Soffrire”da topi”: cresce la consapevolezza scientifica sui circuiti del dolore nei roditori.

Ratti e topi, le specie più frequentemente utilizzate nella ricerca, sono sempre stati ritenuti gli organismi complessi più semplici.

Rispetto ai primati, si è sempre ritenuto fossero meno capaci di percepire dolore fisico ed emotivo, durante le più cruente pratiche sperimentali.

Da animali a campioni di laboratorio

Le prime esperienze con animali da laboratorio in ambito scientifico risalgono alla metà dell’Ottocento.

Per molti decenni gli spazi dedicati a loro erano ampi ed equipaggiati con diversi strumenti: labirinti, giochi e ruote per correre.

Negli anni ’60, però, le cose cambiarono.

Si pensò che fosse necessario standardizzare il più possibile le condizioni sperimentali: la qualità di vita degli animali in laboratorio doveva essere parificata e confrontabile tra i vari studi.

In questo modo si sarebbero ridotte le variabili, conseguendo risultati più affidabili.

Fu così che le gabbie divennero più piccole (spesso più strette di una scatola da scarpe) e con nessuno stimolo per gli animali: né per lo svago né per facilitare le loro interazioni.

Nuovi alloggiamenti standard per topi da laboratorio.
Nuovi alloggiamenti standard per topi da laboratorio.

Oggi topi, ratti e cavie da laboratorio vivono in piccoli contenitori con poco spazio per muoversi, migliaia di volte più ristretto di quello che avrebbero avuto a disposizione in natura.

In alcuni casi le gabbie sono così anguste da non permettere di spingersi verso l’alto e tirarsi in piedi su due zampe.

Una vita per la Scienza

Questi animali vedono raramente la luce solare e passano quasi tutta la loro esistenza sotto le luci artificiali, che sfasano i loro ritmi naturali di sonno e veglia.

Per citare David Grimm su Science, la rimozione di variabili e imprevisti ha reso le cavie una sorta di “provette fatte di pelo”.

I topi, i ratti e altri roditori costituiscono la maggioranza degli animali impiegati nella ricerca medica, nella ricerca biologica e nei test di tossicità.

Esemplare di Cavia, tipologia di roditore per antonomasia impiegato negli esperimenti di laboratorio.
Esemplare di Cavia

Di questi, la maggior parte è costituita dai topi che rappresentano il 69% degli animali in totale utilizzati.

Perchè proprio i topi

I roditori sono piccoli, poco costosi e facili da gestire: per questo sono i candidati ideali per gli esperimenti di laboratorio.

Il loro breve arco di vita, con rapido tasso riproduttivo, rende possibile le indagini sui processi biologici di molti aspetti -e a tutti gli stadi- del ciclo vitale.

Il topo, suo malgrado, è un ottimo modello per l’osservazione della genesi delle malattie umane perchè l’organizzazione del suo DNA e l’espressione dei geni è simile a quella dell’uomo: il 98% dei geni dell’uomo trova geni paragonabili nel topo.

Confronto stilizzato tra uomo e topo.
Nonostante l’apparente distanza evolutiva, uomo e topo mostrano una notevole somiglianza genetica.

Inoltre, il loro sistema nervoso e quello riproduttivo sono anch’essi simili a quelli dell’uomo: sviluppano molte delle malattie umane.

Cancro, diabete e persino l’ansia ci accomunano ai minuscoli mammiferi.

La manipolazione genetica, inoltre, può provocare in loro altre patologie dalle quali normamlmente non sarebbero colpiti.

Per questo, si ritiene la ricerca sui topi un contributo irrinunciabile per una migliore comprensione della fisiologia umana e dell’origine di diverse disfunzioni d’organo.

Generazione di fenomeni

I topi sono impiegati in una vasta gamma di esperimenti, molti dei quali sono classificati come ricerca di base che studia la fisiologia dei mammiferi.

Ceppi endogamici di topi, cioè famiglie di animali costituite da individui nati da incroci all’interno dello stesso nucleo parentale, sono stati usati come modelli patologici, molto tempo prima della mappatura del genoma del topo e della creazione di topi transgenici.

È disponibile una grande quantità di ceppi da laboratorio.

La loro lunga storia riproduttiva ha fatto sì che i topi di un determinato ceppo siano isogenici, cioè dotati di identico corredo genetico.

Ciò è utile negli esperimenti, poichè riduce la variazione genetica naturale tra i diversi individui.

Alcuni ceppi di topi endogamici sono scelti per la loro predispozione ad alcune mutazioni o malattie genetiche, mentre altri vengono selezionati per la loro salute robusta e la loro resistenza alle mutazioni.

La clonazione dei topi è possibile dal 1998.

Solidarietà e altruismo: roba da topi

Da molto più tempo, invece, è nota la complessa socialità e manifesta sensibilità al dolore e alla paura.

Secondo quanto ricostruito da Bekoff e Pierce ne “L’intelligenza morale degli animali“, i primi dati sulla sensibilità dei roditori si devono a Langford che, nel 1959, aprì la strada ad un intero filone di letteratura scientifica.

La comunità scientifica, stropicciandosi gli occhi, si svegliava dall’ipocrita auto-illusione che la Natura avesse dotato l’uomo di esseri “di scorta”, refrattari a sofferenze e paure.

Da allora sono seguiti: Rice e Gainer (1962) con il loro “L’altruismo nel ratto albino“, Dale Langford in “Modulazione sociale del dolore come evidenza di empatia nel topo“, fino a scandire il concetto di “Altruismo reciproco generalizzato” di Claudia Rutte e Michael Taborsky (2007).

Le radici dell’empatia

Ed allora, vien da chiedersi, quale stupore dovrebbe suscitare una ennesima scoperta sulla spiccata “moralità” di queste piccole e tribolate esistenze.

La scienza non si ferma mai. Non si fida di sè stessa. O per lo meno, mai per troppo tempo.

Nuove metodiche si compongono -per confronto tra gruppi di ricerca- e nuovi strumenti d’analisi si succedono, per catturare i fili evolutivi che connettono noi a loro.

Gli animali.

Anche quelli che una fredda neo-tassonomia accomuna in specie “da laboratorio”.

L’ultimo lavoro scientifico nel campo delle Neuroscienze, condotto da Maria Carrillo e colleghi del Social Brain Lab, Netherlands Institute for Neuroscience di Amsterdam, muove da un’accattivante domanda: come le emozioni degli altri ci riguardano?

Localizzazione cerebrale dell’empatia

La Corteccia Cingolata Anteriore (ACC) umana reagisce alle esperienze dolorose che riguardano noi in prima persona e noi quando siamo testimoni del dolore altrui.

Questa antica e nobile consapevolezza è sempre stato il nostro supremo vanto. Uno dei motivi che giustifica la auto-definizione di Sapiens, a dominare sulla terra e tiranneggiare le altre specie del Regno.

Schematizzazione grafica delle aree cerebrali umane.
Le regioni funzionali del cervello umano.

L’empatia come prerogativa umana inalienabile ed esclusiva. Almeno per intensità e chiarezza.

L’evidenza però, alla ricerca di prove scientifiche, si imbatte nel modello animale più classico. I topi.

In questo ultimo studio, infatti, i ricercatori hanno dimostrato che l’area cerebrale dei ratti -corrispondente alla nostra Corteccia Cingolata Anteriore (ACC)- contiene neuroni in grado di rispondere sia quando un topo prova dolore (durante uno stimolo laser), sia quando assiste ad un “footshock” sui suoi simili.

Footshock: effetti neurologici e comportamentali sui topi

Dispositivo per footshock, cui i topi sono sottoposti per valutarne gli impulsi nervosi, mediante sonda impiantata nel cranio.
Esemplare di topo, su cui è impiantata una sonda per registrare gli impulsi nervosi generati dal dispositivo in cui è contenuto. Dispositivo per footshock.

L’apparecchio per il footshock è costituito da una gabbia in plexiglas delle dimensioni di 20 cm (altezza, larghezza, profondità) con due lati opachi ed uno stimolatore collegato al pavimento della gabbia.

Il pavimento della gabbia è costituito da una serie di sbarre in ottone che sono collegate allo stimolatore in modo che la polarità elettrica di due sbarre successive sia inversa. Ogni secondo lo stimolatore rilascia una scarica elettrica.

Un decodificatore programmato per conteggio di picchi, ogni volta che un topo assiste ad un footshock altrui, può valutare l’intensità della stimolazione neuronale.

I neuroni specchio e le emozioni

La scoperta dei neuroni specchio, orgoglio tutto italiano, è considerata una delle più grandi rivoluzioni scientifiche del secolo scorso.

Tali neuroni si trovano nella ACC ed in essa registrano ed elaborano la sofferenza per altri individui, esprimendola con un codice “elettrico” comune a quello che esprime il dolore provato direttamente sulla propria pelle.

Stilizzazione dei neuroni specchio in attivazione.
Neuroni specchio, la cui attivazione ci rende sensibili alle emozioni altrui.

Una più ristretta popolazione di neuroni risponde sia durante testimonianza di footshocks sui propri simili sia all’ascolto di suoni di “paura condizionata” (CS).

Questi differenti responsi suggeriscono che la regione ACC potrebbe contenere canali che collocano lo stress doloroso di un altro animale all’interno di un complesso mosaico di vie sensoriali per dolore e paura.

Neurobiologia del nostro “senso di umanità”

Comprendere come condividiamo gli stati emotivi degli altri è importante per comprendere le nostre relazioni sociali.

La Neuroimaging è una nuova branca nel campo delle Neuroscienze.

Rappresenta un insieme di tecniche di neuro-visualizzazione, cioè di metodi e strumenti che permettono di rilevare e riprodurre graficamente l’attività cerebrale in termini anatomici e funzionali.

L’utilizzo sperimentale di queste tecniche ha consentito di distinguere funzioni neurologiche diverse e di organizzarle sul piano topografico.

Visualizzazione con tecniche di Neuroimaging di una lesione da trauma cranico.
Visualizzazione con tecniche di Neuroimaging di una lesione da trauma cranico.

Proprio grazie a queste nuove metodiche è stato possibile osservare come gli esseri umani attivino la propria Corteccia Cingolata Anteriore (ACC) sia durante esperienze dolorose dirette, sia, di riflesso, durante osservazione di dolore altrui.

La famosa “umanità” di cui saremmo gli emblemi.

Questa attività neurologica indiretta è più intensa negli individui caratterialmente empatici e ridotta nettamente negli psicopatici.

“Spegnimento” dell’empatia

Riducendo l’attività dell’ACC, mediante l’uso di placebo o analgesici, si altera la facoltà empatica alla vista del dolore altrui.

Tali risultati, fanno dell’ACC una regione cerebrale di enorme interesse per lo studio dei meccanismi neuronali della condivisione emozionale.

Alcuni ricercatori suggeriscono che tali risultati di Neuroimaging riflettano proprio l’esistenza dei già citati neuroni specchio.

Questi neuroni, rispondenti alle esperienze di dolore diretto e indiretto, sono stati riscontrati, dati alla mano, sia nell’uomo che nel topo.

La sensibilità è geneticamente determinata

In entrambi i quadri neuronali, l’uomo e il topo, è stata individuata una sovrabbondanza indicativa di un particolare gene.

Si tratta del gene Arc (Activity-Regulated Cytoskeletal), che genera una proteina necessaria al consolidamento del processo di memorizzazione: esso è presente in più copie negli esemplari di topo che sperimentano direttamente il dolore ed assistono al dolore da footshock.

Immagine originale del lavoro scientifico in questione. Registrazione delle reazioni dei topi a sofferenza diretta e indiretta (su altri simili).
Registrazione delle reazioni nel topo sia in sofferenza diretta che come testimone del dolore di altri suoi simili.

Nei topi, come negli esseri umani, l’esperienza si trasforma in memoria e quando questa è plasmata dal dolore, incide sulla intensità della sofferenza.

In successive occasioni, anche quando i topi hanno smesso di subire sollecitazioni elettriche, la memoria del dolore continuerà a generare sofferenza nei piccoli mammiferi.

Questo è dovuto proprio alla presenza di più copie del gene Arc, addetto alla memorizzazione, nei soggetti “traumatizzati” direttamente o indirettamente.

Intoppi metodologici

Nonostante gli sforzi, esperimenti di Risonanza Magnetica Funzionale hanno a lungo fallito nel fornire evidenze consistenti in merito.

L’area ACC è attivata durante molti stimoli fondamentali oltre il dolore.

Anche la Neuroimaging Funzionale raggruppando l’attività di milioni di neuroni all’interno di voxel (unità di misura volumetrica, tridimensionale, rispetto al pixel bidimensionale) è incappata negli stessi intoppi metodologici.

Il nuovo modello di “contagio emozionale”

In questo studio, invece, è stato usato un modello predeterminato di “contagio emozionale” in cui un animale possa osservare una specifica esperienza dolorosa di elettroshock.

I ricercatori, intanto, hanno registrato simultanee e multiple attività, usando sonde in silicone impiantate stabilmente in 17 topi.

Le prove erano proprio volte a valutare se alcune zone della ACC ed alcuni neuroni fossero attivati durante l’osservazione della condizione “altrui” di shock.

I dati strumentali, in due differenti e separate sessioni, sono stati registrati mentre il “topo-testimone” stesso subiva le condizioni dolorose mediante scossa (laser) o paura da ascolto di un suono (suono di shock condizionato).

Si fa presto a dire “neuroni specchio”…

Seguendo la tradizione in letteratura su azione-osservazione, per classificare i neuroni specchio, i ricercatori hanno valutato la loro selettività.

Sono così emerse delle sfumature funzionali tutt’altro che trascurabili.

I neuroni ampiamente rispondenti alla osservazione ed alla esperienza diretta si definiscono neuroni specchio emozionali.

Le cellule nervose che rispondono solo alla sofferenza ma non alla paura (o alla paura ma non al sofferenza) si dicono neuroni specchio emozionali paura-specifici e dolore-specifici.

Quindi, cosa provano i topi?

In questo recentissimo lavoro scientifico si sono chiesti: la regione ACC nei topi, che tipo di neuroni specchio contiene? Neuroni specchio emozionali, neuroni specchio emozionali specifici o co-codificanti per diverse emozioni?

 I topi provano prevalentemente dolore. Sia diretto che indiretto, provocato in altri loro simili.
I topi provano prevalentemente dolore. Sia diretto che indiretto, provocato in altri loro simili.

Si è scoperto che effettivamente la regione ACC dei topi contiene neuroni specchio emozionali.

Molti di questi mostrano una attivazione preferenziale per il dolore (da laser) più che per la paura (da suono shock-dipendente).

Inoltre, i dati strumentali registrati confermano la doppia capacità emozionale della ACC dei topi: sia dolore esperito che osservato.


Al di là del dolore: il freezing

Il topo testimone di un evento doloroso a carico di suoi simili, fisiologicamente, si paralizza per la paura: questa paralisi viene indicata come freezing o “congelamento“.

Disattivando la regione cerebrale sede dei neuroni specchio, si riduce il freezing durante la osservazione dei footshock ma non durante l’ascolto del suono shock-dipendente.

Nell’insieme, questo suggerisce che l’ACC nei topi mappa e registra l’esperienza di un altro animale su di un mosaico di neuroni sensibili sia al dolore che alla paura.

Questa regione cerebrale, quindi, è necessaria per il “contagio emozionale”, che, in casi estremi, paralizza.

L’empatia.

E’ profondamente grotteco eseguire un tal genere di esperimenti quando una buona biologia evoluzionistica, in nome della continuità evolutiva, ci dice che gli animali posseggono queste qualità.

L’ironia sta poi nel fatto che i ratti e i topi, le specie più frequentemente utilizzate nella ricerca, presumibilmente proprio perché in loro accadono meno cose “nella testa” e “interiormente”, rispetto ai primati, si rivelano decisamente più dotati di quanto ipotizzato dai ricercatori.


Bekoff e Pierce
L’intelligenza morale degli animali

Referenze bibliografiche

2 pensieri riguardo “Soffrire”da topi”: cresce la consapevolezza scientifica sui circuiti del dolore nei roditori.

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