La scoperta della Neuroplasticità

Come abbiamo già visto qui, la neuroplasticità o plasticità cerebrale consiste nella capacità del nostro cervello di modificarsi in base alle esperienze e all’ambiente in cui siamo immersi durante il corso della nostra intera esistenza.

Questa caratteristica non è propria solo delle nostre cellule cerebrali, ma è comune ad altre specie, dotate di un sistema nervoso anche molto meno complesso del nostro. Proprio questo ha permesso al neurologo e neuroscienzato Eric Kandel di dimostrare sperimentalmente il fenomeno della neuroplasticità, attraverso lo studio del sistema nervoso di una lumaca di mare, l’Aplysia californica.

Interessato alla neurobiologia dei neuroni e ai processi che sono in grado di modificarla per permetterci di conservare delle tracce mnesiche che sono alla base dell’apprendimento, durante il suo periodo alla Columbia University, Kandel si concentra sullo studio della correlazione tra le dimensioni dei terminali neuronali (assoni e dendriti) e dei potenziali d’azione da essi evocati (per un approfondimento su questi concetti, clicca qui). Tuttavia, si rende ben presto conto di quanto sia complesso condurre questo tipo di studi sul cervello umano, a causa del numero di neuroni coinvolti estremamente elevato.

Tenta allora di applicare lo stesso principio per studiare la struttura anatomica delle cellule ippocampali, implicate nella memoria, registrando l’attività elettrica delle cellule piramidali del sistema nervoso dei gatti. Tuttavia, anche in questo caso, Kandel capisce di dover ricorrere ad una soluzione riduzionistica ancora più estrema, poiché i sistemi nervosi dei mammiferi sono troppo complessi per permettere di ottenere osservazioni dirette delle modificazioni strutturali dovute all’esperienza.

Per questo, venuto a conoscenza degli studi di Stephen Kuffler sul sistema nervoso dei crostacei, che presenta caratteristiche simili ma è molto più semplice da controllare sperimentalmente rispetto a quello umano, Kandel ha la geniale intuizione di sfruttare la semplicità del sistema nervoso dell’Aplysia californica, costituito da 20000 neuroni rispetto ai diversi miliardi del sistema nervoso umano, per dimostrare che i processi di apprendimento basati sull’esperienza sono in grado di modificare la struttura delle cellule neuronali.

Grazie agli studi intrapresi insieme al biofisico e neuroscienziato Ladislav Tauc, Kandel riesce a dimostrare che le cellule neuronali sono plastiche, ovvero sono in grado di modificare la propria struttura fisica per produrre una risposta adattiva ad una specifica stimolazione.

In particolare, la lumaca di mare è dotata di una branchia che, per essere protetta, attiva una risposta riflessa che coinvolge appena 24 neuroni sensoriali e 6 neuroni motori. Kandel, sfruttando questa caratteristica dell’organo nervoso dell’Aplysia, ha condotto diversi tipi di esperimenti, dimostrando che determinate stimolazioni sensoriali sono in grado di attivare un gene specifico che innesca la crescita di nuove connessioni sinaptiche tra i neuroni sensoriali e quelli motori, per rendere la risposta alla stimolazione più efficace e adattiva.

Questo stesso meccanismo si verifica nelle cellule neuronali umane, in maniera molto più estesa e massiva, permettendoci di apprendere dalle nostre esperienze e di immagazzinare ricordi nella nostra memoria.

Kandel è stato il primo a mostrare al mondo le basi neurofisiologiche della conservazione della memoria delle cellule nervose e per questo nel 2000 è stato insignito del Premio Nobel per la medicina, insieme ai colleghi Arvid Carlsson e Paul Greengard.

Nelle prossime neuropsillole spiegheremo più approfonditamente i diversi meccanismi neurofisiologici alla base di questi straordinari processi che ci permettono di modificare costantemente la nostra attività cerebrale, di apprendere e di avere quella che Kandel definisce la “persistenza di una memoria”.

BIBLIOGRAFIA:

Kandel ER, Schwartz J, Jessel T, et al: Principles of Neural Science, 1981, Elsevier, (trad. it.: Principi di Neuroscienze, 1994, C.E. Ambrosiana, Milano).National Geographic (2019). La Plasticità Cerebrale. Siamo Architetti del nostro cervello? RBA Italia, Milano.