Nella quinta edizione del manuale statistico e diagnostico americano dei disturbi mentali (DSM-5), il disturbo dello sviluppo intellettivo (DSI), termine medico di disabilità intellettiva, è stato collocato in un raggruppamento meta-sindromico o meta-strutturale, denominato ‘disturbi del neurosviluppo’ (vedi articolo di questo sito del 7/8/2013). Il gruppo include condizioni con insorgenza in età evolutiva spesso precedenti l’ingresso a scuola e caratterizzate da deficit di sviluppo che producono compromissioni del funzionamento personale, sociale e occupazionale. Il range di deficit spazia da limitazioni molto specifiche dell’apprendimento e delle funzioni cognitive ad una compromissione globale delle abilità sociali o dell’intelligenza. Oltre al DSI la meta-struttura DSM-5 dei disturbi del neurosviluppo include i disturbi dello spettro autistico, i disturbi della comunicazione (es. disturbo del linguaggio, disturbo della comunicazione sociale/pragmatica, o disturbo della fluenza del linguaggio), il disturbo da deficit d'attenzione/iperattività, i disturbi specifici dell'apprendimento (es. dislessia, disgrafia o discalculia) e i disturbi motori. I disturbi del neurosviluppo si presentano spesso insieme, per esempio individui con autismo hanno spesso anche disabilità intellettiva (disturbo dello sviluppo intellettivo) e molte persone con disturbo da deficit d’attenzione e iperattività hanno spesso anche un disturbo specifico dell’apprendimento.
Ad oggi non è noto quali tappe del neurosviluppo siano implicate nella genesi di questi disturbi, le recenti evidenze dalla genetica suggeriscono un ruolo centrale della formazione dei contatti sinaptici fra neuroni (sinaptogenesi), ma altrettanto importanti potrebbero rivelarsi la formazione e il differenziamento dei neuroni (neurogenesi), la migrazione degli neuroni immaturi dalle zone di formazione verso i siti finali, l'emissione dei neuriti, o assoni e la guida dei loro coni di crescita verso le aree di destinazione (neuritogenesi).
Le crescenti evidenze degli ultimi dieci anni sulla persistenza di evoluzioni e modificazioni strutturali del sistema nervoso centrale per tutta la vita di un individuo, complicano ulteriormente le cose, distinguendo processi del neurosviluppo dipendenti e indipendenti dall'attività dei neuroni neoformati e dall'esperienza sensoriale. I processi attività-indipendenti sembrano determinati in modo rigido dai programmi genetici espressi all'interno dei neuroni e includono la neurogenesi e la neuritogenesi. I meccanismi attività-dipendenti sembrano invece influenzare la formazione e la selezione dei nuovi contatti sinaptici, determinando il rifinimento dei circuiti neurali e la sua modifica nel tempo.
Nuove possibilità di comprensione dei meccanismi fisiologici e patologici del neurosviluppo derivano dalle ricerche del dottor Philipp Keller, orientate da alcuni anni all'applicazione di tecniche avanzate di microscopia a fluorescenza e computazione sulla drosophila melanogaster (moscerino della frutta) e sul danio rerio (pesce zebra), due dei modelli animali più utilizzati nella ricerca neuroscientifica.
Già tre anni fa il dottor Keller era stato in grado di ottenere circa 400.000 immagini (3 terabyte di dati) del processo di sviluppo del sistema nervoso centrale del danio rerio e della drosophila melanogaster ed elaborarle attraverso sistemi computerizzati così da produrre una mappatura interattiva, che la stampa definì la "Google Earth del Neurosviluppo." In questi ultimi mesi Keller ed i suoi collaboratori del centro Janelia dell’Istituto Howard Hughes di Ashburn (Virginia, USA) hanno perfezionato un software, denominato Anext, in grado di utilizzare le immagini di un particolare microscopio a fluorescenza (high-performance light sheet-based) per produrre in tempo reale un video tridimensionale. In questo modo è stato possibile seguire per la prima volta, lo sviluppo e la migrazione di ogni singola cellula dell'intero sistema nervoso centrale di un danio rerio.
Gli scienziati hanno inserito alcune sequenze video e immagini sul neurosviluppo del pesce zebra sul sito del Janelia Farm research campus (http://www.janelia.org/lab/keller-lab/), hanno decritto il loro metodo in un articolo appena pubblicato online sulla rivista Nature Methods (un estratto è scaricabile gratuitamente dallo stesso sito del Janelia Farm RC) e hanno promesso di rendere disponibile il loro software a tutti i ricercatori che desidereranno applicarlo ai propri studi.
L'embrione digitale di Keller e collaboratori rappresenta una nuova rivoluzionaria risorsa per la ricerca dei prossimi anni e apre nuovi orizzonti alla comprensione dei meccanismi alla base dei disturbi del neurosviluppo e allo sviluppo di terapie e interventi preventivi.
RIFERIMENTI
- American Psychiatric Association (APA). Manuale Diagnostico e Statistico dei Disturbi Mentali – Quinta Edizione (DSM-5). Raffaello Cortina Editore, 2014
- Bertelli M.O. Il ritardo mentale nel DSM-5: disabilità intellettiva (disturbo dello sviluppo intellettivo), criteri diagnostici e posizione. www.crea-sansebastiano.org/IT/articolo.php?id=186&t=il-ritardo-mentale-nel-dsm-5-disabilita-intellettiva-disturbo-dello-sviluppo-intellettivo-criteri-diagnostici-e-posizione (u.c. 4/8/2014)
- Keller PJ, Schmidt AD, Wittbrodt J, Stelzer EH. Digital scanned laser light-sheet fluorescence microscopy (DSLM) of zebrafish and Drosophila embryonic development. Cold Spring Harb Protoc. 2011 Oct 1;2011(10):1235-43.
- Vladimirov N, Mu Y, Kawashima T, Bennett DV, Yang CT, Looger LL, Keller PJ, Freeman J, Ahrens MB. Light-sheet functional imaging in fictively behaving zebrafish. Nat Methods. 2014 Jul 27. doi: 10.1038/nmeth.3040. [Epub ahead of print]