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]

 

Giuseppe Perrella

 (trascrizione di Lorenzo L. Borgia)

BM&L-10 novembre 2012

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

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[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”.