Neuroscienze: differenze tra le versioni

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[[File:PurkinjeCell.jpg|miniatura|Disegno di [[Santiago Ramón y Cajal]] (1899) di [[neuroni]] in un cervello di [[Columba livia|piccione.]]]]

Le '''neuroscienze''' sono l'insieme degli studi [[scienza|scientificamente condotti]] sul [[sistema nervoso]].<ref>{{Cita web|titolo=Neuroscience|sito=Merriam-Webster Medical Dictionary|url=http://www.merriam-webster.com/medlineplus/neuroscience}}</ref> Essendo scienze multidisciplinari, le neuroscienze richiedono conoscenze di [[psicologia]], [[medicina]], [[infermieristica]], [[fisiologia]], [[biologia molecolare]], [[biologia cellulare]], [[biologia dello sviluppo]], [[biochimica]], [[anatomia]], [[genetica]], [[Biologia evolutiva|biologia evoluzionistica]], [[chimica]], [[fisica]], [[matematica]], [[statistica]], [[psicologia]], [[pedagogia]] e [[linguistica]] sebbene ognuna di queste discipline èsia 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 [[biologia molecolare|molecolari]], [[Cellula|cellularicellula]]ri, dello [[sviluppo neurale|sviluppo]], [[neuroanatomia|strutturali]], [[neurofisiologia|funzionali]], [[Evoluzione|evoluzionistici]], [[Cognizione|cognitivi]], [[neuroscienze computazionali|computazionali]] e [[Neurologia|patologici]] 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 [[neurone|cellule nervose]], fino al funzionamento complessivo dei [[Comportamento emergente|fenomeni emergenti]] del cervello tramite l'utilizzo di tecniche di [[Neuroimaging funzionale|''neuroimaging'' funzionale]], il tutto mediante la collaborazione di [[Biologia teoretica|modellizzazioni teoriche]], [[Neuroscienze computazionali|simulazioni computazionali]] ed [[Scienza sperimentale|approcci sperimentali]].

== Storia ==

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Lo studio del sistema nervoso risale all'[[Antico 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 [[malattia mentale|disturbi mentali]] risalgono al [[neolitico]] e sono state ritrovate in varie culture in tutto il mondo. Manoscritti risalenti al [[1700 a.C.]] indicano che gli [[egiziani]] avevano qualche conoscenza circa i sintomi del [[cerebrolesione|danno cerebrale]].<ref>{{Cita web|autore=Mohamed W|anno=2008|titolo=The Edwin Smith Surgical Papyrus: Neuroscience in Ancient Egypt|sito=IBRO History of Neuroscience|url=http://www.ibro.info/Pub/Pub_Main_Display.asp?LC_Docs_ID=3199|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20120119141209/http://www.ibro.info/Pub/Pub_Main_Display.asp?LC_Docs_ID=3199|dataarchivio=19 gennaio 2012}}</ref>

Le prime opinioni sulla funzione del cervello lo consideravano come un "ripieno cranico" di qualche sorta. In [[Egitto]], dalla fine del [[Medio Regno (Egitto)|Medio Regno]] in poi, il ce rvellocervello veniva regolarmente rimosso in preparazione della [[mummificazione]]. Al tempo si riteneva che la sede dell'intelligenza fosse il [[cuore]]. Secondo [[Erodoto]], 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 [[teschio]] tramite risciacquo con droghe".<ref>{{Cita libro|autore=Herodotus|anno=440BCE|titolo=The Histories: Book II (Euterpe)|url=http://classics.mit.edu/Herodotus/history.mb.txt}}</ref>

L'opinione che il cuore fosse la fonte della coscienza non fu contestata fino all'epoca del [[medicina greca|medico greco]] [[Ippocrate di Coo|Ippocrate]]. 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 [[Platone]] ipotizzò che il cervello fosse la sede della parte razionale dell'anima.<ref>{{Cita libro|autore=Plato|anno=360BCE|titolo=Timaeus|url=http://classics.mit.edu/Plato/timaeus.1b.txt}}</ref> [[Aristotele]], tuttavia, riteneva che il centro di intelligenza fosse il cuore e che il cervello regolasse la quantità di calore proveniente dal cuore.<ref name=Stanley2001>{{Cita libro |cognome = Finger |nome = Stanley |titolo = Origins of Neuroscience: A History of Explorations into Brain Function |url = https://archive.org/details/originsofneurosc0000fing |edizione=3|editore = Oxford University Press, USA |città = New York |anno = 2001 |pp=3–17[https://archive.org/details/originsofneurosc0000fing/page/3 3]–17|isbn=0-19-514694-8 }}</ref>

Tale opinione fu generalmente accettata fino al [[medicina romana|medico romano]] [[Galeno]], seguace di Ippocrate e medico di [[Gladiatore|gladiatori]], il quale osservò che i suoi pazienti perdevano le loro facoltà mentali quando subivano danni al cervello.

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[[File:GolgiStainedPyramidalCell.jpg|miniatura|sinistra|La [[metodo di Golgi|colorazione di Golgi]] permise per prima la visualizzazione dei singoli neuroni.]]

Gli studi sul cervello diventarono più sofisticati dopo l'invenzione del [[microscopio]] e lo sviluppo di una [[colorazioneColorazione (microscopia)|procedura di colorazione]] da parte di [[Camillo Golgi]], verso la fine degli anni 1890. La procedura utilizzava un sale [[cromato d'argento]] per rivelare le strutture complesse del singolo [[neurone]]. La sua tecnica venne utilizzata da [[Santiago Ramón y Cajal]] e portò alla formazione della [[dottrina del neurone]], l'ipotesi che l'unità funzionale del cervello fosse il neurone.{{Citazione necessaria}} Golgi e Ramón y Cajal condivisero il [[Premio 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 [[Luigi Galvani]] alla fine del 1700 aveva posto le basi per lo studio della eccitabilità elettrica dei muscoli e dei neuroni, è stato alla fine del XIX secolo che [[Emil du Bois-Reymond]], [[Johannes Peter Müller]] e [[Hermann von Helmholtz]] dimostrarono che l'eccitazione elettrica dei neuroni influenza prevedibilmente gli stati elettrici dei neuroni adiacenti.{{Citazione necessaria}}

Parallelamente a queste ricerche, il lavoro con i pazienti cerebrolesi di [[Paul 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 [[Franz Joseph Gall]], secondo cui il [[linguaggio]] è localizzato e che certe [[processo mentale|funzioni psicologiche]] sono localizzate in aree specifiche della [[corteccia cerebrale]].<ref>{{Cita pubblicazione|autore=Greenblatt SH|anno=1995|titolo=Phrenology in the science and culture of the 19th century|rivista=Neurosurg|volume=37|numero=4|pp=790–805790-805|url=http://journals.lww.com/neurosurgery/Abstract/1995/10000/Phrenology_in_the_Science_and_Culture_of_the_19th.25.aspx|pmid=8559310|doi=10.1227/00006123-199510000-00025}}</ref><ref>{{Cita libro|autore=Bear MF|autore2=Connors BW|autore3=Paradiso MA|anno=2001|titolo=Neuroscience: Exploring the Brain|edizione=2|editore=Lippincott Williams & Wilkins|città=Philadelphia |isbn=0-7817-3944-6}}</ref> L'ipotesi di [[specializzazione funzionale (cervello)|localizzazione delle funzioni]] è supportata dalle osservazioni su pazienti [[epilessia|epilettici]] condotte da [[John Hughlings Jackson]], che ha correttamente dedotto l'organizzazione della [[corteccia motoria]] osservando la progressione delle convulsioni attraverso il corpo. [[Carl Wernicke]] sviluppò ulteriormente la teoria della specializzazione di specifiche strutture cerebrali nella comprensione del linguaggio e nella produzione. La ricerca moderna utilizza ancora la [[Citoarchitettura della corteccia cerebrale|mappa cerebrale citoarchitettonica]] di [[aree di Brodmann|Brodmann]] (in riferimento allo studio della [[organello|struttura cellulare]]) nel dimostrare che l'esecuzione di compiti specifici viene attivata in aree specifiche della corteccia.<ref>{{Cita libro|autore=Kandel ER|autore2=Schwartz JH|autore3=Jessel TM|anno=2000|titolo=[[Principles of Neural Science]]|edizione=4|editore=McGraw-Hill|città=New York, NY|isbn=0-8385-7701-6}}</ref>

Nel 1952, [[Alan Lloyd Hodgkin]] e [[Andrew Huxley]] presentarono un modello matematico per la trasmissione dei segnali elettrici nei neuroni dell'[[assone]] gigante di calamaro, per i [[potenziale d'azione|potenziali d'azione]], e per come essi vengono avviati e propagati, conosciuto come [[modello di Hodgkin-Huxley]]. Nel 1961-2, Richard FitzHugh e J. Nagumo semplificarono il modello di Hodgkin-Huxley, in quello che viene chiamato il [[modello di FitzHugh-Nagumo]]. Nel 1962, [[Bernard Katz]] modellò la [[neurotrasmissione]] attraverso gli spazi tra i neuroni conosciuti come [[sinapsi]]. 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.

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=== Circuiti neurali e sistemi ===

{{Vedi anche|Reti neurali|Neuroscienze sistemiche}}

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 [[connettomica]].

A livello sistemico, le questioni affrontate nelle [[neuroscienze sistemiche]] riguardano come i circuiti neurali vengano formati ed utilizzati anatomicamente e fisiologicamente per la produzione di funzioni come i [[riflesso|riflessi]], l'[[integrazione sensoriale]], la [[coordinazione motoria]], i [[ritmo circadiano|ritmi circadiani]], le [[emozione|risposte emotive]], l'[[apprendimento]] e la [[memoria (fisiologia)|memoria]]. 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 [[Vista|visione]]? Come fanno gli uccelli canori a imparare nuove canzoni e i [[pipistrello|pipistrelli]] a localizzarsi con l'[[ecolocazione]]? Come fa il [[sistema somatosensoriale]] a processare le informazioni tattili? I campi correlati della [[neuroetologia]] e [[neuropsicologia]] indirizzano la questione su come i substrati neurali sottintendano a specifici [[Etologia|comportamenti animali]] e umani. La [[Neuroendocrinologia]] e la [[psiconeuroimmunologia]] esaminano le interazioni tra il sistema nervoso e i sistemi [[Endocrinologia|endocrino]] e [[immunologia|immunitario]], rispettivamente. Nonostante i molti progressi, il modo in cui le [[rete neurale|reti di neuroni]] producano [[cognizione]] e [[comportamento|comportamenti]] complessi è ancora poco conosciuto.

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[[Neurologia]], [[psichiatria]], [[neurochirurgia]], [[psicochirurgia]], [[anestesiologia]], [[neuropatologia]], [[neuroradiologia]], [[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 [[sclerosi laterale amiotrofica]] (SLA) e l'[[ictus]], e con il loro trattamento medico. La psichiatria si concentra sui disturbi [[Affetto|affettivi]], [[comportamento|comportamentali]], [[cognizione|cognitivi]] e [[percezione|percettivi]]. 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 [[ricerca scientifica|ricerca 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.<ref>{{Cita web|autore=Lepage M|anno=2010|titolo=Research at the Brain Imaging Centre|sito=Douglas Mental Health University Institute|url=http://www.douglas.qc.ca/page/imagerie-cerebrale?locale=en|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20120305042011/http://www.douglas.qc.ca/page/imagerie-cerebrale?locale=en|dataarchivio=5 marzo 2012}}</ref> 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 dannose<ref>{{Cita pubblicazione|autore=Antonio Damasio|titolo=Toward a Neurobiology of Emotion and Feeling: Operational Concepts and Hypotheses|rivista=The Neuroscientist|volume=1|numero=}}</ref>.

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

== Maggiori branche delle neuroscienze ==

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

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| [[Neuroscienze cognitive]] o [[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 [[mente|mentali]].

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| [[Neuroimaging]]

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

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| [[Neuroinformatica]]

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== Le organizzazioni per le neuroscienze ==

La più grande organizzazione professionale neuroscientifica è la [[Society for Neuroscience]] (SFN), che ha sede negli [[Stati Uniti d'America|Stati 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.<ref>{{Cita web |titolo=Financial and organizational highlights |editore=Society for Neuroscience |url=http://www.sfn.org/skins/main/pdf/annual_report/fy2010/highlights.pdf |urlmorto=sì |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20120915005024/http://www.sfn.org/skins/main/pdf/annual_report/fy2010/highlights.pdf |dataarchivio=15 settembre 2012 }}</ref> 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 ''German Neuroscience Society'' (''Neurowissenschaftliche Gesellschaft''), e la francese ''Société des Neurosciences''.

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Oltre a condurre la tradizionale ricerca in laboratorio, i neuroscienziati sono stati anche coinvolti nella [[consapevolezza pubblica della scienza|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.<ref>{{Cita web|titolo=About the International Brain Bee|sito=The International Brain Bee|url=http://www.internationalbrainbee.com/about_bee.html|accesso=21 giugno 2013|dataarchivio=10 maggio 2013|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20130510005307/http://www.internationalbrainbee.com/about_bee.html|urlmorto=sì}}</ref> Negli Stati Uniti, le grandi organizzazioni come la [[Society for Neuroscience]] hanno promosso l'educazione sulle neuroscienze sviluppando un primer chiamato Brain Facts,<ref>{{Cita web|titolo=Brain Facts: A Primer on the Brain and Nervous System|sito=Society for Neuroscience|url=http://www.sfn.org/index.aspx?pagename=brainfacts}}</ref> collaborando con gli insegnanti della scuola pubblica nello sviluppo del Neuroscience Core Concepts per insegnanti e studenti K-12,<ref>{{Cita web|titolo=Neuroscience Core Concepts: The Essential Principles of Neuroscience|sito=Society for Neuroscience|url=http://www.sfn.org/index.aspx?pagename=core_concepts}}</ref> e cosponsorizzando una campagna con il [[Dana Foundation]] chiamata Settimana del Cervello (''Brain Awarness Week'') per la sensibilizzazione dell'opinione pubblica sui progressi e sui benefici della ricerca sul cervello.<ref>{{Cita web|titolo=Brain Awareness Week Campaign|sito=The Dana Foundation|url=http://www.dana.org/brainweek/}}</ref>

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 ''[[educational neuroscience]]''.<ref>{{Cita pubblicazione|autore=Goswami U|anno=2004|titolo=Neuroscience, education and special education|rivista=Br J of Spec Educ|volume=31|numero=4|pp=175–183175-183|doi=10.1111/j.0952-3383.2004.00352.x}}</ref> Agenzie federali degli Stati Uniti, come la [[National Institute of Health]] (NIH)<ref>{{Cita web|url=http://www.ncrrsepa.org/|titolo=The SEPA Program|editore=[[National Institute of Health|NIH]]|accesso=23 settembre 2011}}</ref> e la [[National Science Foundation]] (NSF),<ref>{{Cita web|url=https://www.nsf.gov/ehr/about.jsp|titolo=About Education and Human Resources|editore=[[National Science Foundation|NSF]]|accesso=23 settembre 2011}}</ref> hanno anch'esse finanziato la ricerca che riguarda le migliori pratiche per l'insegnamento e l'apprendimento dei concetti delle neuroscienze.

== Note ==