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Le mwcgneuroscienze sono un approccio multidisciplinare allo studio del mwcwsistema nervoso, e delle sue ricadute sul mwdacomportamento umano e animale.cite-ref-1[1] Esse richiedono conoscenze di mweqpsicologia, mwegmedicina, mwewfisiologia, mwfabiologia molecolare, mwfqbiologia cellulare, mwfgbiologia dello sviluppo, mwfwbiochimica, mwgaanatomia, mwgqgenetica, mwgginfermieristica, mwgwbiologia evoluzionistica, mwhachimica, mwhqfisica, mwhgmatematica, mwhwstatistica, mwiapedagogia e mwiqlinguistica, sebbene ognuna di queste discipline sia sviluppata e approfondita in maniera diversa a seconda della branca di studi scelta.

L'ambito delle neuroscienze si è ampliato per includere diversi approcci utilizzati per studiare gli aspetti mwiwmolecolari, mwjacellulari, dello mwjqsviluppo, mwjgstrutturali, mwjwfunzionali, mwkaevoluzionistici, mwkqcognitivi, mwkgcomputazionali e mwkwpatologici del sistema nervoso. Si sono ampliate enormemente anche le tecniche utilizzate dai neuroscienziati, che sono attualmente in grado di studiare dagli aspetti molecolari delle singole mwlacellule nervose, fino al funzionamento complessivo dei mwlqfenomeni emergenti del cervello, tramite l'utilizzo di tecniche di mwlgneuroimaging funzionale, il tutto mediante la collaborazione di mwmamodellizzazioni teoriche, mwmqsimulazioni computazionali ed mwmgapprocci sperimentali.

• Storia

• Le neuroscienze moderne

• Neuroscienze molecolari e cellulari

• Circuiti neurali e sistemi

• Neuroscienze cognitive e comportamentali

• Ricerca traslazionale e medicina

• Maggiori branche delle neuroscienze

• Le organizzazioni per le neuroscienze

• Istruzione pubblica e sensibilizzazione sull'argomento

• Note

• Bibliografia

• In italiano

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• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Lo studio del sistema nervoso risale all'mwpgAntico Egitto. Prove della trapanazione, delle pratiche chirurgiche della foratura o della raschiatura di un foro nel cranio per curare il mal di testa o i mwqadisturbi mentali risalgono al mwqqneolitico e sono state ritrovate in varie culture in tutto il mondo. Manoscritti risalenti al mwqg1700 a.C. indicano che gli mwqwegiziani avevano qualche conoscenza circa i sintomi del mwradanno cerebrale.cite-ref-2[2]

Le prime opinioni sulla funzione del cervello lo consideravano come un "ripieno cranico" di qualche sorta. In mwsgEgitto, dalla fine del mwswMedio Regno in poi, il cervello veniva regolarmente rimosso in preparazione della mwtamummificazione. Al tempo si riteneva che la sede dell'intelligenza fosse il mwtqcuore. Secondo mwtgErodoto, il primo passo della mummificazione era "prendere un pezzo storto di ferro, e con esso estrarre il cervello attraverso le narici, eliminandone così una porzione, mentre il resto veniva ripulito dal mwtwteschio tramite risciacquo con droghe".cite-ref-3[3]

L'opinione che il cuore fosse la fonte della coscienza non fu contestata fino all'epoca del mwvqmedico greco mwvgIppocrate. Egli credeva che il cervello non solo fosse coinvolto con la sensazione - in quanto organi specializzati per ciò (ad esempio, occhi, orecchie, lingua) si trovano nella testa, vicino al cervello - ma che fosse anche la sede dell'intelligenza. Anche mwvwPlatone ipotizzò che il cervello fosse la sede della parte razionale dell'anima.cite-ref-4[4] mwxaAristotele, tuttavia, riteneva che il centro di intelligenza fosse il cuore e che il cervello regolasse la quantità di calore proveniente dal cuore.cite-ref-stanley2001-5-0[5] Tale opinione fu generalmente accettata fino al mwyqmedico romano mwygGaleno, seguace di Ippocrate e medico di mwywgladiatori, il quale osservò che i suoi pazienti perdevano le loro facoltà mentali quando subivano danni al cervello.

mwzqAbulcasis, mwzgAverroè, mwzwAvenzoar e mwaaMaimonide, attivi nel mondo islamico medievale, descrissero una serie di problemi medici correlati al cervello. Nell'mwaqEuropa del Rinascimento, mwagVesalio (1514-1564) e mwawRené Descartes (1596-1650) diedero anch'essi diversi contributi alle neuroscienze.

Gli studi sul cervello diventarono più sofisticati dopo l'invenzione del mwcgmicroscopio e lo sviluppo di una mwcwprocedura di colorazione da parte di mwdaCamillo Golgi, verso la fine degli anni 1890. La procedura utilizzava un sale mwdqcromato d'argento per rivelare le strutture complesse del singolo mwdgneurone. La sua tecnica venne utilizzata da mwdwSantiago Ramón y Cajal e portò alla formazione della dottrina del neurone, l'ipotesi che l'unità funzionale del cervello fosse il neurone. Golgi e Ramón y Cajal condivisero il mwewPremio Nobel per la medicina nel 1906 per le loro ampie osservazioni, descrizioni e categorizzazioni dei neuroni in tutto il cervello. Mentre il lavoro pionieristico di mwfaLuigi Galvani alla fine del 1700 aveva posto le basi per lo studio dell'mwfqeccitabilità elettrica dei muscoli e dei neuroni, è stato alla fine del XIX secolo che mwfgEmil du Bois-Reymond, mwfwJohannes Peter Müller e mwgaHermann von Helmholtz dimostrarono che l'eccitazione elettrica dei neuroni influenza prevedibilmente gli stati elettrici dei neuroni adiacenti.

Parallelamente a queste ricerche, il lavoro con i pazienti cerebrolesi di mwhaPaul Broca suggeriva che alcune regioni del cervello fossero responsabili di determinate funzioni. A quel tempo, le scoperte di Broca furono viste come una conferma della teoria di mwhqFranz Joseph Gall, secondo cui il mwhglinguaggio è localizzato e che certe funzioni psicologiche sono localizzate in aree specifiche della mwiacorteccia cerebrale.cite-ref-6[6]cite-ref-7[7] L'ipotesi di localizzazione delle funzioni è supportata dalle osservazioni su pazienti mwkgepilettici condotte da mwkwJohn Hughlings Jackson, che ha correttamente dedotto l'organizzazione della mwlacorteccia motoria osservando la progressione delle convulsioni attraverso il corpo. mwlqCarl Wernicke sviluppò ulteriormente la teoria della specializzazione di specifiche strutture cerebrali nella comprensione del linguaggio e nella produzione. La ricerca moderna utilizza ancora la mwlgmappa cerebrale citoarchitettonica di mwlwBrodmann (in riferimento allo studio della mwmastruttura cellulare) nel dimostrare che l'esecuzione di compiti specifici viene attivata in aree specifiche della corteccia.cite-ref-8[8]

Nel 1952, mwngAlan Lloyd Hodgkin e mwnwAndrew Huxley presentarono un modello matematico per la trasmissione dei segnali elettrici nei neuroni dell'mwoaassone gigante di calamaro, per i mwoqpotenziali d'azione, e per come essi vengono avviati e propagati, conosciuto come mwogmodello di Hodgkin-Huxley. Nel 1961-2, Richard FitzHugh e J. Nagumo semplificarono il modello di Hodgkin-Huxley, in quello che viene chiamato il mwowmodello di FitzHugh-Nagumo. Nel 1962, mwpaBernard Katz modellò la mwpqneurotrasmissione attraverso gli spazi tra i neuroni conosciuti come mwpgsinapsi. Nel 1981 Catherine Morris e Harold Lecar combinarono questi modelli nel modello di Morris-Lecar. Nel 1984, J. L. Hindmarsh e R.M. Rose hanno ulteriormente modellizzato la neurotrasmissione.

A partire dal 1966, mwqqEric Kandel e collaboratori hanno esaminato i cambiamenti biochimici nei neuroni connessi con l'apprendimento e la memoria.

Lo mwsastudio scientifico del sistema nervoso è aumentato significativamente nel corso della seconda metà del mwsqXX secolo, principalmente grazie ai progressi nella mwsgbiologia molecolare, dell'mwswelettrofisiologia e delle mwtaneuroscienze computazionali. Questo ha permesso ai neuroscienziati di studiare il mwtqsistema nervoso in tutti i suoi aspetti: come è strutturato, come funziona, come si sviluppa, il suo cattivo funzionamento, e come quest'ultimo possa essere cambiato. Per esempio, è diventato possibile comprendere, in molti dettagli, i complessi processi che si verificano all'interno del singolo mwtgneurone.

I neuroni sono cellule specializzate per la comunicazione. Essi sono in grado di contattare altri neuroni e altri tipi di cellule attraverso le giunzioni specializzate chiamate mwuasinapsi, mediante le quali segnali elettrochimici o elettrici possono essere trasmessi da una cellula all'altra. Molti neuroni estrudono lunghi filamenti sottili di protoplasma chiamati mwuqassoni, che possono giungere a parti distanti del corpo e sono in grado di portare rapidamente segnali elettrici, influenzando l'attività di altri neuroni, muscoli o ghiandole presso i loro punti terminali. Un sistema nervoso emerge dall'assemblaggio di neuroni che sono collegati tra loro.

Nei vertebrati, il sistema nervoso può essere suddiviso in due parti, il mwuwsistema nervoso centrale (mwvacervello e mwvqmidollo spinale), e il mwvgsistema nervoso periferico. In molte specie - compresi tutti i vertebrati - il sistema nervoso è il sistema organico più complesso del corpo, con la maggior parte della complessità che risiede nel cervello. Il mwvwcervello da solo contiene circa cento miliardi di neuroni e 100.000 miliardi di sinapsi, si compone di migliaia di sottostrutture distinguibili, collegate tra loro in reti sinaptiche i cui meandri hanno cominciato solo adesso ad essere svelati. La maggioranza dei circa 20-25.000 geni appartenenti al genoma umano sono espressi specificatamente nel cervello. A causa della mwwaplasticità del cervello umano, la struttura delle sue sinapsi e le funzioni risultanti cambiano durante la vita.cite-ref-9[9] Così, la sfida di dare un senso a tutta questa complessità è formidabile.

Lo studio del sistema nervoso può essere fatto a più livelli, che vanno dal livello molecolare e cellulare ai sistemi e livelli mwxwcognitivi. A livello molecolare, le questioni fondamentali affrontate nelle neuroscienze molecolari comprendono i meccanismi con cui i neuroni si esprimono rispondendo ai segnali molecolari e come gli mwyqassoni formino configurazioni complesse di connettività. A questo livello, vengono utilizzati gli strumenti della mwygbiologia molecolare e della mwywgenetica per capire come i neuroni si sviluppano e come i cambiamenti genetici influenzino le funzioni biologiche. La mwzamorfologia, l'identità molecolare e le caratteristiche fisiologiche dei neuroni, e come queste siano connesse a diversi tipi di comportamento, sono inoltre argomenti di notevole interesse.

Le domande fondamentali affrontate nelle neuroscienze cellulari comprendono i meccanismi di come i neuroni processino i mwzwsegnali fisiologicamente ed elettrochimicamente. Queste questioni includono come i segnali vengano elaborati dalle neuriti - estensioni sottili del mw0acorpo cellulare neuronale, composte da mw0qdendriti (specializzate nel ricevere gli ingressi sinaptici da altri neuroni) e mw0gassoni (specializzati nel condurre gli impulsi nervosi chiamati mw0wpotenziali d'azione) - e dai mw1asoma (i corpi cellulari dei neuroni contenenti il nucleo), e come segnali da mw1qneurotrasmettitori e elettrici vengano utilizzati per elaborare le informazioni in un neurone. Un altro importante settore delle neuroscienze è rivolto alle indagini sullo mw1gsviluppo del sistema nervoso. Tali questioni comprendono la regionalizzazione del sistema nervoso, le mw2acellule staminali neurali, la mw2qdifferenziazione di neuroni e glia, la mw2gmigrazione neurale, lo sviluppo assonale e dendritico, le mw2winterazioni trofiche e la mw3aformazione di sinapsi.

Le neuroscienze sistemiche si propongono di studiare l'architettura funzionale e strutturale del cervello umano in via di sviluppo. Lo studio di circuiti e reti su larga scala è reso possibile da discipline emergenti quali la mw4aconnettomica.

A livello sistemico, le questioni affrontate nelle mw4gneuroscienze sistemiche riguardano come i circuiti neurali vengano formati ed utilizzati anatomicamente e fisiologicamente per la produzione di funzioni come i mw4wriflessi, l'integrazione sensoriale, la mw5qcoordinazione motoria, i mw5gritmi circadiani, le mw5wrisposte emotive, l'mw6aapprendimento e la mw6qmemoria. In altre parole, le neuroscienze sistemiche si indirizzano su come questi circuiti neurali funzionano e sui meccanismi attraverso i quali vengono generati i comportamenti. Per esempio, l'analisi a livello di sistemi affronta questioni riguardanti specifiche modalità sensoriali e motorie: come lavora la mw6gvisione? Come fanno gli uccelli canori a imparare nuove canzoni e i mw6wpipistrelli a localizzarsi con l'mw7aecolocazione? Come fa il mw7qsistema somatosensoriale a processare le informazioni tattili? I campi correlati della mw7gneuroetologia e mw7wneuropsicologia indirizzano la questione su come i substrati neurali sottintendano a specifici mw8acomportamenti animali e umani. La mw8qNeuroendocrinologia e la psiconeuroimmunologia esaminano le interazioni tra il sistema nervoso e i sistemi mw8wendocrino e mw9aimmunitario, rispettivamente. Nonostante i molti progressi, il modo in cui le mw9qreti di neuroni producano mw9gcognizione e mw9wcomportamenti complessi è ancora poco conosciuto.

A livello cognitivo, le mw-wneuroscienze cognitive affrontano la questione di come le funzioni psicologiche sono prodotte dai mw-qcircuiti neurali. L'emergere di nuove e potenti tecniche di misurazione, come quelle della mw-gneuroimaging (es. mw-wfMRI, mwaqaPET, mwaqeSPECT), dell'mwaqielettrofisiologia e dell'mwaqmanalisi genetica umana combinate con sofisticate mwaqqtecniche sperimentali della mwaqupsicologia cognitiva, permette a mwaqyneuroscienziati e mwaqcpsicologi di affrontare questioni astratte come ad esempio il modo in cui la cognizione umana e l'emozione sono mappate da substrati neurali specifici.

Le Neuroscienze sono alleate anche con le mwaqkscienze sociali e mwaqocomportamentali, nonché con campi interdisciplinari emergenti come la mwaqsneuroeconomia, la mwaqwteoria della decisione e le mwaq0neuroscienze sociali come la mwaq4neurosociologia per affrontare questioni complesse sulle interazioni del cervello con il suo ambiente.

In ultima analisi i neuroscienziati vorrebbero comprendere ogni aspetto del sistema nervoso, compreso come funziona, come si sviluppa, il suo cattivo funzionamento, e come può essere modificato o riparato. Gli argomenti specifici che costituiscono i principali focolai di mwararicerca cambiano nel tempo, guidati da una base in continua espansione di conoscenze e dalla disponibilità di mezzi tecnici sempre più sofisticati. Nel lungo termine, i miglioramenti nella tecnologia sono stati i volani principali del progresso. Sviluppi in mwaremicroscopia elettronica, computer, elettronica, nell'imaging funzionale del cervello, e più recentemente nella mwarigenetica e nella mwarmgenomica, sono stati tutti fattori determinanti per il progresso.

mwarwNeurologia, mwar0psichiatria, mwar4neurochirurgia, psicochirurgia, mwasaanestesiologia, neuropatologia, mwasineuroradiologia, neurofisiologia clinica e medicina della dipendenza sono le specialità mediche che riguardano le malattie del sistema nervoso. Questi termini si riferiscono anche alle discipline cliniche che coinvolgono la diagnosi e il trattamento di queste malattie. La neurologia lavora con malattie del sistema nervoso centrale e periferico, come ad esempio la mwasusclerosi laterale amiotrofica (SLA) e l'mwasyictus, e con il loro trattamento medico. La psichiatria si concentra sui disturbi mwascaffettivi, mwasgcomportamentali, mwaskcognitivi e mwasopercettivi. L'anestesiologia si concentra sulla percezione del dolore, e sull'alterazione farmacologica della coscienza.

La neuropatologia si concentra sulla classificazione e sui meccanismi patogenetici alla base delle malattie del sistema nervoso centrale e periferico e dei muscolari, con particolare attenzione alle alterazioni morfologiche, osservabili al microscopico e chimicamente. La neurochirurgia e la psicochirurgia lavorano principalmente con il trattamento chirurgico delle malattie del sistema nervoso centrale e periferico. I confini tra queste specialità si stanno recentemente confondendo in quanto sono tutte influenzate dalla mwaswricerca di base nel campo delle neuroscienze. L'imaging cerebrale consente dati oggettivi, biologici sulle malattie mentali, che possono portare a diagnosi più veloci, prognosi più accurate, e contribuirà a valutare i progressi del paziente nel corso del tempo.cite-ref-10[10] Ogni area del cervello va tuttavia analizzata singolarmente. Un accurato imaging cerebrale permette di capire su che livello un eventuale lesione può avere ripercussioni o provocare danni. Inoltre offre un’accurata prognosi e permette di identificare se tali danni siano di natura cognitiva o motoria.

Lo studio e la comprensione delle neuroscienze possono essere utili non solo in svariate discipline mediche, ma anche nell’ambito della comunicazione e marketing. In relazione al processo decisionale, viene presa in considerazione l’integrazione tre le varie aree cerebrali, la conduzione di impulsi efferenti, cioè fare qualcosa, e l’abilità del cervello umano di processare ed integrare gli impulsi afferenti sotto forma di feedback, quindi sentire e capire qualcosa. Il processo decisionale può essere allenato, permettendo al paziente non solo di migliorare le performance motorie in ambito sportivo e riabilitativo, ma di prendere delle decisioni più consapevoli e apparentemente meno dannosecite-ref-11[11].

Le neuroscienze integrative mettono a fuoco le connessioni tra queste aree specializzate.

Le moderne educazioni e attività di ricerca neuroscientifiche possono essere molto approssimativamente suddivise nei seguenti rami principali, sulla base del soggetto e della scala del sistema in esame, così come su approcci sperimentali o curricolari distinti. I singoli neuroscienziati, tuttavia, lavorano spesso su questioni che abbracciano vari sottocampi distinti.

| Branca | Descrizione |

|---|---|

| Neuroanatomia | Studio della struttura del sistema nervoso |

| Neuroscienze cellulari | Le neuroscienze cellulari comprendono lo studio dei neuroni a livello cellulare, morfologico e fisiologico. |

| Neuroscienze cognitive e Neuropsicologia | Le neuroscienze cognitive sono lo studio dei substrati biologici e neuropsicologici che sottendono alla cognizione con un focus specifico sui substrati neurali dei processi mentali . |

| Neuroscienze dello sviluppo | Studiano i processi che generano, formano e rimodellano il sistema nervoso e cercano di descrivere la base cellulare dello sviluppo neurale per affrontarne i meccanismi sottostanti. |

| Neuroscienze computazionali | Studio teorico del sistema nervoso tramite astrazioni del sistema e la formulazione e utilizzo di modelli matematici biologicamente plausibili e sensibili alla complessità biofisica e biochimica del sistema. [ 12 ] |

| Neuroscienza evolutiva | È il campo di ricerca che studia l'evoluzione dei sistemi nervosi. |

| Neuroscienze molecolari | Sono una branca delle neuroscienze che esamina la biologia del sistema nervoso con la biologia molecolare , la genetica molecolare , la biochimica delle proteine , e le metodologie relative. |

| Neuroetologia | È una branca interdisciplinare che studia le basi neurali del comportamento animale naturale. |

| Neuroimaging | Prevede l'uso di varie tecniche per osservare direttamente o indirettamente la struttura ed il funzionamento del cervello. |

| Neuroinformatica | È una disciplina all'interno della bioinformatica che conduce l'organizzazione dei dati delle neuroscienze e l'applicazione di modelli di calcolo e strumenti di analisi. |

| Neurofisiologia | È lo studio del funzionamento del sistema nervoso, generalmente utilizzando tecniche fisiologiche che includono la misurazione e la stimolazione con elettrodi o otticamente con coloranti ioni- o tensione-sensibili o con canali sensibili alla luce. |

| Neuroscienze sistemiche | Sono lo studio della funzione di circuiti e sistemi neurali. |

La più grande organizzazione professionale neuroscientifica è la Society for Neuroscience (SFN), che ha sede negli mwax8Stati Uniti, ma include molti membri di altri paesi. Sin dalla sua fondazione nel 1969 la SFN è cresciuta costantemente: a partire dal 2010 ha registrato 40.290 membri provenienti da 83 paesi diversi.cite-ref-13[13] Incontri annuali, tenuti ogni anno in una diversa città americana, traggono la partecipazione da parte dei ricercatori, borsisti post-dottorato, dottorandi e laureandi, così come da istituzioni educative, agenzie di finanziamento, editori, e centinaia di aziende fornitrici di prodotti utilizzati nella ricerca.

Altre organizzazioni importanti dedicate alle neuroscienze comprendono la International Brain Research Organization (IBRO), che si riunisce in un paese di una parte diversa del mondo ogni anno, e la Federation of European Neuroscience Societies (FENS), che tiene una riunione in una diversa città europea ogni due anni. La FENS comprende una serie di 32 organizzazioni a livello nazionale, tra cui la British Neuroscience Association, la mwaygGerman Neuroscience Society (mwaykNeurowissenschaftliche Gesellschaft), la francese mwayoSociété des Neurosciences e la mwaysSocietà Italiana di Neuroscienze (SINS).

Nel 2013, è stata annunciata negli Stati Uniti la BRAIN Initiative.

Oltre a condurre la tradizionale ricerca in laboratorio, i neuroscienziati sono stati anche coinvolti nella promozione della consapevolezza e della conoscenza del sistema nervoso tra il pubblico in generale e tra i funzionari governativi. Tali promozioni sono state fatte sia da singoli neuroscienziati che da grandi organizzazioni. Ad esempio, i singoli neuroscienziati hanno promosso l'educazione neuroscientifica tra i giovani studenti, organizzando l'International Brain Bee (IBB), che è un concorso scolastico per gli studenti delle scuole superiori o secondarie di tutto il mondo.cite-ref-14[14] Negli Stati Uniti, le grandi organizzazioni come la Society for Neuroscience hanno promosso l'educazione sulle neuroscienze sviluppando un primer chiamato Brain Facts,cite-ref-15[15] collaborando con gli insegnanti della scuola pubblica nello sviluppo del Neuroscience Core Concepts per insegnanti e studenti K-12,cite-ref-16[16] e cosponsorizzando una campagna con il Dana Foundation chiamata Settimana del Cervello (mwaz8Brain Awarness Week) per la sensibilizzazione dell'opinione pubblica sui progressi e sui benefici della ricerca sul cervello.cite-ref-17[17]

Infine, i neuroscienziati hanno anche collaborato con gli esperti di educazione per studiare e perfezionare le tecniche didattiche per l'apprendimento tra gli studenti, un settore emergente chiamato mwaaueducational neuroscience.cite-ref-18[18] Agenzie federali degli Stati Uniti, come la mwaasNational Institute of Health (NIH)cite-ref-19[19] e la mwabaNational Science Foundation (NSF),cite-ref-20[20] hanno anch'esse finanziato la ricerca che riguarda le migliori pratiche per l'insegnamento e l'apprendimento dei concetti delle neuroscienze.

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