Linguaggio, neuroscienziati identificano ruolo chiave di un gene

I neuroscienziati hanno scoperto che una mutazione in gene che avvenne più di mezzo milione di anni fa potrebbe essere la chiave per la capacità unica degli umani di produrre e capire i discorsi.

I ricercatori del MIT e di diverse università europee hanno dimostrato che la versione umana di un gene chiamato FOXP2 rende più facile trasformare nuove esperienze in procedure di routine. Quando i topi modificati geneticamente per esprimere il gene umanizzato FOXP2, hanno imparato come uscire da un labirinto molto più velocemente rispetto ai topi normali.

I risultati suggeriscono che FOXP2 può aiutare gli esseri umani in una una componente chiave dell’apprendimento delle lingue – trasformare esperienze, come sentire la parola “bicchiere” quando ci viene mostrato un bicchiere d’acqua, in una associazione quasi automatica tra quella parola e oggetti che sembrano funzionare come un bicchiere, dice Ann Graybiel, professoressa al MIT e membro del McGovern Institute del MIT per la ricerca sul Cervello, oltre che autrice senior dello studio.

“Questo è davvero un mattone importante ci dice  che questo gene probabilmente ci ha permesso di parlare grazie ad un tipo speciale di apprendimento, che ci porta a fare associazioni coscienti al fine di agire in un modo quasi automatico sulla base dei segnali intorno a noi”, dice Graybiel.

Tutte le specie animali hanno una qualche forma comunicazione, ma gli esseri umani hanno una capacità unica di generare e comprendere il linguaggio. FOXP2 è uno dei numerosi geni che gli scienziati credono possano aver contribuito allo sviluppo di tali competenze linguistiche. Il gene è stato identificato nei membri di una famiglia che hanno gravi difficoltà a parlare e a capire i discorsi. I ricercatori hanno scoperto tramite un’analisi del loro DNA che hanno una versione mutata del gene FOXP2.

Nel 2009, Svante Pääbo, direttore dell’Istituto Max Planck per l’antropologia evolutiva, e la sua squadra di ingegneria genetica ha creato dei topi che possono esprimere la forma umana del gene FOXP2, che codifica per una proteina che si differenzia dalla versione dei topi per due soli aminoacidi. Il suo team ha scoperto che questi topi avevano più dendriti – le estensioni sottili che i neuroni usano per comunicare tra loro – nel corpo striato, una parte del cervello implicata nella formazione delle abitudini. Inoltre avevano una migliora capacità a formare nuove sinapsi (le connessioni tra i neuroni).

Pääbo, che è anche autore della nuova ricerca, e Wolfgang Enard, professore di  antropologia e genetica umana al Ludwig-Maximilians University in Germania, hanno arruolato Graybiel, un esperto dello striato, per aiutarli a studiare gli effetti comportamentali della sostituzione del gene FOXP2. Essi hanno scoperto che i topi con il gene umanizzato imparavano meglio a eseguire un labirinto a forma di T, in cui i topi dovevano decidere se svoltare a sinistra o a destra in base alla consistenza del pavimento del labirinto, per guadagnare una ricompensa in forma di cibo.

La prima fase di questo tipo di apprendimento richiede l’utilizzo di memoria dichiarativa, o memoria per gli eventi e i luoghi. Nel corso del tempo, questi segnali vengono incorporati come abitudini e sono codificati attraverso la memoria procedurale – il tipo di memoria necessaria per le attività di routine, quella che si acquisisce dopo tanta pratica in un compito ripetitivo ma complesso.

Utilizzando un altro tipo di labirinto chiamato un labirinto a croce, Christiane Schreiweis, studente al MIT ed i suoi colleghi hanno scoperto che i topi con il gene FOXP2 umanizzato eseguivano l’esercizio come i topi normali ma la loro performance si ü rivelata superiore quando il compito era di convertire le memorie dichiarative in routine. La scoperta chiave è stata quindi che il gene FOXP2 umanizzato rende più facile trasformare azioni consapevoli in routine comportamentali.

La proteina prodotta dal gene FOXP2 è un fattore di trascrizione, il che significa che accende e spegne altri geni. In questo studio, i ricercatori hanno scoperto che Foxp2 appare per accendere i geni coinvolti nella regolazione delle connessioni sinaptiche tra i neuroni. Hanno anche trovato una maggiore attività della dopamina in una parte dello striato che è coinvolto nella formazione di procedure. Inoltre, i neuroni di alcune regioni striatali potrebbero essere spenti per periodi più lunghi in risposta all’attivazione prolungata – un fenomeno noto come depressione a lungo termine, che è necessaria per apprendere nuovi compiti e formare memorie.

I ricercatori credono che questi cambiamenti contribuiscano a “sintonizzare” il cervello in modo diverso per adattarlo alla parola e all’acquisizione del linguaggio. Essi stanno ora studiando come FOXP2 può interagire con altri geni e produrre i suoi effetti sull’apprendimento e sulla lingua.

L’articolo è stato pubblicato nei Proceedings of the National Academy of Sciences questa settimana.