Ricerche

Il cervello adulto continua a crescere con le sfide che deve affrontare; i suoi cambiamenti sono legati allo sviluppo della personalità e del comportamento. Ma qual è il legame tra esperienza individuale e struttura del cervello? Perché i gemelli identici non si rassomigliano perfettamente anche quando sono cresciuti insieme?

Per far luce su queste domande, gli scienziati hanno osservato una quarantina di topi geneticamente identici, tenuti in un ambiente che offre una grande varietà di attività e opzioni di esplorazione.

"Gli animali non solo erano geneticamente identici, ma hanno vissuto anche nello stesso ambiente", spiega il ricercatore principale Gerd Kempermann, professore di Genomica Rigenerativa al CRTD e portavoce del DZNE di Dresda. "Tuttavia, questo ambiente era così ricco che ogni topo ha trovato in esso le proprie esperienze individuali. Nel corso del tempo, gli animali si sono quindi sempre più diversificati nel loro regno di esperienza e comportamento".

Il Centro di Terapie Rigenerative di Dresda del DFG, Cluster of Excellence at the TU Dresden (CRTD), il sito di Dresda del Centro Tedesco per le Malattie Neurodegenerative (DZNE), e il Max Planck Institute for Human Development di Berlino hanno avuto un ruolo fondamentale nello studio.

Nuovi neuroni per cervelli individualizzati

Ciascuno dei topi è stato dotato di uno speciale micro-chip che emetteva segnali elettromagnetici. Questo ha permesso agli scienziati di costruire profili di movimento dei topi e di quantificare il loro comportamento esplorativo. Il risultato: nonostante un ambiente comune e geni identici, i topi hanno mostrato modelli comportamentali altamente individualizzati. Hanno reagito al loro ambiente in modo diverso.

Nel corso dell'esperimento di tre mesi queste differenze sono aumentate di dimensione. "Anche se gli animali condividevano lo stesso spazio vitale, differivano sempre più nel loro livello di attività. Queste differenze sono state associate a differenze nella generazione di nuovi neuroni nell'ippocampo, una regione del cervello che supporta l'apprendimento e la memoria", afferma Kempermann. "Gli animali che esploravano di più l'ambiente, avevano anche più neuroni che crescevano, rispetto agli animali più passivi". La neurogenesi adulta, cioè la generazione di nuovi neuroni nell'ippocampo, permette al cervello di reagire a nuove informazioni in modo flessibile.

Con questo studio, gli autori dimostrano per la prima volta che le esperienze personali e il comportamento conseguente contribuiscono alla "individualizzazione del cervello". Questa individualizzazione osservata non può essere ridotta a differenze di ambiente o genetica. "La neurogenesi adulta avviene anche nell'ippocampo degli esseri umani", dice Kempermann. "Quindi la nostra ipotesi è che abbiamo delineato un fondamento neurobiologico dell'individualità che vale anche per gli esseri umani".

Impulsi per la discussione tra le discipline

"La scoperta che il comportamento e l'esperienza contribuiscono alle differenze tra gli individui ha implicazioni per le discussioni in psicologia, scienze dell'educazione, biologia e medicina", afferma il Prof. Ulman Lindenberger, direttore del Center for Lifespan Psychology dell'Istituto Max Planck per lo sviluppo umano (MPIB) di Berlino. "I nostri risultati mostrano che lo sviluppo, in se stesso, contribuisce alle differenze di comportamento degli adulti. Questo è quello che molti hanno ipotizzato, ma ora c'è l'evidenza neurobiologica diretta a sostegno di questa affermazione. I nostri risultati suggeriscono che l'esperienza influenza l'invecchiamento della mente umana".

Nello studio è stato esaminato anche un gruppo di controllo di animali alloggiati in un ambiente relativamente poco attraente; in media, la neurogenesi in questi animali è stata inferiore di quella dei topi sperimentali. "Se visti da prospettive educative e psicologiche, i risultati del nostro esperimento suggeriscono che un ambiente arricchito favorisce lo sviluppo dell'individualità", commenta Lindenberger.

Lavoro di gruppo interdisciplinare

Lo studio è anche un esempio di cooperazione multidisciplinare: è stato reso possibile perché neuroscienziati, etologi, informatici e psicologi evolutivi hanno collaborato strettamente nella progettazione dell'ambiente sperimentale e nell'applicazione di nuovi metodi di analisi dei dati. Il biologo Julia Freund dal CRTD Dresda e il scienziato di computer Dr. Andreas Brandmaier del MPIB di Berlino condividono il titolo di primo autore di questo articolo.Oltre a DZNE, CRTD, e MPIB, sono stati coinvolti in questo progetto anche il Centro di ricerca tedesco per l'intelligenza artificiale di Saarbrücken e l'Istituto di Geoinformatica e il Dipartimento di Biologia del Comportamento dell'Università di Münster.

Fonte: Helmholtz Association of German Research Centres, via EurekAlert!, a service of AAAS.

Riferimento: J. Freund, AM Brandmaier, L. Lewejohann, I. Kirste, M. Kritzler, A. Kruger, N. Sachser, U. Lindenberger, G. Kempermann. Emergence of Individuality in Genetically Identical Mice. Science, 2013; 340 (6133): 756 DOI: 10.1126/science.1235294.

Pubblicato in Science Daily il 9 Maggio 2013 (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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