Il cervello invisibile

La nozione di materia oscura, come suggerisce il nome, evoca una sensazione di etereo e misterioso. Uno probabilmente pensa prima all'ipotetico materiale che costituisce l'85% della densità dell'universo. Questo è quello che mi è venuto in mente dopo aver visto un nuovo documento espandersi su una teoria della materia oscura del cervello. L'articolo, pubblicato il mese scorso su Brain Structure and Function, mira a convincere il lettore che ampie strisce di neuroni nel cervello rimangono "silenziose" per tutta la durata della vita. Questi insiemi silenziosi di neuroni compongono questa cosiddetta materia oscura.

Storicamente, questa non è la prima volta che un fenomeno biologico riceve l'etichetta della materia oscura. Il progetto genoma umano ha scoperto che fino al 98% del genoma è DNA non codificante, in altre parole, DNA che non codifica per una proteina. Inoltre, una volta si pensava che le cellule gliali che compongono la maggior parte delle cellule del cervello fossero semplicemente "materia oscura" strutturale, essenzialmente silenziosa, del cervello. Ora sappiamo che anche le regioni non codificanti del DNA svolgono funzioni cellulari che gli scienziati stanno ancora chiarendo. E le cellule gliali sono state trovate essere parte integrante della funzione cerebrale.

L'articolo è di Saak Ovsepian, che ha diversi appuntamenti accademici in più istituti di neuroscienze in Europa di qualsiasi altro autore che abbia mai visto. Nel documento, Ovsepian descrive una popolazione di neuroni nel cervello che rimangono essenzialmente silenziosi: non attivano potenziali d'azione e non comunicano con i neuroni a valle. Costruisce questa teoria su due principi di base: 1) che esiste una discrepanza tra il consumo di energia richiesto del cervello data la sua dimensione ridotta e il consumo effettivo di energia. Paradossalmente, il cervello consuma oltre il 20% dell'energia totale del corpo, ma comprende il 2% del peso corporeo. Suggerisce che questa discrepanza è dovuta più ai neuroni che inibiscono altri neuroni (interneuroni inibitori), che sono più attivi dei loro neuroni eccitatori, la loro controparte. Pertanto, se i neuroni inibitori costituiscono la maggior parte degli spari nel cervello, allora dovrebbero esserci vaste popolazioni di neuroni che non si attivano, poiché vengono inibiti. 2) Le registrazioni elettrofisiologiche e l'imaging funzionale in modelli sperimentali rivelano che oltre la metà dei neuroni nel cervello sono funzionalmente silenziosi. Quest'ultimo punto sopra deriva dal primo punto, quindi ci concentreremo su questo qui.

Cosa facciamo di questa nuova aggiunta all'elenco di fenomeni misteriosi, seppure attualmente sconosciuti? Risale sicuramente al mito che usiamo solo il 10% del nostro cervello. Tuttavia, il problema che ho con questa teoria è il secondo punto dall'alto: che le attuali registrazioni funzionali (sia elettrofisiologiche che basate sull'imaging) dimostrano l'esistenza di neuroni silenziosi. La premessa di Ovsepian, e fornisce un numero significativo di studi a supporto della sua affermazione, è che ci sono popolazioni di neuroni nel cervello che, se registrati in presenza di vari stimoli, non attivano mai un potenziale d'azione per il prossimo neurone nel circuito. Quindi, indipendentemente da quanti modi li stimoli, non rispondono. Il problema ovvio, penso, è che se gli sperimentatori semplicemente non provassero gli stimoli corretti per i neuroni particolari che stavano testando. Sembra probabile che nella lista degli stimoli della lavanderia non abbiano raggiunto lo stimolo corretto. Sarebbe certamente un esperimento lungo, noioso e costoso provare tutti gli stimoli possibili su ogni singolo neurone. Nessuno studente laureato si iscriverebbe a quel progetto. L'autore riconosce questo potenziale difetto nella sua teoria:

"Un'altra possibile spiegazione della presenza di un gran numero di neuroni inattivi è la loro sintonizzazione ristretta per rispondere solo a input specifici [ad es. codifica sparsa] ... ma resta da dimostrare se queste considerazioni possano spiegare il silenzio perpetuo della stragrande maggioranza dei neuroni in tutto il cervello. "

Dove in realtà penso che questa teoria trattiene un po 'd'acqua è nella sua previsione che manteniamo circuiti antichi, evolutivamente dormienti. Ovsepian descrive l'acquisizione di talenti come nei savant autistici o nei comportamenti reliquia che si potrebbero vedere nei nostri antenati che vivono migliaia di anni prima della civiltà, che affiorano nei pazienti con schizofrenia. L'idea che i neuroni inibitori agiscano per tenere sotto controllo questi talenti e comportamenti sembra plausibile. La disinibizione che si verifica durante i periodi di stress potrebbe scoprire le notevoli capacità dei sapienti e i comportamenti dannosi visti nella schizofrenia.

Tuttavia, si potrebbe sostenere, e concordo, che i suddetti fenomeni potrebbero essere il risultato della nascita con troppi neuroni funzionanti. Il cervello inizia con molte più connessioni tra i neuroni di quante ne abbia bisogno. Man mano che l'organismo si sviluppa, il numero di connessioni viene ridotto. Si pensa ora che queste connessioni estranee comportino comportamenti osservati nell'autismo e nella schizofrenia - non è necessaria la disinibizione dei circuiti dormienti; sono già lì e funzionano, anche se in modo inappropriato. Ciò che non è chiaro in questo modello è il motivo per cui i comportamenti di guadagno di funzione affiorano più tardi nella vita di quanto ci si potrebbe aspettare da un problema di sviluppo (ad esempio la schizofrenia di solito non diventa asintomatica fino ai primi anni Venti).

La teoria di Ovsepian aiuta a spiegare questo modello di progressione. Considera una persona nata con una composizione genetica che lo predispone alla schizofrenia. Diciamo che i geni a rischio sono coinvolti nella mielinizzazione * degli interneuroni inibitori. Ci siamo evoluti in modo tale che i nostri cervelli non siano completamente mielinizzati fino a circa 30 anni. Se la mielina cerebrale di questa persona è un po 'più lenta da sviluppare rispetto ai suoi coetanei e il cervello si è evoluto in modo tale che all'età di 21 anni dovrebbe funzionare con una quantità predefinita di mielina, la soglia del suo cervello per la gestione di un fattore di stress potrebbe essere abbassata. Questo sembra essere il caso. Lo stress della vita aumenta intorno all'età di 20 anni, che è anche l'età della più alta incidenza di schizofrenia. Sembra quindi possibile che la perdita della funzione inibitoria degli interneuroni, a causa di un difetto noto, possa quindi disinibire i circuiti che in una persona "normale" non funzionerebbero. La teoria della materia oscura aiuta a spiegare perché la psicosi vista in questi pazienti si sviluppa in questo momento, piuttosto che prima come ci si potrebbe aspettare.

Tutto sommato, penso che i dati a supporto di una materia oscura - probabilmente meglio descritta come un neurone oscuro - la teoria della funzione cerebrale sia un po 'sottile. D'altra parte, l'idea di antiche reti neurali sedute inattive aggiunge una svolta affascinante all'evoluzione del cervello. Forse un giorno, avremo provato tutti gli stimoli plausibili per ogni circuito per determinare se in effetti c'è una popolazione di neuroni che giace inattiva, in attesa di essere rilasciata.

* La mielina è uno strato grasso che avvolge gli assoni neuronali permettendo loro di emettere segnali più velocemente ed efficientemente.