neurobiologìa
neurobiologìa Ramo della biologia avente per oggetto di studio la morfologia e la fisiologia del sistema nervoso e degli elementi che lo compongono.
Storia degli studi
È con l'Illuminismo che lo studio del sistema nervoso (SN) esce dalla sfera delle dissertazioni filosofiche per entrare in quella delle discipline scientifiche. Claude Bernard, nel 19° sec., utilizzando gli strumenti della ricerca sperimentale dà l'avvio all'indagine sistematica delle strutture nervose. Nasce così la neurofisiologia che, usando le metodiche delle scienze filosofiche, ha potuto chiarire il ruolo funzionale di varî territorî neurali, individuare i grandi principî delle integrazioni sensorio-motorie e, aiutata dalle scoperte neuroanatomiche, ha tracciato le grandi linee delle funzioni della vita di relazione. Si sono chiariti i meccanismi che pongono gli individui in relazione con l'ambiente e correlano fra loro le varie funzioni. L'approccio puramente fisiologico di operare lesioni e osservare le conseguenti alterazioni, stimolare elettricamente aree specifiche per mimarne la funzione e registrarne l'attività elettrica, è divenuto sempre più insufficiente per comprendere tutta la complessità del SN. Le ricerche hanno quindi utilizzato tecniche e metodiche tipiche di altre aree della scienza, quali la biologia cellulare, la biologia molecolare, la neuroendocrinologia, la fisica, la microelettrofisiologia, la neurochimica, l'immunologia, l'ultrastruttura, ecc. È nata così la n., a carattere prettamente multidisciplinare, che ha realizzato progressi importanti nell'interpretare i meccanismi cellulari e molecolari delle funzioni elementari delle cellule nervose.
Campi di indagine
La caratteristica fondamentale della n. rimane comunque l'approccio riduzionistico che consente l'utilizzo di modelli naturalmente elementari o resi tali dallo sperimentatore, per ridurre le variabili biologiche e focalizzare l'indagine su pochi quesiti. La n. ha permesso di studiare il SN a tutti i livelli di organizzazione: dalle singole molecole utilizzate dalle cellule nervose all'architettura delle reti neurali.
Neurobiologia molecolare
La n. molecolare studia la natura dei segnali che i neuroni usano per le comunicazioni intra e intercellulari. Il linguaggio fondamentale è rappresentato da una fluttuazione reversibile della differenza di potenziale che normalmente esiste tra l'interno e l'esterno di una cellula e che si propaga fino alle più fini diramazioni del suo prolungamento o assone. Il segnale elettrico nasce dal passaggio di ioni attraverso canali specifici di membrana. Con tecniche raffinate di analisi è stato possibile studiare la cinetica di tali canali, la loro struttura molecolare e i meccanismi di modulazione. La struttura dei canali, la loro genetica molecolare e le proprietà delle microcorrenti da essi generate hanno chiarito molti aspetti della genesi dei segnali neurali.
Comunicazione neuronale
Altra area di studio della n. è quella della comunicazione neuronale. Esiste infatti una comunicazione di tipo elettrico caratterizzata da ponti proteici che delimitano pori per il passaggio di ioni o piccole molecole. Ma di gran lunga più sviluppata è la comunicazione mediante la secrezione di neurotrasmettitori, che sono generalmente segregati in vescicole a livello dei contatti fra cellule o sinapsi. Tramite processi di esocitosi indotti da correnti al Ca si ha la liberazione di queste sostanze che si legano a recettori delle membrane delle cellule riceventi. Il legame recettore-trasmettitore può aprire canali ionici di membrana per la genesi di micropotenziali sinaptici oppure innescare una catena di eventi con la formazione di messaggeri intracellulari (di natura nucleotidica, fosfolipidica o Ca) che portano all'elaborazione di risposte cellulari tramite meccanismi quali, per es., la fosforilazione di proteine. La grande varietà di neuromodulatori, le caratteristiche molecolari e strutturali dei loro recettori, dei canali a essi associati, la varietà della cascata di eventi intracellulari danno una idea della complessità di questi studî.
Neurobiologia della percezione sensoriale
Un'altra area di interesse è rappresentata dalla n. della percezione sensoriale, che studia la modalità con cui un segnale esterno viene trasdotto e convogliato da cellule sensoriali specifiche a strutture centrali del SN. Gli eventi molecolari dei meccanismi sensoriali sono rappresentati dalla modulazione di canali di membrana delle cellule recettoriali prodotti da messaggeri intracellulari attivati da segnali esogeni. Un capitolo importante della n. è rappresentato dallo studio di meccanismi cellulari e molecolari del comportamento: la conoscenza cioè dei circuiti neurali che sono alla base di atti comportamentali più o meno complessi.
Plasticità
Gli aspetti più attuali della n. riguardano quei fenomeni che vanno sotto il nome di plasticità e che sono caratterizzati da cambiamenti delle proprietà dei singoli neuroni e delle loro connessioni. In questo ambito vanno inclusi i fenomeni di sviluppo del SN che portano al modellamento delle connessioni tipiche dello stadio adulto. I primi stadî di vita sono caratterizzati da crescita, sviluppo e morte neuronale. Sostanze neurotrofiche e proteine di adesione sono generalmente considerate responsabili dei fenomeni di sinaptogenesi e migrazione dei prolungamenti assonali. È particolarmente attuale lo studio dei meccanismi cellulari e molecolari alla base dei fenomeni di apprendimento e memoria. Infine altri capitoli importanti riguardano la neuroimmunologia, la neurochimica, la neurofarmacologia e la n. computazionale.