Le onde della mente

Una recente ricerca ha dimostrato per la prima volta la possibilità per i neuroni di influenzarsi a distanza per mezzo del loro debole campo elettrico. Questa modalità di trasmissione può avvenire sia in maniera fisiologica, nella propagazione delle onde teta della fase REM, che in condizione patologica nella diffusione di crisi epilettiche.

Nei libri universitari si spiega che la trasmissione dei segnali lungo le cellule nervose è di tipo elettrico, mentre il passaggio di un segnale da un neurone a un altro avviene tramite il rilascio di una sostanza chimica, chiamata neurotrasmettitore, che va a stimolare il neurone destinatario del messaggio. La struttura specializzata che permette questo scambio di informazioni è chiamata sinapsi chimica, o semplicemente sinapsi.
Più rare, specie nell’essere umano adulto, sono un particolare tipo di sinapsi in cui i neuroni sono uniti da una struttura chiamata giunzione comunicante (o gap junction). Questa struttura permette all’elettricità sviluppata dai neuroni di passare direttamente dall’uno all’altro ed è chiamata sinapsi elettrica. Nonostante il ruolo di queste strutture sia ormai assodato, nell’ippocampo, una parte del cervello implicata nella memoria e nell’orientamento nello spazio, sono stati spesso osservati propagarsi brevi impulsi elettrici che non spariscono del tutto nemmeno se le varie forme di sinapsi sono bloccate per mezzo di prodotti chimici.

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Per cercare di comprendere questo bizzarro fenomeno, Chen Qiu e i suoi collaboratori presso la Case Western Reserve University di Cleveland (USA); hanno prima provato a simulare al computer il comportamento delle cellule nervose dell’ippocampo, per quindi testare le loro conclusioni su frammenti di ippocampo in vitro. Le conclusioni della ricerca sono state pubblicate sulla rivista Journal of Neuroscience. Per prima cosa i ricercatori hanno pensato a una qualche forma di effetto chimico: Per produrre i loro segnali elettrici infatti i neuroni fanno entrare e uscire dalla loro superfici (membrana) vari tipi di ioni elettricamente carichi. Un flusso di questi ioni potrebbe forse scavalcare le sinapsi bloccate e causare la propagazione dell’impulso. Fenomeni di questo genere sono già stati osservati in vivo quando un onda elettrica di tipo epilettico continua a diffondersi dal suo punto d’origine, nonostante un interruzione chirurgica.

Ma i conti non tornavano dal momento che il presunto flusso di ioni, secondo la simulazione degli autori, sarebbe stato troppo lento rispetto al fenomeno realmente osservato.
“Una volta eliminato l’impossibile, ciò che resta, per quanto improbabile, deve essere la verità.” amava far ripetere al suo più celebre personaggio, Sherlock Holmes, lo scrittore inglese Arthur Conan Doyle. L’unica possibilità che restava ai ricercatori era che lo scavalcamento delle sinapsi bloccate fosse mediato dal campo elettromagnetico prodotto dalle cellule nervose a monte del segnale. Ma esperimenti precedenti avevano già dimostrato che il debole campo generato da un neurone non è in grado di attivarne uno differente, probabilmente per l’ottima ragione che se i neuroni lo facessero si attiverebbero l’un l’altro a caso distruggendo le loro capacità funzionali di computazione (mediate dalle sinapsi).

Gli autori del paper non si sono persi d’animo, riprendendo varie osservazioni in cui l’utilizzo di campi elettromagnetici anche molto deboli, erano in grado di produrre risposte da parte del tessuto nervoso, sia in campo sperimentale su animali che a causa di trattamenti medici sull’uomo.
Aggiustando i parametri delle simulazioni svolte al computer hanno rilevato come una rete di cellule nervose, indipendentemente dalle proprietà dei singoli neuroni che la formavano, fosse in grado di intercettare il campo di quelli vicini e attivarsi in modo del tutto simile a quello osservato nella realtà. Hanno poi potuto constatare in vivo che il segnale rallentava contrastando il campo elettrico prodotto dai neuroni, tramite un elettrodo esterno, oppure allontanando tra di loro le cellule. Risultati perfettamente coerenti con un segnale mediato dal campo elettrico.

Secondo i calcoli dei ricercatori, la trasmissione a distanza tra reti di cellule nervose è possibile tanto in condizioni che simulano un attacco epilettico, durante il quale onde elettriche incontrollate si propagano come un maremoto per il sistema nervoso; quanto in condizioni fisiologiche: le onde elettriche di tipo teta, rilevate tramite elettroencefalogramma durante il sonno REM, infatti hanno proprio la stessa velocità di propagazione delle onde osservate da Qiu e colleghi.
Una nuova forma di comunicazione fra neuroni e una nuova sorpresa da un organo che non cessa mai di stupire, il cervello.

BIBLIOGRAFIA

Qiu C, Shivacharan RS, Zhang M, Durand DM.
Can Neural Activity Propagate by Endogenous Electrical Field?
J Neurosci. 2015 Dec 2;35(48):15800-11. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1045-15.2015. PubMed PMID: 26631463; PubMed Central PMCID: PMC4666910.