Simple Science

Scienza all'avanguardia spiegata semplicemente

# La biologia # Biologia dello sviluppo

La Crescita Unica del Cervello Umano

Scopri come lo sviluppo del cervello umano ci distingue dalle altre specie.

Feline W. Lindhout, Hanna M. Szafranska, Ivan Imaz-Rosshandler, Luca Guglielmi, Maryam Moarefian, Kateryna Voitiuk, Natalia K. Zernicka-Glover, Daniel J. Lloyd-Davies Sánchez, John Minnick, Mircea Teodorescu, Madeline A. Lancaster

― 5 leggere min


Cervello Umano: Crescita Cervello Umano: Crescita e Complessità cervello umano. Esplora lo straordinario sviluppo del
Indice

Il Cervello Umano è speciale in molti modi. È più grande e complesso di quelli di altri animali, come primati e roditori. Questo articolo esplorerà perché i nostri cervelli sono diversi, come crescono e cosa significano queste differenze per le nostre abilità.

Dimensione e Complessità del Cervello

Iniziamo con la dimensione. Il cervello umano non è solo più grande di quello degli altri animali, ma ha anche più cellule. Queste cellule sono anche più grandi e si collegano tra loro in modo più efficace. Questo aumento di dimensione e complessità è direttamente collegato a quanto velocemente il cervello si sviluppa nel tempo.

Fasi di Sviluppo

Lo sviluppo del cervello avviene in diverse fasi. Negli esseri umani, ci vuole molto più tempo perché il cervello cresca e maturi rispetto ai topi o ad altri animali. Mentre il cervello di un topo si sviluppa in poche settimane, parti del cervello umano continuano a crescere per molti anni-talvolta fino a 25 anni a seconda dell'area del cervello!

Durante questo lungo periodo di sviluppo, le cellule del cervello formano le loro strutture uniche. Queste strutture sono importanti perché aiutano le cellule cerebrali a comunicare tra loro. Un tipo importante di struttura si chiama assone, che invia segnali da una cellula all'altra. La crescita di questi assoni è una parte chiave di come il nostro cervello diventa più complesso.

Perché È Importante?

Ti starai chiedendo perché questo lungo sviluppo del cervello sia significativo. Il tempo maggiore necessario per la crescita del cervello umano consente la formazione di connessioni e strutture più intricate. In termini più semplici, questo significa che possiamo pensare, imparare e adattarci in modi che altri animali non possono.

Tempistiche di Sviluppo e Evoluzione

I ricercatori credono che il tempo di sviluppo più lungo negli esseri umani possa essere legato alla nostra storia evolutiva. L'idea è che, mentre i nostri antenati evolvavano, la maggiore complessità del cervello umano è venuta a un costo di un sviluppo più lento. Anche se questo rende gli esseri umani più capaci, significa anche che impieghiamo più tempo per raggiungere l'età adulta rispetto ad altre specie.

Approfondimenti Sperimentali

Gli scienziati sono stati in grado di studiare lo sviluppo del cervello usando tecniche avanzate di laboratorio. Ad esempio, hanno creato organoidi cerebrali, che sono piccole masse di cellule cerebrali che imitano lo sviluppo del cervello umano. Questi organoidi possono aiutare i ricercatori a capire di più su come crescono i nostri cervelli e dove possono andare male cose come autismo o disabilità intellettive.

Una scoperta interessante da questi studi è che anche quando le cellule cerebrali umane vengono collocate in un ambiente da topo, continuano a svilupparsi al ritmo umano. Questo dimostra che il timing dello sviluppo è hardwired nelle cellule stesse, rendendole uniche.

Calcio e Sviluppo del Cervello

Un grande attore nella crescita del cervello è il calcio. Questo minerale aiuta a controllare varie funzioni nelle cellule cerebrali, come comunicano e si sviluppano. I ricercatori hanno scoperto che le cellule cerebrali umane hanno dinamiche del calcio diverse rispetto a quelle dei topi. Questa differenza nei livelli di calcio potrebbe essere una delle ragioni per cui i cervelli umani impiegano più tempo a svilupparsi.

Quando gli scienziati hanno alterato i livelli di calcio in queste cellule cerebrali, hanno notato cambiamenti nella velocità di sviluppo delle cellule. Aumentare i livelli di calcio ha accelerato lo sviluppo, portando a assoni più corti. Al contrario, diminuire il calcio ha permesso una crescita maggiore degli assoni. Questo suggerisce che i livelli di calcio aiutano a impostare la velocità dello sviluppo cerebrale, influenzando quanto complesso possa diventare il cervello.

Uno Studio sugli Assoni

Per capire meglio la crescita degli assoni, gli scienziati hanno confrontato organoidi cerebrali umani e di topo. Hanno scoperto che gli assoni umani cresceano più lentamente ma diventano molto più lunghi rispetto a quelli dei topi. Questo indica che, mentre i neuroni umani ci mettono tempo a crescere, alla fine costruiscono connessioni più lunghe.

Conclusione

In sintesi, il cervello umano mostra una crescita e complessità straordinarie che sono abbastanza diverse da quelle degli altri animali. Il tempo prolungato che ci vuole per sviluppare i nostri cervelli ci consente di formare strutture uniche che contribuiscono alle nostre abilità avanzate. Il ruolo del calcio nello sviluppo cerebrale aggiunge un ulteriore livello di comprensione sul perché i cervelli umani siano così straordinari. Man mano che la ricerca continua, non vediamo l'ora di scoprire ancora di più su questo organo complesso che definisce cosa significa essere umani.

Curiosità sul Cervello Umano

  • Il cervello umano è grande quanto un pompelmo.
  • Contiene circa 86 miliardi di neuroni-sì, sono davvero tanti cellule cerebrali!
  • Il tuo cervello genera circa 20 watt di potenza mentre sei sveglio-sufficiente per alimentare una piccola lampadina!
  • L'emisfero sinistro del cervello controlla tipicamente il lato destro del corpo e viceversa; è un po' come una situazione di cablaggio incrociato!

Quindi, la prossima volta che pensi al cervello umano, ricorda che non è solo un grande organo morbido; è una potenza di complessità, creatività e forse un pizzico di caos!

Fonte originale

Titolo: Calcium dynamics tune developmental tempo to generate evolutionarily divergent axon tract lengths

Estratto: The considerably slow pace of human brain development correlates with an evolutionary increase in brain size, cell numbers, and expansion of neuronal structures, with axon tracts undergoing an even greater evolutionary increase than other neuronal domains. However, whether tempo is responsible for these differences in magnitude, and how, remains to be determined. Here, we used brain organoids to investigate this and observed that human axon tracts spend more time growing and extend farther compared to those of mice, independent of their tissue environment. Single cell RNA sequencing analysis pointed to a subset of calcium-permeable ion channels expressed throughout neuron development, including during axon tract outgrowth. Calcium imaging during early neuron development consistently revealed a reduced calcium influx in human neurons compared to mouse neurons. Stimulating calcium influx and increasing cAMP levels resulted in premature halting of axon tract outgrowth and shorter axon tracts, mimicking the mouse phenotype, while abrogating calcium influx led to an even longer phase of axon tract outgrowth and longer axon tracts in humans. Thus, evolutionary differences in calcium regulation set the tempo of neuronal development, by extending the time window to foster the more elaborated human neuron morphology.

Autori: Feline W. Lindhout, Hanna M. Szafranska, Ivan Imaz-Rosshandler, Luca Guglielmi, Maryam Moarefian, Kateryna Voitiuk, Natalia K. Zernicka-Glover, Daniel J. Lloyd-Davies Sánchez, John Minnick, Mircea Teodorescu, Madeline A. Lancaster

Ultimo aggiornamento: Dec 28, 2024

Lingua: English

URL di origine: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.28.630576

Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.28.630576.full.pdf

Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.

Si ringrazia biorxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.

Altro dagli autori

Articoli simili