È noto da tempo che i neuroni maturi e differenziati non si dividono (vedi Capitolo 22). Non segue, tuttavia, che tutti i neuroni che compongono il cervello adulto siano prodotti durante lo sviluppo embrionale, anche se questa interpretazione è stata generalmente assunta. I meriti di questa ipotesi sono stati messi in discussione nel 1980, quando Fernando Nottebohm e colleghi della Rockefeller University hanno dimostrato la produzione di nuovi neuroni nel cervello di uccelli canori adulti. Hanno dimostrato che i precursori del DNA etichettati iniettati in uccelli adulti potevano essere trovati successivamente in neuroni completamente differenziati, indicando che i neuroni avevano subito il loro ciclo finale di divisione cellulare dopo che il precursore etichettato era stato iniettato. Inoltre, i nuovi neuroni sono stati in grado di estendere i dendriti e proiettare assoni lunghi per stabilire connessioni appropriate con altri nuclei cerebrali. La produzione di nuovi neuroni era evidente in molte parti del cervello degli uccelli, ma era particolarmente importante nelle aree coinvolte nella produzione di canzoni (vedi Riquadro B nel capitolo 24). Queste osservazioni hanno mostrato che il cervello adulto può generare almeno alcune nuove cellule nervose e incorporarle in circuiti neurali (vedi anche Capitolo 15).
La produzione di nuovi neuroni nel cervello adulto è stata ora esaminata in topi, ratti, scimmie e, infine, esseri umani. In tutti i casi, tuttavia, le nuove cellule nervose nel SNC dei mammiferi sono state limitate a solo due regioni del cervello: (1) Lo strato di cellule granulari del bulbo olfattivo; e (2) il giro dentato dell’ippocampo. Inoltre, le nuove cellule nervose sono principalmente neuroni del circuito locale o interneuroni. Nuovi neuroni con proiezioni a lunga distanza non sono stati visti. Ciascuna di queste popolazioni nel bulbo olfattivo e nell’ippocampo è apparentemente generata da siti vicini vicino alla superficie del ventricolo laterale. Come nel cervello degli uccelli, le cellule nervose appena nate estendono assoni e dendriti e si integrano in circuiti sinaptici funzionali. Evidentemente, una produzione limitata di nuovi neuroni si verifica continuamente in alcuni loci specifici.
Se i neuroni non possono dividersi (vedi Capitolo 22), come fa il cervello adulto a generare queste cellule nervose? La risposta è emersa con la scoperta che la zona sub-ventricolare che produce neuroni durante lo sviluppo conserva alcune cellule staminali neurali nell’adulto. Il termine “cellule staminali” si riferisce a una popolazione di cellule che si auto-rinnovano—ogni cellula può dividersi simmetricamente per dare origine a più cellule come se stessa, ma può anche dividersi asimmetricamente, dando origine a una nuova cellula staminale più una o più cellule differenziate. Negli ultimi dieci anni, diversi gruppi di ricerca hanno isolato cellule staminali dal cervello adulto che possono riprodursi in gran numero nella coltura cellulare. Tali cellule possono quindi essere indotte a differenziarsi in neuroni e cellule gliali, se esposte a segnali appropriati. Molti di questi stessi segnali mediano la differenziazione neuronale nello sviluppo normale. Le cellule staminali adulte possono essere isolate non solo dalla zona subventricolare anteriore (vicino al bulbo olfattivo) e dal giro dentato, ma da molte altre parti del proencefalo, del cervelletto, del mesencefalo e del midollo spinale, sebbene apparentemente non producano nuovi neuroni in questi siti. I segnali inibitori in queste regioni possono impedire alle cellule staminali di generare neuroni.
Perché la generazione di neuroni sia così limitata nel cervello adulto non è noto. Questa peculiare limitazione è presumibilmente correlata alle ragioni discusse nel Riquadro D. Tuttavia, il fatto che nuovi neuroni possano essere generati in alcune regioni del cervello adulto suggerisce che questo fenomeno può verificarsi in tutto il SNC adulto. La capacità dei neuroni appena generati di integrarsi in almeno alcuni circuiti sinaptici aggiunge ai meccanismi disponibili per la plasticità nel cervello adulto. Così, molti ricercatori hanno iniziato a esplorare le potenziali applicazioni della tecnologia delle cellule staminali per la riparazione di circuiti danneggiati da lesioni traumatiche o malattie degenerative.