Scale spaziali

Fra i vari problemi delle neuroscienze teoriche ce n'è uno che mi piace particolarmente; principalmente perchè mette in evidenza come un approccio riduzionista sia essenzialmente privo di speranza.

Mi riferisco al problema dell'integrazione fra segnali elettrici a varie scale. La scala più bassa è quella cellulare: si anestetizza un animale, e si cerca di registrare il potenziale di membrana di un neurone utilizzando un elettrodo che penetri all'interno del neurone. Non è particolarmente facile, ma si può fare.

Quello che si vedrà è un segnale molto irregolare, intervallato ogni tanto da grandi, rapide escursioni (spikes). Se si vuole averne un'idea, si osservi l'immagine qui.

Se invece, si inserisce nel cervello del nostro animale un elettrodo che non penetri le cellule, ma che si inserisca fra loro, per dirla in maniera semplice, si osserverà il potenziale extracellulare, che viene di solito filtrato per evidenziare la parte del segnale in bassa frequenza (LFP), o quella in alta frequenza (MUA). Si veda qua.

Se poi si va ancora più lontani dalla fonte del segnale, si può osservare il segnale EEG, che viene misurato all'esterno della testa, si veda qua.

La cosa veramente interessante è che oggi, nel 2009, a 136 anni dalla pubblicazione delle equazioni di Maxwell ancora di deve capire quali sono le relazioni fra questi tre segnali.

Si sa molto di come il segnale cellulare produce il MUA, e si incomincia a capire come il primo determina l'LFP; ma nulla si sa delle cause dell'EEG!

Corteccia laminare

Giovedì scorso ha tenuto da noi un talk Onur Güntürkün, neuroscienziato cognitivo di Bochum. Il titolo del talk era Knowing Yourself - and Other Stories on the Parallel Evolution of Comparable Minds.

Prima una premessa: la corteccia cerebrale è la parte esterna del cervello, che, nei mammiferi, è responsabile delle funzioni superiori cognitive. Questo tessuto ha una struttura laminare: è come se fosse costituita da 6 tappeti di neuroni messi uno sull'altro. È caratteristica precipua dei mammiferi.

Continuo dicendo che il talk è stato veramente interessante, e che l'oratore è evidentemente un grande scienziato. L'idea centrale da lui esposta è la seguente ed è facile da comprendere: molti affermano che la neocorteccia laminare come l'abbiamo noi mammiferi sia necessaria per funzioni cognitive superiori. Alcuni uccelli hanno capacità cognitive paragonabili a quelle dei primati, ma non hanno la neocorteccia laminare. Ergo la neocorteccia laminare non è necessaria.

(In questo post tento di non considerare gli uomini, che sono evidentemente un caso a parte).

Nella conferenza ha anche tentato di esaminare quali potrebbero essere i meccanismi che sono veramente importanti, ma non è questo di cui voglio parlare.

Ha anche notato che una certa lucertola di cui non ricordo il nome, è che un "fossile vivente", il cui genoma risale approssimativemente al tempo della biforcazione fra mammiferi e rettili, ha una corteccia laminare. Sembra dunque che la corteccia laminare sia una struttura più antica, abbandonata da rettili e uccelli, ma utilizzata dai mammiferi.

Due altre osservazioni: per quanto si dica che le dimensioni del cervello non sono importanti, beh, non è del tutto vero. Se disegnate su di una scala logaritmica il peso del cervello di vari animali come funzione del peso dell'animale, scoprirete che animali simili si trovano su linee rette molto precise. Una per i rettili, una più in alto per i mammiferi, una più in alto per i primati ed una alla stessa altezza per gli uccelli.

La seconda osservazione: a parità di rapporto peso cervello/peso corporeo, in genere cervelli più grossi sono meglio: noi siamo più intelligenti degli scimpanzè che sono più intelligenti dei macachi, ad esempio (è un po' qualitativo, pensate al gorilla, che è solo un po' sotto scimpanzè e orang-utan). Sembra, insomma, che esista una quantità minima di cervello necessaria per alcune funzioni.

Dopo il talk, a cena, ho chiesto al professore: "non potrebbese essere che la corteccia laminare è in realtà uno svantaggio cognitivo? Guardi i corvi, a parità di rapporto peso cervello/peso corporeo, riescono a fare le stesse cose pesando di meno". Mi ha guardato scettico e mi ha detto: "Tutto può essere".