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Un'immagine ad alta risoluzione di una cellula cerebrale (Fonte: D'Este et al. / Cell Reports)
Pensate al getto di acqua e inchiostro del calamaro. Il nervo che alimenta questo riflesso è così grande che sembra un vaso sanguigno.
Quando uno zoologo britannico ha iniziato a fare esperimenti con esso nel 1930, il neurone del calamaro ha trasformato ciò che sapevamo sul cervello. Il nervo, abbastanza spesso da bloccare e registrare cambiamenti elettrici attraverso la sua membrana, ha fatto luce sui circuiti del nostro cranio.
Le grandi cellule cerebrali del calamaro hanno iniziato una rivoluzione nel campo delle neuroscienze, facendo ottenere in ultima analisi 5 premi Nobel a 13 scienziati in più di 50 anni. Il modello ha ispirato farmaci come il Prozac e lo Xanax. Ma il quadro di segnalazione neurale emerso finora aveva più a che fare con la chimica e l'elettricità, che non con la meccanica. Fino a poco tempo fa, pochi scienziati prestavano attenzione ai movimenti dei neuroni.
"Pensiamo al cuore", spiega William Tyler, professore dell'Arizona State University, che studia la modulazione ultrasonica dei neuroni. "Tutti sanno che il battito del cuore ha una componente meccanica. Ma dimentichiamo che anche i neuroni sono oggetti meccanici. Cosa succede quando le placche di proteine si accumulano nel cervello, come nell'Alzheimer? Si modifica la rigidità del neurone, proprio come si intasano le arterie mangiando cibi grassi".
Una nuova ricerca di due giovani scienziati, pubblicata sulla rivista Nature Communications, mostra come i neuroni vibrano in sintonia con la loro attivazione. Questo suggerisce che le malattie del cervello possono essere influenzate non solo da squilibri chimici (la "zuppa" da lungo tempo ipotizzata come causa dei disturbi dell'umore) ma anche dal movimento dei nervi.
Come ha detto Isaac Newton, il progresso scientifico è costruito sulle spalle di giganti. Questo è certamente vero per Ahmed El Hady, neuroscienziato, e Ben Machta, fisico, entrambi a Princeton. La loro ricerca si basa su una storia che ha avuto inizio nella seconda guerra mondiale, con scienziati dei campi opposti. Due inglesi a Cambridge hanno guidato il gruppo con gli studi sul neurone del calamaro: Alan Hodgkin e Andrew Huxley (fratellastro di Aldous, autore di Brave New World). Nella loro ormai famosa ricerca del 1952, che è ancora una lettura obbligatoria per gli studenti universitari di neuroscienze, hanno descritto ciò che equivale al codice Morse del cervello: il picco di tensione si propaga sul nervo in risposta a ioni caricati che attraversano la sua membrana.
In Giappone, nel frattempo, un biochimico stava studiando il rivestimento bianco intorno alle fibre nervose grigie. Questa "materia bianca" grassa è caratteristica, e Ichiji Tasaki si era chiesto a che cosa servisse. Ha scoperto che questa guaina, chiamata mielina, funge da isolante per il cavo di uscita del neurone, accelerando i segnali cerebrali. Così fin dall'inizio della sua carriera, Tasaki si è concentrato sulla descrizione dei neuroni come oggetti, come fili avvolti con nastro isolante.
Dopo la sconfitta dell'Asse, Tasaki si è trasferito negli Stati Uniti, dove ha fatto ricerca focalizzata sull'udito: come i suoni diventano elettricità nell'orecchio. Quando le onde sonore entrano nell'orecchio attraverso l'aria, creano onde liquide nella coclea dell'orecchio interno, che piegano piccole cellule a forma di minuscoli peli. Con il piegamento delle cellule ciliate, esse aprono canali ionici in membrane nervose, convertendo questa onda fisica in un segnale elettrico. Tasaki ha ipotizzato che il cervello potrebbe amplificare i segnali nello stesso modo, con i neuroni che si muovono.
Torniamo ad oggi: nuove immagini ad alta risoluzione mostrano la struttura delle cellule del cervello a un livello mai visto prima. In un articolo pubblicato da scienziati di Harvard su Science nel 2013, le immagini rosse e verdi sono belle e intricate: i neuroni sono rigati in modo uniforme in anelli di actina, la proteina che sorregge lo scheletro della cellula. Raggruppati intorno a ogni striscia, secondo gli autori, ci sono i canali del sodio che i neuroni hanno bisogno di «sparare».
El Hady e Machta si sono chiesti: perché l'evoluzione avrebbe progettato una struttura del genere? Gli anelli, distanziati ritmicamente, hanno fatto pensare che potesse essere coinvolta un'onda fisica. Se i neuroni ondeggiano ogni volta che inviano un segnale, forse l'apertura e la chiusura dei canali del sodio sono orchestrati con precisione dalla spaziatura di queste strisce.
I due hanno applicato nuova matematica a 70 anni di studi sui calamari, aguglie e altri animali con grandi neuroni. La loro ricerca è stata anche alimentata dalle nuove tecnologie: un metodo di microscopia che ha fatto vincere a tre chimici un premio Nobel lo scorso anno. Questa tecnica a super-risoluzione, chiamata STED, li ha aiutati a mettere insieme una storia di come si muovono i nervi quando parlano.
El Hady e Machta descrivono in dettaglio come l'onda elettrica che scende nell'assone, il cavo di uscita del nervo, può indurre l'assone a muoversi in modo sistematico. Se questa danza delle cellule cerebrali è interrotta da una struttura cellulare eccessivamente fragile, elastica o disordinata, il risultato potrebbe essere un'interruzione dell'umore o della velocità e qualità del pensiero.
La Thync Inc., società di cui Jamie Tyler è cofondatore, sta lavorando per sviluppare gli strumenti per far muovere le cellule del cervello con gli ultrasuoni. Questo cambiamento fisico dei neuroni, secondo Tyler, potrebbe presto essere applicato per trattare gli effetti di colpi improvvisi al cervello, come commozioni cerebrali e colpi di frusta, ma anche malattie come l'Alzheimer e il Parkinson, entrambi i quali modificano l'elasticità delle cellule cerebrali.
Una nuova tecnologia chiamata elastografia a risonanza magnetica invece permette agli scienziati di vedere la fragilità dei nervi. Questo strumento potrebbe un giorno essere usato nella diagnostica, per individuare l'irrigidimento delle cellule cerebrali prima che il paziente mostri i sintomi di una malattia come l'Alzheimer.
Ichiji Tasaki è morto sei anni fa all'età di 99 anni. Quindi, non ha mai visto l'aumento di interesse nel modo in cui si muovono i nervi. Ma la danza cellulare che egli ha tranquillamente esplorato nel suo laboratorio per più di 70 anni può essere più importante di quanto lui avesse mai saputo.
Fortunatamente per Tasaki e il calamaro, la scienza è lungimirante con il successo.
Fonte: Taylor Beck in The Week (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
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