Perché il cervelletto umano sta facendo notizia?

Il gene Neanderthal PHLPP1 può innescare una mielinizzazione più elevata nel cervelletto umano.

Questa immagine mostra che una delle caratteristiche che distingue l’uomo moderno (a destra) da Neanderthal (a sinistra) è una forma globulare della scatola cranica.

Fonte: Philipp Gunz (CC BY-NC-ND 4.0)

Ieri, il New York Times ha pubblicato un articolo, “Narrower Skulls, Oblong Brains: How Neanderthal DNA Still Shapes Us” di Carl Zimmer. Questa copertura di notizie mette sotto i riflettori alcune interessanti nuove informazioni sul cervelletto umano (in latino “piccolo cervello”).

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Questo rapporto del NYT si basa su un nuovo studio, “L’introgressione di Neandertal getta luce sulla moderna globularità endocranica umana”, di Philipp Gunz e colleghi pubblicati il ​​13 dicembre su Current Biology. Come descrive Zimmer, questa ricerca offre uno “sguardo senza precedenti sui cambiamenti genetici che influenzano l’evoluzione del cervello umano”.

La CNN, l’Independent, il Daily Mail.com e altre agenzie di stampa in tutto il mondo hanno coperto anche il recente studio di Gunz et al. Il cervelletto è un tema di neuroscienza di tendenza. Basandosi sull’ondata di copertura, sembra che il “piccolo cervello” sia sul punto di diventare un vero tesoro dei media.

All’inizio di quest’anno, ho scritto un post di Psychology Today , “L’evoluzione della moderna forma cerebrale umana legata ai lobi e al cervelletto parietali”, basato su un altro studio (2018) di Gunz e colleghi del Dipartimento di evoluzione umana presso l’Istituto Max Planck di Antropologia evolutiva.

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Questo articolo, “L’evoluzione della forma cerebrale umana”, riportò che i moderni teschi umani diventavano più globosi del cranio di Neandertal a forma di palla da rugby allungata a causa di una rapida espansione dei lobi parietali e del rigonfiamento del cervelletto. Gli esseri umani moderni hanno una scatola cranica globosa, con una fossa cranica posteriore arrotondata ed estesa nella parte posteriore del cranio che ospita il cervelletto e un osso parietale più grande, come si vede nel grafico sottostante.

Differenze di forma endocranica tra uomini di Neanderthal e esseri umani moderni

Fonte: “L’introgressione di Neandertal fa luce sulla moderna globularità endocranica umana” di Gunz et al. (Biologia corrente, 2018)

In particolare, lo studio più recente di Gunz et al. identifica, per la prima volta, che gli umani moderni che portano due frammenti di DNA di Neanderthal (UBR4 e PHLPP1) hanno una testa leggermente meno arrotondata dell’Homo sapiens che non portano questi geni di Neanderthal.

I ricercatori sospettano che l’espressione neurale di questi due geni nell’uomo moderno sia legata alla neurogenesi (nascita di nuovi neuroni) nella regione putamen dei gangli basali e alla mielinizzazione più robusta nel cervelletto. “Entrambe le regioni del cervello ricevono un input diretto dalla corteccia motoria e sono coinvolte nella preparazione, apprendimento e coordinazione sensorimotoria dei movimenti. I gangli della base contribuiscono anche a diverse funzioni cognitive, alla memoria, all’attenzione, alla pianificazione, all’apprendimento delle abilità e potenzialmente all’evoluzione della parola e del linguaggio “, ha detto Philipp Gunz in una nota.

Di tutti i resoconti dei media mainstream ho letto stamattina sull’ultima ricerca di Neanderthal UBR4 / PHLPP1, il passaggio qui sotto dall’articolo del Times di Carl Zimmer riassume i risultati di Gunz et al. più sinteticamente:

Questi risultati suggeriscono che PHLPP1 e UBR4 si sono evoluti per funzionare in modo diverso nei cervelli umani moderni. La versione umana moderna di PHLPP1 potrebbe aver prodotto extra mielina nel cervelletto. E la nostra versione di UBR4 potrebbe aver fatto crescere i neuroni più velocemente nel putamen. Perché questi cambiamenti? Simon Fisher, un coautore del nuovo studio al Max Planck Institute for Psycholinguistics nei Paesi Bassi, ha ipotizzato che gli umani moderni abbiano sviluppato poteri di linguaggio più sofisticati. Potrebbero anche diventare migliori nel creare strumenti. “Cose come l’uso degli strumenti e l’articolazione del parlato dipendono enormemente dai circuiti motori”, ha affermato il dott. Fisher. Entrambi richiedono al cervello di inviare comandi veloci e precisi ai muscoli. E non può essere una coincidenza che il cervelletto e il putamen siano parti cruciali dei nostri circuiti motori – le stesse regioni che hanno aiutato a cambiare la forma generale del cervello umano moderno.

La versione online di questo articolo del New York Times include un video mozzafiato di 13 secondi in 3D di un teschio di Neanderthal e un cranio umano moderno che ruota fianco a fianco nello spazio negativo.

“Non sappiamo esattamente cosa stia facendo il cervelletto [umano]. Ma qualunque cosa stia facendo, ne sta facendo un sacco. “-Richard M. Bergland, MD (neuroscienziato del 20 ° secolo, neurochirurgo e autore di The Fabric of Mind )

Negli ultimi dieci anni, ho provato (con scarso successo) a stimolare la curiosità di un pubblico generale sul meraviglioso ed enigmatico cervelletto. Basti dire che stamattina leggendo un mucchio di articoli pubblicati da alcune delle notizie più influenti – che menzionano tutti dettagli apparentemente fastidiosi sul cervelletto – mi ha messo al settimo cielo. Sono sicuro che se il mio defunto padre, Richard Bergland (1932-2007) fosse vivo per testimoniare che questa ricerca all’avanguardia è stata consegnata a un enorme numero di lettori, sarebbe stato al settimo cielo.

Quando mio padre è morto nel 2007, ho fatto voto di tenere le mie antenne su qualsiasi nuova ricerca che potesse far avanzare la nostra comprensione di “qualunque cosa” il misterioso cervelletto umano sta “facendo un sacco di” in suo onore.

Curiosamente, il cervelletto umano è solo circa il 10 percento del volume del cervello intero, ma contiene la maggior parte dei neuroni totali del cervello. Sebbene numeri specifici siano discutibili, si stima che il cervelletto umano contenga 101 miliardi di neuroni (Andersen et al., 1992) mentre la corteccia cerebrale contiene circa 21-26 miliardi di neuroni (Pelvig et al., 2008).

Basato su questa distribuzione sorprendentemente sproporzionata dei neuroni – e sul fatto che mio padre osservava regolarmente deficit cognitivi in ​​pazienti neurochirurgici con funzione cerebellare atipica – sviluppò una “congettura istruita” che il cervelletto umano fosse coinvolto molto più di un semplice controllo motorio e coordinamento. ( Cerebellar è la parola sorella per cerebrale e significa “relativa o localizzata nel cervelletto”).

Detto questo, poiché è stato stabilito da secoli che il cervelletto gioca un ruolo centrale nel mettere a punto i movimenti e la coordinazione dei muscoli, è stato un gioco da ragazzi fare del cerebellare il fulcro del mio primo libro, The Athlete’s Way (St Martin’s Press). Mentre scrivevo questo manoscritto, mio ​​padre mi ha aiutato a creare un modello basato sul cervelletto-cervelletto che chiamavamo “cervello cerebrale in su”. (Vedi “Il cervello diviso: un’ipotesi mutevole” che esplorava funzioni motorie ben note – lungo con alcune ipotetiche funzioni non motorie del cervelletto).

Mio padre è morto quattro mesi dopo la pubblicazione del libro su cui abbiamo collaborato. Da allora, ho fatto del mio meglio per aggiornare le ipotesi di papà sul cervelletto sulla base delle ultime scoperte basate sulle prove. Indipendentemente da quanto possa sembrare esoterico un nuovo studio sul cervelletto al lettore generale, come blogger, cerco di riferire su ogni significativo studio del cervelletto pubblicato in una rivista peer-reviewed. Il mio obiettivo a lungo termine è quello di curare una cronologia dettagliata di come la ricerca all’avanguardia sul cervelletto sia progredita per i posteri all’inizio del XXI secolo.

Per essere al corrente di tutte le ultime ricerche su questo argomento, controllo tre parole chiave, “cervelletto”, “cerebellare” e “cellule di Purkinje”, utilizzando Google Alert. Questa triade di parole relative al “piccolo cervello” è emersa regolarmente durante le conversazioni con mio padre su come funziona l’intero cervello. In questi giorni, tengo un dialogo sul cervelletto in corso con i principali esperti del settore (come Jeremy Schmahmann) tramite corrispondenza via e-mail, Twitter e altre piattaforme di social media.

Il Cerebellum News è un tema di tendenza attraverso le piattaforme multimediali

Normalmente, ricevo un messaggio di Google Alert relativo a una delle parole correlate al cervelletto sopra menzionate circa una volta a settimana. Detto questo, negli ultimi mesi, ci sono state due volte in cui la mia casella di posta è stata inondata da uno tsunami di ultime notizie sul fatto che il cervelletto fosse coperto da una vasta gamma di media.

La prima volta che è successo è stato alla fine di ottobre, dopo che NPR aveva riportato uno studio sul cervelletto di Scott Marek e colleghi (2018) alla Washington University School of Medicine di St. Louis. Questa ricerca è stata annunciata per la prima volta in un comunicato stampa con un titolo accattivante, “Il centro di controllo della qualità della mente, rinvenuto nella zona del cervello ignorata da lungo tempo: controlli dei cervelletti e correzioni sui pensieri, il movimento”, e impigliato nei media. (Vedi, “3 motivi per cui il ‘piccolo cervello’ potrebbe diventare la prossima grande cosa”).

La seconda volta le notizie sul cervelletto hanno scatenato campanelli d’allarme tramite Google Alert iniziato ieri pomeriggio con l’ultimo studio di Philipp Gunz e colleghi. Molto probabilmente, nei prossimi giorni molti altri punti vendita riferiranno su questi risultati del DNA di Neanderthal.

Grazie alla rivoluzionaria ricerca interdisciplinare di team collaborativi in ​​tutto il mondo come Gunz et al., Stiamo lentamente risolvendo i numerosi enigmi del cervelletto umano. Si spera che un aumento della copertura mediatica sul “piccolo cervello” si tradurrà in finanziamenti che mantengono forte tutta questa pionieristica ricerca sul cervelletto.

Riferimenti

Philipp Gunz, Amanda K. Tilot, Katharina Wittfeld, Alexander Teumer, Chin Yang Shapland, Theo GM van Erp, Michael Dannemann, Benjamin Vernot, Simon Neubauer, Tulio Guadalupe, Guillén Fernández, Han G. Brunner, Wolfgang Enard, James Fallon, Norbert Hosten, Uwe Völker, Antonio Profico, Fabio Di Vincenzo, Giorgio Manzi, Janet Kelso, Beate St. Pourcain, Jean-Jacques Hublin, Barbara Franke, Svante Pääbo, Fabio Macciardi, Hans J. Grabe, Simon E. Fisher. “L’introgressione di Neandertal fa luce sulla moderna globularità endocranica umana.” Current Biology (Prima pubblicazione: 13 dicembre 2018) DOI: 10.1016 / j.cub.2018.10.065

Simon Neubauer, Jean-Jacques Hublin e Philipp Gunz. “L’evoluzione della forma cerebrale umana”. Science Advances (Prima pubblicazione: 24 gennaio 2018) DOI: 10.1126 / sciadv.aao5961