Cos’è la Neurogenesi: il pensiero dei 5 neuroscienziati più influenti al mondo

[Immagine del giro dentato umano che mostra neuroni immaturi (in rosso) e maturi (blu) nello strato di cellule granulari dell’ippocampo fonte: http://www.cbm.uam.es/]

La neurogenesi è il processo di formazione di nuove cellule nervose da cellule staminali neurali.

A dispetto delle più antiche credenze popolari, la maggior parte dei neuroscienziati sostiene la tesi che il cervello dell’uomo continua a crescere ed a rigenerarsi anche ad 80 anni ed oltre!

Grazie agli studi di alcuni neuroscienziati le ricerche aprono a fantastici scenari per la nostra salute: dalla prevenzione alla cura delle malattie neurodegenerative (Alzheimer), alla riabilitazione neurologica e motoria, al potenziamento della nostra plasticità cerebrale, e ciò vale per tutto l’arco della nostra vita.

 

Migliora le tue capacità cognitive

La strategia di questo articolo è quella di farvi comprendere le grandi potenzialità del nostro cervello ed il modo di farvi cogliere le opportunità di tenerlo sempre attivo.

Dobbiamo sfruttare queste nostra innate capacità cerebrali per tenere lontane depressione e malattie neuro-degenerative come l’alzheimer e soprattutto per essere sempre mentalmente lucidi ed attivi.

Il potenziale neurogenico molto probabilmente varia da individuo ad individuo, ed è altamente probabile che anche l’equilibrio tra cellule staminali e produzione di nuove cellule cerebrali sia dinamica, ovvero vari continuamente in base al nostro genotipo, agli stimoli esterni ed al nostro stile di vita.

Possiamo diventare anche più intelligenti?

Il quoziente di intelligenza che si pensava rimanesse pressochè invariato, secondo uno studio dell’University College of London e citato da Focus30 modi per diventare più intelligenti, può crescere o diminuire nel corso di tutta la vita, può crescere anche di 21 punti, o crollare di 18.

Questa ricerca, insieme a diversi e più importanti studi sulla neuroplasticità del cervello, prova che possiamo migliorare l’intelligenza in qualsiasi fase della nostra vita.

 

Sempre in attività da Zero a Novanta (anni)

Gli studi analizzati mostrano dei cambi strutturali nel cervello, aumenti sia in volume che in densità della cosiddetta materia grigia. Cosa ancor più interessante è che le attività motorie e quelle intellettive sono due facce della stessa medaglia.

Giocare a tennis, cucinare, lavorare a maglia, studiare ed ascoltare musica hanno effetti equivalenti nel migliorare le capacità dell’intelletto.

Queste attività amplificano la loro efficacia quando prevedono interazioni sociali e/o quando accrescono la nostra autostima, come ad esempio nel caso in cui rendiamo utilità alla collettività (forse questo non vale per tutti :().

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Abbiamo analizzato gli studi di 5 tra i più grandi ed influenti neuroscienziati

Da un’analisi dei più importanti studi scientifici in tema di neurogenesi emerge la certezza (o quasi) della possibilità di sviluppare nuovi neuroni ed accrescere le capacità cerebrali anche in età adulta (fino ai 80-90 anni e forse oltre).

Questo fenomeno rappresenta un aspetto chiave nella plasticità neuronale, in processi di vita importanti come l’apprendimento e la memoria.

Maura Boldrini

Maura Boldrini, toscana. Docente di Neurobiologia e Psichiatria alla Columbia University di New York.

Per portare avanti i suoi studi Boldrini ha deciso di lasciare l’Italia (non per sua scelta) e di lavorare alla Columbia University, dove esiste una banca di oltre 5000 cervelli conservati sotto zero. I donatori non avevano alcun segno di declino cognitivo o demenza e non avevano preso farmaci con effetti sul cervello.

Da lì è cominciato un lungo lavoro di analisi sui cervelli, senza patologie, di donatori di età tra i 14 e i 79 anni.

La dott.ssa Boldrini ha finora dimostrato che:

1. La neurogenesi è ampiamente preservata nei primi otto decenni di vita, sebbene gli indici vascolari mostrino un declino in quell’intervallo di età. Indica, inoltre, il potenziale per migliorare alcuni effetti dell’invecchiamento sulla cognizione. Cell.com Cell Stem
   volume 22, issue 4, p589-599.e5, april 05, 2018
   Human Hippocampal Neurogenesis Persists throughout Aging
2. la neurogenesi è compromessa nella depressione e nel suicidio Biological Psychiatry Journal.combiologicalpsychiatryjournal
   volume 85, issue 10, p850-862, may 15, 2019
   Resilience Is Associated With Larger Dentate Gyrus, While Suicide Decedents With Major Depressive Disorder Have Fewer Granule Neurons
   ;
3. Le anomalie della neurogenesi nella depressione sono assenti quando i pazienti sono stati trattati con antidepressivi;

“Abbiamo scoperto che le persone anziane hanno la capacità di produrre migliaia di nuovi neuroni dell’ippocampo da cellule progenitrici proprio come fanno i più giovani”, cita Boldini in un intervista su Repubblica.

Altri studi condotti dal gruppo della Boldrini sono:

• gli effetti degli antidepressivi sulla neurogenesi umana adulta (Neuropsicofarmacologia 2009);
• la relazione tra neurogenesi ippocampale e angiogenesi (Biological Psychiatry 2012);
• effetti dell’invecchiamento sulla neurogenesi adulta (Cell Stem Cell 2018);
• volume dell’ippocampo e cambiamenti di neuroplasticità associati alla resilienza alle avversità nella prima infanzia (Biological Psychiatry 2019);

Come avviene la neurogenesi

“Prima di diventare neuroni adulti, le staminali neurali attraversano diversi stadi. In ogni stadio di maturazione esprimono una proteina diversa. Grazie ad anticorpi che si attaccano selettivamente sulle diverse proteine e diventano fluorescenti, possiamo individuare i neuroni nelle loro fasi intermedie di formazione.

Lo studio del team della dott.ssa Boldrini ha esaminato il cervello di 28 persone che erano morte improvvisamente. Erano tutti cognitivamente sani e di età compresa tra i 14 e i 79 anni. Osservando le sezioni dell’ippocampo associate alla memoria, hanno dimostrato che il cervello conteneva migliaia di neuroni appena formati sia nei giovani che negli anziani: il volume di questa struttura cerebrale equivaleva nelle varie età esaminate. Hanno così stimato che i neuroni sostituiti ogni giorno fossero circa 700, indipendentemente dall’età.

Heather Cameron

Heather Cameron ha conseguito la laurea presso l’Università di Yale e il dottorato della Rockefeller University.

Cameron, lavora presso il National Institute of Mental Health (NIMH) di Bethesda, nel Maryland. Ha determinato l’entità della neurogenesi adulta nel giro dentato e ha studiato gli effetti degli ormoni dello stress sulla neurogenesi nell’ippocampo del ratto invecchiato.

La dott.ssa Cameron ha finora dimostrato:

• la funzione della neurogenesi negli adulti, studiando la regolazione dello sviluppo delle cellule granulari, l’attivazione dei nuovi neuroni e le conseguenze comportamentali dell’inibizione della neurogenesi.
• Lo stress e la perdita della neurogenesi adulta riducono in modo differenziale il volume dell’ippocampo PubMedBiol Psychiatry 15 dic 2017;82 (12): 914-923. doi: 10.1016 / j.biopsych.2017.05.013. Epub 2017, 22 maggio.Lo stress e la perdita della neurogenesi adulta riducono in modo differenziale il volume dell ippocampoHeather A Cameron 2;
• gli effetti della neurogenesi adulta sul comportamento. ha scoperto che i topi privi di neurogenesi adulta mostrano maggiori risposte fisiologiche e comportamentali allo stress psicosociale e una ridotta capacità di adattamento al loro livello di comportamento simile all’ansia o cautela in ambienti in cui le minacce sono imprevedibili. Inoltre, ha scoperto che ratti e topi privi di neurogenesi in corso mostrano una diminuzione della motivazione in compiti difficili e un ridotto spostamento dell’attenzione ai cambiamenti nell’ambiente PubMedHippocampus 2019 Sep;29(9):848-861. doi: 10.1002/hipo.23087. Epub 2019 Mar 13.New Neurons Restore Structural and Behavioral Abnormalities in a Rat Model of PTSDHeather A Cameron.

L’esperimento sui rati normali e ratti geneticamente modificati

Nella primavera del 2019, il neuroscienziato Heather Cameron impostò un semplice esperimento. Lei e i suoi colleghi misero un topo adulto nel mezzo di una scatola di plastica con una bottiglia d’acqua a un’estremità. Attesero che il ratto iniziasse a bere e poi emisero un suono molto forte per vedere come avrebbe reagito l’animale. Il team lo ha fatto ripetutamente con ratti normali e con animali geneticamente modificati (incapaci di creare nuovi neuroni nei loro ippocampi, la regione del cervello coinvolta nell’apprendimento e nella memoria).

Quando gli animali sentirono il rumore, quelli che potevano creare nuovi neuroni dell’ippocampo smisero immediatamente di bere acqua e si guardarono intorno, ma gli animali privi di neurogenesi dell’ippocampo continuarono a bere. Quando il team ha condotto l’esperimento senza la bottiglia d’acqua, entrambi i gruppi di topi si sono guardati attorno per capire da dove provenisse il suono. I ratti che non potevano creare nuovi neuroni sembravano avere problemi spostando la loro attenzione da un compito all’altro.

Abbiamo scoperto che i topi privi di neurogenesi adulta mostrano maggiori risposte fisiologiche e comportamentali allo stress psicosociale e una ridotta capacità di adattamento al loro livello di comportamento simile all’ansia o cautela in ambienti in cui le minacce sono imprevedibili. Inoltre, scopriamo che ratti e topi privi di neurogenesi in corso mostrano una diminuzione della motivazione in compiti difficili e un ridotto spostamento dell’attenzione ai cambiamenti nell’ambiente. Stiamo studiando in che modo gli effetti su stress, motivazione e attenzione sono correlati tra loro e con un ruolo nell’apprendimento e nella memoria.

Più recentemente, gli esperimenti di Cameron hanno legato la neurogenesi all’oblio, un modo possibile per garantire che il cervello non si sovraccarichi di informazioni di cui non ha bisogno, e di ansia, depressione, stress e di attenzione.

 

Maria Llorens Martin

Maria Llorens Martín lavora al  Centro di Biología Molecolare “Severo Ochoa” presso l’Università Autonoma di Madrid.

Ha affermato di aver iniziato a raccogliere e conservare con cura campioni di cervello nel 2010, quando ha realizzato che molti cervelli immagazzinati nelle banche del cervello non erano adeguatamente conservati per questo tipo di ricerca.

Nel loro studio, lei e i suoi colleghi hanno esaminato il cervello delle persone decedute sane e persone decedute con stadi diversi della malattia di Alzheimer.

La dott.ssa Llorens Martin ha scoperto che il cervello delle persone con Alzheimer mostrava pochi o nessun segno di nuovi neuroni nell’ippocampo, con un segnale minore quanto più le persone si trovavano nello stadio avanzato della malattia.

Ciò suggerisce che la perdita di nuovi neuroni – se potesse essere rilevata nel cervello vivente – sarebbe un indicatore precoce dell’insorgenza dell’Alzheimer e che la promozione di una nuova crescita neuronale potrebbe ritardare o prevenire la malattia.

La dott.ssa Llorens Martín ha finora dimostrato che :

• La neurogenesi dell’ippocampo negli adulti è abbondante nei soggetti neurologicamente sani e diminuisce drasticamente nei pazienti con malattia di Alzheimer PubMed

In particolare, siamo interessati a determinare il potenziale terapeutico dell’aumento della neurogenesi dell’ippocampo adulto per il trattamento di malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer (AD) e altre tauopatie e malattie psichiatriche.

Inoltre, una caratteristica unica di questa struttura è l’esistenza della neurogenesi adulta. Il processo di neurogenesi dell’ippocampo adulto comprende la nascita e l’integrazione funzionale dei neuroni neonati durante la vita. Il circuito dell’ippocampo adulto conferisce al circuito uno straordinario grado di plasticità.

Cosa avviene invece nel cervello di soggetti affetti da malattia di Alzheimer?

Dopo aver analizzato, postmortem, il tessuto cerebrale di 13 individui sani tra i 43 e gli 87 anni e di 45 pazienti con malattia di Alzheimer tra 52 e 97 anni di età, i ricercatori hanno identificato migliaia di neuroni neonati nel giro dentato, una parte dell’ippocampo, anche in soggetti ultra ottantenni.

Questa è un’altra prova che in effetti la neurogenesi esiste anche nelle persone anziane e che la nascita di nuovi neuroni non si esaurisce nell´adolescenza.
Ma, confrontando i cervelli di soggetti sani e soggetti con Alzheimer i ricercatori hanno osservato che la neurogenesi era molto ridotta in questi ultimi.

Nonostante la neurogenesi diminuisca gradualmente con l’età, il numero di neuroni in persone sane sembra essere costantemente superiore al numero trovato in pazienti con malattia di Alzheimer, indipendentemente dalla loro età. Questi pazienti infatti avevano decine di migliaia di neuroni in meno rispetto ai soggetti sani e la perdita di cellule progrediva con la gravità della malattia.

L’ippocampo è una delle aree più colpite nella malattia di Alzheimer (AD). Inoltre, questa struttura ospita uno dei fenomeni più singolari del cervello dei mammiferi adulti, vale a dire l’aggiunta di nuovi neuroni per tutta la vita. Questo processo, chiamato neurogenesi dell’ippocampo adulto (AHN), conferisce un grado ineguagliabile di plasticità all’intero circuito dell’ippocampo.

Combinando campioni di cervello umano ottenuti in condizioni strettamente controllate e metodi di elaborazione dei tessuti all’avanguardia, abbiamo identificato migliaia di neuroni immaturi nella DG di soggetti umani neurologicamente sani fino alla nona decade di vita. Questi neuroni hanno mostrato gradi variabili di maturazione lungo gli stadi di differenziazione di AHN. In netto contrasto, il numero e la maturazione di questi neuroni sono progressivamente diminuiti con l’avanzare dell’AD.

 

Jonas Frisén

Jonas Frisén, professore presso l’Istituto Karolinska in Svezia.

In una e-mail. Frisén, che non era coinvolto nella nuova ricerca, scrisse un News and Views sullo studio nel numero di marzo di Nature Medicine.

“Direi che esiste un caso schiacciante per la neurogenesi nel corso della vita nell’uomo”, ha dichiarato Jonas Frisén.

Le ricerche del dott. Frisén:

C’erano stati suggerimenti di nuovi neuroni che si manifestavano nello striato di primati nei primi anni 2000. Nel 2005, Heather Cameron del National Institute of Mental Health e colleghi hanno confermato queste scoperte, mostrando prove di neuroni appena fatti nella neocorteccia di ratto , una regione del cervello coinvolta nel ragionamento spaziale, nel linguaggio, nel movimento e nella cognizione e nello striato , una regione del cervello coinvolta nella pianificazione dei movimenti e nella reazione alle ricompense, così come nell’autocontrollo e nel pensiero flessibile ( J Cell Biol , 168: 415–27).

Quasi un decennio più tardi, usando isotopi di carbonio-14 derivati ​​da test di bomba nucleare per identificare quando sono nate le cellule nervose, Jonas Frisén dell’Istituto Karolinska di Stoccolma e colleghi hanno esaminato il cervello degli umani adulti post-mortem e hanno confermato l’ esistenza di nuovi neuroni nello striato ( Cell , 156: 1072–83, 2014).

Non tutti sono convinti della Neurogenesi

Arturo Alvarez-Buylla

Alvarez-Buylla è stato l’autore senior di un documento che su Nature  ha messo in dubbio l’esistenza della neurogenesi. Professore di chirurgia neurologica all’Università della California, San Francisco, afferma di dubitare ancora che i nuovi neuroni si sviluppino nell’ippocampo del cervello dopo l’infanzia.

“Non credo affatto che lo studio della Boldrini risolva le cose”, dice. “Ho studiato neurogenesi adulta per tutta la vita. Vorrei poter trovare un posto (nell’uomo) dove accada in modo convincente. ”

Alvarez-Buylla afferma di pensare che il dibattito scientifico sull’esistenza della neurogenesi dovrebbe continuare. “La conoscenza di base è fondamentale. Il solo fatto di sapere se i neuroni adulti vengono sostituiti è un affascinante problema di base “, afferma.

Le ricerche del dott. Alvarez-Buylla:

Concludiamo che il reclutamento di giovani neuroni nell’ippocampo primato diminuisce rapidamente durante i primi anni di vita e che la neurogenesi nel giro dentato non continua o è estremamente rara, negli umani adulti. Il declino precoce della neurogenesi dell’ippocampo solleva interrogativi su come la funzione del giro dentato differisce tra l’uomo e le altre specie in cui è conservata la neurogenesi dell’ippocampo adulto PubMed.

La replica degli altri neuroscenziati:

La dott.ssa Boldroni ed altri neuroscienziati commentano che non si conosce bene, invece, la condizione dei cervelli esaminati nello studio dell’University of California che sostiene il contrario.

Fra l’altro, la ‘Brain bank’ della Columbia University che ho usato per arrivare alle mie conclusioni, è quella che ha più informazioni diagnostiche e anagrafiche sui donatori.

Inoltre nello studio di Alvarez-Buylla si sono studiate sezioni di 30 micron di un organo come l’ippocampo che è lungo 4 centimetri: se non si trovano nuovi neuroni analizzando una parte così ridotta dell’ippocampo, non è detto che non ci siano”.

 

Conclusioni

Per quanto riguarda la neurogenesi dell’ippocampo adulto nell’uomo, molte domande rimangono senza risposta. Le differenze di specie sono interessanti e importanti, e il rapporto di Sorrells et al. ci ricorda che le semplici traduzioni 1:1 dagli studi sugli animali all’uomo sono problematiche.

Ma le convergenze di studi e scoperte dei maggiori neuroscienziati mette fortemente in discussione l’affermazione che non ci sia neurogenesi adulta nell’ippocampo umano.

Vi è chiaramente la necessità di ulteriori modi per studiare la generazione di nuovi neuroni negli umani adulti. Un’analisi più completa dei fenotipi cellulari e delle potenziali traiettorie di differenziazione, ad esempio il sequenziamento dell’RNA a singola cellula, fornirà probabilmente informazioni preziose. I metodi per seguire il processo della neurogenesi adulta in vivo sarebbero estremamente preziosi, in particolare per valutare i cambiamenti in condizioni diverse e in patologia.