Cosa sono i neuroni specchio?

Nel 2000 il noto neuroscienziato indiano Vilayanur Ramachandran affermava che secondo lui i neuroni specchio avrebbero cambiato la psicologia così come la scoperta del DNA aveva rivoluzionato la biologia: “forniranno un quadro unitario e aiuteranno a spiegare una serie di abilità mentali rimaste fino ad ora misteriose e inaccessibili agli esperimenti", diceva. Nonostante il clamore generato all’epoca dalla loro del tutto casuale scoperta sia oggi in parte diminuito, rimane ancora in molti la curiosità del significato clinico e del potenziale di queste cellule.

La storia dei neuroni specchio inizia in modo semplice e inaspettato. È il 1992 e Giacomo Rizzolatti, nato a Kiev, in Russia, ed emigrato in Italia a causa dell'inasprimento del regime comunista, è alla guida di un gruppo di esperti presso l’Università di Parma, il cui obiettivo è indagare i meccanismi attraverso cui il cervello gestisce i movimenti degli arti superiori nei macachi, una specie di scimmie. A questo scopo, i ricercatori utilizzavano dei piccoli elettrodi nel cervello e monitoravano l'attività dei neuroni, cellule che costituiscono le più piccole unità funzionali del sistema nervoso.

Il team di Rizzolatti, esaminando l’attività dei neuroni in una parte del cervello del macaco coinvolta nel controllo dei muscoli della mano, riesce effettivamente a trovare ciò che era stato prefissato: i neuroni in studio si attivavano ​​quando le scimmie eseguono determinati movimenti.

Non avevano programmato, però, di scoprire un’altra funzione di queste cellule.

La rivelazione avvenne nel momento in cui Fogassi, uno degli scienziati entrò nella stanza dell'animale. Fogassi prese in mano un chicco d'uva e notò che nello stesso istante i neuroni della corteccia premotoria della scimmia (che lo stava guardando) si erano attivati. La stessa attivazione era avvenuta quando era stato il macaco stesso durante l’esperimento ad afferrare i chicchi. In breve, con questa casuale e semplice osservazione, i neuroscienziati identificarono dei neuroni capaci di attivarsi sia nel momento in cui si compie un’azione, sia quando la si osserva fare a qualcun altro.

Cominciarono così una serie di esperimenti che confermarono l’attivazione di questi neuroni sia quando l’animale metteva in pratica un’azione, sia quando vedeva compiere da altri il medesimo movimento. Sembrava infatti che il macaco proiettasse dentro di sé l’atto compiuto dall’altro, osservandolo e comprendendone i meccanismi come se fosse lui stesso ad eseguirlo. I neuroni inoltre funzionavano maggiormente se il soggetto che compiva l’azione era un individuo della stessa specie.

Studi successivi hanno poi localizzato questo tipo di neuroni anche in zone aggiuntive del cervello umano, quali le aree parietali inferiori (associate al movimento e alla percezione), il lobo parietale posteriore, il solco temporale superiore e l'insula (aree del cervello deputate alla capacità umana di cogliere i sentimenti altrui e le intenzioni, legate inoltre al linguaggio).

La cosa più interessante è che questo tipo di cellule nervose esiste solo negli “animali sociali” come le scimmie e come appunto l'uomo. Questi neuroni vennero chiamati, quattro anni dopo la loro scoperta, “mirror neurons”, o in italiano neuroni specchio: questo nome evidenzia ed enfatizza proprio la capacità di queste cellule di rispecchiare una specifica azione motoria nel cervello dell’osservatore.

In che modo agiscono, e qual è la loro funzione?

L'esperimento dimostrò il fatto che lo stesso gruppo di neuroni si attiva in chi compie l'azione e nel soggetto che l'osserva: questo comporta la centralità dell'apparato visivo nell'utilizzo dei neuroni specchio.

Nell’uomo, dove si è scoperto che il complesso neurale a specchio è molto più complesso di quello di altri primati, inoltre, non vi è semplicemente l’identità neurale “azione uguale osservazione”: i neuroni specchio si attivano anche quando si ascolta solamente un rumore che rimanda a una certa azione (ad esempio l'attivazione degli stessi neuroni nel momento in cui si strappa un pezzo di carta o si sente il rumore della carta strappata).

Ciò che sorprese di più i ricercatori fu un’altra tipologia di neuroni specchio, successivamente denominati comunicativi: essi si attivano sia quando si percepisce una sensazione piacevole o sgradevole, sia quando si vedono le stesse sensazioni espresse nel viso di altri. La comprensione di queste azioni comunicative sembra quindi essere accompagnata dalla simulazione motoria delle stesse azioni. Risulta plausibile pensare che questa particolare tipologia di neuroni possa estendere il ruolo della simulazione anche al dominio della comunicazione sociale e, ancora più a fondo, all'apprendimento.

In pochi anni l'entusiasmo per questa scoperta fu travolgente: non si era mai cercato di dimostrare l'influenza di cellule cerebrali in un campo prettamente sociale, perché erano sempre state considerate le responsabili di azioni meccaniche e prive di intenzionalità. I neuroni specchio, quindi, vennero considerati da alcuni come le strutture nelle quali si organizzano quelle condizioni che creano esperienze proprie, vissute come esperienze dell’altro: in altri termini non solo rendono possibile ciò che chiamiamo immedesimazione, condivisione e introspezione, ma danno anche la possibilità di fornire una risposta efficace come conseguenza di questi fenomeni.

Alcuni esperti come Marco Iacoboni, neuroscienziato che ha concentrato parte dei suoi studi su queste cellule, associano ai neuroni specchio la funzione dell'empatia, vale a dire la capacità di immedesimarsi nel prossimo; secondo questi scienziati è proprio questa caratteristica che ha permesso l'evoluzione dell'uomo, che si baserebbe su due facce della stessa medaglia: il “sé” e “l’altro da sé”.

Ad oggi, questa teoria non è però condivisa da tutta la comunità scientifica, il dibattito su quale sia il ruolo di queste cellule nei processi di apprendimento è infatti ancora aperto. In particolare, ci si domanda se davvero sia necessaria l’osservazione e la successiva imitazione per comprendere determinate azioni, oppure se ciò non sia necessario. Mentre alcuni scienziati, come Rizzolatti e Ramachandran, erano ottimisti sul fatto che i neuroni specchio si sarebbero rivelati cruciali per molte delle capacità sociali degli esseri umani, altri pensavano che l’importanza a loro attribuita fosse esagerata. Per qualche tempo, gli scettici hanno avuto argomentazioni forti, poiché, nonostante le affermazioni secondo cui i neuroni specchio potrebbero essere alla base di gran parte di ciò che rende gli esseri umani unici (come la lingua e la cultura), fino al 2008 non erano ancora stati identificati in modo decisivo negli esseri umani. Ad oggi però sono stati identificati in sono stati identificati in varie aree del cervello, tra cui la corteccia frontale mediale e la corteccia temporale mediale. È inoltre importante sottolineare che, revisionando tutti gli studi scientifici pubblicati sui neuroni specchio negli ultimi dieci anni, l’ipotesi più probabile è che i neuroni specchio contribuiscano a sistemi funzionali complessi, anziché dominarli.

In particolare, Cecilia Heyes e Caroline Catmur nel luglio del 2020 hanno pubblicato un articolo in cui hanno revisionato la letteratura scientifica sull’argomento: solo se queste cellule vengono studiate nel contesto di un sistema funzionale sono in grado di contribuire a spiegare processi più complessi come la classificazione dei movimenti del corpo e, soprattutto, le basi neurologiche dell’imitazione. La scoperta dei neuroni specchio, in ogni caso, è riuscita in poco tempo a mettere in crisi il concetto del sé e l’individualismo occidentale, il cui massimo esponente è Cartesio, dimostrando semplicemente che la nostra base biologica è tutt’altro che l’esclusione dell’altro da sè e che la posizione naturale dell’uomo è la posizione di un organismo predisposto all’interazione e alla riproduzione reattiva della disponibilità ad accettare chi ci circonda.

Nel complesso, i neuroni specchio sono una componente affascinante del corpo umano che senza dubbio verrà studiata ulteriormente negli anni a venire, fornendo prove promettenti per la comprensione del cervello umano e della nostra capacità di apprendimento.

Nicole Pavoncello

Lac Phe: la molecola prodotta dopo l'esercizio potrebbe allontanare la fame

La premessa doverosa è che i risultati sono solo su modelli animali, ma è notizia di un mese fa che un team di ricercatori del Baylor College of Medicine e della Stanford School of Medicine hanno identificato una molecola nel sangue, prodotta durante l'esercizio fisico, che potrebbe ridurre efficacemente l'assunzione di cibo e l'obesità nei topi.

Che l'esercizio fisico regolare possa aiutare a perdere peso, a regolare l'appetito e migliorare il profilo metabolico, è cosa nota, ma non siamo ancora a conoscenza al 100% di quali siano i meccanismi molecolari attraverso il quale ciò avviene. L’importanza è presto detta: non tutti possono svolgere attività fisica regolare, per disabilità o fragilità, e la conoscenza dei meccanismi molecolari è utile per la possibilità di avere quindi uno strumento in più per aiutare i pazienti.

La molecola identificata dai ricercatori come promettente è stata chiamata Lac-Phe, e si tratta di un amminoacido sintetizzato dal lattato (sottoprodotto di un intenso esercizio fisico) e dalla fenilalanina (uno dei “mattoni” delle nostre proteine).

Nei topi con obesità indotta (alimentati con una dieta ricca di grassi), una dose elevata di Lac-Phe dopo 10 giorni ha portato ad una riduzione di massa del 7% sopprimendo l'assunzione di cibo rispetto ai topi di controllo per un periodo di 12 ore senza influire sui loro movimenti o sul dispendio energetico. Lac-Phe ha quindi ridotto l'assunzione cumulativa di cibo e il peso corporeo (a causa della perdita di grasso) e ha migliorato la tolleranza al glucosio.

Questa scoperta è un ennesimo esempio di serendipità nella scienza: infatti circa dieci anni fa, Jansen, uno degli autori dello studio, insieme a Koen van de Wetering della Thomas Jefferson University, aveva scoperto per la prima volta negli esseri umani la molecola N-lattoil-fenilalanina (Lac-Phe). In realtà, Jansen e il suo team stavano cercando metaboliti endogeni trasportati da ABCC5, un trasportatore senza una funzione fisiologica nota, nulla a che fare con l'obesità.

Anche se non conoscevano la funzione dei N-lattoil-aminoacidi, il team di ricerca ha rintracciato l'enzima che li produce (CNDP2) e ha scoperto che aumentavano rapidamente durante l'esercizio fisico (in questo caso correndo su e giù per le scale del Netherlands Cancer Institute).

I ricercatori hanno anche identificato un enzima chiamato CNDP2 che è coinvolto nella produzione di Lac-Phe e hanno dimostrato che i topi privi di questo enzima non perdono tanto peso quanto un gruppo di controllo che seguono i medesimi esercizi.

Forti aumenti dei livelli plasmatici di Lac-Phe sono stati inoltre evidenziati in cavalli da corsa e negli esseri umani, suggerendo che si tratti di un sistema antico e conservato tra specie.

"Ci sono ancora molte domande senza risposta sull'esatta funzione della molecola", afferma lo stesso Jansen. "Ad esempio, non sappiamo in che modo influisca sul cervello dei topi e porti a un minor consumo di cibo". Allo stesso modo, la funzione della sostanza sull'uomo non è ancora nota: Lac-Phe potrebbe ridurre l'obesità, ma bisogna ancora scoprire se la somministrazione di quantità aggiuntive della sostanza avrà lo stesso effetto negli esseri umani come nei topi.

"Volevamo capire come funziona l'esercizio a livello molecolare per essere in grado di coglierne alcuni dei benefici", ha affermato il co-autore Dr. Jonathan Long. "Ad esempio, le persone anziane o fragili che non possono esercitare abbastanza, un giorno potrebbero trarre beneficio dall'assunzione di un farmaco che può aiutare a rallentare l'osteoporosi, le malattie cardiache o altre condizioni".

Con una nota positiva su Twitter, Jansen conclude: “È bello vedere che, dopo dieci anni, il nostro fondamentale lavoro ha dato i suoi frutti in un modo inaspettato ma fantastico. Un altro grande esempio del perché abbiamo bisogno della ricerca di base!”.

Debra Barki

Insulina, una scoperta frutto del caso

Ammettiamolo: se ci dicessero che basta fare sempre un certo gesto (per cui magari siamo anche particolarmente bravi) perché tutto vada a finire esattamente come previsto, da una parte saremmo forse rasserenati, ma poi subentrerebbe così veloce la noia... Fortunatamente, la casualità recita un ruolo essenziale nel teatro della nostra vita e la scienza in primis deve molti dei suoi successi (e soddisfazioni) a questo attore.

La capacità di osservazione e il caso sono infatti i due ingredienti segreti che hanno portato ad una delle scoperte più importanti e rivoluzionarie nel campo della medicina, che ha cambiato il mondo e il destino di innumerevoli pazienti affetti da una strana malattia: il diabete.

Siamo alla fine dell’800 e la diagnosi di questo morbo suona ancora come sentenza di morte. Anche i medici più brillanti, a quei tempi, non avevano granché da offrire per aiutare le persone affette da tale patologia. Diete molto rigide venivano raccomandate ai pazienti, che riuscivano a guadagnarsi così qualche anno in più di vita, ma senza la possibilità di salvarla. Il diabete era quindi una vera e propria condanna, fino a quando…

I fisiologi sono alle prese con un acceso dibattito: è possibile asportare totalmente il pancreas di un animale e sperare che questo sopravviva? Nel 1889, Oscar Minkowski (1858-1931), medico lituano di origine ebraica, si trova a Strasburgo per studiare sotto al clinico medico Bernhard Naunyn, di cui diventa presto l’allievo prediletto. Nel frattempo, Joseph von Mering (1849-1911) sta studiando gli effetti del pancreas sulla digestione, che in effetti è in grado di produrre alcune proteine (gli enzimi pancreatici) capaci di demolire nell’intestino i cibi ingeriti, siano essi di natura proteica o lipidica. Nel tentativo di stabilire l’importanza del succo pancreatico, Mering propone all’amico Minkowski, abile operatore con esperienza nella rimozione del fegato negli uccelli, una pancreasectomia totale (asportazione totale del pancreas) in un cane. Minkowski accetta la sfida e, con la benedizione del maestro Naunyn, si immerge nei suoi esperimenti, ottenendo ottimi risultati: l’operazione, senza preparazioni speciali, è un successo e incredibilmente il cane sopravvive. I due pensano quindi che presto avrebbero utilizzato il cane come modello per gli studi sui grassi, come pianificato inizialmente. Fin qua, nulla di eccezionale. Il metodo scientifico procede secondo la sua puntuale logica: curiosità, intuito e abilità portano al risultato sperato. Ma come detto, è il caso il vero protagonista della storia.

L'attento inserviente di laboratorio infatti, Herr Joseph Zinck, comincia a lamentarsi con il dottor Minkowski dell’animale utilizzato nell’esperimento: il cane, che prima era così pulito, ora non faceva altro che urinare incessantemente in tutti gli angoli della stanza, attirando continuamente nugoli di mosche. Cosa era capitato? Minkowskidecide di "seguire un impulso momentaneo" e, senza avere una reale idea di ciò che avrebbe trovato, decide di esaminare quella stessa urina col reattivo di Trommer. Ciò che osserva, unicamente per sua curiosità, lo porterà inequivocabilmente a rivoluzionare il mondo della medicina senza esserne a conoscenza: l’urina è ricca di zucchero, proprio come quelle di un malato di diabete! Nel frattempo, il cane muore ischeletrito in coma diabetico. A questo punto, all’osservazione non può che affiancarsi l’intuizione: partendo dalle conoscenze dell’epoca sul diabete, i due ipotizzano che l’asportazione del pancreas sia in grado di rendere l’animale diabetico. Il pancreas, in altre parole, deve quindi essere in grado di produrre qualche secrezione indispensabile per controllare l’utilizzo dello zucchero da parte dell’organismo. Le teorie non tardano a diffondersi e a contrastarsi. Minkowski stesso, fino al 1895, non trova spiegazioni convincenti per il suo diabete da asportazione del pancreas.

Per arrivare all’attuale terapia e quindi alla scoperta dell’insulina così come la conosciamo oggi, dovrà passare ancora qualche decennio, quando le complesse e parallele ricerche degli scienziati del tempo si fonderanno insieme come pezzi di un puzzle.

Infatti, nel 1921, finalmente, la rivelazione: Frederick Banting e Charles Herbert Best riescono a isolare l’ormone insulina prodotto dalle cellule β del pancreas. Nonostante sarà il solo Banting nel 1923 a ricevere il premio Nobel per la medicina per questa rivoluzionaria scoperta, la sua ricerca deve comunque molto ai ricercatori a lui antecedenti, come Georg Ludwig Zuelzer e Nicolae Paulescu. Circa vent’anniprima, infatti, il medico rumeno Paulescu aveva isolato una soluzione acquosa dal pancreas che definì “ormone antidiabetico” e denominò “pancreina”. Descrive così gli effetti dell'estratto: «Se nella vena giugulare di un animale reso diabetico dall'asportazione totale del pancreas si inietta un estratto pancreatico si osservano: anzitutto, una temporanea diminuzione o anche un temporaneo annullamento della iperglicemia che può giungere fino all'ipoglicemia; si ha anche una soppressione passeggera della glicosuria; secondo: si constata una riduzione netta della concentrazione dell'urea, nel sangue come nelle urine». Molto simile a ciò che si osserva con l’insulina odierna.

All'11 gennaio 1922 risale il primo esperimento su un essere umano, Leonard Thompson, un ragazzo diabetico di 14 anni considerevolmente migliorato dopo il trattamento con questo ormone. È una svolta epocale nella storia della malattia che diventa improvvisamente curabile.

Ma dove risiede la complessità del diabete? Cosa lo ha reso una malattia incurabile per secoli?

Il mantenimento dei livelli di zucchero nel sangue è un aspetto critico dell’omeostasi del nostro corpo, ossia per permettere l’immagazzinamento delle risorse energetiche e il loro utilizzo durante i periodi di digiuno. Il glucosio è, infatti, la prima fonte energetica utilizzata dall’organismo e l’unico substrato energetico utilizzabile dal cervello, che non può peraltro essere accumulato. Pertanto, è necessario che la concentrazione nel sangue di glucosio sia mantenuta costante. L’omeostasi glucidica è mantenuta dal pancreas endocrino, attraverso insulina e glucagone, ormoni che permettono di mantenere i livelli di glucosio circolante entro 60-140 mg/dL. In condizioni normali, l'insulina rilasciata dal pancreas entra nel circolo sanguigno dove funziona come una "chiave" necessaria per far entrare il glucosio all'interno delle cellule, con azione ipoglicemizzante, abbassando cioè la glicemia. Ciò spiega come mai ad una carenza o un'alterata azione insulinica si accompagni un aumento degli zuccheri presenti in circolo, caratteristica, questa, tipica del diabete.

Ma quindi cos'è il diabete?

Partiamo dalla parola stessa: il termine diabete deriva dal greco e significa "che passa attraverso". Infatti, tra i primi sintomi evidenziati dai medici greci vi era l’elevata frequenza di urine (poliuria) e il dimagrimento progressivo e per questo immaginarono che il corpo fosse in grado di “sciogliersi in acqua" dal verbo greco "diabaino", sciogliersi, passare attraverso. Il diabete mellito è in realtà una malattia cronica molto più articolata, caratterizzata in generale da un eccesso di zuccheri (glucosio) nel sangue, una condizione nota come iperglicemia. La causa dell’iperglicemia, pur avendo sempre come protagonista l’insulina, può essere diversa e per questo si distinguono in generale un diabete di tipo 1 e un diabete di tipo 2: il diabete di tipo 1 ha di solito una base autoimmune che determina la distruzione delle cellule β pancreatiche, responsabili della produzione dell’ormone insulina, portando così ad una diminuita, se non assente, produzione di essa e quindi a iperglicemia. Il diabete di tipo 2 (il più prevalente) è invece solitamente determinato da mutazioni geniche che determinano una scarsa affinità dell’insulina per il suo recettore, portando quindi ad un mancato effetto insulinico e quindi, ancora, a iperglicemia.

Le terapie attuali per il diabete di tipo 1 comprendono ovviamente come primo rimedio la somministrazione di insulina sottocute, prima di ogni pasto. Attualmente esistono e vengono utilizzati anche dei pancreas artificiali, ossia dei sistemi chiusi di rilascio dell’insulina, costituiti da un sensore e un microinfusore i quali interagiscono in modo da calibrare le dosi di insulina da introdurre.

Come alternativa, esiste anche l’immunoterapia, che ad esempio vede l’utilizzo dell’antibiotico immmunosopressore Ciclosporina A, in grado di preservare la funzione delle cellule beta. Ancora, come ulteriore opzione, sono in atto studi sul “Cell replacement” (sostituzione cellulare), un trattamento che sfrutta la tecnologia delle cellule staminali per ottenere dei pancreas artificiali in grado di secernere efficientemente insulina.

Per quanto riguarda il diabete di tipo 2, vengono utilizzati sia approcci non farmacologici che consistono nel miglioramento dello stile di vita, ritardando l’insorgenza della patologia, sia approcci farmacologici, i quali differiscono in base al meccanismo pato-fisiologico.

Nell’ultimo secolo è quindi cambiata drasticamente l’idea che abbiamo del diabete, trasformandosi da una diagnosi che conduceva a morte certa ad una malattia effettivamente controllabile e che permette di avere uno stile di vita pressoché normale. Ad oggi, infatti, non serve più essere drastici nella dieta e severi nell’attività fisica, ma bastano poche semplici regole. Regole da seguire però con costanza tutti i giorni, per volersi bene e non darla vinta al diabete.

È la persona affetta da questa malattia che diventa la vera protagonista della cura. Il medico specialista è solo un facilitatore; sono le persone con diabete, con il loro stile di vita, l’aderenza alle terapie e ai controlli prescritti, l’abitudine all’automonitoraggio corretto della glicemia, che fanno la differenza e vincono la battaglia finale contro questo scaltro nemico.

Alessia Campagnano