Ambiente e cervello

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Effetti dell’arricchimento ambientale su sviluppo e plasticità del sistema visivo

L’influenza dell’arricchimento ambientale sulla fisiologia dei sistemi sensoriali è stata per lungo tempo scarsamente investigata. In tempi recenti, una serie di studi effettuati presso l’Istituto di Neuroscienze del CNR e la Scuola Normale Superiore di Pisa ha dimostrato che l’arricchimento ambientale ha un effetto notevole sullo sviluppo e la plasticità del sistema visivo.

L’arricchimento ambientale accelera lo sviluppo del sistema visivo

Uno degli effetti più marcati indotti da un protocollo di arricchimento ambientale applicato dalla nascita nel roditore consiste nell’accelerazione della maturazione dell’acuità visiva (➔), un indice molto sensibile di sviluppo, documentata sia con metodi elettrofisiologici (registrazioni di potenziali visivi evocati) sia con metodi comportamentali. Rapportando il fenomeno ai tempi di sviluppo dell’uomo, si può dire che è come se un bambino dell’età di tre anni raggiungesse i valori di acuità visiva tipici dell’adulto (cioè con circa due anni di anticipo). La precoce maturazione dell’acuità visiva si accompagna a un’accelerazione nella durata del periodo critico per la plasticità sinaptica in corteccia visiva. Un ruolo cruciale è svolto dal fattore neurotrofico derivato dal cervello (BDNF): i livelli di BDNF aumentano a sette giorni di vita nella corteccia visiva di topi nati in un ambiente arricchito. Il BDNF promuove la maturazione del circuito inibitorio GABAergico, che è a sua volta responsabile del restringimento delle dimensioni dei campi recettivi visivi, correlate in modo inverso all’acuità. Un altro fattore molecolare alla base dell’azione dell’arricchimento ambientale sullo sviluppo del sistema visivo è il fattore di crescita insulino-simile di tipo 1 (IGF-1). Poiché gli effetti dell’arricchimento ambientale sono già presenti prima dell’apertura degli occhi, l’influenza precoce dell’ambiente non dipende dalla visione. A conferma di ciò, nel ratto l’arricchimento ambientale al buio previene il ritardo di sviluppo indotto dalla totale assenza di stimoli visivi.

Arricchimento materno e sviluppo del sistema visivo

La precocità degli effetti indotti dall’arricchimento ambientale dimostra che l’ambiente non agisce sul sistema nervoso in sviluppo mediante un’azione diretta degli stimoli presenti nella gabbia di arricchimento. Le prime settimane di vita nei roditori, infatti, sono caratterizzate dall’assenza di interazione tra i nuovi nati e l’ambiente circostante. Piuttosto, i piccoli spendono la maggior parte del tempo nel nido, dove la madre rappresenta la più importante sorgente di stimoli. È stato di recente dimostrato che gli effetti più precoci di accelerazione dello sviluppo del sistema visivo indotti dall’arricchimento ambientale sono mediati dalle cure materne (➔). I piccoli arricchiti ricevono livelli di cure maggiori rispetto ai piccoli allevati in gabbie standard ed è noto che variazioni nell’intensità delle cure agiscono da regolatori dei livelli intracerebrali di BDNF. Inoltre, la stimolazione tattile artificiale di piccoli di ratto allevati in gabbie non arricchite (effettuata mediante un protocollo di massaggi che mimano le cure materne) accelera la maturazione dell’acuità visiva, e ciò rappresenta un esempio notevole di plasticità cross-modale nel quale l’aumento degli input sensoriali in una modalità mette in moto meccanismi che guidano lo sviluppo di altri sistemi. Sorprendentemente, la terapia del massaggio (➔) ha effetti simili anche nei bambini.

Arricchimento ambientale e sviluppo della retina

La visione classica secondo cui lo sviluppo della retina è indipendente dall’esperienza sensoriale è stata smentita da una serie di studi, che hanno usato il paradigma dell’arricchimento ambientale come strategia per aumentare i livelli di stimolazione ambientale. Mediante registrazioni di elettroretinogramma da pattern (una tecnica che studia la risposta delle cellule gangliari retiniche alla visione di reticoli con bande alternate chiare e scure), è stato dimostrato che l’acuità retinica matura precocemente in piccoli di ratto arricchiti dalla nascita, secondo una scala temporale sovrapponibile a quella della corteccia. A livello anatomico, l’accelerazione è evidente nel pattern di segregazione dei dendriti delle cellule gangliari all’interno delle sublamine on e off della retina. L’influenza dell’arricchimento ambientale sulla maturazione retinica è evidente perfino durante lo sviluppo fetale. I feti di madri allevate in ambiente arricchito durante la gravidanza presentano una marcata accelerazione dei processi di migrazione dei progenitori neuronali retinici e di morte naturale programmata, un effetto mediato dall’IGF-1.

Ringiovanire il cervello

La capacità dell’arricchimento ambientale di agire sui processi che regolano la plasticità del sistema visivo è marcatamente presente anche nel cervello adulto. Usando un modello di ambliopia nel roditore (ratti sottoposti a deprivazione monoculare a lungo termine) è stato dimostrato che l’arricchimento ambientale aumenta la plasticità della corteccia visiva adulta, promuovendo un completo recupero dell’acuità visiva e della binocularità in animali fuori dal periodo critico e quindi incapaci, in condizioni standard, di riacquistare una visione normale. I meccanismi molecolari alla base del recupero della visione sono la diminuzione dei livelli di inibizione intracorticale GABAergica e l’aumento dell’espressione di BDNF. Questi risultati aprono prospettive incoraggianti nel campo del trattamento delle malattie neurologiche. Di particolare interesse, infatti, è la possibilità di favorire il recupero delle funzioni visive usando un paradigma sperimentale fisiologico, assolutamente non invasivo, come l’arricchimento ambientale.