La nuova edizione dei Principles of
Neural Science di Kandel, Schwartz, Jessell, Siegelbaum e Hudspeth
GIUSEPPE PERRELLA
(Trascrizione
di Lorenzo L. Borgia)
NOTE
E NOTIZIE - Anno X – 10 novembre 2012.
Testi pubblicati sul sito
www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind
& Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a
fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta
settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in
corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento rientra negli
oggetti di studio dei soci componenti lo staff
dei recensori della Commissione
Scientifica della Società.
[Tipologia del testo:
TRASCRIZIONE DI UNA RELAZIONE ORALE]
Il presente testo è stato tratto dalla registrazione di una
relazione tenuta sabato 27 ottobre 2012 dal Presidente della Società Nazionale
di Neuroscienze, Giuseppe Perrella, che ha recensito per i soci la quinta
edizione del testo, presentandone le caratteristiche generali e le principali
novità, e poi soffermando l’attenzione su alcuni argomenti la cui trattazione
nella IV edizione era stata oggetto di critiche anche severe da parte di
qualche membro della Commissione Scientifica di BM&L. In una premessa alla
relazione, il Presidente ha rivolto un particolare ringraziamento alla signora
Ilaria Berti della Feltrinelli International di Firenze per l’impegno profuso
nel seguire otto anni di rinvii editoriali e garantire la disponibilità del volume
alla Società in anticipo sulla data di uscita ufficiale. A questa prima
presentazione seguiranno recensioni critiche mirate su singoli oggetti della
trattazione, tenute dai membri della nostra Commissione Scientifica.
(Terza
Parte)
Accanto a questi elementi nuovi, possiamo
notare la conservazione di alcuni pregi della precedente edizione.
Una sezione aggiornata sullo sviluppo neurale
e sull’emergere del comportamento, include una trattazione dettagliata della
riparazione dei danni dell’encefalo, della differenziazione sessuale del
sistema nervoso e dell’invecchiamento cerebrale. La biologia molecolare, che
già dalla IV edizione, soppiantando la neurocitologia, ha assunto il ruolo di
paradigma scientifico principale, viene proposta come strumento per la
comprensione della patogenesi di molte malattie neurologiche, fra cui le
patologie della giunzione neuromuscolare, del muscolo scheletrico, quali le
distrofie muscolari e le miopatie da difetti genetici dei canali ionici regolati
dal voltaggio; le epilessie da mutazioni nei geni di canali ionici; il
retinoblastoma, le neurofibromatosi, varie malattie neurodegenerative, fra cui
il Parkinson, varie forme di Alzheimer, sindromi da triplette espanse come la malattia di
Huntington, l’Atrofia Muscolare Spinobulbare, vari tipi di Atassia
Spinocerebellare, eccetera.
Particolarmente apprezzabile, al termine di
ogni capitolo, la sintesi del contenuto proposta come visione d’insieme (An Overall View), che talvolta è
completata da altri sussidi didattici, come nel caso del capitolo 3 (Geni e Comportamento), corredato da un
glossario essenziale ma sufficientemente completo per chi non abbia nozioni di
genetica. Spesso, la chiusura riassuntiva dei capitoli è occasione per fornire
al lettore una scala di importanza, che riflette il rilievo relativo delle
nozioni presentate e risulta particolarmente utile agli studenti e a quanti si
accostino per la prima volta alla materia. Di maggiore utilità per il
ricercatore sono le letture scelte (Selected Readings) alla fine del capitolo:
consigliate per gli approfondimenti, nella maggior parte dei casi si tratta
delle fonti su cui si è principalmente basata la trattazione. Le letture
selezionate sono seguite dai riferimenti bibliografici che, per molti capitoli,
sono meno numerosi di quanto ci si attenderebbe; tuttavia, nel complesso, le
opere teoriche e i lavori sperimentali consultati, sono stati scelti con cura,
e la sensazione di una documentazione lacunosa è decisamente minore rispetto
alle precedenti edizioni.
Alla perfetta organizzazione della materia in
sezioni e capitoli secondo criteri di coerenza intuitiva e di ormai consolidata
tradizione accademica nello studio e nell’insegnamento, fanno eccezione le
appendici: sei capitoli, come saggi monografici, ciascuno dei quali può
considerarsi sui generis per
argomento e metodo di studio, e tutti apparentemente accomunati solo dal
riguardare il sistema nervoso. In realtà, alcuni integrano argomenti trattati
sistematicamente nel volume, altri possono considerarsi propriamente propedeutici
allo studio di alcuni capitoli.
Ecco l’elenco:
A. Rassegna sulla Teoria del Circuito di Base;
B. L’Esame Neurologico del Paziente;
C. La Circolazione del Cervello;
D. La Barriera Emato-Encefalica, il Plesso
Corioide e il Fluido Cerebrospinale;
E. Le Reti Neurali;
F. Approcci Teorici alla Neuroscienza: Esempi
dai Singoli Neuroni alle Reti.
Esaurito lo sguardo d’insieme, seguendo gli
spunti proposti nella prefazione e nella Overall
Perspective che introduce la prima parte, desidero discutere brevemente
della cultura neuroscientifica a fondamento dell’opera.
Il fine di una “scienza neurale”[1],
così come concepita da Kandel ed intesa dalla maggior parte degli autori del
trattato, non coincide con quello della neurobiologia, né si può ridurre agli
obiettivi delle neuroscienze cognitive e, infatti, consiste nel comprendere
come il flusso di segnali elettrici che attraversano i circuiti neurali dia
origine alla mente, ossia al modo in cui percepiamo, agiamo, pensiamo,
impariamo e ricordiamo. Coerentemente con questa visione, nella quinta
edizione, come nelle precedenti, si sostiene che il comportamento può essere
esaminato nei termini dell’attività elettrica di singoli neuroni e di sistemi
di cellule nervose, cercando risposte alle cinque domande che seguono.
1) Come
si sviluppa il cervello?
2) Come
comunicano fra loro le cellule nervose del cervello?
3) In
che modo configurazioni di interconnessione differenti danno origine a
percezioni ed atti motori diversi?
4) In
che modo la comunicazione fra neuroni è modificata dall’esperienza?
5) In
che modo tale comunicazione è alterata dalla malattia?
Nel 1981, all’epoca della prima edizione, gli
studi sperimentali potevano cercare risposte solo in termini di biologia cellulare, in quanto lo studio
delle macromolecole, ancora agli inizi, si svolgeva soprattutto come
approfondita indagine biochimica e in parte biofisica di singole entità
molecolari, spesso non collegabili fra loro in termini fisiologici. I progressi
compiuti nel corso dei due decenni successivi hanno consentito di proporre, con
la quarta edizione del 2000, numerosi dati in grado di costituire prime e
parziali risposte in termini di biologia
molecolare ai cinque grandi quesiti.
Ora che la genomica, prima, e poi la
proteomica, la lipidomica e la glicomica tendono a fornire un quadro di base
organico se non completo dell’intero DNA e del corredo di proteine, lipidi e
glicidi di un organismo, lo studio in termini di biologia molecolare del
sistema nervoso centrale si sta sempre più proponendo come una chiave di volta
per la comprensione di processi fisiologici e patologici, anche in cooperazione
con altre discipline e livelli di indagine.
La V edizione dei Principles riflette questa evoluzione e riporta molte nuove
acquisizioni ottenute grazie alle accelerazioni che il cammino della ricerca ha
fatto registrare nell’ultimo decennio. In alcune branche l’innovazione è
particolarmente evidente: lo studio in termini di biologia molecolare dello
sviluppo dell’encefalo, ad esempio, ha completamente mutato la
neuroembriologia, rendendo la sua tradizionale natura di disciplina
morfodescrittiva associata all’anatomia macroscopica, solo un pallido ricordo.
L’impiego di organismi geneticamente modificati, nell’ambito dei roditori o di
specie animali meno evolute che costituiscono modelli sperimentali, quali il
moscerino della frutta Drosophila
melanogaster, il verme Caenorhabditis
elegans e il pesce Danio Rerio,
hanno consentito di mettere in rapporto singoli geni, inclusi quelli ritenuti
responsabili di malattie neurologiche, con fenomeni molecolari, fisiologici e
patologici di un organismo, dal livello della segnalazione fra cellule nervose,
fino al comportamento. In questo sviluppo hanno avuto una parte notevole i
nuovi strumenti molecolari ed ottici, che hanno reso possibile la realizzazione
di immagini dell’attività di singoli neuroni nel cervello intatto e la
manipolazione dell’attività elettrica di neuroni e circuiti neurali con
modificazioni sperimentali della neurofisiologia dell’animale. Proprio gli
esperimenti concepiti ed attuati grazie a questi nuovi strumenti hanno reso
possibile esaminare la dinamica molecolare delle cellule nervose nei circuiti
responsabili dei processi cognitivi.
In tutte le malattie del sistema nervoso si
può riconoscere una componente genetica: da quelle esclusivamente causate da
geni patologici o da alterazione citogenetica, fino a quelle dovute interamente
a cause ambientali, nelle quali ha sempre un ruolo il profilo genetico nella risposta
agli elementi patogeni esterni all’organismo, quali infezioni, traumi e stress. Il sequenziamento del genoma
umano ha reso possibile l’identificazione dei geni responsabili delle malattie
ereditarie, di quelli che determinano predisposizione allo sviluppo di varie
patologie, inclusi i processi neurodegenerativi ad eziologia composita, o di
quelli che ci rendono più o meno suscettibili allo sviluppo di forme gravi e
invalidanti di disturbi mentali. Questa conoscenza del genoma umano sta
cominciando a trasformare la pratica della medicina, ma ha già influito
profondamente sull’atteggiamento del ricercatore, con il conseguente
spostamento dell’asse della ricerca neuropatologica verso l’indagine genetica.
Presto sarà possibile, mediante una scansione del proprio genoma, sapere se si
è virtualmente indenni o quantificare la probabilità di sviluppo di numerosi
disturbi neurologici e psichiatrici. In molti altri casi, la valutazione
implica la conoscenza di elementi molecolari, cellulari e sistemici che
condizionano i cosiddetti “endofenotipi di suscettibilità”. Su questa base,
Kandel e gli altri autori sostengono, con accresciuto vigore rispetto alle
precedenti edizioni, che il futuro della neurologia clinica e della psichiatria
dipendono dal progresso della neural
science.
Nonostante lo straordinario “potere della
biologia molecolare di elucidare i meccanismi molecolari della funzione e delle
patologia nervosa”, come si legge nella prefazione, la reale comprensione di
come i neuroni agiscano per generare comportamenti complessi e attività di
rilievo per l’organismo, con buona pace dei riduzionisti, richiede l’analisi
dei circuiti cui tali cellule nervose appartengono. Sulla base delle conoscenze
attuali, non è scientificamente fondato ragionare, ad esempio, solo in termini
di trasmettitori e recettori senza analizzare il profilo e il ruolo dei sistemi
neuronici, se si vuole conoscere l’economia funzionale dalla quale originano le
funzioni cerebrali e le basi biologiche della mente. Tale studio affronta
problemi che possono essere schematicamente riportati ai seguenti quattro quesiti
sperimentali:
1)
Come si
formano le aggregazioni di neuroni durante lo sviluppo embrionario?
2)
Quali
sono le operazioni (computations)
eseguite da tali aggregati o circuiti neuronici e come questa attività genera
comportamento?
3)
Come i sistemi
e i circuiti di cellule nervose si modificano durante l’apprendimento e nella
formazione della memoria?
4)
In che
modo i cambiamenti in tali sistemi e circuiti producono la patologia
neurologica e psichiatrica?
Kandel ha sempre ritenuto che, per giungere
ad una effettiva conoscenza delle basi biologiche della cognizione animale ed
umana, si dovesse riconoscere un ruolo privilegiato alla ricerca che tende a
dare risposte a questi quesiti indagando la fisiologia di insiemi di neuroni
organizzati in specifici sottosistemi. Coerentemente, in questa quinta edizione
si è dato molto spazio alla discussione relativa al modo in cui le funzioni
cognitive e comportamentali dei sistemi sensoriali e motori espandono le nostre
facoltà di elaborazione intelligente delle informazioni, impiegando spesso
nozioni e prospettive proprie delle neuroscienze
computazionali.
[continua]
[1] Si è impiegata questa traduzione e non quella di “neuroscienze” per rendere letteralmente il neural science, al singolare, che ha per gli autori del trattato un significato ben preciso, corrispondente a ciò che lo stesso Kandel ha definito “nuova scienza della mente”.