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Nervi superconduttori | «OGNI PERCEZIONE E' UNA TEMPESTA ELETTRICA» Nervi superconduttori LE STRAORDINARIE CAPACITA' DELLE FIBRE NERVOSE CHE TRASMETTONO SEGNALI CON «STAZIONI RICETRASMITTENTI» DOTATE DI ENERGIA PROPRIA RILANCIANDOLI AMPLIFICATI Marco Piccolino (*) 'M per noi abbastanza naturale l'idea che E l'elettricità svolga un ruolo negli organismi animali, e in particolare nella conduzione nervosa: sappiamo che sono di natura elettrica i segnali che fluendo lungo le fibre nervose permettono di ricevere le informazioni sensoriali e di rispondere alle sollecitazioni ambientali. Espressioni corrispondenti ai sentirsi "elettrizzato" o "galvanizzato" attestano in molte lingue questa relazione tra elettricità e funzione nervosa. Come ricordava il grande fisiologo inglese Sherrington, con parole che hanno il fascino del linguaggio poetico, ogni nostra sensazione, ogni percezione, anche quella che nasce dall'osservare un bel paesaggio, un bel quadro o dal guardare il volto di un amico, è dovuta al flusso di minuti segnali che come una "tempesta elettrica" ("electric storm") percorrono incessantemente le fibre nervose dei nostri nervi periferi- || ci o dei circuiti centrali || del nostro cervello. Sen- Vl za questi segnali non potremmo provare il piacere nell'ascoltare una bella musica, non potremmo parlare, scrivere, avere emozioni, non potremmo pensare. Le ricerche che hanno por tato alla dimostrazione della natura elettrica dei segnali nervosi sono iniziate attorno al 1780 con gli esperimenti in cui Luigi Galvani stimolava i nervi e i muscoli della rana, e si sono concluse idealmente cinquant' anni fa con la pubblicazione di una serie di studi condotti da Alan Hodgkin e Andrew Huxley sulla fibra nervosa gigante del calamaro. I risultati ottenuti dai due scienziati inglesi mostravano in modo definitivo che l'impulso nervoso è di natura elettrica, e confermavano la validità dell'ipotesi elaborata nel 1791 da Galvani sull'esistenza nei tessuti dell'organismo di una "elettricità animale", in stato di disequilibrio, pronta a muoversi per portare i segnali che sono alla base dei movimenti e delle sensazioni. Si chiudeva idealmente nel 1952 una fase della storia dell'umanità che bandiva dal territorio della scienza gli "spiriti animali", le elusive entità che nella tradizione classica erano considerate i messaggeri dell'anima. Il cammino che va da Galvani a Hodgkin e Huxley non è stato però semplice e lineare, e, nonostante gli sforzi di molti studiosi (tra i quali gli italiani Nobili e Matteucci, i tedeschi Helmholtz, Du Bois-Reymond e Bemstein, gli inglesi Lucas e Adrian), ci sono voluti quasi due secoli perché la storia avesse una sua conclusione. La ragione è che, contrariamente a quanto si può ritenere a prima vista, non è facile far fluire un messaggio elettrico lungo una fibra nervosa: questo sia per la natura del materiali di cui i nervi sono costituiti (circa cento milioni di volte meno conduttivi dei metalli), sia per le dimensioni estremamente piccole di molte fibre. Hodgkin ha calcolato che una fibra nervosa lunga e sottile potrebbe avere una resistenza simile a quella di un grosso cavo metallico lungo molte volte la distanza tra la Terra e il pianeta Saturno. Come ha fatto la natura a superare queste difficoltà fisiche apparentemente insormontabili? Non si può infatti far ricorso a fibre nervose "metaUiche" perché la vita è basata su processi chimici che possono avvenire solo in ambienti liquidi, ed è necessario che le fibre nervose siano sottili perché i nervi pos- sano avere una elevata capacità di trasmissione. La natura è riuscita nell'impresa come farebbe un sagace ingegnere alle prese con il difficile problema di far giungere un segnale elettrico ad una distanza superiore a quella massima possibile con i cavi a sua disposizione: dislocando cioè lungo la via di trasmissione una serie di stazioni ricetrasmittenti, dotate di propria energia, in grado di "rilanciare" un segnale elettrico di grande ampiezza alla successiva stazione quando un segnale appena percettibile arriva dalla precedente. Il segnale viene "rigenerato" in modo automatico nel corso della sua propagazione lun^o la fibra nervosa a spese di un'elettricità presente in stato di disequilibrio ai lati della membrana che riveste la fibra. Le ricerche pubblicate da Hodgkin e Huxley nel 1952 hanno dimostrato la natura "rigenerativa" del segnale nervoso e ne hanno chiarito in dettaglio i meccanismi. Queste ricerche, che sono valse ai due studiosi il premio Nobel nel 1963, hanno aperto la strada alla fase più moderna dell'elettrofisiologia, quella che ha come riferimento i "canali ionici", proteine incastonate nella membrana di molte cellule dell'organismo, che permettono il passaggio di correnti elettriche e sono alla base di ima grande varietà di fenomeni fisiologici. Lo studio dei canali ionici condotto con il "patch-clamp", una tecnica messa a punto nel 1976 da Erwin Neher e Bert Sakmann, che rende possibile la registrazione della corrente che passa attraverso una singola proteina-canale, sta permettendo di chiarire la natura di alcune importanti malattie dei tessuti eccitabili dell'organismo ("canalopatie") e fa intravedere la possibilità di interventi di terapia genica in questo campo. Hodgkin è scomparso nel dicembre 1998, quasi due secoli esatti dopo Luigi Galvani. Huxley, che è invece ancora attivo e ha contribuito a chiarire in anni recenti i meccanismi della contrazione muscolare, interverrà domani, 21 marzo, all'Università di Ferrara ad una "Giornata delle Neuroscienze" nel corso della quale rievocherà gli anni straordinari che hanno visto la scoperta dei meccanismi fisiologici che, tra l'altro, ci permettono di "pensare". (*) Università di Ferrara DAI PRIMISSIMI ESPERIMENTI DI GALVANI NEL 1780 AGLI STUDI CONCLUSIVI COMPIUTI 50 ANNI FA DI HUXLEY E HODGKIN SULLA FIBRA NERVOSA GIGANTE DEL CALAMARO ANDREW HUXLEY INTERVERRÀ DOMANI ALL' UNIVERSITÀ DI FERRARA PER LA GIORNATA DELLE NEUROSCIENZE bel o o n o || || Vl on por della li nerrno al In basso a sinistra Luigi Galvani (1737-1798) Qui accanto Alan Hodgkin (scomparso nel 1998), e sopra Andrew Huxley, entrambi premi Nobel nel 1963