Valore della ricerca su primati

Valore sociale: ricadute attese sulla salute pubblica umana e/o animale

La ricerca neurofisiologica di base su primati non umani ha prodotto, negli ultimi 20-30 anni e considerando soltanto il contributo specifico del gruppo di fisiologia dell’Università di Parma, una letteratura scientifica che conta ormai oltre trentacinquemila citazioni, compare nella maggior parte dei manuali di neuroscienze e neurofisiologia per la formazione del personale medico e sanitario[1][2], e ha guidato la formulazione di nuove metodologie di intervento neuroriabilitativo[3] basate sull’osservazione di azioni (“action observation treatment”[4]) e derivate dai dati neurofisiologici sul funzionamento del sistema specchio in ambito neurologico[5][6][7], neuropsichiatrico[7][8] e ortopedico[10].

Sebbene sia impossibile, per definizione, fare previsioni certe sulle ricadute dirette di progetti di ricerca dichiaratamente “di base” sulla salute pubblica, i precedenti storici appena menzionati dimostrano che questo tipo di ricerche rappresentano il punto di partenza per numerosi sviluppi in ambito clinico e traslazionale, spesso non prevedibili al momento degli esperimenti. I comitati di esperti indipendenti preposti alla valutazione tecnico-scientifica delle proposte progettuali candidate al finanziamento ha precisamente lo scopo di quantificare e premiare le potenzialità innovative e la fattibilità dei progetti.

La crescente attenzione verso lo studio dell’attività cerebrale in condizioni ecologiche, ovvero il più possibile simili a quelle naturali, e l’applicazione di innovative tecniche di analisi dei dati neurali e comportamentali con approcci di intelligenza artificiale potenzialmente in grado di prevedere il comportamento dell’animale sulla base del segnale neurale registrato, rendono i nuovi dati acquisiti potenzialmente utili per l’implementazione e il raffinamento di sistemi neuroprostetici[11] flessibili e adattabili alla variabilità delle condizioni e dei comportamenti nei contesti della vita quotidiana.

Infine, le innovative tecnologie e metodiche utilizzate offrono evidenti ricadute nell’ambito della salute e benessere dei primati non-umani impiegati nella ricerca neuroscientifica, al momento non sostituibili in molte ricerche di base su abilità motorie e socio-cognitive[11][12]. Per esempio, la possibilità di arrivare ad eliminare le restrizioni alla libertà di movimento degli animali per molte tipologie di studi neurofisiologici e di utilizzare l’animale persino in condizioni di completa libertà di movimento, permetterà di esplorare l’intera complessità del repertorio comportamentale specie-specifico, con notevoli benefici sia in termini di validità ecologica e generalizzabilità dei risultati sperimentali[14], sia in termini di benessere psicofisico e qualità della esperienza di vita (cumulative life-time experience) degli animali.

Valore economico: impatto atteso nel settore economico-industriale

Il contributo allo sviluppo e al miglioramento delle tecnologie di registrazione in termini di probe multielettrodici per la registrazione neuronale[15], la stimolazione[16] e l’iniezione di sostanze farmacologicamente attive durante il monitoraggio dell’attività neuronale[17], nonché l’utilizzo di sistemi per la registrazione wireless[18] o il data-logging remoto del segnale neuronale[19][20], potranno contribuire allo sviluppo di tecnologie analoghe da applicare e traslare nell’ambito del trattamento di patologie umane di tipo neurologico o psichiatrico, che potrebbero beneficiare del monitoraggio e/o modificazione locale dell’attività neuronale di circuiti cerebrali specifici[21][11]. La consolidata collaborazione con l’Università di Freiburg (IMTEK, [22][15][23][24]) e la stretta relazione di collaborazione con AtlasNeuroengineering (Belgio), gruppo spin-off nato da un precedente progetto europeo, offrono le massime garanzie della possibilità di affinare e distribuire le innovazioni tecnologiche via via elaborate e validate per l’ottimizzazione pre-commerciale.

Valore didattico: ricadute attese nell’ambito della formazione

La formazione universitaria di base degli studenti di discipline biomediche e psicologiche e l’alta formazione post-lauream di futuri ricercatori e professionisti nel settore biomedicale e della ricerca di base rappresentano i due ambiti d’elezione in cui si esplica il valore didattico e formativo dei progetti in corso.

Gli studi condotti dal gruppo di fisiologia dell’Università di Parma hanno portato ad un corpus di conoscenze che sono oggi ampiamente utilizzate nei manuali di Fisiologia e di Neuroscienze più diffusi a livello nazionale e internazionale, e ampiamente utilizzati nei corsi universitari di Medicina, Psicologia e Biologia (per esempio[1][25][2]). Le nuove scoperte generate dai progetti di ricerca di base in corso contribuiranno ad accrescere la comprensione dei meccanismi di funzionamento dei sistemi cerebrali indagati, a beneficio della preparazione di base di futuri medici, psicologi, biologi e operatori della salute in generale.

L’affiancamento di studenti universitari e di dottorato al personale dello staff responsabile dell’esecuzione delle attività sperimentali previste dal progetto contribuirà alla formazione di futuri ricercatori, tecnici laureati o professionisti della ricerca scientifica sperimentale in ambito biomedico, consentendo loro di affrontare alcuni argomenti non solo da un punto di vista teorico bensì anche attraverso un approccio concreto all’attività di laboratorio.

Infine, si ritiene opportuno segnalare e sottolineare che il ricorso a metodologie di refinement pionieristiche, utilizzate ad oggi soltanto in pochi grandi centri primatologici al mondo (es. auto-training computerizzato dell’animale libero in gabbia, eliminazione di guinzagli e collari per spostare gli animali dallo stabulario al laboratorio) e l’elaborazione di nuovi paradigmi metodologici per lo studio dell’attività nervosa dall’animale libero superando le restrizioni di movimento tipicamente imposte ai primati non-umani negli studi neuroscientifici, potranno contribuire ad una maggiore diffusione e comunicazione non solo dei risultati delle ricerche, ma anche delle metodologie utilizzate, permettendo lo sviluppo di una neurofisiologia sempre più “eticamente sostenibile”. Si ritiene infatti che la responsabilità del personale ricercatore in termini di comunicazione diretta all’opinione pubblica non solo di risultati, ma anche di norme e procedure (cfr.[26][27]), sia cruciale per contrastare derive antiscientifiche nei confronti della sperimentazione animale che non portano tipicamente ad alcun vantaggio né in termini di conoscenze e salute per l’uomo né in termini di benessere per gli animali.

 

Referenze

[1] E. R. Kandel, J. H. Schwartz, T. M. Jessell, S. A. Siegelbaum, and A. J. Hudspeth, Principles of Neural Science, Fifth Edition, vol. 3. 2014.

[2] F. Conti, Fisiologia medica, no. v. 1. Edi-Ermes, 2010.

[3] E. Sarasso, M. Gemma, F. Agosta, M. Filippi, and R. Gatti, “Action observation training to improve motor function recovery: a systematic review,” Arch. Physiother., vol. 5, no. 1, p. 14, 2015.

[4] G. Buccino, “Action observation treatment: a novel tool in neurorehabilitation,” Philos. Trans. R. Soc. B Biol. Sci., vol. 369, no. 1644, Jun. 2014.

[5] D. Ertelt et al., “Action observation has a positive impact on rehabilitation of motor deficits after stroke,” Neuroimage, vol. 36, pp. T164–T173, 2007.

[6] G. Abbruzzese, L. Avanzino, R. Marchese, and E. Pelosin, “Action Observation and Motor Imagery: Innovative Cognitive Tools in the Rehabilitation of Parkinson’s Disease,” Parkinson’s Disease, vol. 2015. 2015.

[7] W. Chen, C. H. Liu, H. Li, K. Tong, N. Ren, and X. Fu, “Facial expression at retrieval affects recognition of facial identity,” Front. Psychol., vol. 6, p. 780, Jun. 2015.

[8] G. Sgandurra et al., “Upper limb children action-observation training (UP-CAT): a randomised controlled trial in Hemiplegic Cerebral Palsy,” BMC Neurol., vol. 11, no. 1, p. 80, 2011.

[9] A. P. Basu, J. Pearse, S. Kelly, V. Wisher, and J. Kisler, “Early intervention to improve hand function in hemiplegic cerebral palsy,” Frontiers in Neurology, vol. 5. 2015.

[10] G. Bellelli, G. Buccino, B. Bernardini, A. Padovani, and M. Trabucchi, “Action observation treatment improves recovery of postsurgical orthopedic patients: Evidence for a top-down effect?,” Arch. Phys. Med. Rehabil., vol. 91, no. 10, pp. 1489–1494, 2010.

[11] M. Capogrosso et al., “A brain–spine interface alleviating gait deficits after spinal cord injury in primates,” Nature, vol. 539, p. 284, Nov. 2016.

[12] P. R. Roelfsema and S. Treue, “Basic neuroscience research with nonhuman primates: A small but indispensable component of biomedical research,” Neuron, vol. 82, no. 6. pp. 1200–1204, 2014.

[13] L. Friedli et al., “Pronounced species divergence in corticospinal tract reorganization and functional recovery after lateralized spinal cord injury favors primates,” Sci. Transl. Med., vol. 7, no. 302, p. 302ra134-302ra134, Aug. 2015.

[14] H. Würbel, “More than 3Rs: the importance of scientific validity for harm-benefit analysis of animal research,” Lab Anim. (NY)., vol. 46, p. 164, Mar. 2017.

[15] F. P. and L. B. and M. L. and A. L. and L. F. and G. A. O. and O. P. and P. Ruther, “Chronic neural probe for simultaneous recording of single-unit, multi-unit, and local field potential activity from multiple brain sites,” J. Neural Eng., vol. 13, no. 4, p. 46006, 2016.

[16] C. G. Ferroni, M. Maranesi, A. Livi, M. Lanzilotto, and L. Bonini, “Comparative performance of linear multielectrode probes and single-tip electrodes for intracortical microstimulation and single-neuron recording in macaque monkey,” Front. Syst. Neurosci., vol. 11, 2017.

[17] S. Spieth et al., “Approaches for drug delivery with intracortical probes,” Biomed. Tech., vol. 59, no. 4, pp. 291–303, 2014.

[18] M. Yin et al., “Wireless neurosensor for full-spectrum electrophysiology recordings during free behavior,” Neuron, vol. 84, no. 6, pp. 1170–1182, 2014.

[19] A. Sarel, A. Finkelstein, L. Las, and N. Ulanovsky, “Vectorial representation of spatial goals in the hippocampus of bats,” Science (80-. )., vol. 355, no. 6321, p. 176 LP-180, Jan. 2017.

[20] D. B. Omer, S. R. Maimon, L. Las, and N. Ulanovsky, “Social place-cells in the bat hippocampus,” Science (80-. )., vol. 359, no. 6372, p. 218 LP-224, Jan. 2018.

[21] C. Dejean et al., “Neuronal Circuits for Fear Expression and Recovery: Recent Advances and Potential Therapeutic Strategies,” Biol. Psychiatry, vol. 78, no. 5, pp. 298–306, 2015.

[22] F. Pothof et al., “Fabrication and characterization of a high-resolution neural probe for stereoelectroencephalography and single neuron recording,” in 2014 36th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2014, pp. 5244–5247.

[23] M. Lanzilotto et al., “Extending the Cortical Grasping Network: Pre-supplementary Motor Neuron Activity During Vision and Grasping of Objects,” Cereb. Cortex, vol. 26, no. 12, pp. 4435–4449, Dec. 2016.

[24] F. Barz et al., “Versatile, modular 3D microelectrode arrays for neuronal ensemble recordings: From design to fabrication, assembly, and functional validation in non-human primates,” J. Neural Eng., vol. 14, no. 3, 2017.

[25] M. J. Zigmond, Neuroscienze cognitive e comportamentali. Edises, 2003.

[26] M. M. Metzger, “Knowledge of the Animal Welfare Act and Animal Welfare Regulations Influences Attitudes toward Animal Research,” J. Am. Assoc. Lab. Anim. Sci., vol. 54, no. 1, pp. 70–75, 2015.

[27] A. J. Bennett and D. L. Ringach, “Animal Research in Neuroscience: A Duty to Engage,” Neuron, vol. 92, no. 3. pp. 653–657, 2016.