Individuato e caratterizzato un circuito mesocorticale
DIANE RICHMOND
NOTE
E NOTIZIE - Anno XIII – 16 maggio 2015.
Testi pubblicati sul sito
www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind
& Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a
fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta
settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in
corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di
studio dei soci componenti lo staff dei
recensori della Commissione Scientifica
della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
I neuroni dell’area tegmentale ventrale del mesencefalo proiettano alla corteccia prefrontale, la regione più importante nella regolazione e nel controllo dei processi cognitivi coscienti connessi con l’intelligenza umana e con vari aspetti della personalità. Si ritiene che popolazioni di cellule nervose di quest’area, principalmente studiata in rapporto agli automatismi di rinforzo e alla partecipazione dei suoi neuroni dopaminergici ai processi connessi con la compulsione generata dalle sostanze psicotrope d’abuso, attraverso le sinapsi con i neuroni prefrontali esercitino una modulazione delle funzioni cognitive; tuttavia, non si conosce la struttura di tali sistemi neuronici.
Anna Kabanova, con Sandra Blaess dell’Istituto di Genetica dello Sviluppo dell’Università di Bonn e numerosi colleghi, fra i quali spicca Heinz Beck, conduttore del principale centro nazionale tedesco per lo studio delle malattie neurodegenerative e del Laboratorio di Ricerca su Cognizione ed Epilettologia Sperimentale dell’ateneo di Bonn, hanno provato ad individuare nel topo l’esatta architettura funzionale di queste connessioni. I ricercatori hanno impiegato la tracciatura virale, l’optogenetica e l’elettrofisiologia per accertare il rapporto neurochimico e neurofisiologico di queste cellule nervose con gli interneuroni inibitori GABAergici e con le cellule piramidali eccitatorie glutammatergiche della corteccia cerebrale murina della regione prefrontale.
L’apparente individuazione di un nuovo circuito, ha indotto i ricercatori a definire l’esatta origine embriogenetica di questo piccolo sistema, studiando le fasi precoci del suo sviluppo. L’accertamento dell’individualità neuroevolutiva della popolazione neuronica mesocorticale studiata, ha confermato l’identificazione di un circuito inibitorio mesocorticale.
Lo studio di Kabanova e colleghi merita di essere conosciuto, perché costituisce un importante contributo alla comprensione neurofisiologica del cervello murino, in attesa di riscontri circa un omologo circuito umano (Kabanova A., et al., Function and developmental origin of a mesocortical inhibitory circuit. Nature Neuroscience – Epub ahead of print doi:10.1038/nn.4020, 2015).
La provenienza degli autori dello
studio è la seguente: Neurodevelopmental Genetics, Institute of Reconstructive
Neurobiology, Life and Brain Center, University of Bonn, Bonn (Germania); Laboratory
of Experimental Epileptology and Cognition Research, Department of
Epileptology, University of Bonn, Bonn (Germania); Functional Architecture of
Memory Unit, Mercator Research Group, Faculty of Medicine, Ruhr University
Bochum, Bochum (Germania); German Center for Neurodegenerative Diseases (DZNE),
Bonn (Germania).
I principali sistemi di fibre afferenti alla corteccia prefrontale, sia in termini di proporzioni sia in termini di rilievo per la quantità di lavori sperimentali che li ha indagati, provengono dal talamo, ma studi mediante trasporto assonico hanno da molto tempo documentato contingenti di fibre provenienti dal tegmento mesencefalico, dall’amigdala, dall’ippocampo, dalla corteccia del giro del cingolo e da varie altre regioni e strutture, incluso il cervelletto. Pertanto, l’influenza sulla corteccia prefrontale di sistemi di fibre che non sono sottoposte al filtro integrativo talamico è un dato certo e acquisito da tempo.
Un’altra nozione consolidata riguarda la lettura delle connessioni in termini di neurotrasmettitori. I tre sistemi monoaminergici, con i corpi cellulari di origine in strutture del tronco encefalico, innervano la corteccia prefrontale per mezzo di fasci di fibre ascendenti che evitano il talamo: 1) il sistema noradrenergico, che ha per neurotrasmettitore la catecolamina noradrenalina (o norepinefrina) ed origina dal locus coeruleus, il nucleo con la massima concentrazione encefalica di questa amina biogena (nel topo può raggiungere il 60% della noradrenalina totale); 2) il sistema dopaminergico, che ha per neurotrasmettitore la catecolamina dopamina ed origina dal tegmento ventrale; 3) il sistema serotoninergico, che ha per neurotrasmettitore l’indolalchilammina 5-idrossitriptamina o 5-HT (serotonina) ed origina dai nuclei del rafe.
Mentre il sistema noradrenergico innerva la neocorteccia diffusamente, con un massimo nelle aree somatosensoriali, e il sistema serotoninergico innerva prevalentemente aree sensoriali, il sistema dopaminergico innerva in maniera predominante e distintiva la corteccia prefrontale[1], con una concentrazione dei terminali sinaptici negli strati profondi, ossia il V e il VI.
Oltre alle monoammine, la corteccia prefrontale, come il resto della neocorteccia, riceve fibre dal sistema di neuroni colinergici sottocorticali, ossia cellule nervose che biosintetizzano, accumulano e rilasciano l’acetilcolina (ACh), il primo neuromediatore scoperto e studiato nella storia della neurobiologia. Fra le componenti colinergiche più rilevanti vi sono gli assoni che provengono dalla formazione reticolare mesencefalica e dal nucleo basale di Meynert. Gli effetti post-sinaptici delle afferenze colinergiche sono sostanzialmente eccitatori e si ritiene che, sebbene i contingenti di fibre siano di dimensioni non estese, abbiano un’influenza notevole nella modulazione delle funzioni cognitive prefrontali. Infine, sempre nella lettura delle funzioni in termini di neuromediatori, si possono ricordare i neuropeptidi attivi nella corteccia prefrontale e rilasciati sia come neurotrasmettitori, sia come neuromodulatori.
Kabanova e colleghi hanno rilevato e verificato che neuroni dell’area ventrotegmentale murina forniscono una rapida eccitazione glutammatergica agli interneuroni inibitori rilascianti GABA della corteccia prefrontale. Ovvero, neuroni del mesencefalo che esercitano la loro azione sinaptica eccitatoria mediante il glutammato, velocemente attivano l’inibizione prefrontale esercitata da popolazioni GABAergiche sui neuroni piramidali eccitatori glutammatergici della corteccia cerebrale frontale del topo. L’azione dei neuroni mesencefalici, registrata ed analizzata dai ricercatori, si traduce in una rapida, efficiente, consistente ed affidabile inibizione dei neuroni piramidali di proiezione, responsabili del principale segnale in uscita dalla regione prefrontale.
Lo studio dell’ontogenesi embrionaria della popolazione eccitatoria mesencefalica che ottiene inibizione prefrontale, ha consentito di accertare che tali cellule derivano da un sotto-insieme di progenitori dopaminergici, che sono risultati dipendenti da una prolungata segnalazione Sonic Hedgehog per la loro induzione. La perdita di questi progenitori, provvisti degli apparati molecolari e cellulari caratteristici per la biosintesi e il rilascio della dopamina, determinava la perdita del circuito inibitorio mesocorticale basato sull’eccitazione glutammatergica dei neuroni GABAergici agenti da inibitori delle cellule piramidali segnalanti mediante glutammato. Come conseguenza della perdita dei progenitori del circuito di controllo inibitorio, si aveva la comparsa di un comportamento di perseverazione immotivata. Al contrario, la perdita di questi progenitori non interessava gli altri sistemi neuroni di proiezione del mesencefalo. Ad esempio, i sistemi neuronici dopaminergici mesolimbici e mesostriatali, mediatori di importanti processi legati rispettivamente alle emozioni ed al movimento, non apparivano sostanzialmente interessati dagli effetti della perdita dei progenitori, suggerendo una specificità definita fin dalle fasi precoci dello aviluppo dei neuroni dell’area tegmentale ventrale del mesencefalo all’origine del circuito inibitorio mesocorticale.
Concludendo, i ricercatori sottolineano la loro identificazione di un circuito mesocorticale mai caratterizzato in precedenza e connesso con i comportamenti perseverativi, e rilevano che la diversità fisiologica dei neuroni dopaminergici comincia ad essere stabilita durante lo stadio di cellule progenitrici.
Naturalmente, la ricerca sulla nostra specie potrà darci in futuro una misura della portata di questi risultati.
L’autrice della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla
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