Stanford dice che il tuo cervello sarebbe composto da due organi distinti. Davvero?

Il cervello è composto da due organi?

Il tuo cervello è davvero due organi distinti? Nel settembre duemilaventisei, il titolo di Stanford: cervello umano, due organi distinti, secondo studio. Smithsonian: due sistemi nervosi distinti schiacciati insieme. Prima: non riguarda cervello sinistro o destro, né pazienti con cervello diviso.

La divisione va da davanti a dietro. Da un lato ci sono prosencefalo e mesencefalo. Dall'altro, il rombencefalo: dietro, alla base del cranio, dove cervello e midollo spinale s'incontrano. L'ipotesi: due tipi diversi di cellule progenitrici fanno crescere queste parti.

Cinque giorni dopo, l'editor scientifico di Ars Technica scrisse: non avete due cervelli. Chi ha ragione? Ecco la risposta breve, prima di quella lunga. Gli esperimenti mostrano due gruppi di cellule progenitrici, senza escludere un precursore comune brevissimo.

Persino lo scienziato principale: solo un'idea. Per distinguere prove e idea, partiamo dall'esperimento sulle salamandre del millenovecentocinquantadue.

La singola placca neurale dei manuali

Ogni cervello vertebrato inizia come foglio piatto di cellule sul dorso embrionale, la placca neurale. Il foglio diventa un tubo; l'estremità anteriore si gonfia nel cervello. Come fa un foglio a sapere quale estremità diventerà prosencefalo o rombencefalo? Nel millenovecentocinquantadue, l'embriologo olandese Pieter Nieuwkoop cercò la risposta con embrioni di tritone e salamandra.

Spinse lembi di tessuto esterno nel tessuto neurale embrionale, a livelli diversi. La punta di ogni lembo, più lontana dall'embrione, diventava prosencefalo. Vicino alla base, diventava una parte posteriore, secondo il livello d'inserimento. Da esperimenti simili, propose un modello in due fasi.

Prima, un segnale trasforma tessuto esterno normale in neurale. Da solo, il tessuto neurale diventa strutture anteriori: prosencefalo e mesencefalo. Poi un secondo segnale agisce solo sul tessuto già neurale, spostandolo indietro. Esposizione più lunga e intensa, tessuto più indietro: rombencefalo, poi midollo spinale.

Qui c'è un foglio iniziale: il retro del cervello è l'anteriore trasformato. Una rassegna del millenovecentonovantanove: modello sopravvissuto e ancora citato per spiegare nuovi esperimenti. La notizia di Nature sullo studio del duemilaventisei si apre con la stessa immagine. Per decenni, dice, molti pensavano che un solo tipo di progenitrice formasse tutto il cervello.

Kyle Loh, biologo Stanford a capo del nuovo lavoro, lo paragona al polmone. Ha due lobi, sinistro e destro, ma nessuno pensa a due origini separate. Le parti cerebrali sono unite, quindi un'origine unica sembrava ovvia. Per il resto, contano due geni: Otx2 e Gbx2.

Nel topo, Otx2 è attivo in prosencefalo e mesencefalo, Gbx2 davanti al rombencefalo. Si incontrano a un confine, tra mesencefalo e rombencefalo. Nel millenovecentonovantanove, topi senza Gbx2 avevano la zona Otx2 estesa all'indietro. Attivare Gbx2 nella zona di Otx2 spostava avanti il confine, ingrandendo il rombencefalo embrionale.

Loh dice che quei geni furono osservati in parti diverse dell'embrione già negli anni Novanta. La nuova domanda va ancora più indietro. Le cellule ai lati del confine sono diverse fin dall'inizio?

Esperimento uno: marcatura delle cellule in un embrione di topo

Studio del laboratorio Loh a Stanford, pubblicato su Nature Neuroscience il diciotto settembre duemilaventisei. Per coincidenza, Nieuwkoop morì il diciotto settembre millenovecentonovantasei, esattamente trent'anni prima. L'articolo completo è a pagamento, ma i numeri vengono dal preprint aperto pubblicato nel luglio 2025. Se le figure pubblicate differiscono, lo dirò.

Il primo esperimento seguì cellule nel tempo, in embrioni di topo. I topi erano modificati perché una singola dose di farmaco marcasse per sempre ogni cellula con Gbx2, gene posteriore, attivato allora. Ogni cellula marcata diventava rossa, come ogni cellula discendente.

Al giorno sette e mezzo, durante la gastrulazione, il team somministrò la dose. Gastrulazione: strati base embrionali e comparsa dei due tipi di progenitrici. Qui il momento era importante. Studio precedente provò col tamoxifene, farmaco che resta giorni nel corpo.

Questo poteva marcare cellule del rombencefalo che attivavano Gbx2 solo più tardi. Il team usò una versione breve: la marcatura durava circa dodici ore. Dopo uno e due giorni, cellule rosse solo nel rombencefalo, nessuna in prosencefalo o mesencefalo. Vicino alla nascita, al giorno diciotto e mezzo, ancora praticamente assenti da prosencefalo e mesencefalo.

Marcando mezza giornata prima, al giorno sette, si otteneva lo stesso schema. Ma il test segue solo le cellule già sul lato posteriore. Così il team fece un secondo test che non sceglieva un lato. Usarono Confetti: singole cellule segnate a caso in uno di tre colori.

Ogni cellula marcata cresce in un piccolo gruppo dello stesso colore. In sedici embrioni, contarono quattrocentonovantaquattro gruppi dal tessuto neurale. Trecentoundici, circa il sessantatré per cento, furono contati nel prosencefalo e mesencefalo. Centosessantuno, circa il trentatré per cento, furono contati nel rombencefalo.

Gli autori descrivono ogni gruppo quasi esclusivamente su un lato. In tutto fa circa il novantasei per cento. Altri ventidue gruppi, circa il quattro e mezzo per cento, erano su entrambi i lati del confine. Conta la regola: gruppi con meno di due cellule oltre confine assegnati al lato maggioritario.

Se una cellula isolata contasse come mista, la quota mista sarebbe maggiore. Ars Technica: il 96 per cento non è 100 per cento. Il comunicato Stanford andò oltre i dati: popolazioni mai sovrapposte. Eppure la conclusione degli autori segue dai numeri: alla fine della gastrulazione,

la maggior parte di queste cellule è già diretta al cervello anteriore o posteriore.

Esperimento due: cellule staminali umane che non cambiavano percorso di sviluppo

I topi non sono persone: il team lavorò anche con staminali umane in coltura. Usarono varie linee di staminali pluripotenti umane, capaci di diventare quasi ogni tessuto. In due giorni, segnali diversi trasformarono le cellule in progenitrici anteriori o posteriori. Tipo posteriore con FGF e retinoide simile alla vitamina A, bloccando BMP, TGF-beta e WNT.

Poi il test decisivo. Alle posteriori diedero segnali che normalmente formano prosencefalo e mesencefalo. Due giorni dopo, la maggior parte non aveva cambiato destino. Alle anteriori diedero segnali rombencefalici, ma neppure quelle cambiarono destino.

Rayyan Jokhai, dottorando e coautore principale, ne trasse la lezione pratica. Secondo lui, tentativi di neuroni rombencefalici partivano probabilmente da cellule anteriori, impossibile secondo lo studio. Tuttavia, il risultato non era assoluto. Quando i due tipi crescevano insieme, poche cellule posteriori attivarono SIX3, marcatore del cervello anteriore.

Ricordate quel gene: tornerà più avanti. Il team studiò come ogni tipo cellulare impacchetta il DNA, un controllo chiamato cromatina. La cromatina aiuta a decidere quali geni una cellula usa facilmente. I due tipi avevano pattern diversi di DNA aperto e chiuso.

Gli autori interpretarono quella differenza come parte di ciò che mantiene ogni cellula sul proprio percorso. Cautela: una piastra potrebbe non ricreare tutta la complessità di un embrione reale.

Scimmie, pulcini, pesci e un verme senza cervello

Poi chiesero: vale solo per topi e umani? Rianalizzarono dati pubblicati di singole cellule da embrioni di macaco, pollo e pesce zebra. In tutti, trovarono due gruppi progenitori: anteriore e posteriore. Poi esaminarono un animale senza cervello.

Il verme ghianda, piccolo animale scavatore dei fondali, ha solo una rete nervosa sparsa. Nel duemilatre, uno studio trovò ventidue geni organizzatori del sistema nervoso cordato, attivi nel suo strato esterno, quasi nello stesso ordine davanti-dietro degli animali col midollo spinale. Christopher Lowe, autore dello studio, è anche nell'articolo del duemilaventisei.

Nella gastrulazione del verme ghianda, il gruppo vide la stessa divisione in due. Qui l'articolo pubblicato è più solido del preprint. Il preprint: colorazioni da un embrione per specie. Le figure pubblicate mostrano cinque embrioni di pollo, nove di pesce zebra e dieci di verme ghianda.

Umani e vermi ghianda condivisero l'ultimo antenato oltre mezzo miliardo d'anni fa. L'abstract: cinquecentocinquanta milioni d'anni fa, da emicordati, gruppo del verme ghianda, a mammiferi. Loh: prima del supercontinente Pangea. Se la divisione è tanto antica, precederebbe qualunque cervello della nostra linea.

Le obiezioni: sono davvero due organi?

Dunque, due gruppi progenitori significano due organi? L'abstract è cauto: ipotizziamo che il cervello sia un organo composito. Nelle interviste, Loh va oltre. A Nautilus: l'idea del cervello come organo unico è un anacronismo storico.

Ragionamento: prima studiarono topi e umani, un cranio con dentro una massa grigia molle. Come minimo, disse, ci sono due organi distinti. Stanford chiama il cervello due antichi sistemi nervosi abilmente confezionati insieme. In ottobre Loh disse a Live Science: è solo un'idea, può cambiare con nuove conoscenze.

Gli scienziati esterni furono più cauti. Alex Pollen dell'UC San Francisco, non coinvolto, segnalò un problema nella notizia di Nature. È difficile dimostrare, disse, che i gruppi non derivino da un'unica progenitrice di vita brevissima. Gli autori ammettono che è possibile.

Scrivono che i risultati non escludono una progenitrice comune all'intero cervello, esistente pochissimo. Cecilia Moens del Fred Hutchinson Cancer Center dubita che i due destini siano del tutto fissati. Ha visto cellule scambiarsi destino, anche per brevi periodi. Gli autori lasciano aperto se le cellule siano davvero determinate in un embrione vivente.

John Timmer di Ars Technica ha seguito un'altra strada. Quando compaiono le prime cellule impegnate a diventare neuroni, ha scritto, l'embrione distingue già testa e coda, dorso e ventre. Non sorprende che le cellule nervose ereditino una certa percezione della propria posizione.

Il verdetto: abbiamo un cervello, con più regioni distinte al suo interno. Ci furono anche reazioni più dure. Loh: anni fa, dopo una conferenza sua, un direttore di biologia dello sviluppo si alzò: è completamente falso. Ha definito la pubblicazione dell'articolo una battaglia durissima.

Altri accolsero l'idea. Anna Di Cosmo dell'Università di Napoli disse a Live Science che la profonda ascendenza del cervello vertebrato è modulare. Che significa davvero organo, qui? Gli autori stessi indicano il cuore.

Il cuore nasce da due gruppi cellulari, primo e secondo campo cardiaco, che formano un unico organo. Nessuno dice che abbiamo due cuori. Si sapeva già che il midollo spinale nasce da cellule progenitrici separate. L'intero sistema nervoso centrale può assemblarsi da più progenitori regionali.

Loh dice che il suo laboratorio sta testando direttamente il midollo spinale. Sul cervelletto, dice, semplicemente non ci sono dati in nessun senso. Versione corretta: un cervello, forse da due inizi, e gli scienziati discutono ancora cosa significhi.

Quante volte si sono evoluti i sistemi nervosi?

L'idea evolutiva più ampia di Loh: due sistemi nervosi antichi spinti insieme. Per valutarla, capire quanto fossero strani i primi sistemi nervosi. Cominciamo dagli ctenofori. Uno studio del duemilaventitré sull'ordine genico cromosomico li pose gruppo fratello di tutti gli altri animali.

La loro linea potrebbe essersi separata per prima, prima persino delle spugne. Nel duemilaquattordici, il genoma dello ctenoforo portò gli autori a suggerire un'origine probabilmente indipendente del sistema nervoso. Nel duemilaventitré, scienziati mapparono al microscopio elettronico la rete nervosa di una noce di mare, ctenoforo comune d'un giorno. Cinque neuroni della rete erano fusi, con una membrana continua e senza spazi.

Gli autori la chiamarono rete nervosa sinciziale. Science News: ctenofori forse mosaici di due sistemi nervosi d'origine evolutiva diversa. Scoperte come queste alimentano l'idea che i neuroni possano essersi evoluti due volte. Joseph Ryan dell'Università della Florida è scettico.

"Parliamo di quasi un miliardo di anni di evoluzione", disse. In tanto tempo, un unico sistema nervoso originario potrebbe diventare molto strano. Leslie Babonis di Cornell: molte prove di un'unica evoluzione dei neuroni nell'antenato comune animale. Max Telford dell'University College London ritiene del tutto plausibile che le spugne abbiano perso il sistema nervoso.

La questione è aperta: due origini, o una con molti cambiamenti. Le meduse aggiungono un tassello. Loh le descrive con due sistemi nervosi fisicamente separati alle estremità opposte del corpo. La letteratura scientifica le descrive un po' diversamente.

In molte meduse, un controllo centralizzato agisce insieme a reti nervose diffuse. Hydra, piccola parente d'acqua dolce, ha reti nervose esterna e interna, diverse per anatomia e funzione. Comunque, alcuni animali hanno più reti nervose nello stesso corpo. Nel 2016, il gruppo di Detlev Arendt propose l'origine dei cervelli da reti simili.

Un'antica rete nervosa sviluppò due centri di controllo alle estremità opposte del corpo. Uno, il sistema nervoso apicale, controllava la fisiologia generale. L'altro sistema nervoso blastoporale coordinava alimentazione e movimento. Proposero che centri espansi e fusi formassero cordone nervoso e cervello degli animali bilaterali.

Sembra molto la storia di Stanford. Ma lo studio del duemilaventisei non mostra corrispondenza fra i due centri di Arendt e le due popolazioni progenitrici. Sull'evoluzione una o due volte dei neuroni, Arendt disse a Scientific American d'essere indeciso. Uno studio sull'anemone di mare aggiunge un indizio.

Nell'anemone Nematostella, un gene della famiglia SIX3 si attiva all'estremità opposta alla bocca. È la famiglia genica che Stanford usò per segnare la parte anteriore del cervello. È parte del lungo dibattito su quale estremità di questi animali corrisponda alla nostra testa. Come chiedeva un articolo del duemilatredici: cosa venne prima, la testa o il cervello?

Smithsonian data la separazione dagli antenati delle meduse a circa seicento-settecento milioni d'anni fa. La separazione dagli antenati dei vermi ghianda avvenne circa cinquecentocinquanta-seicento milioni d'anni fa.

Rombencefalo, mesencefalo, prosencefalo: il rombencefalo in segmenti

Torniamo al rombencefalo: si forma in modo insolito. Nell'embrione, il rombencefalo è brevemente diviso in segmenti chiamati rombomeri. Una rassegna standard ne conta sette; alcuni schemi arrivano a otto. Ogni segmento è un compartimento di linea cellulare ristretta: le cellule perlopiù restano nel proprio segmento.

Altro confine di linea cellulare nello sviluppo, ma non studiato dal team Stanford. Hox si attiva nel rombencefalo in domini ordinati, annidati come gradini. I margini di questi domini coincidono con i confini dei segmenti. Nervi cranici di volto, mandibola e gola risalgono ai segmenti d'origine.

Basta alterare un gene Hox, e i segmenti cambiano. Nei topi senza Hoxa1 scompare il rombomero cinque, fondendosi quattro e sei. Senza Hoxb1, il rombomero quattro assume le caratteristiche del due. Perdendo un intero gruppo di questi geni, i motoneuroni nei rombomeri cinque e sei si sviluppano anormalmente.

Sistema antico: rete Hox dei segmenti rombencefalici presente nelle lamprede, alla base dell'albero vertebrato. I cordati non vertebrati hanno il modello Hox annidato, ma nessun segmento del rombencefalo. Marianne Bronner, autrice dello studio sulle lamprede, è anche nell'articolo del duemilaventisei. I rombomeri cinque e sei sono il prossimo obiettivo del team di Stanford.

Neuroni motori del rombencefalo in una piastra di coltura

Da cellule posteriori, il team crebbe motoneuroni marcati per i rombomeri cinque e sei. Quattro marcatori rombencefalici: HOXA1, HOXA3, PHOX2A e PHOX2B. I marcatori del midollo spinale, come HOXA5 e MNX1, erano appena rilevabili. Producevano l'apparato per acetilcolina, con cui i motoneuroni segnalano ai muscoli.

Generavano potenziali d'azione, lampeggiavano nell'imaging del calcio e rispondevano a interruttori luminosi. Test funzionali piccoli: quattro cellule per test elettrico, dieci per imaging del calcio, ciascuno da un esperimento. Il comunicato Stanford: primo caso di staminali pluripotenti umane diventate motoneuroni rombencefalici funzionali in laboratorio. Ma "primo" va precisato.

Nel duemiladiciotto, un team romano produsse motoneuroni cranici umani attivando forzatamente Ngn2, Isl1 e Phox2a. Anche quelle cellule erano elettricamente attive. Abstract pubblicato, più prudente del comunicato: neuroni finora difficili da generare in coltura. Un articolo di Nature lo definì un risultato difficile.

Il percorso Stanford segue lo sviluppo dalla progenitrice posteriore, anziché attivare forzatamente geni. Perché sono importanti i motoneuroni del rombencefalo? Passano attraverso i nervi cranici verso volto, mandibola, lingua e gola. Il tronco encefalico, detto anche regione bulbare, controlla i muscoli necessari per deglutire.

SLA: motoneuroni superiori nel cervello, inferiori in tronco encefalico e midollo spinale. In circa un terzo delle persone con SLA, i sintomi iniziano nei muscoli bulbari. Circa il settantacinque per cento con SLA classica sviluppa problemi di deglutizione, parola e masticazione. La maggior parte muore d'insufficienza respiratoria, di solito tra tre e cinque anni dall'inizio dei sintomi.

La SMA più comune, atrofia muscolare spinale: difetti in entrambe le copie di SMN1. Danneggia neuroni nel tronco encefalico e midollo che controllano parlare, camminare, respirare e deglutire. Il punto di Loh è pratico. Impossibile prelevare motoneuroni vivi dal rombencefalo dei pazienti per vedere come li colpiscono le malattie.

Far crescere questi neuroni in coltura offre un modo per studiare le malattie. Per chiarezza, l'articolo non riporta ancora esperimenti sulle malattie. È uno strumento di ricerca, non una terapia. I finanziamenti comprendevano il NIH e la Spinal Muscular Atrophy Foundation.

Il mito del cervello rettiliano e un solo cervello

Forse avete sentito parlare del cervello trino, o rettiliano. L'idea, resa popolare da Paul MacLean negli anni Sessanta, è che l'evoluzione stratificò nuove parti cerebrali sulle antiche. Articolo del 2020 per psicologi: il cervello non è una cipolla con un piccolo rettile dentro. Dice che la visione a strati è da tempo screditata tra neurobiologi e invita gli psicologi ad abbandonarla.

Punto centrale: tutti i vertebrati hanno prosencefalo, mesencefalo e rombencefalo. Non leggete lo studio come vecchio rombencefalo rettiliano con nuovo prosencefalo mammifero sopra. La separazione potrebbe risalire oltre rettili e mammiferi, agli antenati comuni con i vermi ghianda. Riguarda l'origine delle cellule, non una scala animale.

Ancora: davanti-dietro, non sinistra-destra. Il vostro cervello è davvero due organi distinti? È un cervello solo, con regioni distinte che lavorano insieme. Gli esperimenti suggeriscono che questo cervello unico nasca da due origini.

Che fossero un tempo due sistemi nervosi separati resta solo un'ipotesi. Gli scienziati discutono se le due popolazioni progenitrici siano davvero determinate in un embrione vivo. Un cervello, due origini, una questione aperta