Nonostante le sue piccole dimensioni – potrebbe stare nel palmo di una mano – il diamante mandarino (Taeniopygia guttata) è un apprendista straordinario. Questo uccello canoro originario dell’Australia è rinomato per la sua capacità di imparare nuovi canti. Tale talento lo ha reso uno dei soggetti preferiti dagli scienziati che studiano come il cervello degli animali imprima nuove abilità, in particolare l’apprendimento vocale, ovvero la capacità di perfezionare nuovi suoni. E ora i ricercatori della Boston University hanno scoperto un’altra peculiarità del cervello del diamante mandarino, che potrebbe avere implicazioni anche per la comprensione della materia grigia umana.
In uno studio che ha analizzato il cervello dell’uccello con un livello di dettaglio senza precedenti, i ricercatori hanno scoperto nuove informazioni su un meccanismo noto come neurogenesi – la nascita, la migrazione e la maturazione dei neuroni – che potrebbe aiutare il cervello ad apprendere, acquisire nuove competenze e rigenerarsi e ripararsi.
Osservando il cervello del Taeniopygia guttata con un microscopio ad alta potenza, i ricercatori hanno visto nuovi neuroni farsi strada con prepotenza attraverso il cervello, diretti a rafforzare i circuiti e le connessioni esistenti. Si aspettavano che i neuroni aggirassero con cautela le strutture cerebrali già consolidate, comprese le cellule cerebrali più mature, per preservarle; invece, li hanno visti attraversarle con forza, schiacciandole e spingendole lungo il percorso.
Secondo il team guidato dalla Boston University, le loro scoperte potrebbero contribuire a spiegare la vulnerabilità umana a una serie di disturbi cerebrali. Hanno inoltre osservato che alcune cellule tumorali metastatiche utilizzano la tecnica del “cell tunneling”. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Current Biology .
“Abbiamo scoperto che negli uccelli canori, i nuovi neuroni nel cervello adulto si comportano come esploratori che si fanno strada attraverso una fitta giungla”, afferma Benjamin Scott, professore assistente di scienze psicologiche e cerebrali presso il College of Arts & Sciences della Boston University e autore principale dello studio.
Questo potrebbe aiutarli ad apprendere cose nuove o a riparare i danni, ma potrebbe comportare un costo per le cellule e i ricordi esistenti, ed è forse per questo che la neurogenesi sembra essere una capacità che gli esseri umani non possiedono al di fuori dell’utero materno.
“Questo comportamento potenzialmente dannoso potrebbe contribuire a spiegare perché gli esseri umani e altri mammiferi hanno una capacità limitata di rigenerare il tessuto cerebrale in età adulta”, afferma Scott, “rendendoci più vulnerabili a disturbi neurodegenerativi come il morbo di Alzheimer”.
Neuroni tunnel
Alla nascita, il cervello possiede praticamente tutti i neuroni necessari. Altri organi, dalla pelle al cuore, possono ricevere frequenti aggiornamenti cellulari, ma il cervello sta lavorando alla versione 1.0.
Questo vale per la maggior parte dei mammiferi, ma non per i pesci, i rettili e gli uccelli: il loro cervello si rigenera regolarmente.
“Questo solleva due interrogativi”, afferma Scott, che collabora anche con i centri di neurofotonica, fotonica e neuroscienze dei sistemi della Boston University. “Perché altre specie presentano alti tassi di neurogenesi durante tutta la vita e perché è così limitata negli esseri umani? E c’è qualcosa che possiamo imparare dalla loro biologia che potremmo sfruttare in futuro?”
Scott studia in genere i circuiti neurali che controllano il comportamento negli esseri umani e in altri mammiferi, ma ha scelto il diamante mandarino per studiare la neurogenesi perché è noto per essere una specie campionessa: è davvero abile nel generare nuovi neuroni.
“Abbiamo utilizzato un nuovo strumento per studiare questo processo [la neurogenesi], chiamato connettomica basata sulla microscopia elettronica , in pratica un microscopio ad altissima potenza, per visualizzare queste cellule ad una risoluzione molto elevata”, afferma Scott. “La nostra prima speranza era semplicemente di capire come si presentasse questo processo con un livello di dettaglio che prima non potevamo vedere”. Invece, hanno individuato i neuroni che formano dei tunnel.
Se questi nuovi neuroni deformano il tessuto cerebrale, si chiede Scott, stanno forse anche compromettendo la memoria? E, se la neurogenesi ha un costo, come si concilia questo con la capacità del cervello di apprendere nuove cose e di ripararsi dopo un danno?
Scott ha due ipotesi, ancora da verificare, su cosa potrebbero significare questi risultati per il cervello umano. La prima è che il nostro cervello si sia evoluto per limitare la neurogenesi dopo la nascita come forma di protezione: un modo per assicurarsi che i neuroni più determinati non possano irrompere nelle connessioni mature e danneggiare la memoria.
“Esiste un’interpretazione alternativa, più ottimistica”, afferma. “La nostra scoperta del fenomeno del tunneling dimostra come le cellule possano muoversi senza l’impalcatura delle cellule gliali”. Queste strutture fungono da autostrade per i neuroni migranti.
“La maggior parte delle strutture gliali si perde negli esseri umani dopo la nascita, e si pensava che questa perdita rappresentasse un ostacolo alla neurogenesi nel cervello adulto”, afferma Scott. “Tuttavia, il nostro lavoro dimostra che i nuovi neuroni nell’uccello non necessitano di queste strutture gliali. Questo è entusiasmante perché significa che la riparazione del cervello potrebbe non richiedere strutture gliali specializzate.”
Ciò apre la strada agli scienziati per esplorare potenziali terapie con cellule staminali in grado di innescare la neurogenesi negli esseri umani.
Prossimo passo: Capire il come e il perché della neurogenesi
Negli studi attualmente in corso, Scott e il suo team presso il Laboratorio di Cognizione Comparata della Boston University stanno approfondendo la biologia alla base della neurogenesi per scoprire quali geni ne regolano il processo. Gran parte del lavoro unisce idee e strumenti provenienti dall’ingegneria biomedica e dalla neuroetologia, lo studio dei meccanismi che sottendono al comportamento animale.
“Al momento, stiamo utilizzando una tecnica chiamata sequenziamento dell’RNA a singola cellula per identificare i geni espressi da questi nuovi neuroni durante la loro migrazione”, afferma Scott. “Vogliamo capire con quali altre cellule interagiscono durante il loro spostamento e in che modo comunicano con queste diverse cellule.”
Questo li aiuterà a capire se i neuroni avvertono le altre cellule che stanno attraversando e come fanno a sapere dove fermarsi e integrarsi con un circuito corrente.
“Condividiamo molto con i nostri parenti animali su questo pianeta”, afferma Scott. E, sebbene l’espressione “cervello di uccello” possa sembrare un insulto, imparando di più sulla biologia del cervello degli uccelli canori, aggiunge, potremmo scoprire cose straordinarie anche sul nostro.
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