Storia della neurobiologia
NonSoloFitness: divulgazione, formazione, consulenza
Corsi di formazione Corsi di formazione per Personal Trainer, Istruttori Fitness
06 40403925

Storia della neurobiologia

Una breve storia della neurobiologia, dalle prime scoperte del dicannovesimo secolo alle più moderne ricerche condotte in tutto il mondo, con particolare riferimento alla neurogenesi

Autore:
Ultimo aggiornamento:

Storia della neurobiologia

Alla fine dell'800 non era ancora stato scoperto come applicare al sistema nervoso la teoria cellulare, formulata per la prima volta nel 1839 da Schwann e Schleiden, che aveva già avuto importanti successi in altri campi della medicina e della biologia.

I tessuti nervosi hanno, infatti, una struttura molto complessa e si presentano come un fitto ed intricato reticolo in cui l'identificazione di una cellula nella sua completezza è un'operazione molto difficoltosa. Dopo le scoperte di J. Purkinje all'inizio del secolo, nel 1865 O. Deiters definì e riprodusse una grande cellula nervosa motoria, identificando due tipi di ramificazioni chiamate in seguito assoni e dendriti. Il medico italiano Camillo Golgi nel 1885 ideò il metodo della "reazione nera" che evidenziava nei tessuti nervosi le diramazioni di un singolo neurone nella loro interezza. Il metodo di Golgi restò pressoché sconosciuto fino a quando l'istologo spagnolo, Santiago Ramòn y Cajal1, non vi "incespicò" nel 1888. Cajal migliorò il metodo di Golgi e lo adattò a svariati tessuti nervosi (di diverse specie animali) ottenendo una notorietà scientifica mondiale con una serie di pubblicazioni tra il 1888 ed il 1891.

Cajal decifrò (diversamente da Golgi) l'organizzazione ramificata messa in risalto dal metodo come una sola e distinta cellula nervosa, smentendo definitivamente la "teoria reticolare" del sistema nervoso, che rifiutava le separazioni nette tra la fine di un dendrite di un neurone e l'inizio di quello di una cellula vicina, in modo simile alla concatenazione capillare tra arterie e vene. W. Waldeyer nel 1891 riuscì a manifestare i risultati di Cajal e di altri ricercatori come W. His sullo sviluppo embrionale del sistema nervoso in modo sistematico e scientifico, provando 50 anni dopo altri campi della biologia, che la teoria cellulare era consona anche al sistema nervoso. Waldeyer consigliò il termine "neurone" per la cellula nervosa, e l'ipotesi della sua "unità" si chiamò: "Dottrina neuronale". D. Robertson negli anni '50 insieme ad altri, attraverso l'uso del microscopio elettronico, provarono una volta per tutte l'esattezza della teoria neuronale, palesando che le membrane cellulari dei neuroni sono continue attorno a tutte le cellule, come tutte le membrane cellulari. Ogni singola cellula nervosa è quindi un'entità anatomica svincolata e i tessuti nervosi sono formati da popolazioni (sistemi funzionali) di queste cellule. Gli anni 50' fecero nascere l'elettrofisiologia: la produzione di microelettrodi permise nel 1953 a P. Buser e D. Albe-Fessard di provare l'attività elettrica individuale dei neuroni, in seguito B. Katz e A. Hodgkin riuscirono a registrare i singoli potenziali d'azione e a collegarli alle modificazioni dei livelli di sodio e potassio nelle fibre nervose. Nel 1952 W. Hess stimolò con microelettrodi piccole porzioni di aree cerebrali ed in seguito singoli neuroni, nel 1971 E. Neher e B. Sakmann eseguirono delicatissime misurazioni dei mutamenti di energia elettrica nei singoli canali del sodio delle fibre nervose, attraverso il metodo " patch clamp". Sino ai primi anni novanta, tra gli scienziati predominava l'idea che nel sistema nervoso centrale (SNC) dei mammiferi e dell'uomo la neurogenesi ossia la capacità di formare nuove cellule nervose terminasse definitivamente dopo la nascita, al contrario di quanto avviene per le cellule di altri tessuti.

"[...]una volta terminato lo sviluppo, le fonti di crescita e rigenerazione degli assoni e dei dendriti si prosciugano irrevocabilmente. Nei centri nervosi dell'adulto le vie nervose sono in qualche modo fisse, finite ed immutabili. Ogni cosa può morire, ma nulla può rigenerare. Ispirati da alti ideali, si deve lavorare per impedire o modulare il graduale decadimento dei neuroni, per superare la quasi invincibile rigidità delle loro connessioni nervose"1

Questo scriveva sulla neurogenesi nel SNC dell'adulto Santiago Ramon y Cajal, medico ed istologo, illustre studioso del sistema nervoso, professore di Anatomia descrittiva e generale nell'Università di Valencia (1884–87) e di Istologia ed Anatomia patologica nelle Università di Barcellona (1887–92) prima, e di Madrid poi (1892–1922). Egli predominò la comunità scientifica internazionale della neurologia fra la seconda metà dell'ottocento ed i primi decenni del novecento, vincendo insieme all'italiano Camillo Golgi, il premio Nobel per la Medicina e la Fisiologia nel 1906.

A ragion veduta, Golgi, istologo e medico, professore di Patologia Generale nell'Università di Pavia dal 1881, non poteva non condividere questa convinzione anche per motivi completamente diversi. Egli, infatti, per motivare la diffusione dell'impulso elettrico tra centri e vie distanti nel sistema nervoso, riteneva, sbagliando, che il SNC fosse costituito non da cellule discrete e distinte, i neuroni, ma da un'unica grande rete fibrillare di congiunzioni derivante dalla fusione di cellule. Generazioni di studenti di medicina e biologia fino a non molti anni fa studiavano che i tessuti del corpo umano si dividono in labili, come il sangue, stabili, come il fegato e perenni, come il sistema nervoso, secondo la classificazione fatta dal medico ed istologo del XIX secolo Giulio Bizzozero, autore nel 1894 del primo trattato italiano di istologia e luminare della Patologia Generale in Italia, materia di cui fu insegnante a Pavia prima dello stesso Golgi. Bizzozero insegnava che il sistema nervoso è composto di cellule prive di potenzialità replicativa e che durano tutta la vita2. Oggi è compiutamente provato l'opposto di quanto sostenuto da Ramon y Cajal e Bizzozero, cioè che vi è produzione, seppur limitata, di nuovi neuroni nel SNC dell'adulto anche nei mammiferi e nell'uomo e pertanto possiamo dire con Fernando Nottebohm, autorevole neurobiologo della Rockfeller University di New York, che:

"[] oltre ogni ragionevole dubbio il dibattito se la neurogenesi abbia luogo nel cervello dei vertebrati adulti a sangue caldo è chiuso"3

Quattro possono essere considerati i motivi principali per i quali era venuta in uso la convinzione che non ci fosse neurogenesi nel SNC adulto.

Le 4 ragioni per cui si riteneva che non ci fosse neurogenesi nel SNC adulto

1. Motivi clinici

In clinica è convinzione comune che i pazienti colpiti da patologie neurologiche in cui ci sia lesione del parenchima nervoso non possano andare incontro a recupero funzionale se non in misura marginale, per cui la prognosi quoad valetudinem risulta spesso infausta. Si considerino per esempio gli ictus, gli aneurismi e le malattie cerebro-vascolari, le lesioni traumatiche, le malattie neurodegenerative croniche quali il morbo di Parkinson e la malattia di Alzheimer, patologie nelle quali si osserva un progressivo ed inesorabile peggioramento delle condizioni cliniche dei pazienti che le varie terapie farmacologiche sono solo in grado di rallentare, ma mai di invertire. Queste osservazioni cliniche sono state a lungo interpretate come la prova di quanto autorevolmente sostenuto dai grandi neurobiologi di fine ottocento e dei primi del novecento. Si credeva tra l'altro che l'incapacità del SNC di rigenerare e produrre nuovi neuroni fosse il costo pagato dall'evoluzione per conseguire la raffinatezza e la complessità delle funzioni del sistema nervoso.

2. Motivi evolutivo-teleologici

Il SNC dirige funzioni delicatissime e di grandissima precisione la cui minima modulazione risulta in cambiamenti comportamentali decisivi per la vita di relazione e per la sopravvivenza stessa dell'individuo. Perciò si ritiene che la tipica comunicazione fra cellule del sistema nervoso sia basata su meccanismi estremamente complessi di comunicazione elettrica e chimica, e garantisca una veloce ed affidabile modulazione delle sue delicatissime funzioni. Funzioni che l'eventuale presenza di un'attività proliferativa avrebbe inevitabilmente alterato. Infatti, si pensava che le cellule neoprodotte e la loro eventuale migrazione e/o differenziamento non potessero non scompaginare i circuiti neuronali preesistenti. Inoltre, l'osservazione che nel processo di trasformazione tumorale, l'acquisizione da parte delle cellule cancerose della capacità di proliferare incessantemente, si accompagni alla perdita delle caratteristiche differenziate, trasferita alla neurobiologia, contribuiva a rafforzare l'idea che l'estrema differenziazione del sistema nervoso fosse incompatibile con una qualsiasi attività proliferativa.

3. Motivi pertinenti alle teorie della memoria e dell'apprendimento

Un altro motivo della non accettazione della presenza di neurogenesi nel cervello adulto era la teoria della memoria fondata sull'idea che il ricordo di quanto avvenuto nel passato era dovuto alla possibilità di "richiamare" dei circuiti neuronali stabili, definiti engrammi, formatisi con il processo di apprendimento. In questo contesto la formazione di nuovi neuroni era vista come un evento incompatibile con la memoria.

Motivi di ricerca-tecnico-sperimentali

Un forte impedimento alla dimostrazione della neurogenesi nel SNC è stato l'assenza di metodiche e strumentazioni adeguate. Di fatto, solo dopo molti anni, il miglioramento delle tecniche sperimentali e della microscopia, e la scoperta di molecole in grado di distinguere i diversi tipi di cellule del SN e le diverse fasi della vita cellulare, hanno fornito ai ricercatori strumenti utili per dimostrare la presenza di neurogenesi nel SNC e quindi di cellule staminali neurali.

Le prime prove di neurogenesi nel SNC dell'adulto possono essere collocate negli anni sessanta nelle ricerche di J. Altman4 che dimostrò l'esistenza di cellule proliferanti in una zona del cervello chiamata giro dentato dell'ippocampo attraverso l'uso di timidina radioattiva, una delle quattro basi azotate che costituiscono il DNA. La timidina si fonde nel DNA delle cellule in divisione e ne permette la visualizzazione mediante tecniche di autoradiografia. Ciononostante la mancanza di marcatori molecolari non permise ad Altman di dimostrare con certezza inequivocabile che le cellule che incorporavano la timidina radioattiva sarebbero diventati neuroni. In seguito, negli anni settanta M. Kaplan5, riaprì le ricerche di Altman unendo alle tecniche autoradiografiche le tecniche di microscopia elettronica. Egli dimostrò quindi che gli elementi cellulari marcati con timidina nel giro dentato del ratto erano effettivamente neuroni. Tuttavia gli scienziati neurobiologi restarono scettici, indifferenti o chiaramente ostili.Significativo fu il congresso "Hope for a New Neurology"6 del 1984 durante il quale i dati del giovane Kaplan, furono accesamente osteggiati.

Una vera svolta avvenne solo grazie agli studi di F. Nottebhom3 che negli anni ottanta, ricercando le basi neurobiologiche del canto degli uccelli, provò che vi è neurogenesi nel cervello di uccelli adulti. Solo durante gli anni 90' il lavoro di diversi laboratori dimostrò che nei cervelli di mammiferi adulti esistevano cellule staminali neurali che potevano essere isolate e coltivate in vitro, in presenza di particolari "brodi di coltura" sintetici arricchiti con specifiche sostanze, come mostrato da Reynolds7. Successivamente si osservò che esiste neurogenesi in vivo e che nuovi neuroni vengono continuamente generati in particolari aree del cervello dell'adulto: nell'ippocampo, e nella zona subventricolare.