Per secoli filosofi e scienziati hanno dibattuto sulla natura della mente umana alla nascita: siamo una “tabula rasa”, un foglio bianco su cui l’esperienza scrive la sua storia, o arriviamo al mondo con un bagaglio di conoscenze preesistenti? La risposta sembra pendere decisamente verso la seconda ipotesi. Una recente indagine condotta dall’Università della California, Santa Cruz (UCSC), suggerisce che il cervello umano possiede una capacità innata di generare impulsi elettrici, indipendentemente dagli stimoli esterni. È come se nascessimo con un hardware biologico su cui gira già un software di base, pronto all’uso ancor prima del primo respiro.
Questa evidenza, emersa grazie all’uso di tecnologie avanzate, cambia radicalmente la nostra percezione dello sviluppo neonatale. Non siamo recettori passivi che attendono di essere attivati dall’ambiente; il nostro sistema nervoso si sta “riscaldando” e testando i propri circuiti molto prima di quanto ipotizzato in passato.
Organoidi: replicare il cervello per svelarne i segreti
Per giungere a queste conclusioni, il team di ricerca non ha potuto osservare direttamente il cervello di feti in via di sviluppo per ovvie ragioni etiche e pratiche. La soluzione è arrivata dall’ingegneria biomolecolare: gli scienziati hanno coltivato in laboratorio degli organoidi cerebrali umani.
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Questi non sono semplici colture cellulari su un vetrino. Si tratta di modelli tridimensionali complessi, modelli 3D ricavati da vere cellule staminali pluripotenti, che si auto-organizzano replicando la struttura e le funzioni di un cervello umano in miniatura. . Questa tecnologia permette di osservare fasi dello sviluppo neurologico che altrimenti rimarrebbero invisibili, offrendo una finestra privilegiata sui primi momenti di vita dei neuroni.
L’aspetto rivoluzionario dello studio pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Neuroscience risiede nel metodo di osservazione. Utilizzando sofisticati microelettrodi, i ricercatori hanno registrato l’attività neuronale all’interno di questi mini-cervelli. Ciò che hanno trovato non è stato il silenzio, né un rumore di fondo casuale. Hanno rilevato schemi di attività elettrica distinti e organizzati.
Tal Scharf, professore di ingegneria biomolecolare alla Baskin School of Engineering e capo della ricerca, ha sottolineato un punto cruciale: “Queste cellule interagiscono tra loro e formano circuiti molto prima che si verifichi qualsiasi stimolazione esterna”. Questo significa che i neuroni non aspettano l’input degli occhi o delle orecchie per iniziare a parlarsi. Hanno già un linguaggio e una struttura di comunicazione attiva.
Un sistema predisposto per l’apprendimento immediato
L’analogia con l’informatica è quasi inevitabile. Immaginate di accendere un computer nuovo di zecca. Anche prima di installare programmi o connettersi a internet, la macchina esegue processi fondamentali per verificare che la memoria funzioni, che il processore risponda e che le periferiche siano pronte. Lo studio dell’UCSC indica che accade qualcosa di molto simile nella nostra testa.
Esiste un sistema operativo che nasce nello stato primitivo del cervello. Questa architettura predefinita serve a uno scopo evolutivo preciso: preparare il neonato a processare le informazioni immediatamente. Se il cervello dovesse costruire i suoi circuiti di elaborazione del segnale da zero solo dopo la nascita, i tempi di apprendimento e reazione sarebbero fatalmente lenti. Invece, grazie a questi circuiti di elaborazione del segnale predeterminati, il sistema nervoso è cablato per decodificare la realtà fin dal primo istante.
Oltre la teoria: implicazioni mediche concrete
La scoperta non è solo un trionfo accademico, ma apre scenari fondamentali per la medicina moderna. Capire che esiste uno schema di base “corretto” permette agli scienziati di identificare cosa succede quando questo schema si interrompe o devia.
Lo studio fornisce strumenti nuovi per analizzare come fattori esterni possano interferire con questo delicato “boot” del sistema. Sostanze chimiche, farmaci o tossine ambientali a cui è esposta la madre potrebbero alterare questi primi segnali elettrici. Se il sistema nervoso è predisposto a percepire l’ambiente, un’interferenza in questa fase precoce potrebbe essere alla base di molti disturbi del neurosviluppo che si manifestano solo anni dopo.
Gli scienziati sono fiduciosi che queste conoscenze accelereranno la comprensione dei meccanismi alla base delle malattie neurologiche complesse. Patologie come l’epilessia infantile, l’autismo o la schizofrenia potrebbero avere radici in microscopiche alterazioni di questi circuiti primitivi.
Avere un modello funzionante in laboratorio – l’organoide – permette ora di testare nuovi trattamenti farmacologici in un ambiente controllato che replica la fisiologia umana molto meglio dei modelli animali. Si possono somministrare molecole e osservare in tempo reale se riescono a ripristinare i segnali elettrici trasmessi dai neuroni verso uno schema funzionale.
Il futuro della ricerca neuroscientifica
Siamo di fronte a un cambio di paradigma. La visione del cervello come una spugna che assorbe passivamente il mondo viene sostituita da quella di un organo attivo, che proietta le sue aspettative e le sue strutture sul mondo stesso. L’attività intrinseca del cervello, quella che avviene “al buio” nell’utero o nella coltura di laboratorio, è fondamentale quanto l’attività evocata dall’esperienza.
Le opportunità uniche per la comprensione dei principi fondamentali del sistema nervoso centrale offerte da questo studio sono enormi. Nei prossimi anni, vedremo probabilmente un aumento degli studi basati su organoidi per mappare non solo come il cervello si accende, ma come impara a restare in equilibrio tra stabilità e plasticità.
La ricerca suggerisce che per curare il cervello adulto, dobbiamo prima capire come si costruisce il cervello embrionale. Il “sistema operativo” di cui parla Scharf è la base su cui gira tutta la nostra vita cosciente; conoscerne il codice sorgente è il primo passo per ripararlo quando qualcosa non va.
Domande Frequenti (FAQ)
Il cervello alla nascita è una “tabula rasa” senza conoscenze? No, la ricerca moderna smentisce questa teoria. Lo studio dell’Università della California dimostra che il cervello possiede circuiti neuronali preesistenti e attivi. Esiste un’attività elettrica organizzata e non casuale che prepara il sistema nervoso a interagire con il mondo prima ancora di averne esperienza diretta.
Cosa sono esattamente gli organoidi cerebrali? Sono modelli tridimensionali di tessuto cerebrale, grandi quanto un pisello, coltivati in laboratorio a partire da cellule staminali umane. Non sono cervelli coscienti, ma replicano fedelmente la struttura cellulare e l’attività elettrica del cervello in via di sviluppo, permettendo agli scienziati di studiare processi impossibili da osservare nell’uomo vivo.
Perché questa scoperta è importante per curare le malattie? Comprendere il “sistema operativo” di base del cervello permette di individuare precocemente le anomalie. Se sappiamo come dovrebbero formarsi i circuiti sani, possiamo capire come tossine o difetti genetici causino disturbi come l’autismo o l’epilessia e sviluppare farmaci che agiscano su questi meccanismi precoci.
Come fanno gli scienziati a misurare l’attività di questi mini-cervelli? Utilizzano matrici di microelettrodi ad alta sensibilità. Questi strumenti captano le minime variazioni di voltaggio generate dai neuroni quando “sparano” i segnali. Analizzando questi dati, i ricercatori possono mappare i flussi di comunicazione tra le cellule e identificare schemi ricorrenti di attività.
Per approfondire lo studio originale e i dettagli tecnici della ricerca:
- Nature Neuroscience – Journal
- UCSC Baskin School of Engineering News
- National Institutes of Health (NIH) su Organoidi e Sviluppo
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