darwin aldo fasolo
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Conferenza di Aldo Fasolo "Evoluzione e plasticità nell’encefalo dei vertebrati" in occasione della Mostra Darwin 1809-2009TRANSCRIPT
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Aldo FasoloFasoloDipartimento Biologia Animale e dell’Uomo
Università Torino
DARWIN nel cervelloEvoluzione e plasticità nell’encefalo dei vertebrati
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Come si è evoluto il cervello ?Come si è evoluto il cervello ?
Quanto il cervello (e le sue prestazioni)Quanto il cervello (e le sue prestazioni)
hanno contribuito allhanno contribuito all’’evoluzione della specie?evoluzione della specie?
Il sistema nervoso ha delle proprietà Il sistema nervoso ha delle proprietà
““unicheuniche””??
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Tanti metodi di studioTanti metodi di studio
ll’’anatomiaanatomia
la biologia cellulare la biologia cellulare
lo studio quantitativolo studio quantitativo
la ricerca cognitivala ricerca cognitiva
le proprietà di sistemale proprietà di sistema
![Page 4: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/4.jpg)
Tanti metodi di studioTanti metodi di studio
ll’’anatomiaanatomia
la biologia cellulare la biologia cellulare
lo studio quantitativolo studio quantitativo
la ricerca cognitivala ricerca cognitiva
le proprietà di sistemale proprietà di sistema
![Page 5: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/5.jpg)
METAZOAMETAZOA
Porifera Porifera PlacozoaPlacozoa CtenophoraCtenophora CnidariaCnidaria BilateraliaBilateralia
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Il telencefalo in vertebrati diversi
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Condroitti
Mammiferi
della stessa taglia
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Le dimensioni dell’encefalo rispetto alla taglia corporea
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Aumento corteccia selezionato Aumento corteccia selezionato perper usi cognitivi avanzati usi cognitivi avanzati
(PSICOLOGIA EVOLUTIVA) ?!? (PSICOLOGIA EVOLUTIVA) ?!?
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B. Finlay et al., Behav. Brain Sciences 24: 236-308, 2001
… the idea that enlarged isocortex could be a “spandrel”, a by-productby-product ofstructural constraints later adapted for various behaviourscontrastcontrast withwith approachesapproaches toto selectionselection of of particularparticular regionsregions forforcognitivelycognitively advancedadvanced usesuses…
ad esempio:
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Conclusioni 1Conclusioni 1
Le basi cellulari e molecolari del SN sono Le basi cellulari e molecolari del SN sono
molto antichemolto antiche
Lo sviluppo dimensionale è molto importante, Lo sviluppo dimensionale è molto importante,
ma non è stato selezionato per sé ma non è stato selezionato per sé
( è una EXAPTATION)( è una EXAPTATION)
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Tanti metodi di studioTanti metodi di studio
ll’’anatomiaanatomia
la biologia cellulare la biologia cellulare
lo studio quantitativolo studio quantitativo
la ricerca cognitivala ricerca cognitiva
le proprietà di sistemale proprietà di sistema
![Page 17: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/17.jpg)
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Differenze Uomo/Scimpanzè1,23 % per sostituzioni nucleotidiche2,7-3 % in generale
Cosa ci fa umani ?Proteine espresse (es.: FOXP2)Geni regolatoriLess-is-more (53 proteine “perse”)
Nature, 1 Sept. 2005
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Dramatic increase in brain sizeand complexity during humanevolution...The foreground shows brain images ofhuman, macaque monkey, rat, and mouse(from top to bottom), as well as thephylogenetic relationship among thesefour taxa. The background shows DNAsequences. Brain complexity has increaseddramatically in primates relative torodents, and the increase is particularlypronounced in the lineage leading tohumans. At the molecular level, genesinvolved in nervous system function alsoshow accelerated rates of evolution inprimates, especially in the lineage leadingto humans. Thus, the dramatic phenotypicevolution of the brain in the origin ofHomo sapiens is correlated with salientmolecular evolution.Cover image, Cell, December 29, 2004;illustrator, Sean Gould. See also Dorus, S.,Vallender, E.J., Evans, P.D., Anderson, J.R.,Gilbert, S.L., Mahowald, M., Wyckoff, G.J.,Malcom, C.M., and Lahn, B.T. 2004. Cell119:1027–1040.
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Conclusioni 2Conclusioni 2
Le basi cognitive dellLe basi cognitive dell’’uomo sono presenti in uomo sono presenti in
altri vertebratialtri vertebrati
Il cervello umano è in continua e rapida Il cervello umano è in continua e rapida
evoluzioneevoluzione
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La plasticità strutturale
Fase di sviluppoFase adulta
min
MAXMAX
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DARWIN nel cervello
1. sviluppo e plasticità
2. selezionismo somatico e darwinismo neurale
3. neurogenesi e selezione nell’encefalo adulto
4. neurogenesi on demand?!
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25 settimane 30 settimane 35 settimane 40 settimane
Il cervello cresce e cambiaIl cervello cresce e cambia
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![Page 29: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/29.jpg)
Lo sviluppoLo sviluppo un processo dialettico un processo dialettico
fra neurogenesi e morte cellulare fra neurogenesi e morte cellulare
Durante lo sviluppo, sino al 50% delle celluleDurante lo sviluppo, sino al 50% delle cellulemuore per morte programmatamuore per morte programmata
L.WolpertL.Wolpert ““PrinciplesPrinciples of of DevelopmentDevelopment”” Fig. 11.31Fig. 11.31
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La stabilizzazione selettiva delleLa stabilizzazione selettiva dellesinapsisinapsi
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Cambiamenti della densità di sinapsi Cambiamenti della densità di sinapsi nel sistema visivo durante lo svilupponel sistema visivo durante lo sviluppo
da Changeux, 2002
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Dal dialogoDal dialogola stabilizzazionela stabilizzazione
![Page 33: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/33.jpg)
Il ruolo centrale dei fattori neurotrofici
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![Page 35: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/35.jpg)
Il Il darwininismodarwininismo neurale di Gerald neurale di Gerald EdelmanEdelman
![Page 36: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/36.jpg)
v.:EdelmanG.MeTononG.UnuniversodicoscienzaEinaudi
![Page 37: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/37.jpg)
SELEZIONE NEURONALESELEZIONE NEURONALE
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Ipotesi CONNESSIONISTA
Edelman G.M e Tononi G.Un universo di coscienza Einaudi
![Page 39: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/39.jpg)
La scoperta delle cellule staminali La scoperta delle cellule staminali
nellnell’’encefalo dei mammiferi adulti:encefalo dei mammiferi adulti:
speranze, potenzialità, realtàsperanze, potenzialità, realtà
![Page 40: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/40.jpg)
![Page 41: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/41.jpg)
Aree di neurogenesi costitutiva adultaAree di neurogenesi costitutiva adultanei roditorinei roditori
bulbo olfattivo
ippocampo
hippocampus
Subventricularzone
olfactorybulb
interneuroni
![Page 42: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/42.jpg)
SVZSVZ
HIPHIP
![Page 43: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/43.jpg)
Migrazione tangenziale dei neuroblastiMigrazione tangenziale dei neuroblastiGFAPGFAP//PSA-NCAMPSA-NCAM
RMSRMS
RAT Peretto et al., 1997 Brain Res Bull
MOUSE Lois and Alvarez Buylla, 1996 Science
OBOBSVZSVZ
![Page 44: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/44.jpg)
Migrazione tangenziale dei neuroblastiMigrazione tangenziale dei neuroblasti
![Page 45: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/45.jpg)
ModulazioneModulazione delladella neurogenesi neurogenesi nellnell’’adultoadulto
Hagg T. Trends Neurosci. 28, 589-595 2005
![Page 46: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/46.jpg)
L’arricchimento olfattivo aumenta il numero di celluleneo-generate nell’OB…
Rochefort et al. • Odor Enrichment and Bulbar Neurogenesis J. Neurosci., April 1, 2002, 22(7):2679–2689
![Page 47: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/47.jpg)
… e accresce la memoria olfattiva
![Page 48: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/48.jpg)
LL’’integrazione funzionaleintegrazione funzionale
• Regolata dall’integrazione e daldifferenziamento
• A 15 giorni circa il 50% delle cellule èeliminato
• I nuovi neuroni sono implicati nellariorganizzazione funzionale dei circuiti
![Page 49: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/49.jpg)
Aree considerate classicamenteAree considerate classicamentenonnon-neurogeniche nell-neurogeniche nell’’adultoadulto
![Page 50: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/50.jpg)
Neurogenesi indottaNeurogenesi indotta
![Page 51: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/51.jpg)
I progenitori endogeniI progenitori endogeni
Emsley J.G. et al., NeuroRx 1, 452-471 2004
![Page 52: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/52.jpg)
Cellule Cellule multipotenti multipotenti da varie regionida varie regionidel SNC adultodel SNC adulto
![Page 53: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/53.jpg)
Cd
Neurogenesi nel nucleo caudatoNeurogenesi nel nucleo caudatoLuzzatiLuzzati etet al. al., (2006) J , (2006) J NeurosciNeurosci 26(2):609-621 26(2):609-621
![Page 54: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/54.jpg)
Un modello della Un modello della neurogenesineurogenesi
nel nucleo caudato del coniglio adultonel nucleo caudato del coniglio adulto
•circa il 90% delle cellule è eliminato
![Page 55: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/55.jpg)
NeurogenesiNeurogenesi on on demanddemand ?!?!
![Page 56: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/56.jpg)
La cascata epigenetica
![Page 57: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/57.jpg)
Conclusioni 3
Una delle proprietà fondamentali dell’encefalo
è la sua plasticità, sia nello sviluppo e vita
adulta, sia nell’evoluzione
Vedi: Vedi: EVOLVABILITYEVOLVABILITYJ. Gerhart, M. Kirschner, Cells, Embryos and Evolution
Blackwell, 1997
![Page 58: Darwin Aldo Fasolo](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052600/55834476d8b42a882e8b4b49/html5/thumbnails/58.jpg)