Un nuovo studio condotto da scienziati del King College di Londra e dell'Università dell'Arizona (UA), pubblicato su Science, rivela le somiglianze profonde nel modo in cui il cervello regola il comportamento degli artropodi (come mosche e granchi) e vertebrati (come pesci, topi ed esseri umani).

I risultati gettano nuova luce sull'evoluzione del cervello e del comportamento e possono aiutare a capire i meccanismi di malattia sottostanti ai problemi di salute mentale.

Cervello di un moscerino della frutta adulto (magenta) e il complesso centrale (verde). (Credit: Dr. Frank Hirth, King's College London)

Sulla base delle loro proprie scoperte e sulla letteratura disponibile, il dottor Frank Hirth (del King) e il dottor Nicholas Strausfeld (dell'UA) hanno confrontato lo sviluppo e la funzione delle aree cerebrali centrali degli artropodi (il 'complesso centrale') e dei vertebrati (il 'ganglia basale').

La ricerca suggerisce che entrambe le strutture cerebrali derivano da cellule staminali embrionali alla base del prosencefalo in sviluppo e che, nonostante le grandi differenze tra le specie, le rispettive costituzioni e specifiche derivano da programmi genetici simili.

Gli autori scrivono che le cellule nervose nel complesso centrale e nel ganglia basale si interconnettono e comunicano tra loro in modo simile, facilitando la regolazione dei comportamenti adattivi. In altre parole, la risposta di una mosca o di un topo agli stimoli interni come la fame o il sonno, e agli stimoli esterni come la temperatura o la luce/buio, sono regolati da meccanismi neurali simili.

Il Dr Hirth dell'Istituto di Psichiatria del King College di Londra scrive: "Mosche, granchi, topi, esseri umani: tutti sperimentano fame, bisogno di dormire e preferenza una temperatura confortevole, per cui abbiamo ipotizzato che ci deve essere un meccanismo di regolazione simile per tali comportamenti. Siamo rimasti stupiti di scoprire quanto siano profonde le somiglianze, nonostante le differenze di dimensioni e di aspetto di queste specie e del loro cervello".

Il Dr Strausfeld, professore e dirigente del Dipartimento di Neuroscienze dell'UA e Direttore del Centro di Scienza degli Insetti dell'UA, afferma: "Quando si confrontano le due strutture, si scopre che sono molto simili in termini di organizzazione. Il loro sviluppo è orchestrato da tutta una serie di geni che sono omologhi tra mosche e topi, come pure sono molto simili i deficit comportamentali derivanti da perturbazioni dei due sistemi".

Negli esseri umani, la disfunzione del ganglia basale può causare gravi problemi di salute mentale che vanno dall'autismo, schizofrenia e psicosi, alla neurodegenerazione - come si vede nel Parkinson, nella malattia del motoneurone e nella demenza - così come disturbi del sonno, deficit di attenzione e deterioramento della memoria. Allo stesso modo, quando sono colpite parti del complesso centrale nel moscerino della frutta, si evidenziano menomazioni simili.

Il Dr Hirth aggiunge: "Le analogie profonde che vediamo tra il modo in cui il nostro cervello e quello degli insetti regolano il comportamento suggeriscono una origine evolutiva comune. Significa che il prototipo dei circuiti cerebrali, essenziali per la scelta comportamentale, sono originati molto presto e sono stati mantenuti attraverso le specie animali per tutta l'evoluzione. Per quanto sorprendente possa sembrare, dal cervello disfunzionale degli insetti possiamo imparare molto sui disturbi cerebrali umani".

I risultati suggeriscono che la circuiteria del cervello degli artropodi e dei vertebrati deriva da un antenato comune, già in possesso di una struttura neurale complessa che mediava la selezione e la manutenzione delle azioni comportamentali. Sebbene non esistano resti fossili dell'antenato comune, le traccie di fossili, sotto forma di tracce che intersecavano il fondo marino centinaia di milioni di anni fa, rivelano cambiamenti intenzionali di direzione.

Il Dr Strausfeld dice: "Se si confrontano queste tracce con le tracce lasciate da una larva di mosca che cerca cibo su una piastra di agar o le gallerie fatte da un insetto scava-mine, esse sono molto simili. Tutte queste suggeriscono che l'animale ha scelto di eseguire varie azioni differenti, e la selezione dell'azione è esattamente ciò che fanno il complesso centrale e il ganglia basale".

Le tracce fossili possono così confermare l'esistenza iniziale di cervelli abbastanza complessi da consentire la selezione delle azioni e di un antenato in comune delle strutture neurali tra invertebrati e vertebrati.

 

 

 

 

 

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Fonte: King's College London.

Riferimento: NJ Strausfeld, F. Hirth. Deep Homology of Arthropod Central Complex and Vertebrate Basal Ganglia. Science, 2013; 340 (6129): 157 DOI: 10.1126/science.1231828.

Pubblicato in Science Daily il 11 Aprile 2013 - Traduzione di Franco Pellizzari.

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