Darwinismo neurale

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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