Come l`ambiente cambia i neuroni e il cervello

COME L’AMBIENTE CAMBIA
I NEURONI E IL CERVELLO
Matteo Caleo
Istituto di Neuroscienze
Consiglio Nazionale delle Ricerche
Pisa
Il cervello umano
Come possiamo visualizzare le connessioni
cerebrali?
Trattografia
IMAGING IN VIVO DEI NEURONI CORTICALI
(MICROSCOPIA A DUE FOTONI)
Courtesy of Tommaso Pizzorusso
Visualizzare l’attività neuronale:
gli indicatori calcio
Visualizzare l’attività neuronale:
gli indicatori calcio
Visualizzare l’attività neuronale:
gli indicatori calcio
Come possiamo vedere i moduli del cervello in
azione?
Risonanza magnetica funzionale, PET
Come possiamo vedere il cervello in azione?
La stimolazione magnetica transcranica
Lo sviluppo del cervello: fattori genetici ed ambientali
Fattori estrinseci: l’esperienza
L’esperienza agisce entro vincoli
1
Geni
potenzialità
2
Esperienza
espressione particolare delle potenzialità
L’esperienza agisce prevalentemente entro periodi critici
Sviluppo delle proiezioni retiniche
Sviluppo funzionale della corteccia visiva
durante il periodo critico
Newborn (Human)
Adult (Human)
Durante il periodo critico:
-Incremento di acuità visiva
-Diminuzione del potenziale
plastico
La maturazione dipende
dall’esperienza sensoriale
BDNF
Berardi et al.
Competizione tra i due occhi per il controllo della
corteccia visiva
Sviluppo funzionale della corteccia visiva
durante il periodo critico
Sviluppo funzionale della corteccia visiva
durante il periodo critico
Adriana Fiorentini, Lamberto Maffei
Analisi longitudinale dell’acuità visiva nel topo:
il labirinto ad Y
I “periodi critici”: la visione
Sviluppo funzionale della corteccia visiva:
Effetto dell’allevamento al buio
Mancato sviluppo dell’acuità visiva
Campi recettivi più grandi
Piccolo
controllo
Adulto in assenza di
esperienza visiva
allevato
al buio
Adulto
BDNF
Sviluppo funzionale della corteccia visiva:
Effetto dell’arricchimento ambientale
Sviluppo funzionale della corteccia visiva:
Effetto dell’arricchimento ambientale
Sviluppo funzionale della corteccia visiva:
Effetto dell’arricchimento ambientale
Ambiente arricchito
Normale
Arricchimento nell’uomo?
TERAPIA DEL MASSAGGIO
IN BAMBINI NATI PREMATURI
Gruppi sperimentali
Massage
Controls
Subjects
10
10
Birth weight 1618,12 (SD 246) 1624 (SD 299)
Gestational age 31,2 (SD1,05)
32 (SD 1,22)
Acuità visiva a 3 mesi di età
Visual acuity (c deg)
8
*
Massage
control
4
0
GEMELLI IDENTICI:
VALENTINA E FEDERICA
RISULTATI DEL MASSAGGIO IN UNA COPPIA
DI GEMELLI IDENTICI
Massaggio
Controllo
Valentina
Federica
1,1
Aumento del TSH (mU/ml)
0,9
13,2
Diminuzione del cortisolo (ng/ml)
-3,6
18,3
Aumento di peso (gr/day)
17,8
2
EEG interval decrease (sec)
0,5
58
VEP N300 decrease (msec)
41
Mediatori molecolari dello sviluppo corticale: ruolo di BDNF
(Brain-Derived Neurotrophic Factor)
wt
BDNF tg
L’overespressione di BDNF annulla gli effetti
dell’allevamento all’oscuro
Gianfranceschi et al., PNAS 2003
Organizzazione funzionale della corteccia visiva:
Le colonne di orientamento
Scale bar = 1 mm (monkey)
Sviluppo funzionale della corteccia visiva:
Effetto dell’esposizione a reticoli
Sviluppo funzionale della corteccia uditiva:
Effetto dell’esposizione ad un singolo tono
A
B
normale
esposto a 7 kHz
Periodo critico: P9-P28 (ratto)
(Michael Merzenich)
Lamberto Maffei, Il cervello collettivo
Un antidoto alla globalizzazione:
apertura, creatività, capacità di
non rimanere schiavi di ciò che
la genetica ha stabilito per noi –
o che la comunicazione
massificata ci vuole imporre
Impare una lingua da grandi.....
..non è come impararla da bambini
Le mappe corticali si modificano in seguito all’apprendimento:
effetti dell’età di inizio dell’allenamento
Durante lo sviluppo la plasticita’ puo’ arrivare ad
essere cross-modale
Soggetti ciechi dalla nascita hanno migliori performances
in compiti di discriminazione tattile o sonora
Lettura in Braille di ciechi nati attiva la corteccia visiva
L’attivazione della corteccia visiva ha un ruolo funzionale
Cure materne: effetti a lungo termine
Piccoli che ricevono «high licking-grooming» sono meno ansiosi da adulti
e forniscono «high licking-grooming» alla loro prole
Cure materne: effetti a lungo termine
sullo stress
Stimolo stressogeno
IPOTALAMO
IPOFISI
CORTECCIA SURRENALE
IPPOCAMPO
cortisolo
Cure materne: effetti a lungo termine
sullo stress
Cure parentali
Rilascio di
SEROTONINA
(ippocampo)
Attivazione della trascrizione
dei recettori per i glucocorticoidi
PERSISTENTE ACETILAZIONE
DEGLI ISTONI
Cure materne: effetti a lungo termine
sullo stress
Michael Meaney
La neocorteccia: le mappe sensoriali
La neocorteccia: le mappe sensoriali
Le mappe corticali si modificano in seguito all’apprendimento:
corteccia somatosensoriale
Plasticità delle mappe: l’arto fantasma
Plasticità delle mappe: l’arto fantasma
Effetti di una specializzazione: i tassisti londinesi
Un prolungato “allenamento” che implica l’ippocampo posteriore
•L’ippocampo posteriore si espande rispetto a soggetti normali
•l’ippocampo anteriore si riduce
Cancellare le tracce dell’apprendimento motorio
Io parlo
e leggo
Io guardo
la televisione