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25 Apr 2017 ● 09:19 pm
Le priorità dei neuroscienziati sono prioritarie?

Le priorità dei neuroscienziati sono prioritarie?

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Un team di neuroscienziati evidenzia come le nuove e ingegnose tecnologie a disposizione dei neuroscienziati stessi abbiano forviato il loro campo di studi. È l’allarme di un bias riduzionista nelle neuroscienze?

È un buon periodo per interessarsi allo studio del cervello. I neuroscienziati sanno come attivare e disattivare specifici neuroni con un semplice impulso di luce, creando nell’animale un “interruttore comportamentale” di estrema precisione. Con la tecnica “CLARITY”, sono invece in grado di rendere i cervelli trasparenti e di comprenderne la struttura, tramite l’uso di molecole fluorescenti. Possono addirittura registrare contemporaneamente l’attività di un enorme numero di neuroni. Ma la ricerca non si ferma, e quel chilo di protoplasma che padroneggia le nostre scatole craniche continua ad essere un affascinante mistero per il quale si intendono sviluppare ulteriori tecnologie.

Tuttavia, sembra esserci una diffusa ossessione nei confronti degli strumenti a disposizione dei neuroscienziati. È quanto hanno constatato John Krakaeur, neuroscienziato del Johns Hopkins Hospital, e quattro suoi colleghi, accomunati da un chiaro e progressivo disincanto circa questa tendenza. In una loro nuova pubblicazione, in parte trattato filosofico e in parte ramanzina, il team sostiene che questo feticcio tecnologico stia fuorviando il campo neuroscientifico. “Le persone pensano che tecnologia + big data + machine learning = scienza”, spiega Krakauer a The Atlantic, “ma non lo è.”neuroscienziati optogenetica CLARITY

Una proprietà emergente che deve riemergere, prioritaria

Krakaeur e colleghi enfatizzano l’importanza dei cervelli per il comportamento che essi creano; dal balzo di un predatore al pianto di un neonato. Ma lo studio comportamentale è in procinto di essere de-prioritizzato, quasi come se andasse fatto in un secondo momento. Infatti, la maggior parte dei neuroscienziati si è focalizzata sull’uso dei loro nuovi strumenti tecnologici per studiare singoli neuroni o reti neurali. Secondo Krakauer, si tende a supporre implicitamente che una sufficiente acquisizione di informazioni sulle singole componenti implichi la comprensione del funzionamento globale. Conoscendo perfettamente quali molecole sono coinvolte nelle sinapsi, o gli impulsi elettrici che percorrono il neurone, o le intricate connessioni formate da reti di più neuroni, si pensa di poter eventualmente risolvere i misteri legati ad apprendimento, memoria, emozione ecc. Krakaeur spiega che l’errore in ciò risiede nell’approccio, poiché, se vogliamo davvero comprendere —in un futuro ancora molto remoto— perché il bambino sta piangendo o perché ci sentiamo in un determinato modo, così facendo non risponderemo alle nostre domande.

Questo accade perché il comportamento è una proprietà emergente —emerge, infatti, da grandi gruppi di neuroni che lavorano insieme, e non si evince dallo studio di un singolo neurone. Si può fare un paragone con il floccaggio degli uccelli. Per molto tempo, i biologi si sono interrogati su come gli uccelli potessero coordinarsi così perfettamente in volo, tanto da sembrare una singola entità. Negli anni ’80, gli informatici hanno dimostrato che ciò accade se ogni uccello obbedisce a poche semplici regole, le quali impongono loro la distanza e l’allineamento rispetto ai propri simili. Da queste poche regole individuali nasce la complessità collettiva, ma non saremmo mai stati in grado di predire uno stormo di storni dall’esclusiva e perfetta comprensione della fisica delle piume, a meno che non ne avessimo prima visto uno con i nostri occhi. Lo stesso discorso vale per il cervello, nonché per la comprensione della percezione cercando di limitarsi allo studio dei neuroni.

floccaggio

Un neuroscienziato può comprendere un microprocessore?

Un importante studio pubblicato su PLoS Computational Biology illustra chiaramente questo punto, servendosi di un video-game retrò. Eric Jonas e Konrad Kording hanno esaminato il microchip MOS 6502 (caratteristico di grandi classici video-ludici quali Donkey Kong e Space Invaders) in pieno stile neuroscientifico. Usando i tipici approcci di chi studia il cervello, si sono chiesti se fosse possibile riscoprire ciò che già conoscevano del chip —ovvero, come il suo transistor e le sue porte logiche processassero l’informazione, e come facessero funzionare dei semplici giochi. Il risultato? Un totale fallimento. Gli scienziati spiegano che ciò che sono effettivamente riusciti ad estrapolare è stato considerevolmente superficiale. E se le neuroscienze attuali, o almeno per come sono diventate, non riescono a spiegare il funzionamento di un semplice microchip (tra l’altro datato), come possiamo mai pensare che siano in grado di spiegare il cervello —considerato l’oggetto più complesso dell’universo?
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Verso una tecnologia contro il riduzionismo?

Rafael Yuste, della Columbia University, lavora allo sviluppo di nuove strumentazioni per lo studio del cervello e ritiene che questa critica non stia centrando il punto della questione. Yuste sottolinea che non conosciamo ancora sufficientemente bene come funzioni il cervello, poiché siamo ancora ignoranti su quella “terra di mezzo” che esiste fra i singoli neuroni e il comportamento, il quale è funzione di gruppi di neuroni, di circuiti neurali. Secondo lo scienziato, ciò è dovuto a dei freni metodologici che hanno impedito di esaminare l’attività dell’intero sistema nervoso. Sviluppando strumenti migliori, che possano consentire di osservare l’interezza dei circuiti neurali in azione, si riuscirebbe così ad andare contro il bias riduzionista e verso la comprensione delle proprietà cerebrali emergenti.
Ma Krakauer spiega che questo punto di vista non fa altro che sostituire la parola “neurone” con “circuito neurale” per poi commettere lo stesso errore concettuale. Lo scienziato mostra interesse nel vedere quali saranno le proprietà emergenti a livello del circuito, ma considera, appunto, un ulteriore errore quello di pensare che avvicinarsi allo studio dell’organismo come insieme ne implichi automaticamente la comprensione. Chiaramente, sia Krakauer sia i suoi colleghi non respingono le nuove tecnologie in sé, anzi ne fanno uso nei loro laboratori, essendo mezzi indubbiamente straordinari.

MarmosetPorsi le domande giuste, nel giusto ordine

Asif Ghazanfar, della Princeton University, studia la comunicazione fra coppie di scimmie marmoset (tanto piccole da poterle tenere nel palmo di una mano). Ghazanfar, co-autore del nuovo studio con Krakauer, spiega:

«Ho trascorso sette anni a cercare di capire, prima di tutto, il loro comportamento vocale. Adesso, ho alcune idee precise su come potrebbero essere i circuiti neurali che lo determinano, e progetterò degli esperimenti scrupolosi per testarli. Spesso, invece, sembra che le persone facciano il contrario: Guardano la tecnologia d’avanguardia e si chiedono, ‘Che domande posso pormi con questa cosa?’, per poi ottenere risultati interpretabili in modi vaghi».

Questo è un punto cruciale. A differenza di altri, che hanno accusato le neuroscienze di riduzionismo, Ghazanfar e i suoi colleghi non sono dualisti —non dicono che ci sia una mente, separata dal cervello, restia a spiegazioni. Stanno dicendo che esistono spiegazioni, il problema è che le stiamo cercando nel modo sbagliato. Peggio ancora, stiamo giungendo alle spiegazioni sbagliate.

Neuroscienziati e trappole logiche

Consideriamo i neuroni specchio. Queste cellule, scoperte nei macachi, si attivano nello stesso modo sia quando l’animale esegue un’azione sia quando vede un altro individuo compiere la stessa azione; esiste cioè una sincronia fra azione e osservazione. neuroni specchioPer alcuni scienziati, l’uguaglianza di questi modelli di attivazione implica comprensione: Poiché il macaco conosce le proprie intenzioni quando muove il suo corpo, basandoci su quanto appena detto circa l’attivazione dei neuroni specchio, allora dovrebbe essere in grado di indurre le stesse intenzioni negli individui che osserva. E così, si è pensato che questi neuroni potessero essere alla base dell’empatia, del linguaggio, persino dell’autismo, del jazz e addirittura della civiltà umana —non a caso sono stati definiti “il concetto più pompato nelle neuroscienze”.

Ecco il problema: Negli esperimenti coi macachi, gli scienziati non hanno controllato quasi mai il comportamento degli animali per confermare che davvero stessero comprendendo ciò che stavano osservando nei loro simili. Krakauer e colleghi scrivono:

«Un’interpretazione viene erroneamente scambiata per un risultato; ovverosia, che i neuroni specchio comprendono l’altro individuo».

Lo stesso è stato affermato da altri neuroscienziati, i quali concordano nel dire che vi è poca evidenza significativa sulla questione —o anche sull’esistenza stessa dei neuroni specchio negli umani. Questa è la trappola logica nella quale si cade se si ignora il comportamento.

Questioni comportamentali: dopamina e movimento

Contrariamente, Krakauer indica il proprio lavoro sul morbo di Parkinson. Coloro che sono affetti da tale malattia tendono a rallentare i movimenti (bradicinesia) —un sintomo che è stato associato alla carenza di dopamina. Incrementando i livelli del neurotrasmettitore, è possibile accelerare la motilità degli individui affetti, aprendo le porte a nuovi trattamenti. Ma questo non spiega a un neuroscienziato perché o come la perdita di dopamina porti a questo comportamento.

Nel 2007, Krakauer è riuscito a trovare un indizio; lo ha fatto chiedendo ai pazienti affetti dal Parkinson di protendere, a velocità diverse, verso degli oggetti. Tramite questi esperimenti, i neuroscienziati hanno visto che i soggetti affetti sono in grado di muoversi tanto rapidamente quanto i soggetti sani; sono solo inconsciamente riluttanti a farlo. È stato pertanto suggerito che fossero i neuroni dopaminergici, i quali connettono due parti del cervello (substantia nigra e striato), a determinare la motivazione che ci spinge a muoverci. Se la dopamina si esaurisce, svolgeremo un determinato compito optando per movimenti meno energici. Da cui si spiega il rallentamento. Grazie a esperimenti successivi condotti nei topi, e per i quali sono state usate moderne tecniche che consentissero di alzare o abbassare i livelli di dopamina, i neuroscienziati hanno confermato l’ipotesi che era stata proposta dal team di Krakauer.

dopamina neurone parkinson

Questioni comportamentali: diversità specie-specifica

Ci sono molti altri esempi per i quali lo studio del comportamento è risultato essere cruciale. Infatti, studiando il modo in cui i gufi ascoltano l’ambiente per accalappiarsi una preda, i neuroscienziati hanno scoperto come il loro cervello —e, più tardi, anche quelli dei mammiferi— localizzasse il suono. Analizzando gli scambi vocali degli uistiti (ovvero, le scimmie marmoset), Ghazanfar ha osservato una dinamica “oscillatoria”, a turno, simile alla conversazione umana. È importante notare come queste conclusioni siano il frutto di studi originati dall’analisi dei comportamenti che gli animali esprimono in natura, non quelli che erano stati addestrati a svolgere. Analogamente, i pipistrelli, le lumache di mare e i pesci elettrofori sono stati tutti rilevanti per la comprensione di molti aspetti del funzionamento cerebrale, poiché ognuno di loro ha le proprie peculiarità. “Se si sceglie una specie che esegue uno o due comportamenti estremamente bene, è possibile identificarne i circuiti alla base in modo più chiaro“, dice Ghazanfar. “Invece, i topi sono trattati come se fossero un generico mammifero in possesso di una versione miniaturizzata del cervello umano, e ciò è assurdo.”

«Non si può far volare l’aereo mentre lo si sta costruendo»

Anne Churchland, che studia i processi decisionali al Cold Spring Harbor Laboratory, denota entusiasmo nel vedere come questa pubblicazione enfatizzi finalmente l’importanza dell’attento studio del comportamento. “Nell’ambito delle neuroscienze, ho notato che il comportamento è spesso considerato secondario, ed è studiato con un’insufficiente comprensione della strategia dell’animale”. Ma la Churchland aggiunge che tali studi sono complessi. È difficile, infatti, far sì che gli animali si comportino naturalmente in un laboratorio, in quanto potrebbe essere necessario ricreare aspetti del loro mondo che a noi non sono evidenti. Ghazanfar concorda. “Se il vostro obiettivo è quello di capire il cervello, è necessario comprendere il comportamento; il che non è banale. Temo che molti neuroscienziati pensano che lo sia”, dice.
Forse una via da seguire sarebbe quella di sviluppare strumenti per aiutare ad affrontare la complessità del comportamento”, suggerisce Ed Boyden del MIT, uno dei pionieri dell’optogenetica. “L’indagine comportamentale ha una forte tradizione nel campo delle neuroscienze e spero che si rafforzi sempre di più.” Per il momento, il problema è che è diventato sempre più difficile pubblicare tali studi sulle riviste neuroscientifiche di punta. Gli studi comportamentali vengono respinti in quanto “non sono abbastanza ‘neuro'”, dice Ghazanfar, ed “è come se ogni studio debba essere un decathlon metodologico affinché venga considerato importante.”
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Marina Picciotto della Yale University, che è caporedattrice del Journal of Neuroscience, dice che ciò è dovuto a come vengono impostati gli studi stessi: se descrivono esclusivamente il comportamento, sono probabilmente più appropriati per una rivista che, per esempio, si focalizza sulla psicologia. Ma se gli esperimenti comportamentali suggeriscono esplicitamente delle ipotesi sui circuiti cerebrali, o qualcosa del genere, allora sono più rilevanti per il settore neuroscientifico. Tuttavia, “il confine fra il comportamento ‘puro’ e le neuroscienze è fluido”, ammette la Picciotto, mostrandosi al contempo riconoscente della nuova pubblicazione quanto propensa a discussioni sulle questioni che solleva.
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Per Krakauer, le neuroscienze attuali sminuiscono il lavoro comportamentale, ritenuto prezioso solo “finché ci dice dove attaccare gli elettrodi”. Ma in sé è importante. “Il mio timore è che le persone dicano: Sì, ovviamente, dobbiamo continuare a fare tutto ciò che abbiamo fatto, ma anche condurre migliori studi sul comportamento. Invece, quel che io sto cercando di dire è questo: Dovete prima studiare il comportamento. Non si può far volare l’aereo mentre lo si sta costruendo”.
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