La plasticità cerebrale: dalle cellule staminali alla vita di tutti i giorni

     Le Conferenze scientifiche dell’Associazione SeralMente Cultura Net continuano anche nel 2017. Il prossimo incontro di venerdì 10 marzo c.m. alle ore 21,00 riguarda il vasto tema della plasticità cerebrale, dalle cellule staminali alla vita di tutti i giorni.

     Nel segnalare l’importanza dell’argomento, riporto l’abstract della conferenza dei Proff. Luca Bonfanti (Dipartimento di Scienze Veterinarie e Neuroscience Institute Cavalieri Ottolenghi) e Paolo Peretto (Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi e Neuroscience Institute Cavalieri Ottolenghi), entrambi dell’Università degi Studi di Torino e ciascuno autore di molte decine di pubblicazioni scientifiche su riviste internazionali.

“Ognuno di noi nasce con 100 miliardi di neuroni collegati tra loro da migliaia di miliardi di connessioni, il che ci permette di pensare, muoverci, ricordare, amare, odiare, contrattare i prezzi al mercato e preparare conferenze. Numero, tipo, localizzazione di ogni neurone all’interno della complessità del cervello sono in gran parte determinati dalla genetica. Ma come può “la genetica” prevedere tutto ciò che succederà nel mondo che ci circonda? Se il mondo cambia (e tutti sappiamo che questo accade continuamente), come potremmo adattarci alle nuove situazioni? E’ possibile cambiare la struttura dei contatti tra i neuroni o il loro numero nell’arco della nostra vita? Possiamo sostituirli quando vengono danneggiati o addirittura persi, come nell’Alzheimer, nel Parkinson o nell’ictus? E’ vero che il nostro cervello contiene cellule staminali attive anche negli individui anziani? E, soprattutto, come sarà il nostro cervello all’età di 90 anni?

Queste sono solo alcune delle domande che negli ultimi decenni hanno appassionato neuroscienziati, affascinato cittadini curiosi di scienza, e illuso o dato speranza a pazienti con malattie neurologiche. Interpretando i ruoli dello scienziato ottimista e di quello pessimista, due ricercatori torinesi cercheranno di dare alcune risposte raccontando la storia, lo stato attuale e il futuro delle ricerche sulla plasticità cerebrale.”

     Come introduzione, propongo il video del neuroscienziato Michael Merzenich sulla capacità del cervello di ri-cablare attivamente se stesso. In inglese, ma sottotitolato in italiano (durata 23 min.).

Premio Nobel per la Medicina 2014

    Il Nobel per la medicina di quest’anno ha premiato gli studi sulle cellule cerebrali responsabili dell’orientamento, in grado di farci comprendere dove ci troviamo in ogni momento e la direzione che dobbiamo seguire per una certa destinazione.

I premiati sono tre ricercatori:  John O’Keefe (1939) che ha ricevuto metà premio, e i coniugi May-Britt Moser (1963) ed Edvard Moser (1962) che hanno ricevuto l’altra metà. Il primo è uno statunitense che si è trasferito in Inghilterra, gli altri due sono norvegesi. Le loro scoperte si sono accumulate nel tempo, dall’inizio degli anni ’70 al 2005. Per le ricerche sull’orientamento sono state decisive le sperimentazioni sugli animali: le prime cellule cerebrali, che si attivano nelle situazioni di orientamento spaziale, furono osservate da John O’Keefe in un’area del cervello (l’ippocampo) di una cavia e si attivavano ogni qual volta essa cambiava direzione durante il suo percorso. Furono definite “cellule di posizionamento” perché si riteneva che consentissero alla cavia di crearsi una mappa mentale della posizione di spazio in cui si trovava.

     I decenni successivi hanno permesso di approfondire la conoscenza di queste speciali cellule nervose, anche grazie allo sviluppo di sistemi di diagnostica per immagini (ad esempio la risonanza magnetica). In particolare i due coniugi scoprirono le cosiddette “cellule a griglia” in grado di creare le coordinate che ci fanno capire dove ci troviamo e qual è il percorso necessario (non necessariamente quello più breve) per andare in un determinato luogo.

Quest’insieme di cellule cerebrali permette all’intero cervello di imparare e memorizzare la posizione dei luoghi che di volta in volta frequentiamo e la loro disposizione, con le possibilità di movimento che offrono.

Il danneggiamento delle aree cerebrali interessate da questo tipo di cellule, a causa di un trauma o di malattie neurologiche come l’Alzheimer, determina l’incapacità di orientarsi e di capire dove la persona si trova.

Su “Le Scienze”, un articolo di O’Keefe del 2012 su “I segreti della memoria spaziale”, e uno di Moser dello stesso anno “I dieci sensi del cervello per sapere dove siamo”.

Credit immagini: hr.anu.edu.au  (bussola) e www.wikinoticia.com (ippocampo).

 

 

Brain – Il cervello: istruzioni per l’uso e destinazione

     Il Museo di Storia Naturale di Milano quest’anno presenta una mostra sul cervello di assoluto rilievo, Brain: istruzioni per l’uso. Proviene dall’American Museum of Natural History di New York, grazie all’interessamento dell’Assessorato alla Cultura del Comune di Milano.

     Iniziata poco più di un mese fa, Brain continuerà fino al 13 aprile 2014 ed è curata da Rob DeSalle con Joy HirHirsh e Magaret Zellner, l’adattamento italiano invece è opera di Giorgio Racagni e Monica DiLuca. Per ospitare la mostra, le sale di mineralogia al pian terreno del Museo sono state dismesse.

     La mostra è suddivisa in sette sezioni: Introduzione, Teatro introduttivo, Il cervello sensibile, Il cervello emozionante, Il cervello pensante, Il cervello mutevole e Il cervello del futuro. Orari: lunedì 9,30-13,30; martedì, mercoledì, venerdì, sabato e domenica 9,30-19,30; giovedì 9,30-22,30. Il costo del biglietto ordinario (purtroppo) è di 10 euro, ma ci sono sconti per le famiglie.

Il Sole24Ore presenta la mostra con un video di Stefano Biolchini.

     Ricordo che molto più vicino a noi, il 10 dicembre prossimo, alle ore 21,00 presso l’auditorium dell’ITIS Majorana di Grugliasco, ci sarà una conferenza del prof. Aldo Fasolo dal titolo “Destinazione cervello”.

     Il prof. Fasolo dell’Università di Torino è un vero luminare in questo campo. Oltre alle centinaia di pubblicazioni, segnalo soltanto che è anche membro delle prestigiose Accademia delle Scienze di Torino e Accademia Nazionale dei Lincei.

     Dopo i grandi progetti finalizzati ad una maggiore conoscenza della Luna, del Sistema solare e dell’Universo, c’è stata un’attenzione sempre crescente per la genetica prima, con il progetto Genoma, e per il cervello poi, con i relativi progetti statunitense ed europeo messi in atto negli ultimi anni. La conferenza ci aiuterà a capire lo stato delle cose e le prospettive future sulla conoscenza delle strutture e del funzionamento del più importante e misterioso sistema del nostro corpo.

     Come per le altre conferenze l’ingresso è libero ma è gradita la prenotazione. Gli studenti del triennio, si ricordino di segnalare la richiesta dell’attestato utile anche ai fini dell’assegnazione dei crediti. Io invece ricordo loro che “il sistema nervoso”, per tutte le classi quinte del liceo “M. Curie” rientra nel programma di Scienze dell’Esame di Stato (maturità).

Per saperne di più e prenotare: http://www.itismajo.it/serale/2seralmente.htm ; seralmente@gmail.com ; TEL. +39 011 411.33.34 ;  FAX +39 011 403.53.79 .

Ringrazio il moderatore che mi ha inviato la locandina della conferenza.

 

Festival della Mente a Sarzana

     Tra pochi giorni, dal 30 agosto al 1° settembre, a Sarzana ci sarà il Festival della Mente, dedicato in particolare ai processi creativi. Arrivato alla decima edizione, è il primo festival europeo dedicato alla creatività e a quest’organo tanto complesso e in gran parte sconosciuto nel suo funzionamento (vedi pure: Progetti Human Connectome e Brain, Settimana mondiale del cervello 2013, Sostanza bianca e sostanza grigia, L’apprendimento? Questione di connessioni). Partecipano anche uomini di scienza molto conosciuti al grande pubblico: Silvio Garattini (farmacologo), Piergiorgio Odifreddi (matematico), Edoardo Boncinelli (genetista), Gianvito De Martino e Stefano Cappa (neuroscienziati). Ma il festival non è solo questo, gli eventi sono 90 fra conferenze, dibattiti, laboratori e spettacoli dedicati ai processi creativi della nostra mente.

Per saperne di più sul programma, sui contatti, sulle edizioni passate, sui luoghi: http://portale.festivaldellamente.it/it/home

 

Progetti Human Connectome e Brain

     Ormai le tracce della prova d’italiano dell’Esame di Stato 2013 sono pubbliche e la prova si è conclusa. Il tema scientifico (tipologia B, realizzazione di un saggio breve o articolo), ha per titolo : «La ricerca scommette sul cervello». Negli allegati c’è il riferimento al progetto “Brain”, illustrato dal presidente degli USA Barack Obama pochi mesi fa e a cui ha destinato un finanziamento di 100 milioni di dollari.

     Brain per molti aspetti è la prosecuzione di Human Connectome Project, varato nel 2010 negli USA dal National Institutes of Health. Qual è lo scopo? Mappare in cinque anni i circa 100 miliardi di neuroni del cervello umano e le loro connessioni. Gli obiettivi sono ambiziosi. Troppo ambiziosi probabilmente, perché se è possibile attraverso le più avanzate tecniche computerizzate di imaging tracciare una mappa di tutti i neuroni del cervello, è molto improbabile che si riesca a fare altrettanto per le migliaia di miliardi di connessioni che coinvolgono circa 1.400 grammi di materia cerebrale.

Intanto la raccolta di dati continua e il progetto prevede una spesa di 40 milioni di dollari in cinque anni.

     Finora la scienza conosce abbastanza bene le singole aree del cervello e, in linea generale, i compiti a cui sono adibite. Ad esempio si sa che l’emisfero cerebrale sinistro è costituito da un’area associativa frontale, un’area del linguaggio e la corteccia motoria nel lobo frontale. Nel lobo parietale sono presenti una corteccia somatosensoriale, un’altra area del linguaggio, un’area associativa somatosensoriale, un’area della lettura e un’area del gusto. Nel lobo occipitale ci sono un’area associativa visiva e una della vista. Invece nel lobo temporale ci sono le aree di udito, olfatto e associativa uditiva.

     Si sa anche come avviene la trasmissione del segnale nervoso: normalmente i neuroni mantengono un potenziale di riposo mediante la loro membrana cellulare, quando inizia la trasmissione del segnale nervoso, in risposta ad uno stimolo, si ha una variazione del potenziale di membrana. La propagazione del potenziale, diventato ormai d’azione, lungo la membrana dell’assone determina la trasmissione del segnale.

È anche ben conosciuto il meccanismo con cui avviene la comunicazione tra un neurone e l’altro o tra un neurone e una cellula effettrice del corpo: attraverso le sinapsi.

     Ci sono due tipologie fondamentali di sinapsi: quelle elettriche e quelle chimiche. Le prime avvengono in quelle parti del corpo dove bisogna mantenere costanti gli stimoli e le relative contrazioni muscolari: nel cuore e lungo il tubo digerente. Le sinapsi chimiche invece sono caratterizzate dalla conversione del segnale elettrico, costituito dal potenziale d’azione, in molecole di neurotrasmettitore (ad esempio acetilcolina) che oltrepassa la fessura sinaptica e giunge ai recettori postsinaptici. Qui il segnale può essere riconvertito in potenziale d’azione e continuare oppure può essere elaborato da eventuali interneuroni e decodificato producendo l’effetto desiderato.

     Con la mappatura completa dei100 miliardi di neuroni e delle loro connessioni si vuole arrivare alla comprensione di tutti quei processi biologici che sono alla base di razionalità, emozioni, pensieri, creatività, disturbi cerebrali e psicologici di ogni tipo. Un’impresa ardua, che per essere realizzata richiederà tempi molto più lunghi, maggiori investimenti e conoscenze e strumentazioni di cui ancora non disponiamo. Di sicuro però lo Human Connectome Project rappresenta un passo importante.

Il mio non è pessimismo nei riguardi delle possibilità umane ma semplice realismo: non è pensabile arrivare, in questi e nei prossimi anni, a comprendere definitivamente le funzionalità (e le malattie connesse) di un organo complesso come il cervello, che nei vertebrati è il risultato dell’evoluzione di centinaia di milioni di anni. È una grande sottovalutazione del potere dell’evoluzione biologica e comportamentale.

     Intanto l’Human Connectome è stato uno stimolo per ulteriori ricerche sul cervello anche in Europa  che ha risposto quest’anno con un progetto simile (Human Brain Project) ma decennale, che dovrebbe concludersi entro il 2023 e di cui sentiremo parlare certamente nei prossimi anni.

Per approfondire: http://www.humanconnectome.org/

http://en.wikipedia.org/wiki/Human_Connectome_Project

http://it.wikipedia.org/wiki/Human_Brain_Project .

In questo blog: Sostanza bianca e sostanza grigia; apprendimento, questione di connessioni.

L’immagine, frutto di analisi strumentali ed elaborazioni al computer, è tratta da: http://www.traumaticbraininjury.net/files/2013/01/brain-color.jpg

L’intero testo della prova di italiano di oggi, con i documenti allegati, si può prelevare qui.

In questo blog riporto i documenti dell’ambito tecnico-scientifico.

ARGOMENTO: La ricerca scommette sul cervello.

DOCUMENTI

«“Se vogliamo realizzare i migliori prodotti dobbiamo investire nelle migliori idee”. Con queste parole il presidente americano Barack Obama illustra dalla Casa Bianca il lancio del progetto “Brain” ovvero una “ricerca che punta a rivoluzionare la nostra comprensione del cervello umano”. Lo stanziamento iniziale è di 100 milioni di dollari nel bilancio federale del 2014 e l’intento del “Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies” è di aiutare i ricercatori a trovare nuovi metodi per trattare, curare e perfino prevenire disordini cerebrali come l’Alzheimer, l’epilessia e i gravi traumi attraverso la definizione di “fotografie dinamiche del cervello capaci di mostrare come le singole cellule cerebrali e i complessi circuiti neurali interagiscono alla velocità del pensiero”. Tali tecnologie, spiega un documento pubblicato dalla Casa Bianca, “apriranno nuove strade all’esplorazione delle informazioni contenute ed usate dal cervello, gettando nuova luce sui collegamenti fra il suo funzionamento e i comportamenti umani”. L’iniziativa “Brain” (cervello) è una delle “Grandi Sfide” che l’amministrazione Obama persegue al fine di raggiungere “ambiziosi

ma realistici obiettivi per l’avanzamento della scienza e della tecnologia” in cooperazione con aziende private, centri di ricerca universitari, fondazioni e associazioni filantropiche al fine di assicurare agli Stati Uniti la leadership sulla frontiera della scienza nel XXI secolo.»

Maurizio MOLINARI, Obama, 100 milioni di dollari per “mappare” il cervello, “LA STAMPA.it BLOG” – 02/04/2013

«Il cervello umano riprodotto su piattaforme informatiche, per ricostruirne il funzionamento in linguaggio elettronico.

Obiettivi: trovare una cura contro le malattie neurologiche e sviluppare computer superintelligenti. È l’iniziativa Human brain project (Hbp), che la Commissione europea finanzierà attraverso il bando Fet (Future and emerging technologies). Hbp è stato scelto, insieme a un’altra proposta (progetto Graphene), in una lista di 6 presentate 3 anni fa. Il finanziamento Ue appena assegnato coprirà la fase di start up (circa 54 milioni di euro per 30 mesi), ma la durata prevista degli studi è di 10 anni, per un investimento complessivo pari a 1,19 miliardi. Al progetto, coordinato dal neuroscienziato Henry Markram dell’École Polytechnique Fédérale di Losanna – partecipano 87 istituti di ricerca europei e internazionali, di cui 5 italiani […]. Il progetto […] prevede di raccogliere tutte le conoscenze scientifiche disponibili sul cervello umano su un solo supercomputer. Mettendo insieme le informazioni che i ricercatori hanno acquisito sul funzionamento delle molecole, dei neuroni e dei circuiti cerebrali, abbinate a quelle sui più potenti database sviluppati grazie alle tecnologie Ict, l’obiettivo è costruire un simulatore dell’intera attività del cervello umano. Una specie di clone hi-tech. Un modello con 100 miliardi di neuroni – precisano gli esperti – permetterebbe di studiare possibili terapie per contrastare malattie come Alzheimer, Parkinson, epilessia e schizofrenia. Il patrimonio di dati, messi a disposizione su piattaforme avanzate, sarà offerto agli scienziati di tutto il mondo. L’intenzione di Human Brain Project, in pratica, è costruire l’equivalente del Cern per il cervello.»

“Il Sole 24 Ore Sanità” – 28 gennaio 2013 (http://sanita.ilsole24ore.com)

«Come che sia, abbiamo imparato più cose sul cervello e la sua attività negli ultimi cinque decenni che nei precedenti cinque millenni, anche se alcuni, soprattutto in Italia, non se ne sono ancora accorti. Il momento attuale è estremamente favorevole. Perché? Perché si è realizzata una convergenza pressoché miracolosa di tre linee di ricerca sperimentali illuminate da una linea di ricerca teorica, convergenza che ha fatto germogliare quasi all’improvviso una serie di studi e che ha prodotto una serie di risultati degni di essere raccontati. La prima linea di ricerca è rappresentata dalla cosiddetta psicologia sperimentale. Se si vuole studiare l’essere umano, è necessario porgere delle domande e ascoltare le relative risposte, dobbiamo insomma metterlo alla prova. In parole povere, occorre uno studio psicologico. Il fatto è che la psicologia sperimentale è molto lenta: per arrivare a una qualche conclusione ci vogliono decine di anni; se fosse rimasta l’unica linea di ricerca, ci avrebbe fornito indicazioni senz’altro preziose, ma saremmo ancora lì ad aspettare. Per fortuna, contemporaneamente si è registrata l’esplosione della biologia, soprattutto della genetica e della biologia molecolare e, un po’ più tardi, della neurobiologia. Lo studio del sistema nervoso e, in particolare, del cervello sono d’altra parte fondamentali per la comprensione approfondita delle facoltà mentali e psichiche. In un caso come nell’altro, si tratta di scienze né nuove né inattese. La terza linea di ricerca, invece, non era assolutamente attesa. È una linea relativamente nuova e come sbocciata dal nulla: un regalo del cielo o, meglio, della fisica moderna. In inglese questo campo di ricerca si chiama brain imaging o neuroimaging, in francese si chiama neuroimagerie, in italiano non ha ancora un nome.

Qualcuno parla di neuroimmagini, ma il termine rende poco l’idea. È comunque la più incisiva delle tre linee, quella che ha dato un vero e proprio scossone all’intero settore di indagine e gli ha impartito un’accelerazione inusitata. Parliamo della visualizzazione dell’attività cerebrale mediante l’uso di macchine, il cui nome è oggi a tutti familiare: tomografia ad emissione di positroni (PET), risonanza magnetica nucleare e funzionale (RMN e fMRI). Queste tecniche strumentali permettono di guardare dentro la testa di un essere umano vivo e vegeto, mentre esegue un compito.»

Edoardo BONCINELLI, La vita della nostra mente, Editori Laterza, Roma-Bari 2011.

«Forme di organizzazione centralizzata della ricerca, anche piuttosto complesse, sono note almeno dalla seconda metà del Diciannovesimo secolo. Il modello odierno di organizzazione e finanziamento della ricerca scientifica, caratterizzato dall’impegno diretto dello Stato, dalla pianificazione generale dell’impresa scientifica in funzione delle esigenze nazionali e dallo sviluppo della cooperazione internazionale, si definisce però nel periodo a cavallo delle guerre mondiali, per trovare una diffusione amplissima nel secondo dopoguerra. Nei successivi decenni, la complessità crescente dei

bisogni della società e lo sviluppo della ricerca hanno comportato una ridefinizione del modello organizzativo basato sul ruolo centrale dello Stato, aprendo all’ingresso di nuovi soggetti, come le industrie private e le associazioni dei pazienti.»

Fabio DE SIO, Organizzazione e finanziamento della ricerca, in RIZZOLI LAROUSSE, Novecento. La grande storia della civiltà europea, Federico Motta Editore, Milano 2008

 

Settimana mondiale del cervello 2013

      È iniziata ieri 11 marzo e proseguirà fino a domenica 17. La settimana mondiale del cervello di quest’anno, in Italia è promossa dalla Società Italiana di Neurologia (SIN). A livello europeo se ne occupa la “European Dana Alliance for the Brain”, negli USA la Dana Alliance for Brain. Il vasto tema proposto per quest’edizione è la diagnosi precoce delle malattie neurologiche. Quali sono le principali di queste malattie? Senza alcun dubbio le più diffuse sono il morbo di Parkinson, la malattia di Alzhaimer, la sclerosi multipla e la sclerosi laterale amiotrofica. Oggi la medicina dispone di strumenti che con periodici controlli consentono di diagnosticare precocemente chi è affetto da una di queste malattie degenerativa, con tutti i vantaggi che se ne possono ottenere per un loro rallentamento nella progressione o magari fino al loro arresto.

La campagna d’informazione di questa settimana si concretizza in numerose iniziative rivolte a specialisti e al grande pubblico.

Non sono certo un esperto di neurologia, perciò in quest’occasione mi limito solo a divulgare la notizia e a segnalare qualche informazione sul morbo di Parkinson, affrontato in una discussione di classe nel liceo dove insegno. Si tratta di una condizione neurodegenerativa che provoca in chi ne è colpito difficoltà di movimento, tremori e una rigidità muscolare più o meno grave. Da cosa è causato? Dalla morte di uno specifico gruppo di cellule nervose situate alla base del cervello. Contestualmente diminuisce la quantità di dopamina, una sostanza chimica di cui si servono i neuroni, e forse anche le cellule della glia, per comunicare tra loro e tra le varie aree dell’encefalo.

Un’alunna mi ha chiesto se si possono utilizzare le cellule staminali per curare, in generale, i danni cerebrali. Sicuramente in vari laboratori nel mondo sono state fatte ricerche e sperimentazioni sull’uso di cellule staminali per ricostituire tessuto cerebrale. Ma il problema è molto complesso. Le cellule staminali sono cellule generiche, immature e molto versatili, che possono riprodurre cellule di altri tessuti, compreso quello nervoso. Però per inserire un gruppo di staminali in un cervello, magari in profondità, non si rischiano danni anche gravi al tessuto sano?  Le staminali inoltre sono cellule che si riproducono e specializzano. Siamo in grado di controllare la loro riproduzione una volta impiantate, senza che proliferino in modo indefinito, magari nella direzione del tessuto sano? Oppure verso altri distretti del corpo? C’è poi un problema più strettamente anatomico e fisiologico: sono in grado, queste cellule ormai differenziate, di ricostruire quei miliardi di connessioni scomparse o danneggiate? Saranno in grado di rilasciare dopamina nella giusta quantità e all’occorrenza? Il cervello è un vero e proprio universo, in gran parte sconosciuto. Questa settimana è l’occasione giusta per cercare si saperne un po’ di più.

http://www.neuro.it/public/settimana_del_cervello.php

 

Pubblicazioni per la scuola secondaria

     L’Istituto Superiore di Sanità (ISS) ha pubblicato da alcuni mesi due dispense specifiche per la scuola, contenenti conoscenze scientifiche aggiornate e suggerimenti innovativi per la didattica. In particolare segnalo e raccomando la lettura di:

• Zeuner A., Palio E., Le cellule staminali: spunti per l’azione didattica, 2011

disponibile all’indirizzo: http://www.iss.it/binary/publ/cont/Dispensa_11_1_web.pdf

Tutti gli argomenti di attualità affrontati dal libro sono corredati da approfondimenti e immagini e sono arricchiti dal racconto di un’insegnante che ha partecipato al progetto;  98 pagine 6,5 MB. L’indice è il seguente:

Capitolo 1

Cosa sono le cellule staminali e perché sono importanti ………………….… 2

Capitolo 2

Quanti tipi di cellule staminali esistono? ……………………………………………16

Capitolo 3

Le cellule staminali del cordone ombelicale:

come e perché conservare il cordone …………………………………………………23

Capitolo 4

Terapie possibili con le cellule staminali: presente e futuro ……………..… 30

Capitolo 5

Le frontiere della ricerca:

quando una cellula adulta torna bambina …………………………………………..36

Capitolo 6

Il dibattito sulle cellule staminali:

perché tanto rumore? ……………………………………………………………………….. 42

Capitolo 7

Quando le cellule staminali diventano cattive:

le cellule staminali tumorali ………………………………………………………………. 52

Appendice A

Esperienze del progetto per le scuole

“Il lungo ed affascinante viaggio della ricerca sulle cellule staminali”

Cellule staminali: alcune proposte didattiche ……………………………………….… 63

Le cellule staminali viste dai ragazzi: un matrimonio fra arte e scienza ……… 71

Appendice B

Chi lavora sulle cellule staminali in Italia …………………………………………… 79

• Barbaro MC, Salinetti S “Femmine e maschi: cervelli diversi? Un approccio alla salute partendo dalle differenze di genere.” Roma, 14 maggio 2010. Atti 2011. Disponibile all’indirizzo: http://www.iss.it/binary/publ/cont/Dispensa_11_2_web.pdf .

49 pagine 2,75 MB. Il testo è rivolto agli studenti delle scuole secondarie di secondo grado; particolare attenzione è stata data all’adolescenza e ai comportamenti a rischio in connessione con l’uso di droghe e alcol. L’indice è il seguente:

A scuola sulle differenze di genere: un’introduzione

Maria Cristina Barbaro, Sandra Salinetti ………………………………………………iii

Sviluppo del sistema nervoso e del comportamento:

come gli ormoni modulano gli effetti dell’ambiente

Gemma Calamandrei ………………………………………………………………………….. 1

Adolescenza: istruzioni per l’uso

Chiara Ceci, Simone Macrì …………………………………………………………………..12

Alcol, giovani e differenze di genere

Rosanna Mancinelli ………………………………………………………………….…21

L’immagine sui contatti sinaptici che si sviluppano diversamente nei differenti ambienti è tratta dalla seconda dispensa: “Femmine e maschi…”

Sostanza bianca e sostanza grigia

Il sistema nervoso centrale è costituito da encefalo e midollo spinale. Quest’ultimo svolge un fondamentale compito di controllo e collegamento tra l’encefalo stesso e il resto del corpo. In una sezione di encefalo o midollo spinale sono ben individuabili: una zona grigia, formata in gran parte dai corpi cellulari dei neuroni motori, dendriti dei neuroni e dalle cellule della glia; una zona chiara (sostanza bianca) formata soprattutto dagli assoni dei neuroni motori e sensoriali con la loro guaina mielinica. Mentre nell’encefalo la sostanza grigia forma uno strato esterno alla sostanza bianca, nel midollo spinale accade il contrario: la sostanza bianca “riveste” quella grigia che, in una sezione trasversale ha una forma di “H”. Nell’encefalo la sostanza bianca, con la sua enorme matassa di fibre che creano molti miliardi di collegamenti (sono state stimate circa 150mila miliardi di sinapsi che collegano 90 miliardi di neuroni), trasmette informazioni da una regione all’altra del cervello, forma un labirinto inestricabile e difficilissimo da studiare e visualizzare. Negli ultimi anni però alcuni centri di ricerca statunitensi (Washington University, University of Minnesota, Saint Louis University), con un finanziamento di 30 milioni di dollari, sono impegnati in un progetto che cerca di creare un database di mappe delle connessioni cerebrali. Si tratta dell’Human Connectome Project che ha l’ambizioso obiettivo di scoprire il ruolo di questi collegamenti nell’invecchiamento e nell’apprendimento, trovare cure efficaci per diverse patologie, come schizofrenia.e autismo. I ricercatori stanno anche mettendo a punto nuove tecniche di visualizzazione di parti dell’encefalo. L’immagine in alto, ad esempio, non è una parrucca di carnevale ma un’elaborazione che rappresenta proprio le fibre di collegamento costituite dagli assoni ed è stata pubblicata anche dal National Geographic di luglio 2011. Ogni singola fibra risulta composta da migliaia di assoni. I colori sono un’aggiunta del software che consente anche una visone da diverse angolazioni. Autori dell’immagine sono Van Wedeen, docente di Harward e del Massachusetts General Hospital, e Patric Hagmann, del Centro Ospedaliero Universitario di Vaudois a Losanna.

Per saperne di più (solo in inglese): http://www.humanconnectomeproject.org/  e http://en.wikipedia.org/wiki/Human_Connectome_Project .

L’apprendimento? Questione di connessioni

   Sono tante le cose che non conosciamo del nostro sistema nervoso e riguardano soprattutto il suo funzionamento, la fisiologia. Anche le conoscenze sulla sua struttura, l’anatomia, sono state una conquista abbastanza recente. Del resto raramente i centri di ricerca possono disporre di questo “materiale” umano da studiare. Sappiamo che le unità funzionali del nostro sistema nervoso sono cellule molto particolari: i neuroni. Non tutti gli studenti sanno o ricordano, però, che i neuroni costituiscono solo una piccola parte del sistema nervoso perché essi sono affiancati da una struttura di supporto costituita da cellule ben più numerose: le cellule gliari o della glia, specializzate a svolgere varie  compiti per i neuroni, soprattutto nutrimento, omeostasi dei fluidi del tessuto nervoso e isolamento degli assoni.

Un tipico neurone è formato da un corpo cellulare e da due tipi di prolungamenti: i dendriti e l’assone.  I dendriti sono molto numerosi e ramificati, infatti in termine deriva dal greco déndron cioè “albero”. In essi il segnale nervoso viaggia dalla periferia verso il corpo cellulare. L’assone invece è un unico prolungamento che trasmette l’impulso nervoso dal centro cellulare verso la periferia, altre cellule o organi effettori. Non entriamo nei dettagli delle strutture e non trattiamo il modo in cui si trasmette il segnale nervoso, per questo ci sono i libri di testo e i manuali.

Cerchiamo invece di ricordare o conoscere qualcosa (quello che le pubblicazioni scientifiche ci permettono di sapere) sulle connessioni che si stabiliscono tra i miliardi di neuroni. Queste connessioni possono essere paragonate, a grandi linee, a “circuiti” elettrici che mettono in comunicazione varie parti di un territorio, ad esempio uno Stato, con una importante differenza: le connessioni cerebrali mutano ed evolvono molto rapidamente per adattarsi alle esperienze della persona, al suo studio, allo svago, alle relazioni ecc. Le regioni in cui avvengono le comunicazioni tra neuroni sono dette sinapsi e ne esistono due tipi fondamentali: quelle elettriche e quelle chimiche. Entrambe le potrai cercare sul tuo libro di scienze. Il numero e la qualità di questi collegamenti cambiano molto da persona a persona e tra bambini, adulti e vecchi. Sappiamo, molto genericamente, che queste connessioni sono legate allo sviluppo e al mantenimento delle facoltà mentali delle persone. Non tanto il loro numero, visto che le capacità di una persona continuano a migliorare anche quando, da adulti, il numero di connessioni diminuisce, ma soprattutto il tipo di connessioni, il loro schema, la loro dinamicità. Esistono anche dei “periodi critici” cioè particolari periodi di tempo dello sviluppo umano in cui si attivano connessioni su vasta scala di determinate funzioni: visione, linguaggio, … Se non si sfruttano adeguatamente questi periodi temporali per sviluppare le funzioni, si rischia di perderle o di averle ridotte perché le corrispondenti aree cerebrali vengono utilizzate in altro modo, invase da connessioni di altro tipo. La plasticità e dinamicità del cervello comunque influisce molto sulla variabilità dei periodi critici e sul recupero di eventuali funzioni perse. Secondo molti studi anche l’apprendimento in generale e nelle varie discipline o determinate abilità (lettura, calcolo, apprendimento delle lingue) sono legati molto all’adeguato sfruttamento di questi periodi chiave. In questo senso ambiente familiare, scuola materna e scuola elementare sono fondamentali per l’apprendimento. L’avevano ben capito i gesuiti quando, a proposito delle loro scuole, rivolti alle famiglie affermavano “datemi un bambino che non abbia ancora sette anni e vi renderò un uomo”. E nella nostra scuola secondaria? Sicuramente anche il periodo dell’adolescenza è legato allo sviluppo di numerose conoscenze, abilità e competenze con le corrispondenti connessioni cerebrali. Naturalmente l’apprendimento è più critico, accompagnato da una rielaborazione personale che si innesta sulle conoscenze e le esperienze precedenti. Sui tipi e le modalità in cui si stabiliscono le connessioni influiscono certamente anche fattori genetici sui quali possiamo incidere ben poco. Anche il nostro corso di scienze e chimica è una “palestra” che, insieme a quelli delle altre discipline, contribuisce a mantenere, migliorare le connessioni tra dendriti e a renderle più dense di significati. Insomma, lo studio e l’attività fisica sono fondamentali per sia per tutto il corpo sia per il suo centro di controllo.

Per approfondimenti:

Campbell e altri “Il nuovo immagini della biologia” vol. C il corpo umano, unità 23. Linx edizioni.

Susan Greenfielf “Gente di domani”, Newton & Compton editore.

Vari articoli della rivista “Le Scienze”.

Nella foto: sinapsi chimica al microscopio elettronico, tratta da galeria.sld.cu/main.php?g2_itemId=779 . Sono evidenti il bottone presinaptico (in alto, allungato verticalmente) e quello postsinaptico (in basso). Nel primo sono ben visibili numerose vescicole sinaptiche responsabili della liberazione di neurotrasmettitori nella fessura sinaptica.