e come si sviluppasse, sia nell’età evolutiva che e se nell’organismo adulto. Tantomeno si aveva idea di come si trasmettesse l’impulso nervoso. Si era però diffusa l’opinione che il tessuto nervoso conservasse una certa plasticità anche nell’età adulta. Addirittura, nel 1896, Jean Demoor pubblicò un libro dal significativo titolo “La plasticité morphologique des neurones cérébraux”.

Struttura del cervello e plasticità neurale

Su quale fosse effettivamente la struttura del cervello e su come si trasmettesse l’impulso nervoso vi erano varie linee di pensiero. Le principali erano quella di Camillo Golgi, che riteneva il sistema nervoso come un insieme ininterrotto senza divisioni, in contrapposizione con quella propugnata da Santiago Ramon Y Cajal, il quale era convinto che i neuroni fossero divisi fra loro e comunicassero attraverso giunzioni chiamate sinapsi. Lo sviluppo della neurobiologia ha dimostrato che Cajal aveva ragione.

Partendo dalla teoria di Cajal, nel 1893, Eugenio Tanzi propose che l’impulso nervoso non poteva essere trasmesso senza incontrare resistenza passando da un neurone al successivo, quindi ipotizzò che i neuroni dovessero andare incontro a modifiche durante il processo di apprendimento. Anche altri studiosi hanno fornito contributi sostanziali allo sviluppo degli studi sulla plasticità neurale, in particolare: Ernesto Lugaro, Georges Marinesco, Ioan Minea, Albrecht Bethe, Jerzy Konorski.

Nel corso del secolo trascorso, gli studi e le ricerche sulla plasticità neurale si sono moltiplicati, anche in ambito medico e, con la nascita e lo sviluppo dell’Etologia, è stato ormai assodato che l’apprendimento e l’interazione con l’ambiente esterno modificano lo sviluppo del cervello. E’ stato anche dimostrato che i moduli comportamentali frutto di apprendimento possono essere modificati anche nell’età adulta, anche se, con l’avanzare dell’età, con meno facilità.

Sviluppo del cervello durante la crescita

Rimaneva da capire se lo sviluppo del cervello durante lo sviluppo dell’individuo fosse comunque soggetto solo all’eredità genetica che, in un certo qual modo, ne “dirigesse” la crescita e la plasticità fosse “presente” già nel genoma, oppure se questa rispondesse a stimoli esterni e dipendesse dalle contingenze, come, in una certa misura, avviene nel genoma e nel sistema immunitario.

Sappiamo che l’epigenetica, ossia i cambiamenti che avvengono nel genoma ma che non sono causati da mutazioni, ha qualche ruolo anche nello sviluppo del sistema nervoso centrale, ma la scoperta fondamentale è dovuta a Gerald Edelman, il quale ha capito che il cervello risponde alla stessa logica della selezione naturale, ossia si sviluppa attraverso la selezione dei gruppi di neuroni, così come avviene nell’evoluzione dei viventi. Questa teoria è chiamata giustamente Darwinismo neurale o Teoria della Selezione dei Gruppi Neuronali TSGN). Certamente Edelman ha applicato al tessuto nervoso le ricerche che aveva condotto sul sistema immunitario, che gli valsero il Premio Nobel nel 1972,  in contrasto con la visione, allora prevalente, secondo cui le cellule del sistema immunitario si adattano alle caratteristiche specifiche dell’antigene cui devono opporsi, cosa che implicherebbe che l’antigene includa le informazioni sulle sue caratteristiche in modo che l’anticorpo si formi in relazione a queste.

Edelman, aveva invece compreso che  la risposta immunitaria si basa sulla selezione popolazionistica darwiniana: in pratica il sistema immunitario, seleziona fra gli anticorpi presenti nell’organismo quelli più adatti, questi quindi si rafforzano e si moltiplicano in modo da rendere più efficace la risposta immunitaria. Edelman ha poi sviluppato questo modello concettuale, applicandolo anche in ambito embriologico e neurale.

La sua teoria dimostra che, già in età embrionale, avviene una selezione dei gruppi di neuroni che rispondono meglio agli stimoli e formano quindi, insieme con altri gruppi, la struttura del cervello.

Neurone – Dizionario di Medicina Treccani
Tessuto della corteccia cerebrale – ANSA
Tipico aumento della densità sinaptica nel corso degli anni – Edelman

Teoria della Selezione dei Gruppi Neuronali

La teoria TSGN o, più correttamente, Darwinismo neurale, è stata concepita da Edelman nel 1978 e, in estrema sintesi, come abbiamo visto, applica il concetto di selezione naturale nell’ambito dello sviluppo e del funzionamento del cervello, giustificando la complessità dei fenomeni neurobiologici e le variazioni comportamentali degli individui. Questa teoria, riceve continuamente nuove conferme dai risultati della ricerca sperimentale.

Il Darwinismo neurale si basa su tre principi: la selezione nello sviluppo, la selezione esperienziale e il rientro.

  • La selezione nello sviluppo prevede che le connessione neuronali che formano le sinapsi ed i gruppi di neuroni sono continuamente soggetti a selezione durante lo sviluppo dell’individuo;
  • La molteplicità e l’unicità delle connessioni implica che ogni cervello si sviluppa in risposta all’insieme degli stimoli  ed alla selezione dei gruppi neurali e quindi che non possono esistere due cervelli identici nemmeno fra gemelli omozigoti che hanno vissuto nello stesso ambiente e che anche il cervello di un unico individuo si modifica nel tempo;
  • L’enorme variabilità delle connessioni sinaptiche e la loro estrema plasticità implica l’auto organizzazione di gruppi di neuroni molteplici e modulari, fenomeno che viene definito rientro.

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Ettore Ruberti

Naturalista, giornalista scientifico. Professore di Biologia, Chimica, Fisica e Geografia fisica presso il Liceo Scientifico e Linguistico “Maroni” di Varese dal 1983 al 1989. Giornalista free lance, dal 1977, con collaborazioni con le seguenti testate: La Prealpina, Il Giorno, La Stampa, Inquinamento, Il Medico e il paziente, Oasis, Geodes, Migratori Alati, Le Scienze, Petrolieri d’Italia, Ambiente, ecc. Redattore da luglio 1988 a febbraio 1990 presso la rivista Acqua & Aria. Attualmente scrive, per conto dell’ENEA e come attività intellettuale su 21mo Secolo, MuseoEnergia, L’Eco dei Laghi, ecc. Collaborazioni con Enti ed Istituti di ricerca nel campo zoologico, in particolare inserito nel Gruppo di Lavoro Uccelli Migratori dell’Organizzazione Ricerche Ornitologiche dell’RGF dal 1978 al 2010, in cui curava anche l’informatizzazione e l’elaborazione statistica dei dati validati dall’INFS di Bologna e dall’IWT di Slimbridge. Partecipazione gratuita e svolta fuori dall’orario di lavoro, dal 2011, con la Fondazione Gianfranco Realini per la valorizzazione del territorio che si occupa di Zone Umide (paludi, canneti rivieraschi, torbiere, ecc.), in relazione alla possibile partecipazione (in collaborazione con due gruppi di lavoro dell’ENEA Casaccia) ad un progetto LIFE. Collaborazione con l’Università di Pavia, in seguito ad una richiesta ufficiale di quest’ultima all’ENEA, volta alla classificazione di Aracnidi ed Insetti. Collaborazione portata a termine. Collaborazioni con vari Editori per opere editoriali nei campi suddetti e per la referizzazioni di studi e ricerche. I campi in cui ha acquisito le maggiori competenze sono: Entomologia, Aracnologia, Erpetologia, Evoluzionismo, Gestione delle Risorse naturali, Fotografia e Cinematografia Scientifica, Microscopia (sia ottica che elettronica), oltre naturalmente all’elaborazione e gestione dell’informazione, sia a livello divulgativo che scientifico Dipendente dell’ENEA dal 9 aprile 1990, Assunto per concorso per assunzione in prova, con qualifica di giornalista scientifico (7° livello) (Gazzetta Ufficiale – IV Serie Speciale – “Concorsi ed Esami” – n. 103 del 30 dicembre 1988) approvata dal presidente dell’ENEA con delibera n. 24/89/G del 21/12/89, cui si richiedevano almeno otto anni di esperienza nei settori giornalistico scientifico e didattico (provati con ampia documentazione), con graduatoria 95/100. Assunzione divenuta a tempo indeterminato dopo sei mesi (sempre al 7° livello). Inserito nella Divisione Relazioni Esterne, sede di Milano, si è occupato di diffusione dell’informazione, con interventi anche in ambito scolastico ed universitario, organizzazione di Convegni, Conferenze, ecc., spesso ha anche coadiuvato il personale della sede, in particolare Dr. Sani, Dr. Gavagnin, Prof. Bordonali, Sig. Griffini, Dr. Valenza, Prof. De Murtas. Ha pubblicato vari articoli sulla problematica relativa agli OGM sulla rivista “AgriCulture”, aprile 2003, su Migratori alati nel 2001, 2002, 2003, 2004, su La Padania nel 2005, 21mo Secolo. Dal 1991 segue le problematiche relative allo sviluppo dell’Idrogeno come vettore energetico, per conto della Divisione Tecnologie Energetiche Avanzate, che rappresenta ufficialmente al Forum Italiano dell’Idrogeno, inserito nel Consiglio Direttivo e all’AIDIC dove, dal 1993 al 1997, era stato costituito un gruppo di lavoro “CO2: riduzione, contenimento della produzione e riuso” che ha cessato la sua attività nel 1997. Nel contesto di questo incarico ha organizzato vari Convegni e tenuto Conferenze in Italia e all’estero, ha inoltre pubblicato vari articoli su riviste Scientifico-divulgative, tra cui: un articolo interno su “Le Scienze” (edizione italiana di Scientific American) del settembre 2000: “Idrogeno: energia per il futuro” N° 385, settembre 2000, pag. 90/98; un articolo concernente il sistema idrogeno sul numero monografico del 1996 dell’Organo ufficiale degli Ingegneri della Svizzera italiana, pubblicato come Atti di un Convegno sull’argomento; un numero, quasi monografico, di “Petrolieri d’Italia”, 2001; alcuni articoli su 21mo Secolo dal 1994 al 2006; ha inoltre effettuato vari interventi su televisioni italiane e svizzere; .ha partecipato, nel l’ambito del Forum, in qualità di Docente al Corso sulla sicurezza del sistema idrogeno, tenutosi nel 2002 presso l’Istituto Superiore Antincendio dei Vigili del Fuoco, sotto l’egida del Ministero degli Interni. E’ coautore del libro bianco sull’idrogeno “Linee guida per la definizione di un piano strategico per lo sviluppo del vettore energetico idrogeno”, scritto dai membri del Forum. Ha presentato, primo in Italia, un lavoro concernente l’utilizzo di nanotubi di carbonio per l’accumulo ed il trasporto dell’idrogeno (sotto forma di poster), al SolarExpo di Verona nel dicembre 2000. Nell’ambito degli incarichi portati a termine, ha seguito, per conto del Professor Umberto Colombo, gli sviluppi delle ricerche sulla Fusione Fredda, campo in cui ha anche pubblicato alcuni articoli, ed è in corso di stampa un libro che ha scritto sull’argomento. Lavorando in questo ambito, ha acquisito una significativa conoscenza della meccanica quantistica e dei fenomeni nucleari ed elettromagnetici nella materia condensata. Per questo motivo, nel 2004 è stato eletto Membro dell’International Society For Condensed Matter Nuclear Science. E’ Autore di diverse pubblicazioni concernenti la produzione energetica per mezzo della fissione dell’atomo ed i relativi problemi legati alla sicurezza ed all’impatto ambientale. Dal giugno 1996 al giugno 2010 Ricercatore nella Divisione GEM (1996-2001) e BIOTEC (2001-2010) inserito nel Board di Direzione, anche se ha continuato a dedicare una parte del tempo (valutabile al 20% del totale) all’idrogeno. In questo ambito ha lavorato in sinergia con il Professor De Murtas, con il quale collaborava anche precedentemente. Ha pubblicato, sulla rivista Energia Ambiente e Innovazione, n° 6/1997, una monografia sull’Evoluzione Biologica, campo in cui è uno specialista. Ha sviluppato una nuova ipotesi sul ruolo svolto da un debole campo elettromagnetico in argille di origine magmatiche (le montmorilloniti) nella formazione delle prime macromolecole biologiche, ipotesi che sta sottoponendo a verifica sperimentale. In particolare, la parte sperimentale sarà sviluppata presso il laboratorio del Dr. Francesco Celani dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati. Sta sviluppando un sistema per la riconnessione di tessuto nervoso reciso, attualmente sui Molluschi Gasteropodi Polmonati (Limax ruber), ma con l’obiettivo di applicarlo ai Vertebrati e, quindi, all’Uomo (si tenga presente che non vi è nessuna differenza rilevante fra il tessuto nervoso dei Molluschi e quello dei Vertebrati). Ha sviluppato, in collaborazione con il Prof. Brera (Rettore dell’Università Ambrosiana), un Progetto di ricerca (Progetto Against Malaria) volto all’interruzione del ciclo del Plasmodio che causa la malaria nel ciclo biologico delle Zanzare del genere Anopheles. Progetto per cui ha proposto all’ENEA una collaborazione. Insieme con il Professor De Murtas, nel 1977, ha scritto un libro sulla Biodiversità. Attualmente è impegnato ad una revisione della classificazione animale, ai livelli superiori, in relazione ai principi della Nuova Sintesi, con gli apporti derivati dalla biochimica (non cladista, di cui rifiuta la teoria, i metodi e le finalità); sta realizzando un atlante di Anatomia degli Insetti, per cui ha elaborato una nuova tecnica di lavoro. Relatore, nel 2011, di una Tesi di Laurea concernente l’utilizzo del Batterio Ralstonia detesculanense per il sequestro dei metalli pesanti. Tesi presentata presso l’Università La Sapienza di Roma da Laura Quartieri che si è laureata con un punteggio di 107/110. Tale tesi è stata in seguito oggetto di pubblicazione su una rivista della Elsevier. Dal ’97 Professore a contratto di Biologia generale e molecolare all’Università Ambrosiana. Dal 25 settembre 2012 con qualifica accademica di Licentia Docenti ad Honorem per merito di chiara fama nella disciplina. Associato alla Società Italiana di Scienze Naturali, alla Società Entomologica Italiana, alla Società Herpetologica Italica, alla Società Italiana di Fisica ed alla Società Italiana di Biologia Evoluzionistica di cui è Socio fondatore. In passato associato all’Associazione Italiana di Cinematografia Scientifica e all’Associazione Fotografi Naturalisti Italiani.

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