Perché il cervello brucia così tanta energia? I misteri della macchina biologica perfetta

Perché il cervello brucia così tanta energia? I misteri della macchina biologica perfetta
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Il cervello è l’organo più complesso del corpo umano e, pur occupandone una piccola parte, consuma una quantità spropositata di energia. È una struttura dalle capacità illimitate, come dimostrano le proprietà autorigenerative del cervello. Per svelare l’ennesimo mistero la scienza ha scoperto perché il cervello necessita di tutta questa energia.

Il cervello umano consuma 10 volte più energia del resto dell’organismo, attingendo ad oltre il 20% del fabbisogno giornaliero, in condizioni di riposo. Il motivo di questo incredibile dispendio energetico potrebbe trovarsi in una componente localizzata all’interno dei neuroni.

Analizzando il processo che determina la trasmissione del segnale elettro-chimico tra i neuroni, possiamo avere una misura della sua complessità. La connessione tra neuroni avviene mediante le sinapsi, strutture adibite alla trasmissione del segnale tra un neurone pre-sinaptico ed uno post-sinaptico.

Il neurone pre-sinaptico invia il segnale elettrico che viaggia lungo l’assone. Questo segnale viene convertito in una forma chimica e racchiuso all’interno di vescicole di secrezione. Queste si fondono alla membrana della sinapsi per rilasciare molecole chimiche, dette neurotrasmettitori, nello spazio intersinaptico.

In seguito questi segnalatori chimici aderiscono alla cellula post-sinaptica per essere inglobati e permettere al messaggio di essere “recapitato”. Ma le doti dell'organo umano più complesso non si fermano qui, come dimostrano le incredibili capacità del cervello umano.

Se consideriamo questo meccanismo, possiamo facilmente immaginare quanta energia sia necessaria per inviare milioni di messaggi istantanei tra i neuroni. Ciò soprattutto se consideriamo che, al raggiungimento delle sinapsi, viene impiegata una grande quantità di energia per trasformare il segnale elettrico, che permette una trasmissione più veloce lungo l’assone, in molecole chimiche e produrre le vescicole che dovranno contenerle.

I ricercatori, però, si sono chiesti come mai il cervello continui a consumare così tanta energia in stato di riposo, anche quando le sinapsi non inviano i segnali e non vengono attivate.

Gli studiosi hanno valutato la richiesta energetica delle sinapsi sia in stato attivo che inattivo. Dai risultati è emerso che, quando le sinapsi non risultano attive, le vescicole sinaptiche mantengono un’elevata richiesta energetica. Ciò accade a causa delle pompe protoniche delle strutture vescicolari, la cui attività implica uno stato di “aspirazione” dei neurotrasmettitori sempre attivo e, per tale motivo, soggetto ad un alto consumo di energia.

Questa ipotesi degli scienziati è stata avvalorata dai risultati degli esperimenti, dai quali è emerso che le pompe sono responsabili del consumo di metà dell’energia metabolica delle sinapsi in condizioni di riposo.

Le dinamiche di questo esorbitante consumo energetico, secondo i ricercatori, sarebbero ascrivibili ad una sorta di “perdita di protoni” continua attraverso le pompe, anche quando hanno già inglobato i neurotrasmettitori o se il neurone risulta inattivo. In tal modo il neurone, con un alto costo energetico, riesce a permanere in una condizione di attivazione istantanea, pronto per attivarsi non appena giunge un segnale.

"Se avessimo un modo per ridurre in sicurezza questo drenaggio di energia e quindi rallentare il metabolismo del cervello, potrebbe avere un grande impatto clinico" conclude Timothy Ryan, biochimico della Weill Cornell Medicine di New York City.

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