IN BRASILE ALLA RICERCA
DEL CODICE NEURALE
Il gruppo di studio di “BRAIN MIND & LIFE - ITALIA” che si occupa della comunicazione interneuronica, questa settimana ha proposto ai soci un viaggio virtuale in Brasile, attraverso il “Nordeste” fino alla città di Natal, capitale dello stato di Rio Grande do Norte, dove ha sede l’Instituto Interacional de Neurociencia de Natal (IINN) che ha tra i suoi fondatori Miguel Nicolelis e Sidarta Ribeiro. L’istituto si presenta come una grande impresa scientifica e sociale che ha per scopo, oltre lo sviluppo delle neuroscienze, anche quello della cultura, dell’istruzione e delle condizioni socio-economiche di quell’area del paese. Promosso dalla Universidade Federal do Rio Grande do Norte, l’IINN si articola in varie branche che rappresentano altrettante fasi di un progetto complesso. Ospita, ad esempio, una scuola speciale che segue dalla nascita al secondo grado di istruzione bambini economicamente svantaggiati, conferendo loro una solida preparazione scientifica o umanistica. Comprende, poi, un centro di salute mentale materno-infantile, un centro sportivo, un museo della scienza interattivo e un parco ecologico per la conservazione dell’ambiente naturale.
Il consiglio di gestione dell’IINN, guidato dal presidente della Banca Nazionale del Brasile, presenta un panel di personalità di rilievo internazionale e conta sul prestigio di una star della musica brasiliana come Gilberto Gil, che è anche ministro della cultura. Il consiglio scientifico è presieduto da Miguel Nicolelis ed ha fra i suoi membri Torsten Wiesel, premio Nobel per gli studi sui neuroni della corteccia visiva. L’istituto include anche il centro di ricerca ed istruzione César Timo-Laria diretto da Sidarta Ribeiro.
Con questi imponenti presupposti istituzionali, nella suggestiva cornice tropicale di Natal, all’IINN si indagano le regolarità nella comunicazione fra gruppi di neuroni con funzioni note, allo scopo di ricavarne un codice.
Nicolelis e Ribeiro sono entrambi Brasiliani, ma hanno svolto la maggior parte dello loro ricerche presso la Duke University (Nicolelis come docente e Ribeiro come suo post-doctoral fellow) dove hanno compiuto studi pionieristici sulla codificazione dei messaggi sensoriali, impiegando per primi la tecnica degli impianti cerebrali multi-elettrodo e sviluppando metodi di computazione per interpretare ed applicare i risultati.
Se dai primordi delle scoperte sulle sinapsi è noto che tutta la comunicazione elettrochimica fra neuroni può essere ridotta ad un codice binario (-/+) di inibizione/eccitazione, quasi dallo stesso tempo ci si è resi conto che le reti di neuroni sono organizzate in miriadi di sistemi in cui i segnali -/+ sembrano formare “parole” e “frasi” che assumono un senso nella comunicazione fra gruppi di neuroni. Purtroppo è stato subito evidente che la codifica dei messaggi dei singoli sistemi non poteva essere ricondotta a semplici schemi universali di intensità/durata o frequenza delle scariche nell’unità di tempo, in tal modo deludendo le aspettative di chi sperava in una sorta di equivalente del codice genetico per l’attività elettrica del sistema nervoso. Un grande ostacolo alla definizione del sistema teorico entro cui analizzare il senso che assumono gruppi discreti di segnali, è dato dalla nostra ignoranza di molte delle qualità intrinseche e dei limiti fisiologici dei gruppi di neuroni che agiscono come unità funzionali. Per questo motivo la ricerca del codice ha preso le mosse dai sistemi sensoriali semplici maggiormente studiati.
I risultati ottenuti nei primi decenni di ricerca, hanno suggerito ipotesi di lavoro basate su un modello di trasmissione lineare di segnali, ricavato dai sistemi sperimentali, per lo più costituiti da neuroni di recezione, dalla via di senso costituita dai loro assoni e dai centri cerebrali deputati all’elaborazione di livello più elevato.
Un sistema studiato inizialmente secondo tale semplificazione, e poi con tecniche che hanno consentito un approccio più efficace, è la via trigeminale del ratto. L’importanza in chiave evoluzionistica di questo sistema di neuroni si comprende facilmente, se si tiene conto che i roditori vi fanno affidamento per poter sfuggire al loro maggiore predatore, ossia il gatto.
Il trigemino del ratto, come quello umano costituito da tre branche a distribuzione facciale e da un grosso ganglio facilmente studiabile, innerva le vibrisse fornite di meccanocettori dai quali emergono stimoli condotti al corpo dei neuroni gangliari e, da lì, percorrendo il tronco encefalico dove ha sede il nucleo del trigemino, risalgono lungo la via quintotalamica al nucleo VPM che li riverbera alla corteccia cerebrale. Fin dagli anni Settanta, è stato possibile fotografare una precisa rappresentazione della faccia del ratto, scomposta in campi topograficamente delimitati, sia nella corteccia cerebrale, sia in regioni sottocorticali. In queste mappe somatotopiche, i cosiddetti “campi a barile” (v. ALFABETA nella pagina RUBRICHE), sono esattamente riprodotte in aree corticali, come in una consolle di comando, le posizioni delle singole vibrisse.
Proprio l’impiego degli impianti cerebrali multi-elettrodo nel sistema trigeminale di ratto, ha consentito a Nicolelis e Ribeiro di ottenere importanti risultati per la comprensione della logica seguita dai codici neurali (Miguel A. L. Nicolelis & Sidarta Ribeiro, Seeking the Neural Code. Sci. Am. 295 (6), 48-55, 2006).
Monitorando estese popolazioni di cellule nervose, come quelle che prendono parte alla elaborazione dei segnali provenienti dalle vibrisse dei roditori, è stato possibile stabilire che l’informazione è codificata mediante patterns spazio-temporali di attività di complessi costituiti da gruppi di neuroni.
Il prossimo simposio internazionale dell’IINN si terrà dal 23 al 25 febbraio 2007: se in questi due mesi vi saranno sviluppi nella ricerca sui codici neurali, in quei giorni ne avremo sicuramente comunicazione.
Maggiori informazioni ed immagini sull’IINN si
trovano sul sito web: www.natalneuroscience.com
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